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Article

1 - CORROSION PAR LES GAZ ACIDES EN PRODUCTION, TRANSPORT ET RAFFINAGE DU PÉTROLE

2 - CORROSION DANS LES UNITÉS DE TRAITEMENT DES GAZ ACIDES

3 - CORROSION LORS DU RAFFINAGE DU PÉTROLE

4 - MÉTHODES DE CONTRÔLE, DÉTECTION ET INSPECTION UTILISÉES DANS L'INDUSTRIE PÉTROLIÈRE

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : COR750 v1

Corrosion par les gaz acides en production, transport et raffinage du pétrole
Corrosion des matériaux dans l'industrie pétrolière

Auteur(s) : François ROPITAL

Relu et validé le 24 févr. 2017

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NOTE DE L'ÉDITEUR

La partie 1 de la norme NF EN ISO 15156-1 (M87-229-1) du 16/09/2015 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 15156-1 de novembre 2020 : Industries du pétrole et du gaz naturel - Matériaux pour utilisation dans des environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H2S) dans la production de pétrole et de gaz - Partie 1 : principes généraux pour le choix des matériaux résistant au craquage
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2104 (Avril 2021).

13/12/2021

RÉSUMÉ

La maîtrise de la corrosion en ce qui concerne les équipements de l'industrie pétrolière et gazière est primordiale pour offrir une réponse adaptée aux besoins sociétaux en carburants et en composés chimiques de base. Afin d'assurer une fiabilité accrue dans sa production, l'industrie pétrolière se doit de développer et d'optimiser des méthodes de suivi, de contrôle et de management de la corrosion. Dans ce cadre, cet article propose une description des différentes formes de corrosion au sein de l'environnement spécifique de l'industrie pétrolière. Il expose d'autre part les remèdes couramment employés pour s'affranchir de la corrosion ainsi que les méthodes pour la contrôler. Sont également décrites les différentes dégradations dues à l'utilisation des solvants chimiques utilisés pour éliminer les gaz acides (CO2, H2S) associés au pétrole brut lors de sa production, ainsi que celles dues à la présence des sels et des bactéries dans les effluents aqueux pétroliers. Enfin, sont abordés les procédés de raffinage du pétrole pour lesquels les conditions opératoires peuvent être fortement corrosives.

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ABSTRACT

Corrosion of matrials in the petroleum industry

Corrosion control concerning equipment of the gas and petroleum industries is essential in order to address societal needs for fuels and basic chemical compounds. In order to ensure an increased reliability in its production, the petroleum industry must develop and optimize methods for the follow-up, control and management of corrosion. Within this framework, this article offers a description of the various forms of corrosion within the specific environment of the petroleum industry. It also presents the means commonly used in order to avoid corrosion and the methods to control it. It also describes the various degradations caused by the use of chemical solvents in order to eliminate acidic gases (CO2, H2S) associated to crude oil during its production, as well as those induced by the presence of salts and bacteria in the aqueous oil effluents. To conclude, highly corrosive operational conditions of petroleum refining processes are presented.

Auteur(s)

  • François ROPITAL : Ingénieur de l'Institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA) - Docteur de l'École nationale supérieure des mines de St-Étienne - Habilitation à diriger des recherches de l'université Pierre et Marie Curie Paris - Expert – IFP

INTRODUCTION

Les objectifs de l'industrie pétrolière sont d'extraire, transporter, raffiner des pétroles en très grandes quantités dans les conditions économiques les plus performantes et pour des conditions de sécurité et de fiabilité des équipements optimales. En 2008, 88,7 millions de barils de pétrole ont été raffinés par jour dans le monde. Le coût de la corrosion dans cette industrie correspond à environ 3,7 % du coût global de la corrosion. Pour l'industrie pétrolière mondiale, un coût de 35 milliards de dollars par an a été estimé du fait des impacts directs et indirects ainsi que du fait des mesures de contrôle et de prévention. Par baril de pétrole produit, ce coût de la corrosion est d'environ 0,3 à 0,6 $ par baril. Ces chiffres n'incluent pas les événements non prévus. Par exemple, en 2006 des fuites provoquées par une corrosion bactérienne furent à l'origine de l'arrêt pendant quelques jours de la production pétrolière de l'Alaska et de vives tensions sur le marché pétrolier. Les impacts environnementaux de tels accidents peuvent être également considérables.

L'industrie pétrolière est traditionnellement divisée en deux grands domaines: l'amont pétrolier (qui correspond aux opérations de forage, production puis transport du pétrole brut), l'aval pétrolier (où le pétrole est raffiné en kérosène, essence, gasoil, fiouls, naphta, composés de base de la chimie...). Cette industrie est également amenée à éliminer tout au long de sa chaîne les gaz acides (CO2 et/ou H2S) associés aux bruts.

Les différentes étapes de la production, du raffinage et du traitement des gaz acides sont réalisées sous certains environnements chimiques usuels (que l'on peut rencontrer pour d'autres industries) ou spécifiques. Par exemple en production offshore la corrosion marine est un paramètre important de sélection des matériaux. Cet aspect ne sera pas développé dans cet article, le lecteur étant invité à consulter les articles des Techniques de l'Ingénieur dédiés à ce milieu. Il en est de même pour l'oxydation à haute température.

En présence d'eau liquide, les gaz acides (CO2 et/ou H2S) peuvent fortement corroder les équipements de production pétrolière mais également en raffineries ainsi que dans les unités de traitement de ces gaz. Ces gaz acides sont éliminés par des procédés mettant en œuvre des solvants chimiques (à base d'amine) qui peuvent fortement attaquer certains aciers. Des bactéries présentes dans les effluents aqueux pétroliers peuvent être également responsables de phénomènes de corrosion très rapides (avec des vitesses pouvant atteindre 15 mm/an).

Les opérations de raffinage du pétrole font appel à des procédés dont les conditions opératoires peuvent être fortement corrosives du fait de la nature chimique des environnements ainsi que des pressions et températures élevées mises en jeu : des phénomènes de formation d'acide chlorhydrique par hydrolyse des sels, d'attaque par des acides carboxyliques (naphténiques) présents dans certains bruts, de corrosion haute température par les composés soufrés, par l'hydrogène ou par les atmosphères carbonées, y sont entre autre rencontrés.

De plus, les maintiens prolongés (souvent plus de 10 000 h) à haute température dans les conditions du raffinage peuvent être à l'origine du vieillissement des matériaux métalliques, les rendant plus sensibles à certaines formes de corrosion et affectant leurs propriétés mécaniques.

Afin d'assurer une fiabilité accrue de ses équipements, l'industrie pétrolière a développé et optimisé des méthodes de suivi, contrôle et management de la corrosion. Par exemple, pour contrôler les milliers de kilomètres de pipelines des réseaux de transport de gaz, pétrole ou produits raffinés, des racleurs instrumentés de plusieurs technologies de contrôle ont été mis au point. Également la planification des inspections fondée sur une approche par le risque (RBI : Risk Based Inspection) a été largement implantée afin d'accroître la fiabilité et d'optimiser le ratio coût-efficacité (et coût-sécurité) pour la surveillance des installations.

1 baril de pétrole = 159 litres.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-cor750


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1. Corrosion par les gaz acides en production, transport et raffinage du pétrole

Les effluents issus des gisements pétroliers sont composés de pétrole brut ou (et) de gaz naturel (méthane) mais également d'eau et de gaz acides (CO2 et H2S) : le gaz carbonique est un gaz acide présent dans tous les champs pétroliers en quantité plus ou moins importante, tandis que le sulfure de dihydrogène ne se rencontre que dans certains gisements qui, du fait de cette présence, sont appelés « champs acides ».

En présence d'eau liquide, la dissolution du CO2 et de l'H2S engendre différents phénomènes de corrosion des aciers. Les équipements de forage et production pétrolière sont en premier lieu concernés par cette corrosion, mais également les unités de traitement de ces gaz acides. Certaines unités de raffinage sont également affectées. D'autres agents peuvent également accroître la corrosivité des eaux de production pétrolières et de raffinage, par exemple les chlorures (salinité) et la présence de certaines bactéries corrosives.

Nota :

dans l'industrie pétrolière, les vitesses de corrosion généralisée sont exprimées en mm/an ou mpy (milli inch/year = 0,0254 mm/an).

1.1 Corrosion par l'eau contenant du CO2

En forage et production pétrolière, tous les équipements pour lesquels il peut y avoir contact d'eau libre contenant de l'acide carbonique avec les aciers au carbone et faiblement alliés sont concernés : tubages de puits, têtes de puits, séparateurs, pipelines, pompes, etc. Lors du traitement de ce gaz par solvants chimiques les têtes de colonnes de régénération du solvant peuvent être affectées (le procédé est présenté plus en détail au paragraphe 2.1). Les technologies en cours de développement pour capturer, transporter et stocker le CO2 dans des gisements...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KERMANI (M.B.), MORSHED (A.) -   Carbon dioxide corrosion in oil and gas production : a compendium.  -  Corrosion, 59, 8, p. 659-683 (2003).

  • (2) - De WAARD (C.), LOTZ (U.), MILLIAMS (D.E.) -   Predictive model for CO2 corrosion engineering in wet natural gas pipelines.  -  Corrosion, 47, 12, p. 976-985 (1991).

  • (3) - KERMANI (M.B.), SMITH (L.M.) -   Predicting CO2 corrosion in the oil and gas industry.  -  The Institute of materials, London (1997).

  • (4) - BERKOWITZ (B.J.), HOROWITZ (H.H.) -   The role of H2S in the corrosion and hydrogen embrittlement of steel.  -  Journal of the Electrochemical Society, 129, 3, p. 468-474 (1982).

  • (5) - CROLET (J.L.), BONIS (M.R.) -   Revisiting hydrogen in steel. Part. I, Theoretical aspects of charging, stress cracking and permeation.  -  Paper 067 (Présenté à Nace 2001, 11/3/2001-16/3/2001, Houston) (2001).

  • (6)...

NORMES

  • NORSOK CO2 corrosion rate calculation model - M506 Rev2 - 2005

  • NACE ISO Petroleum and natural gas industries : materials for use in H2S containing environments in oil and gas production. Part. 1, General principles for selection of cracking-resistant material - NACE MR0175/ISO 15156-1 - 2003

  • NACE ISO Petroleum and natural gas industries : materials for use in H2S containing environments in oil and gas production. Part. 2, Cracking-resistant carbon and low alloy steel, and the use of cast iron - NACE MR0175/ISO 15156-2 - 2003

  • NACE ISO Petroleum and natural gas industries : materials for use in H2S containing environments in oil and gas production. Part. 3, Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys - NACE MR0175/ISO 15156-3 - 2003

  • NACE ISO Materials resistant to sulfide stress cracking in corrosive petroleum refining environments - NACE MR0103 - 2005

  • API Damage mechanisms affected fixed equipment in the refinery industry - API 571 - 2003

  • API Base resource document on risk-based inspection - ...

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

Centre Français de l'Anticorrosion (Cefracor) Commission Industries Pétrolières et gazières http://www.cefracor.org

Fédération Européenne de Corrosion (EFC) Working Parties 13 et 15 http://www.efcweb.org

National Association of Corrosion Engineers (NACE) https://www.ampp.org/home

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