FR3125745A3 - Mechanically welded equipment under reinforced pressure - Google Patents
Mechanically welded equipment under reinforced pressure Download PDFInfo
- Publication number
- FR3125745A3 FR3125745A3 FR2108353A FR2108353A FR3125745A3 FR 3125745 A3 FR3125745 A3 FR 3125745A3 FR 2108353 A FR2108353 A FR 2108353A FR 2108353 A FR2108353 A FR 2108353A FR 3125745 A3 FR3125745 A3 FR 3125745A3
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- equipment
- peripheral wall
- protective layer
- hydrogen
- mechanically
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 8
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000010288 cold spraying Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- KEUKAQNPUBYCIC-UHFFFAOYSA-N ethaneperoxoic acid;hydrogen peroxide Chemical class OO.CC(=O)OO KEUKAQNPUBYCIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
- C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
L’invention concerne un équipement mécano-soudé contenant un fluide sous pression, dans lequel au moins une couche de protection (4) est déposée sur au moins une portion d’une paroi périphérique (3) de l’équipement, la couche de protection (4) comprenant un revêtement déposé par projection thermique à froid de particules non fondues (5) vers ladite paroi périphérique (3) au moyen d’un fluide vecteur (6). Selon l’invention, l’équipement est un équipement mécano-soudé choisi parmi un adsorbeur, un composant d’une unité de reformage de gaz, en particulier un réacteur de reformage, un réservoir de stockage de fluide, une canalisation et la paroi périphérique (3) de l’équipement délimite un volume interne contenant de l’hydrogène, la couche de protection (4) étant configurée de façon à former une barrière de diffusion de l’hydrogène vers la paroi périphérique (3). Figure pour l’abrégé : 1.The invention relates to mechanically-welded equipment containing a pressurized fluid, in which at least one protective layer (4) is deposited on at least a portion of a peripheral wall (3) of the equipment, the protective layer (4) comprising a coating deposited by cold thermal spraying of unmelted particles (5) towards said peripheral wall (3) by means of a vector fluid (6). According to the invention, the equipment is mechanically-welded equipment chosen from an adsorber, a component of a gas reforming unit, in particular a reforming reactor, a fluid storage tank, a pipe and the peripheral wall (3) of the equipment delimits an internal volume containing hydrogen, the protective layer (4) being configured so as to form a hydrogen diffusion barrier towards the peripheral wall (3). Figure for the abstract: 1.
Description
La présente invention concerne le maintien de l'intégrité structurelle d’un équipement mécano-soudé sous pression contenant de l’hydrogène.The present invention relates to maintaining the structural integrity of hydrogen-containing pressure welded equipment.
Dans le cadre de l’invention, un équipement mécano-soudé, également appelé équipement chaudronné, s’entend d’un assemblage de pièces métalliques obtenu par soudage et ayant une fonction mécanique. Un équipement sous pression désigne un équipement destiné au traitement, au conditionnement et/ou au transport, sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, de fluides à l’état gazeux, liquéfiés ou diphasiques liquide-gaz, en particulier une pression d’au moins 5 bar, voire au moins 20 bar, éventuellement jusqu’à 1200 bar, voire au moins 1200 bar.In the context of the invention, mechanically welded equipment, also called sheet metal equipment, means an assembly of metal parts obtained by welding and having a mechanical function. Pressure equipment means equipment intended for the treatment, packaging and/or transport, under a pressure greater than atmospheric pressure, of fluids in the gaseous, liquefied or two-phase liquid-gas state, in particular a pressure of at least least 5 bar, or even at least 20 bar, optionally up to 1200 bar, or even at least 1200 bar.
L’intégrité structurelle d’équipements sous pression est un point clé pour leur exploitation sécuritaire. Une perte de confinement induite par la fissuration d’une structure engendre l’arrêt de son exploitation pour réparation, remplacement.The structural integrity of pressure equipment is a key point for their safe operation. A loss of containment induced by the cracking of a structure leads to the shutdown of its operation for repair or replacement.
Dans le cadre d’équipement soumis à de la fatigue, anticiper la durée de vie peut permettre de prédire la nécessité de changer cet équipement afin d’anticiper leur approvisionnement et les potentiels arrêts ou modes dégradés de fonctionnement de l’unité.In the context of equipment subject to fatigue, anticipating the lifespan can make it possible to predict the need to change this equipment in order to anticipate their supply and the potential stoppages or degraded operating modes of the unit.
Parmi les équipements sous pression, on connaît les adsorbeurs. Ces équipements sont des réservoirs mis en œuvre dans des unités de traitement par adsorption visant à retirer un gaz d'un mélange gazeux, en utilisant son affinité chimique et ses caractéristiques particulières vis-à-vis d'un matériau adsorbant contenu dans les adsorbeurs. En particulier, on connaît les adsorbeurs des unités de traitement par adsorption à modulation de pression, couramment appelées unités PSA (acronyme de l'anglais pour « Pressure Swing Adsorption »), qui sont exposés à des oscillations de pression contrôlées. On connaît également les adsorbeurs des unités de traitement par adsorption à modulation de température, couramment appelées unités TSA (acronyme de l'anglais pour « Temperature Swing Adsorption »), qui sont exposés à des oscillations de température contrôlées.Among the pressure equipment, adsorbers are known. These pieces of equipment are reservoirs implemented in adsorption treatment units aimed at removing a gas from a gaseous mixture, by using its chemical affinity and its particular characteristics with respect to an adsorbent material contained in the adsorbers. In particular, the adsorbers of pressure modulation adsorption treatment units, commonly called PSA units (acronym for “Pressure Swing Adsorption”), are known, which are exposed to controlled pressure oscillations. Also known are the adsorbers of temperature modulation adsorption treatment units, commonly called TSA units (acronym for “Temperature Swing Adsorption”), which are exposed to controlled temperature oscillations.
Les adsorbeurs des unités PSA ou TSA sont soumis à des variations cycliques de pression ou de température dans les équipements qui favorise l’apparition de défauts de structure, en particulier des défauts tels que des fissures de fatigue ou des fissures par fragilisation, qui peuvent se propager rapidement. Ainsi, les adsorbeurs PSA peuvent subir des cycles d’une durée de 3 à 6 minutes qui comprennent les phases de pressurisation, adsorption et dépressurisation, soit de 15 à 20 cycles par heure et plus de 400 cycles par jour donc plus de 170000 cycles par an.The adsorbers of PSA or TSA units are subject to cyclic pressure or temperature variations in the equipment which promotes the appearance of structural defects, in particular defects such as fatigue cracks or embrittlement cracks, which can spread quickly. Thus, PSA adsorbers can undergo cycles lasting from 3 to 6 minutes which include the pressurization, adsorption and depressurization phases, i.e. from 15 to 20 cycles per hour and more than 400 cycles per day, therefore more than 170,000 cycles per year.
L’intégrité structurelle d’un adsorbeur est de ce fait exposée à un mode d’endommagement dit de fatigue. L’apparition ou la progression des défauts peuvent d'ailleurs être accélérées en présence d'hydrogène (H2) par un phénomène de fragilisation par hydrogène, désigné par les termes « Hydrogen Enhanced Fatigue » en anglais.The structural integrity of an adsorber is therefore exposed to a mode of damage called fatigue. The appearance or the progression of the defects can moreover be accelerated in the presence of hydrogen (H 2 ) by a phenomenon of embrittlement by hydrogen, designated by the terms “Hydrogen Enhanced Fatigue”.
Parmi les équipements mécano-soudés sous pression, les canalisations de transports de fluide, les réservoirs de stockage de fluide, les composants des unités de reformage sont également soumis à des conditions opératoires sévères, en particulier lorsqu‘ils sont destinés à stocker, transporter ou traiter des fluides contenant de l’hydrogène.Among mechanically welded equipment under pressure, fluid transport pipes, fluid storage tanks, components of reforming units are also subjected to severe operating conditions, in particular when they are intended to store, transport or process fluids containing hydrogen.
De façon générale, ces équipements mécano-soudés sous pression requièrent une surveillance particulière. Parmi les facteurs de défaillance, on retrouve l’endommagement par fatigue, l’usure due à la corrosion par exemple, suite à une mise en œuvre dans l’exposition à une atmosphère agressive, à un entretien insuffisant, ou l’endommagement suite à un choc. Il est à noter que le risque de fissuration est plus élevé dans les zones à fortes contraintes ou le long des soudures.In general, this mechanically welded equipment under pressure requires special monitoring. Among the factors of failure, we find damage by fatigue, wear due to corrosion for example, following implementation in exposure to an aggressive atmosphere, insufficient maintenance, or damage following a shock. It should be noted that the risk of cracking is higher in high stress areas or along welds.
Classiquement, les équipements sous pression subissent des inspections réglementaires périodiques faites au moyen de techniques de contrôle non destructif, comme les ultrasons, les courants de Foucault, les émissions acoustiques…. Ce contrôle peut se faire avec la structure à l'arrêt, voire en fonctionnement. Ces inspections vont révéler l’état de la structure de l’équipement. L’espacement des contrôles permet de suivre l’évolution des matériaux, car les matériaux vieillissent au cours du temps.Conventionally, pressure equipment undergoes periodic regulatory inspections carried out using non-destructive testing techniques, such as ultrasound, eddy currents, acoustic emissions, etc. This check can be done with the structure stopped, or even in operation. These inspections will reveal the structural condition of the equipment. The spacing of the controls makes it possible to follow the evolution of the materials, because the materials age over time.
Durant un contrôle, les défauts ou endommagements de structures, notamment les cavités, les départs de fissure ou microfissures, les fissures…, peuvent être identifiés et caractérisés en taille géométrique, i. e. profondeur de fissure, diamètre de cavité...During an inspection, the defects or damage to structures, in particular cavities, the start of cracks or microcracks, cracks, etc., can be identified and characterized in geometric size, i. e. crack depth, cavity diameter...
Néanmoins, dans le cadre d’un équipement sous pression soumis à de la fatigue et/ou à de la fragilisation par hydrogène, la durée de vie résiduelle une fois cette fissure initiée et détectée est très fortement réduite par l’effet de l’hydrogène. Il en devient d’autant plus difficile d’anticiper la maintenance ou le remplacement de l’équipement, et donc de minimiser l’impact sur l’activité de cet équipement.Nevertheless, in the context of pressure equipment subject to fatigue and/or hydrogen embrittlement, the residual life once this crack has been initiated and detected is very greatly reduced by the effect of hydrogen . It becomes all the more difficult to anticipate the maintenance or replacement of equipment, and therefore to minimize the impact on the activity of this equipment.
La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients exposés ci-dessus, notamment à proposer un équipement mécano-soudé sous pression exposé à une atmosphère contenant de l’hydrogène, en particulier un équipement soumis à un endommagement par fatigue et un phénomène de fragilisation par hydrogène, dans lequel le délai avant endommagement et/ou apparition d’un défaut est allongé, permettant ainsi de prolonger la durée de vie de l’équipement.The present invention aims to overcome all or part of the drawbacks set out above, in particular to provide mechanically welded equipment under pressure exposed to an atmosphere containing hydrogen, in particular equipment subject to fatigue damage and a phenomenon of hydrogen embrittlement, in which the time before damage and/or appearance of a defect is extended, thus making it possible to extend the life of the equipment.
A cette fin, l’invention a pour objet un équipement mécano-soudé contenant un fluide sous pression, dans lequel au moins une couche de protection est déposée sur au moins une portion d’une paroi périphérique de l’équipement, la couche de protection comprenant un revêtement déposé par projection thermique à froid de particules non fondues vers ladite paroi périphérique au moyen d’un fluide vecteur, caractérisé en ce que l’équipement est un équipement mécano-soudé choisi parmi un adsorbeur, un composant d’une unité de reformage de gaz, en particulier un réacteur de reformage, un réservoir de stockage de fluide sous pression, une canalisation et caractérisé en ce que la paroi périphérique de l’équipement délimite un volume interne contenant de l’hydrogène, la couche de protection étant configurée de façon à former une barrière de diffusion de l’hydrogène vers la paroi périphérique.To this end, the subject of the invention is mechanically-welded equipment containing a pressurized fluid, in which at least one protective layer is deposited on at least a portion of a peripheral wall of the equipment, the protective layer comprising a coating deposited by cold thermal spraying of unmelted particles towards the said peripheral wall by means of a vector fluid, characterized in that the equipment is mechanically-welded equipment chosen from among an adsorber, a component of a gas reforming, in particular a reforming reactor, a pressurized fluid storage tank, a pipe and characterized in that the peripheral wall of the equipment delimits an internal volume containing hydrogen, the protective layer being configured so as to form a hydrogen diffusion barrier towards the peripheral wall.
L’invention va maintenant être mieux comprise à la lecture de la description et des figures qui l’accompagnent, présentées à titre illustratif et non limitatif de l’invention.The invention will now be better understood on reading the description and the accompanying figures, presented by way of non-limiting illustration of the invention.
L’invention repose sur l’application d’une couche de protection sur au moins une portion d’une surface de l’équipement de façon à y former une barrière de diffusion de l’hydrogène. Par « barrière de diffusion », on entend une couche d’un matériau configuré pour réduire, voire éliminer le passage de molécules d’un fluide à travers ladite couche, ou dit autrement, une couche peu ou pas perméable, i. e. étanche, audit fluide. Le principe est une transposition de ce qui peut être fait avec des barrières thermiques, mais pour l’hydrogène. Le revêtement est configuré pour avoir une perméabilité faible à l'hydrogène et/ou une absence de site catalytique permettant la dissociation de l’hydrogène et/ou une minimisation de l’activité de ces sites catalytiques. La durée de vie de l’équipement soumis à de la fatigue sous hydrogène est ainsi augmentée en diminuant voire en inhibant la capacité de l’hydrogène à le fragiliser par l’intermédiaire d’une barrière de diffusion.The invention is based on the application of a protective layer on at least a portion of a surface of the equipment so as to form thereon a hydrogen diffusion barrier. By “diffusion barrier”, we mean a layer of a material configured to reduce or even eliminate the passage of molecules of a fluid through said layer, or in other words, a layer with little or no permeability, i. e. leaktight, to said fluid. The principle is a transposition of what can be done with thermal barriers, but for hydrogen. The coating is configured to have a low permeability to hydrogen and/or an absence of catalytic site allowing the dissociation of hydrogen and/or a minimization of the activity of these catalytic sites. The service life of equipment subjected to fatigue under hydrogen is thus increased by reducing or even inhibiting the ability of hydrogen to weaken it via a diffusion barrier.
De préférence, comme montré sur
Selon une possibilité, l’intégralité de la surface interne du volume interne est revêtue, afin de prévenir de façon globale un endommagement de l’intérieur du contenant.According to one possibility, the entire internal surface of the internal volume is coated, in order to globally prevent damage to the interior of the container.
Selon une autre possibilité, la couche de protection est déposée sur une plusieurs portions de surface, en particulier dans des connues comme étant des points de faiblesse de l’équipement, tels les soudures ou leur voisinage. Ces localisations pourront être estimées par retour d’expérience, par calcul par élément fini ou grâce à des contrôles à la réception de l’équipement.According to another possibility, the protective layer is deposited on a plurality of surface portions, in particular in known as being weak points of the equipment, such as the welds or their vicinity. These locations may be estimated by feedback, by finite element calculation or through checks upon receipt of the equipment.
Selon une autre possibilité, la couche de protection est déposée en action curative, après une inspection périodique, sur au moins une portion de surface présentant un défaut ou un endommagement, en particulier un défaut de fatigue tel une fissure, une microfissure ou une cavité. En particulier, on réalise un revêtement localisé après la détection d’un défaut par l’utilisation du contrôle non destructif. Ce revêtement a pour but de renforcer le lieu où est localisée la fissure et de protéger le front de fissure du côté fragilisant de l’hydrogène. Dans le cas d’un absorbeur, la couche de protection est préférentiellement déposée pendant la maintenance de l’équipement, notamment lors d’un changement d’adsorbant pour éviter que le coût et la lourdeur de cette opération ne deviennent prohibitifs.According to another possibility, the protective layer is deposited as a curative action, after a periodic inspection, on at least one surface portion exhibiting a defect or damage, in particular a fatigue defect such as a crack, a microcrack or a cavity. In particular, a localized coating is produced after the detection of a defect by the use of non-destructive testing. The purpose of this coating is to reinforce the place where the crack is located and to protect the crack front on the weakening side of the hydrogen. In the case of an absorber, the protective layer is preferentially deposited during maintenance of the equipment, in particular when changing adsorbent to prevent the cost and heaviness of this operation from becoming prohibitive.
Comme on le voit sur
Selon le mode de réalisation schématisé sur
L’outil de projection 11 peut comprendre une chambre de mélange alimentée par le flux de fluide vecteur 6 et par le flux de particules de matériau 5. Le mélange de particules et de fluide vecteur est distribué par un orifice de sortie de l’outil de projection 11 sous forme d’un jet 5 dirigé vers le substrat 3 à revêtir.The projection tool 11 may comprise a mixing chamber fed by the flow of vector fluid 6 and by the flow of particles of material 5. The mixture of particles and vector fluid is distributed by an outlet orifice of the tool of projection 11 in the form of a jet 5 directed towards the substrate 3 to be coated.
Selon l’invention, au moins une couche de renfort 4 est formée sur une portion de la paroi périphérique par dépôt d’un revêtement par projection thermique à froid, également désignée par les termes « cold spray » en anglais. Dans ce procédé, les particules sont accélérées par le fluide vecteur au-delà d'une vitesse critique et chauffées à une température inférieure à leur température de fusion, de sorte qu’elles ne sont pas fondues et sont projetées à l’état solide vers le substrat sur lequel elles s'écrasent et s’accumulent pour former le revêtement désiré. L’impact des particules sur le substrat, de par leur grande énergie cinétique, provoque une déformation plastique de celles-ci, en libérant une énergie suffisante à assurer leur accrochage sur le substrat.According to the invention, at least one reinforcing layer 4 is formed on a portion of the peripheral wall by depositing a coating by cold thermal spraying, also referred to by the terms “cold spray” in English. In this process, the particles are accelerated by the carrier fluid beyond a critical speed and heated to a temperature below their melting temperature, so that they are not melted and are projected in the solid state towards the substrate on which they crash and accumulate to form the desired coating. The impact of the particles on the substrate, due to their high kinetic energy, causes them to plastically deform, releasing sufficient energy to ensure their attachment to the substrate.
Comme montré sur
La projection à froid conduit ainsi à la réalisation de revêtements denses, ayant de bonnes propriétés d’adhérence, avec des rendements de dépôt élevés. Contrairement aux techniques classiques de revêtement par projection thermique qui impliquent que les particules soient fondues ou partiellement fondues pour favoriser leur accrochage sur le substrat, la projection à froid évité un échauffement important des particules projetées, ce qui évite la génération de contraintes thermiques sur le substrat, ainsi que l’oxydation et/ou les transformations métallurgiques du matériau projeté. La projection à froid offre donc une solution efficace pour renforcer et/ou réparer l’équipement, tout en préservant l’intégrité microstructurale du matériau déposé et du substrat revêtu.Cold spraying thus leads to the production of dense coatings, with good adhesion properties, with high deposition yields. Unlike conventional thermal spray coating techniques which involve the particles being melted or partially melted to promote their attachment to the substrate, cold spraying avoids significant heating of the sprayed particles, which avoids the generation of thermal stresses on the substrate. , as well as oxidation and/or metallurgical transformations of the projected material. Cold spraying therefore offers an effective solution for reinforcing and/or repairing equipment, while preserving the microstructural integrity of the deposited material and the coated substrate.
De préférence, la couche de protection a une épaisseur comprise entre 10 nm et 3000 μm, préférentiellement entre 50 nm et 2000 μmPreferably, the protective layer has a thickness comprised between 10 nm and 3000 μm, preferentially between 50 nm and 2000 μm
La paroi périphérique 3 est de préférence formée d’un matériau métallique, en particulier de l’acier au carbone ou de l’acier inoxydable. En particulier, s’agissant d’un réservoir de stockage d’une station hydrogène, la paroi peut être en acier Cr-Mo. S’agissant d’un adsorbeur, la paroi peut être en acier du type ASTM 516 grade 70.The peripheral wall 3 is preferably formed from a metallic material, in particular carbon steel or stainless steel. In particular, in the case of a storage tank of a hydrogen station, the wall can be made of Cr-Mo steel. In the case of an adsorber, the wall can be made of ASTM 516 grade 70 type steel.
Le matériau formant la couche de protection peut avoir une structure cristalline et/ou amorphe. Ainsi, elle ne présente pas ou peu de chemin préférentiel pour diffuser l’hydrogène et/ou le nombre des sites catalytiques est réduit. La poudre a préférentiellement une structure amorphe.The material forming the protective layer can have a crystalline and/or amorphous structure. Thus, it has little or no preferential path to diffuse hydrogen and/or the number of catalytic sites is reduced. The powder preferably has an amorphous structure.
De préférence, la couche de protection 4 présente un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique du matériau de la paroi périphérique 3, afin de générer des contraintes de compression au moment du changement de température, notamment sur les adsorbeurs TSA.Preferably, the protective layer 4 has a coefficient of thermal expansion lower than the coefficient of thermal expansion of the material of the peripheral wall 3, in order to generate compressive stresses at the time of the temperature change, in particular on the TSA adsorbers.
Préférentiellement, la couche de protection 4 est formée d’au moins un matériau céramique. Le matériau céramique peut comprendre des oxydes à base d’aluminium, de chrome ou d’oxygène. La couche de protection 4 peut aussi être formée d’au moins un matériau métallique choisi parmi les hydrures métalliques à base de magnésium, de calcium, d’yttrium. La couche de protection peut aussi être formé d’un mélange des matériaux précités.Preferably, the protective layer 4 is formed of at least one ceramic material. The ceramic material may include oxides based on aluminium, chromium or oxygen. The protective layer 4 can also be formed from at least one metallic material chosen from metal hydrides based on magnesium, calcium, yttrium. The protective layer can also be formed from a mixture of the aforementioned materials.
Les éléments constitutifs de la poudre peuvent être choisis parmi des oxydes inorganiques seuls ou leurs mélanges, notamment Al2O3, ZrO2, Y2O3, ou des oxydes métalliques choisis parmi certains métaux comme Ni, Cr, Ti, Fe.The constituent elements of the powder can be chosen from inorganic oxides alone or mixtures thereof, in particular Al 2 O 3 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , or metal oxides chosen from certain metals such as Ni, Cr, Ti, Fe.
L’équipement est un équipement mécano-soudé apte et destiné à contenir un fluide sous pression. L’équipement peut être un adsorbeur configuré pour suivre au moins un cycle de fonctionnement par adsorption à modulation de pression ou par adsorption à modulation de température. En particulier, l’adsorbeur est configuré pour produire de l’hydrogène à partir d’un flux de gaz naturel.The equipment is mechanically welded equipment suitable and intended to contain a pressurized fluid. The equipment can be an adsorber configured to follow at least one cycle of operation by pressure modulation adsorption or by temperature modulation adsorption. In particular, the adsorber is configured to produce hydrogen from a natural gas stream.
L’équipement selon l’invention peut être un adsorbeur utilisé dans un procédé de traitement d’un gaz par adsorption, du type dans lequel on utilise une unité de traitement par adsorption PSA. L’invention peut également s’appliquer à un adsorbeur suivant un cycle TSA, en particulier un adsorbeur TSA mis en œuvre pour purifier un flux d’hydrogène.The equipment according to the invention can be an adsorber used in a process for treating a gas by adsorption, of the type in which a PSA adsorption treatment unit is used. The invention can also be applied to an adsorber following a TSA cycle, in particular a TSA adsorber implemented to purify a flow of hydrogen.
Avantageusement, la paroi périphérique 3 de l’équipement 1 définit un volume interne contenant une atmosphère riche en hydrogène, en particulier une atmosphère contenant au moins 50%, de préférence au moins 80% d’hydrogène, de préférence encore au moins 90% d’hydrogène.Advantageously, the peripheral wall 3 of the equipment 1 defines an internal volume containing an atmosphere rich in hydrogen, in particular an atmosphere containing at least 50%, preferably at least 80% hydrogen, more preferably at least 90% hydrogen. 'hydrogen.
Selon un autre aspect, l’équipement peut être un composant d’une unité de reformage d’un mélange gazeux, en particulier une unité de production d’hydrogène par reformage d’un mélange d’hydrocarbures. L’équipement peut être un réacteur de reformage ou une pièce de transition présente dans une unité de reformage, par exemple un tuyau qui permet la jonction entre deux équipements comme un réacteur et un échangeur, un réacteur et un pot séparateur de phase liquide/gaz, deux réacteurs.According to another aspect, the equipment can be a component of a unit for reforming a gaseous mixture, in particular a unit for producing hydrogen by reforming a mixture of hydrocarbons. The equipment can be a reforming reactor or a transition piece present in a reforming unit, for example a pipe which allows the junction between two pieces of equipment such as a reactor and an exchanger, a reactor and a liquid/gas phase separator pot , two reactors.
Selon un autre aspect, l’équipement peut être un réservoir de stockage de fluide sous pression, notamment un réservoir destiné à stocker de l’hydrogène.According to another aspect, the equipment can be a pressurized fluid storage tank, in particular a tank intended to store hydrogen.
L’invention concerne également un procédé de protection d’un équipement mécano-soudé dans lequel on dépose une couche de protection selon l’invention au moyen d’un procédé de projection thermique à froid.The invention also relates to a method for protecting mechanically-welded equipment in which a protective layer according to the invention is deposited by means of a cold thermal spraying method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2108353A FR3125745B3 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Mechanically welded equipment under reinforced pressure |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2108353 | 2021-07-30 | ||
| FR2108353A FR3125745B3 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Mechanically welded equipment under reinforced pressure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3125745A3 true FR3125745A3 (en) | 2023-02-03 |
| FR3125745B3 FR3125745B3 (en) | 2023-08-11 |
Family
ID=85085903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2108353A Active FR3125745B3 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Mechanically welded equipment under reinforced pressure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3125745B3 (en) |
-
2021
- 2021-07-30 FR FR2108353A patent/FR3125745B3/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3125745B3 (en) | 2023-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sadeghi et al. | Advances in corrosion-resistant thermal spray coatings for renewable energy power plants. Part I: Effect of composition and microstructure | |
| Laadel et al. | Permeation barriers for hydrogen embrittlement prevention in metals–a review on mechanisms, materials suitability and efficiency | |
| US11085102B2 (en) | Coating compositions | |
| US5019429A (en) | High density thermal spray coating and process | |
| JP6272341B2 (en) | Deposition of integral protective material on reactor zirconium coatings by rapid thermal processing. | |
| EA022427B1 (en) | Method for manufacturing insulating glazing | |
| FR2990442A1 (en) | ZIRCONIUM ALLOY FOR IMPROVING OXIDATION STRENGTH AT VERY HIGH TEMPERATURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME | |
| FR3032783A1 (en) | MILL-STRUCTURE REACTOR EXCHANGER FOR HYDROGEN PRODUCTION LESS THAN 10 NM3 / H | |
| Moskowitz | Application of HVOF thermal spraying to solve corrosion problems in the petroleum industry—an industrial note | |
| JP2019527345A (en) | Cold spray chrome coating for nuclear fuel rods | |
| FR3125745A3 (en) | Mechanically welded equipment under reinforced pressure | |
| US11273526B1 (en) | Systems and methods for application of stress corrosion cracking resistant cold spray coatings | |
| FR2918910A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A CHEMICAL ENGINEERING ELEMENT | |
| FR3125733A1 (en) | Process for reinforcing and/or repairing mechanically welded equipment under pressure | |
| FR2920440A1 (en) | METHOD OF TREATING ANTI-CORROSION OF A PIECE BY DEPOSITION OF A ZIRCONIUM LAYER AND / OR ZIRCONIUM ALLOY | |
| Once | Atmospheric plasma spray process and associated spraying jet | |
| BE1000078A6 (en) | Internal plasma spray coating of tube - esp. steam generator tube to inhibit stress corrosion cracking | |
| WO2011144860A1 (en) | Method for manufacturing and/or repairing multi-layer parts which comprise angled holes and need to be able to withstand high thermal stress | |
| Roshith | Enhancement of air oxidation and hot corrosion resistance of high-temperature municipal waste incinerators and coal-fired power plants metallic walls: a review | |
| WO2015075381A1 (en) | Integrated sintering process for microcracking and erosion resistance of thermal barriers | |
| Lillo | Microstructure, Processing, Performance Relationships for High Temperature Coatings | |
| Paul | Performance of Thermally Sprayed Corrosion Resistant Alloy Coatings on Carbon Steel in Supercritical CO2 Environments | |
| Paul | Performance of Thermally Sprayed Corrosion Resistant Alloy (CRA) Coatings in 50 MPa Supercritical CO2 | |
| FR2882764A1 (en) | METHOD FOR COATING AN OXYGEN-GAS OXYGEN EQUIPMENT OR ELEMENT | |
| CN212942277U (en) | Corrosion-resistant composite material desulfurizing tower |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |