Analyse professionnelle et complète des revêtements anti-corrosion de tuyaux en acier

Les tuyaux en acier sont largement utilisés dans des domaines clés tels que le transport de pétrole et de gaz, l'approvisionnement en eau et le drainage municipaux, le génie chimique et la production d'électricité. L'environnement de service comprend le sol, l'atmosphère, les plans d'eau et les milieux hautement corrosifs. La corrosion électrochimique est la principale cause de perforation, de fuite et de défaillance des tuyaux.

Les revêtements anti-corrosion, en tant que moyen technique de base pour protéger les tuyaux en acier contre la corrosion, déterminent directement la durée de vie, la sécurité opérationnelle et le coût du cycle de vie complet du pipeline. Ce qui suit fournit une analyse professionnelle à partir de trois dimensions : importance technique, exigences générales pour les revêtements, types et caractéristiques de revêtements courants.

1. Interrompre le circuit de corrosion et supprimer la réaction de corrosion à sa source

La corrosion de l’acier au carbone est principalement électrochimique. Cela nécessite l’action combinée de trois éléments : l’électrolyte, l’oxygène et le circuit anodique-cathodique. Le revêtement anti-corrosion crée un film protecteur continu et dense qui isole le substrat en acier de l'eau, de l'oxygène, des acides, des bases et des sels, bloquant directement le chemin de réaction de la corrosion électrochimique ; les revêtements de zinc, d'aluminium et d'autres métaux peuvent également inhiber activement la corrosion du substrat grâce à l'effet de protection cathodique de l'anode sacrificielle, même si le revêtement est partiellement endommagé, il peut empêcher la corrosion de se propager.

2. Prolongez considérablement la durée de vie et réduisez le coût total

Le taux de corrosion des tuyaux en acier au carbone ordinaires sans-traitement anticorrosion peut atteindre 0.2 - 0.5 mm par an dans le sol naturel, et des perforations et des fuites peuvent survenir en 3 - 5 ans. Les revêtements anticorrosion 3PE qualifiés, -liés par fusion, etc. -peuvent prolonger la durée de vie des tuyaux à 30 - 50 ans, réduisant considérablement les coûts de remplacement, de maintenance et de temps d'arrêt des pipelines, et le coût total du cycle de vie peut être réduit de plus de 40 %.

3. Assurer la sécurité opérationnelle et éviter les risques de fuite

La perforation par corrosion peut entraîner des accidents majeurs en matière de sécurité et de bien-être public, tels que des explosions pétrolières et gazières, des fuites de produits chimiques toxiques, une interruption de l'approvisionnement en eau et une pollution de l'environnement.

Les revêtements anti-corrosion peuvent réduire considérablement la probabilité de défaillance par corrosion et constituent la principale barrière de sécurité pour les pipelines de transport de fluides à haute-pression, inflammables, explosifs et toxiques. Ce sont également les indicateurs de base pour l’acceptation obligatoire dans l’ingénierie des pipelines.

4. Optimiser l’efficacité des transports et réduire la consommation d’énergie de fonctionnement

Le revêtement anti-corrosion interne-peut réduire considérablement la rugosité des parois des tuyaux, diminuer la résistance aux fluides et la tendance à l'entartrage, et améliorer l'efficacité du transport du fluide. Par exemple, la conduite de transport d'eau avec revêtement en résine époxy peut augmenter l'efficacité du transport d'eau de 10 à 15 % par rapport à une conduite nue ordinaire. Les avantages en matière d'économie d'énergie-des opérations de pompage à long-terme sont remarquables.

5. Se conformer aux réglementations de l'industrie et aux exigences de protection de l'environnement

Il existe des normes anticorrosion obligatoires-dans divers domaines tels que le pétrole et le gaz, les services municipaux et l'eau potable (par exemple, GB/T 23257, SY/T 0315, GB/T 17219, etc.). Une couche anticorrosion-conforme est une condition nécessaire à l'acceptation du projet ; le revêtement anti-corrosion des canalisations d'eau potable doit également répondre aux exigences de sécurité du contact alimentaire afin d'éviter que les substances nocives ne s'échappent et ne polluent le milieu.

Compte tenu des caractéristiques de service et de construction des tuyaux en acier, les revêtements anticorrosion-et les revêtements qui en résultent doivent répondre aux exigences de performance de base suivantes :

1. Performances de protection de base

• Résistance à la corrosion moyennesur: Il doit être compatible avec l’environnement d’exploitation correspondant. En cas de contact à long-terme avec le sol, l'eau douce, l'eau de mer, les acides, les alcalis, les sels et les milieux pétroliers et gaziers, il ne devrait y avoir aucun phénomène de défaillance tel que la formation de mousse, le pelage ou la rouille.
• Résistance au décapage cathodique :Pour les canalisations enterrées, la protection cathodique est généralement utilisée conjointement. Le revêtement doit être capable de résister à l'action du courant cathodique pour empêcher le revêtement de se décoller et de bouillonner du substrat. Il s’agit d’un indicateur clé d’évaluation de la protection contre la corrosion des canalisations enterrées.
• Performances anti-perméation : Le revêtement doit avoir une faible porosité pour empêcher la pénétration de petites molécules telles que l'eau, l'oxygène et les ions chlorure, et pour éviter que le milieu corrosif ne pénètre à travers le revêtement et n'entre en contact avec le substrat.

2. Propriétés physiques et mécaniques

• Adhésion: C’est le fondement de toutes les propriétés. Généralement, l'adhérence au pelage doit être supérieure ou égale à 5 MPa, et le revêtement en poudre époxy lié par fusion-peut atteindre plus de 10 MPa ; une adhérence insuffisante entraînera le décollement du revêtement en feuilles et la perte complète de sa fonction protectrice.
• Résistance aux chocs et résistance à l’usure : Convient à l'impact et à la friction pendant le transport, le remblayage et l'installation des pipelines. Par exemple, la résistance aux chocs du revêtement 3PE doit être supérieure ou égale à 10 J pour éviter d'endommager le revêtement pendant la période de construction.
• Flexibilité et résistance à la flexion :Convient pour le traitement de pliage de tubes en acier. Le revêtement peut se déformer avec le substrat sans se fissurer ni se décoller, et ne nécessite généralement aucune fissure à une flexion de 1,5 à 3 degrés.

3. Performances de résistance environnementale

• Résistance à la température : Le revêtement anticorrosion conventionnel-est applicable dans la plage de températures de -30 à 80 degrés. Pour les canalisations de fluide à haute -température, des revêtements résistants à la température-(tels que FBE haute température, 3PP) doivent être sélectionnés.
• Résistance aux intempéries et au vieillissement :Pour les pipelines aériens, ils doivent résister au vieillissement atmosphérique tel que le rayonnement ultraviolet, les changements de température et l’exposition à la pluie. Il est exigé que le test de vieillissement artificiel accéléré dure une durée supérieure ou égale à 1 000 heures sans poudrage ni décoloration significative.
• Variation de température et résistance au gel-Résistance au dégel :Il est adapté aux différences de température saisonnières et aux cycles de gel-dégel. Le revêtement ne doit pas présenter de problèmes tels que fissures, pelage ou perte d'adhérence.

4. Performance du processus de construction

• Compatible avec la construction de chaînes d'assemblage industrialisées (pulvérisation électrostatique, revêtement par extrusion) ou la construction de réparations et de réparations sur site (revêtement au pinceau, pulvérisation sans air) ;

• La construction à la chaîne nécessite un durcissement rapide, tandis que la construction sur site-exige un durcissement à température normale et une faible sensibilité à la température et à l'humidité ;

• Possède d'excellentes capacités de couverture des bords et des coins, évitant ainsi les points de revêtement faibles au niveau des extrémités des tuyaux, des soudures et des raccords de tuyauterie de forme spéciale- ;

• L'adhérence intercouche entre l'apprêt, la couche intermédiaire et la couche de finition est bonne, sans problèmes de morsure de l'apprêt ou de pelage intercouche.

5. Sécurité et performance environnementale

• Le revêtement des canalisations d'eau potable doit être conforme aux normes relatives aux matériaux en contact avec les aliments, et aucune substance toxique ou nocive ne doit être libérée pendant leur période de service ;

• Limiter l'utilisation de revêtements à haute teneur en COV et cancérigènes (tels que les revêtements traditionnels à base de brai de goudron de houille) et adopter de préférence des systèmes à base d'eau sans solvants ;

• Le revêtement des canalisations enterrées doit avoir une résistivité élevée pour réduire la perte de courant de protection cathodique et améliorer l'efficacité de la protection.

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En fonction du type de matériau de revêtement et de la méthode de construction, les principaux revêtements anticorrosion-des tuyaux en acier peuvent être classés en six catégories principales, chacune adaptée à différents scénarios de service et exigences de coûts :

1. Revêtement anti-corrosion de type revêtement liquide-
Grâce à des méthodes de brossage, de pulvérisation ou de revêtement au rouleau, il peut être durci à température ambiante ou à basse température, adapté à la-construction sur site et à la production en petits-lots, et constitue la forme la plus traditionnelle d'anti-corrosion.

(1) Revêtement époxy anti-corrosion
Il est à base de résine époxy et est divisé en types d'époxy à base de solvant-, sans-à base de solvant- et à base d'eau-.

• Fonctionnalités principales:
• Excellente adhérence, résistance exceptionnelle à la corrosion chimique, résistance à l’eau et résistance aux alcalis ; L'inconvénient est une mauvaise résistance aux intempéries, sujet à la poudrage à l'extérieur, principalement utilisé comme apprêt ou comme revêtement enterré/imperméable.

• Catégories subdivisées:

1. Apprêt riche en époxy et zinc-: Contient une grande quantité de poudre de zinc, ayant à la fois des fonctions de protection barrière et de protection cathodique, avec une forte résistance au brouillard salin, étant l'apprêt préféré pour les canalisations atmosphériques et enterrées ;
2. Revêtement d'asphalte époxy au goudron de houille:Résine époxy + asphalte de goudron de houille, résistante à la corrosion du sol et excellente résistance à l'eau, faible coût, autrefois largement utilisée dans l'approvisionnement en eau et le drainage enterrés, les gazoducs ; en raison de la présence d'hydrocarbures aromatiques polycycliques cancérigènes, son utilisation a été progressivement restreinte ;
3. Revêtement époxy sans-solvant: 100 % de contenu solide, zéro COV, peut être recouvert d'un revêtement épais-en une seule fois, revêtement dense sans trous d'épingle, adapté à l'anti-corrosion des parois intérieures et extérieures des tuyaux en acier, particulièrement adapté aux canalisations de transport d'eau potable et de produits chimiques.

(2) Revêtement anti-corrosion en polyuréthane-
Il est divisé en deux types : aliphatique et aromatique. Le principal matériau filmogène-est la résine polyuréthane.

• Principales caractéristiques :Bonne flexibilité,-résistant à l'usure,-résistant à la corrosion acide et alcaline- ; Le polyuréthane aliphatique présente une excellente résistance aux intempéries et peut être directement utilisé comme couche de finition pour les surfaces extérieures des canalisations aériennes. L'adhérence est légèrement inférieure à celle de l'époxy et les performances de résistance aux solvants puissants sont moyennes.
• Scénarios d'application :Couche de finition pour pipelines aériens, pipelines chimiques, pipelines dans des environnements-à basse température pour la protection-corrosion.

(3) Revêtement anti-corrosion en flocons de verre
Ajoutez de fins flocons de verre à de la résine époxy ou de la résine vinylester.

• Principales caractéristiques :Les flocons de verre sont empilés parallèlement dans le revêtement pour former un « effet labyrinthe », qui améliore considérablement les performances anti-perméation par rapport à l'époxy ordinaire et présente une résistance exceptionnelle aux acides forts, aux alcalis forts et aux milieux corrosifs ; l'inconvénient est que le revêtement est fragile et que sa résistance aux chocs et à la flexion est moyenne.
• Scénarios d'application :Canalisations d'eaux usées chimiques, canalisations de désulfuration, canalisations de transport d'eau de mer, etc., dans des environnements à forte corrosion.

2. Revêtement en poudre époxy lié par fusion-(FBE)

Il appartient au système de revêtement en poudre et constitue la technologie sous-jacente de base pour la protection contre la corrosion des pipelines industriels.

• Processus de construction: Une fois que le tuyau en acier a été soumis au grenaillage pour éliminer la rouille, il est préchauffé à 180-220 degrés. La poudre époxy est appliquée uniformément par pulvérisation électrostatique, et la chaleur résiduelle du tuyau en acier fond et nivelle le revêtement, puis il se solidifie en un film.

• Principales caractéristiques:

1. Adhésion extrêmement forte. La résistance au pelage est généralement supérieure ou égale à 10 MPa. Il présente une excellente résistance au dénudage cathodique et une excellente compatibilité avec la protection cathodique ;
2. Le revêtement est uniforme et dense, avec un taux de piqûres très faible.Il présente une excellente résistance à la corrosion du sol, de l’eau et des produits chimiques ;
3. Sans solvant-et respectueux de l'environnement.La plage de températures de fonctionnement est large (type conventionnel : -30-100 degrés, type haute température : jusqu'à 150 degrés) ;
4. Bonne couverture sur les bords et les coins, et l'épaisseur du revêtement au niveau des cordons de soudure est uniforme.

• Limites: Mauvaise résistance aux chocs et à l'usure, non résistant aux rayons ultraviolets et ne peut pas être directement utilisé dans des environnements aériens.

• Applicationscénarios :Pipelines de pétrole et de gaz-longue distance, conduites municipales d'approvisionnement en eau et de drainage en acier, conduites de produits chimiques, et c'est également la couche sous-jacente principale des revêtements 3PE/3PP.

3. Revêtements anticorrosion-enrobés de polyoléfine-(2PE/3PE, 2PP/3PP)
Le matériau polyoléfine est enduit sur la surface du tuyau en acier par le biais du processus d'extrusion, qui est actuellement la solution anticorrosion la plus courante pour les pipelines enterrés à longue distance-. Parmi elles, la structure à trois-couches est la plus largement utilisée.

(1) Revêtement en polyéthylène à trois-couches (3PE)

• Structure à trois-couches (de l'intérieur vers l'extérieur) :Couche intérieure : poudre époxy fondue (offrant l'adhérence et la résistance à la corrosion) + Couche intermédiaire : adhésif copolymère (réalisant une liaison intercouche) + Couche extérieure : polyéthylène haute-densité (HDPE) (offrant résistance mécanique, résistance à l'usure, performance d'isolation).

• Fonctionnalités principales :Le système anticorrosion enterré le plus équilibré, combinant la haute adhérence de l'époxy, la résistance au décapage cathodique et la haute résistance mécanique, l'isolation élevée et la résistance à l'eau et à l'usure du polyéthylène ; La durée de vie de conception peut atteindre 30 à 50 ans, une excellente résistance aux contraintes du sol, aux chocs et à l'usure, un faible taux de décapage cathodique ;
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• Limites:Investissement élevé dans la chaîne de production de construction, difficulté élevée dans la réparation des joints sur-site ; Température d'utilisation à long-terme Inférieure ou égale à 80 degrés, non résistante aux rayons ultraviolets.
• Scénarios d'application :Les pipelines de transport de pétrole et de gaz longue distance, l'approvisionnement en eau et le drainage municipaux enterrés, les gazoducs principaux, qui constituent la forme anticorrosion préférée pour les tuyaux en acier enterrés en Chine.

(2) Revêtement en polypropylène à trois-couches (3PP)

La structure est la même que celle du 3PE, mais la couche externe est remplacée par du polypropylène.

• Caractéristiques: Les performances de résistance à la température sont meilleures que celles du 3PE et la température de fonctionnement à long terme-peut atteindre 110 degrés. Il a une rigidité et une résistance à l'usure plus élevées ; la ténacité à basse -température est médiocre et elle est sujette à la fissuration à -5 degrés ou moins, elle ne convient donc pas aux régions froides.
• Scénarios d'application : Pipelines de transport de pétrole brut et d'eau chaude à haute-température.

4. Revêtement anti-corrosion à base de-métal-
Utilisant un revêtement métallique comme couche anti-corrosion, il remplit la double fonction de barrière de protection et de protection cathodique anodique sacrificielle.

(1) Revêtement de galvanisation à chaud-

• Processus: Après lavage acide du tuyau en acier et traitement post-revêtement, il est immergé dans du zinc fondu à une température d'environ 450 degrés, formant une couche d'alliage de zinc-fer et une couche de zinc pur sur la surface.
• Fonctionnalité principale: Double mécanisme de protection, la couche dense de zinc offre une barrière de protection, et le potentiel de l'électrode du zinc est inférieur à celui du fer, permettant à la zone endommagée d'être protégée par l'anode sacrificielle ; le processus est mature, le coût est modéré et la durée de vie dans un environnement atmosphérique extérieur peut atteindre 10 à 20 ans.
• Limites: Épaisseur de revêtement inégale, plus fine au niveau des cordons de soudure ; mauvaise résistance à la corrosion aux sols acides, alcalins et riches en sel ; difficile d'immerger des tuyaux en acier-de grand diamètre.
• Scénarios d'application : Tuyaux d'alimentation en eau municipaux de petit-diamètre, tuyaux de protection incendie, tuyaux de conduites électriques, tuyaux de serre, etc. Il s'agit de la méthode anti-corrosion la plus couramment utilisée pour les tuyaux en acier de petit-diamètre dans les applications civiles et municipales.

(2) Revêtement de zinc/aluminium pulvérisé thermiquement

• Processus:Les fils de zinc ou d'aluminium sont fondus et atomisés par pulvérisation à l'arc ou à la flamme, puis pulvérisés sur la surface du tuyau en acier pour former un revêtement métallique. La surface est remplie de peinture de scellement pour combler les pores.
• Fonctionnalités principales :Effet de protection cathodique de longue durée-, excellente résistance à la corrosion atmosphérique et à l'eau de mer, avec une durée de vie allant jusqu'à 20 ans ; peut être construit sur-site, adapté aux tuyaux de grand-diamètre et de forme irrégulière-et aux projets de réparation.
• Limites:Le revêtement a une porosité élevée, et doit être accompagné d'une peinture de scellement ; l'efficacité de la construction est faible et le coût est plus élevé que celui de la galvanisation à chaud-.
• Scénarios d'application :Pipelines-transversaux, grands pipelines extérieurs côtiers et tuyaux en acier pour la conservation de l'eau.

5. Revêtement anti-corrosion spécial-haute performance-

(1) Revêtement élastomère polyuréthane pulvérisé

• Processus:Les matériaux à deux composants-sont mélangés par un équipement dédié, puis réagissent et durcissent rapidement, formant un film en quelques secondes.
• Principales caractéristiques :La vitesse de durcissement est extrêmement rapide, sans affaissement lors de la construction verticale et de la surface supérieure, et elle peut être appliquée en couche épaisse en une seule couche ; il présente une excellente flexibilité, une résistance aux chocs, une résistance à l'usure et une résistance aux fissures exceptionnelles ; il résiste à l'eau, aux acides et aux alcalis, au brouillard salin et présente une faible sensibilité à l'humidité pendant la construction.
• Limites:Les coûts du matériel et de l'équipement sont élevés, les exigences relatives au traitement de surface de base sont extrêmement élevées et le contrôle de l'adhésion est difficile.
• Scénarios d'application :Anti-corrosion pour les canalisations d'eaux usées, les canalisations de produits chimiques, les raccords de tuyauterie de forme spéciale-et-réparation sur site des couches anti-corrosion des canalisations.

(2) Revêtement céramique-résistant à l'usure et anti-corrosion

Le revêtement est composé de résine époxy comme matériau de base et comprend des microbilles de céramique, du carbure de silicium et d'autres charges dures. Il présente une dureté élevée et d'excellentes propriétés de résistance à l'usure et anti-corrosion. Il est principalement utilisé pour l'anticorrosion des parois internes des pipelines transportant des fluides contenant des particules solides telles que de la boue, des boues minérales et de la poudre de charbon.

6. Revêtement spécial pour l'anti-corrosion interne des tuyaux en acier

Pour répondre aux exigences de corrosion du milieu interne et de réduction de la traînée, en plus de l'époxy et de la polyurée sans solvant-, il existe deux méthodes principales d'anticorrosion interne{{1} :

• Revêtement en mortier de ciment :Enduit sur la paroi intérieure du tuyau en acier par procédé centrifuge, il a un coût extrêmement faible, est respectueux de l'environnement et hygiénique, résistant à la corrosion de l'eau et peut protéger la qualité de l'eau. Il s'agit de la méthode anticorrosion interne courante-pour les canalisations d'alimentation en eau et de drainage de grand-diamètre ; cependant, son inconvénient est une grande fragilité, une mauvaise résistance aux chocs et une fissuration facile.
• Revêtement en résine époxy de qualité alimentaire- :Conforme aux normes d'hygiène de l'eau potable, avec une paroi intérieure lisse, une faible résistance et moins de tartre. Il combine protection contre la corrosion et réduction de la traînée et est utilisé pour l'approvisionnement en eau municipale et les conduites d'eau potable directes.

7. Principes fondamentaux de sélection
La sélection des revêtements anti--corrosion pour les tuyaux en acier doit être basée sur une prise en compte approfondie de l'environnement de service (enfoui/aérien/à base d'eau/grade de corrosion), des paramètres de fonctionnement (température, pression, fluide), des conditions de construction et du coût total du cycle de vie.

Généralement, il suit la logique de conception composite consistant à « assurer l'adhérence et la résistance à la corrosion au niveau de la couche inférieure, et assurer la résistance mécanique et la tolérance environnementale au niveau de la couche externe ».