Essais complémentaires et application aux systèmes industriels

Le travail présenté dans les précédents chapitres de ce rapport a porté essentiellement sur des systèmes modèles simples : fer pur, solution composée uniquement de chlorure de sodium, gaz acide constitué uniquement par l’H2S, présence ou absence d’O2 en apport continu et à une teneur unique. Le choix de ces systèmes modèles a été effectué afin de rester aussi simple que possible, dans un soucis de compréhension. Néanmoins, les systèmes industriels auxquels ce travail pourrait s’appliquer sont bien plus complexes. Le fer pur est remplacé par des aciers peu alliés pouvant présenter des microstructures variées (ferrito-perlitique, martensitiques, bainitiques…) et des tailles de grains parfois très fines, la présence éventuelles de défauts (ségrégations, inclusions…). D’autre part, en plus de l’H2S, l’acidité peut être apportée par du CO2 et/ou par des acides organiques. Enfin, les solutions corrosives peuvent contenir d’autres sels dissous (sels de calcium, de magnésium, de potassium…), ainsi que les bases conjuguées de certains acides présents (ions bicarbonates, acétates…) susceptibles de tamponner le milieu. Le but de ce chapitre est donc d’amorcer l’application de ce travail pour des systèmes plus représentatifs de l’application industrielle. Deux paramètres ont été abordés. Le premier porte sur la solution corrosive, dans laquelle a été introduit de l’acide acétique, par rapport à notre solution modèle. Le second axe porte sur le métal, où le fer pur a été remplacé par un acier pétrolier de type API X65. Ce chapitre, essentiellement expérimental, présente ainsi les nouveaux tests qui ont été menés avec ce nouveau système. Les résultats sont alors comparés à ceux obtenus dans le système de référence, selon les trois axes des chapitres 2 (impact de l’O2 sur la solution corrosive), 3 (impact sur la corrosion) et 4 (impact sur le chargement en hydrogène).

Le montage expérimental principal de cette étude est le dispositif de perméation électrochimique avec une cellule du type Devanathan et Starchurski, décrite dans le chapitre précédent. Deux solutions d’essai sont utilisées : une solution Na Cl 35g/L (solution-modèle) et une solution standardisée NACE A (5% Na Cl, et 0.5% acide acétique). Cette dernière solution est représentative des conditions des tests de qualification des aciers pétroliers selon les méthodes NACE TM 0177 ou NACE TM 0284. En comparaison avec le fer pur, un acier pétrolier de type API 5L X65 a été utilisé. Sa composition chimique est donnée dans le Tableau 11 et sa microstructure est présentée à la Figure 91, où elle est comparée à celle du fer pur. On constate une différence notable de la taille des grains, de l’ordre de 5 à 10 μm pour le X65 contre 100 à 200 μm pour le fer pur. Les mesures de perméation électrochimiques ont été réalisées selon le protocole décrit au chapitre 4. Des mesures de spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) sont réalisées simultanément sur la face d’entrée de la membrane selon le protocole décrit au chapitre 3, et des coupons de corrosion sont également introduits en début d’essai dans la cellule de chargement pour l’évaluation de la vitesse de corrosion par perte de masse. Tout au long de l’essai le pH des solutions d’essai est mesuré en continu. Tous les essais présentés dans ce chapitre sont réalisés sous 1 bar de H2S avec éventuellement une pollution par l’oxygène. Pour les essais sur l’acier X65, une pression partielle d’O2 de 8 mbar (correspondant à 300 ppb d’O2 dissous à l’équilibre) a été utilisée, en raison de l’utilisation de nos résultats pour un autre projet de recherche utilisant cette teneur en O2. Pour les essais sur le fer pur la pression partielle de O2 demeure 13 mbar (soit 500 ppb en masse de O2 dissous à l’équilibre). Pendant toute la durée des essais un bullage continu du gaz d’essai est maintenu avec un débit global de 20 mL/min.