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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES ET METALLURGIE ENSMM- annaba - Département science et génie des matériaux Mémoire de fin d’études INGENIEUR: Science et Génie des Matériaux Présenté(e) par : - Bekhouche Manel - Louahem Amina Encadré(e) par : - Pr.Zahzouh moussa Membres du jury : - Mr.Zahzouh Moussa - Mlle.Taibi Yasmina - Mr.Tahraoui Tarek Juin 2015 THEME : Phénomène de corrosion dans les condenseurs ENSMM-ANNABA Aux termes de ce mémoire, nous tenons à exprimer nos remerciements au bon « DIEU » qui nous a entouré de sa bienveillance et nous a renforcé avec le courage et la force pour pouvoir mener à bien ce travail. Que nos sincères et profonds remerciements aillent à Monsieur ZAHZOUH Moussa pour l’honneur qu’il nous a fait en acceptant d’être notre encadreur, pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail et pour ses précieux conseils tout au long de l’élaboration de ce projet ; qu’il soit rassuré de notre reconnaissance et notre respect indéfectible. A tous nos enseignants. Au président et aux membres du jury qui ont accepté De juger notre travail. A madame MADDAH Soumia pour son aide et sa disponibilité, responsable de laboratoire, ainsi qu’à tout le personnel A tous les encadreurs du complexe topping Pour leurs consiels. Dédicaces Je dédié ce travail : A mes chers parents qui ont fait de moi ce que je suis aujourd hui et m’ont soutenu et encouragé à poursuivre mes études en fournissant tous les sacrifices possibles pour me mettre à l’aise. A mon frère et mes sœurs surtout ma petite sœur Zahra. A toute ma précieuse famille. A tous mes amis qui m’ont aidé de leurs mieux dans les moments difficiles. Amina Dédicaces Je dédié ce travail : A mes chers parents qui ont fait de moi ce que je suis aujourd’hui et m’ont soutenu et encouragé à poursuivre mes études en fournissant tous les sacrifices possibles pour me mettre à l’aise et heureuse. A ma sœur et sa petite famille, et surtout la fleur «Yasmine ». A mes deux frères et surtout le petit « Issam ». A tous mes amis qui m’ont aidé de leurs mieux dans les moments difficiles de ma vie. Manel Résumé Dans ce mémoire, nous avons étudié le phénomène de corrosion dans un échangeur de chaleur. Les échangeurs avec ses types, fonctions et rôles, ont été mentionnés dans la partie théorique. Le condenseur étudié est un échangeur de refroidissement fabriqué en acier au carbone faiblement allié (A-179M), qui réagit avec un milieu corrosif (l’eau). Nous avons parlé aussi des types de corrosion, facteurs influents et les moyens de prévention. Ensuite, expérimentalement, nous avons fait une étude spécifique sur cet acier : o Domaine d’application. o Sa composition chimique. o L’influence des éléments sur son comportement mécanique. o Ses propriétés physiques et mécaniques. o Son milieu de travail. o Types de corrosion rencontrés au cours de fonctionnement. A la fin, nous avons parlé d’une méthode de protection utilisée dans ce condenseur, qui est la protection cathodique par des anodes sacrificielles fabriqués en alliage de Magnésium. Cette méthode a été utilisé récemment par le complexe de condensat « Topping », pour diminuer l’impact de corrosion. Les résultats voulus vont assurer le transfert thermique entre l’eau de refroidissement et les produits chauds, augmenter la durée de vie de l’acier utilisé, ainsi que le taux de production. Table des matiéres Introduction générale ..................................................................................................................... 1 Problématique ................................................................................................................................. 3 Chapitre I : Présentation de l’entreprise I.1.Description de la société SONATRACH ................................................................................. 7 I.2.Description de la raffinerie de condensât (RA2K) Skikda ........................................................ 8 I.2.1.Localisation ........................................................................................................................... 8 I.2.2.Activité du complexe RA2K ............................................................................................ 9 I.2.3.Historique ............................................................................................................................ 9 I.2.4. Conception générale du complexe ............................................................................... 10 I.2.5.L’organigramme ............................................................................................................... 11 I.2.5.Gestion d’entreprise .............................................................................................................. 12 I.2.5.1.Capacité technique ............................................................................................................. 12 I.2.5.2.Horaires de travail ............................................................................................................. 12 I.2.6.Bilan de production .............................................................................................................. 12 I.2.7.Les équipements du complexe RA2K .......................................................................... 14 I.2.7.1.Réservoirs ....................................................................................................................... 14 I.2.7.2.Les fours ......................................................................................................................... 14 I.2.7.3.Les échangeurs .............................................................................................................. 14 I.3.Description du procédé ............................................................................................................ 15 I.3.1.Préchauffage de la charg....................................................................................................... 15 I.3.1.1.Schéma du procédé ............................................................................................................ 16 I.3.1.2.Description du procédé de préchauffage du condensat ..................................................... 16 I.3.2.Fractionnement du condensat ............................................................................................... 18 I.3.2.2.Description du procédé ...................................................................................................... 18 I.3.2.3.Bilan de matière de l’unité U100………………………………………………………...20 Chapitre II : Les échangeurs de chaleur II.1.Les échangeurs de chaleur...................................................................................................... 21 II.1.1.Définition ......................................................................................................................... 21 II.1.2.Les différents types d’échangeurs ................................................................................... 21 II.1.2.1.Echangeur double tube .............................................................................................. 22 II.1.2.2.Les échangeurs à plaques .......................................................................................... 22 II.1.2.3.Echangeurs à spirale ................................................................................................. 22 II.1.2.4. Echangeurs tubulaires à faisceau et calandre ........................................................... 23 II.1.3.Mode de circulation ......................................................................................................... 29 II.1.3.1.Circulation à co-courant (ou à courants parallèles) .................................................. 29 II.1.3.2.Circulation à contre-courant ..................................................................................... 29 II.1.3.3.Circulation à courant croisée .................................................................................... 30 II.1.4.Rôles des échangeurs ....................................................................................................... 30 II.1.4.1.Fonction réfrigération ............................................................................................... 30 II.1.4.2.Fonction réchauffage ................................................................................................ 30 II.1.4.3.Fonction vaporisation................................................................................................ 31 II.1.4.4.Fonction condensation .............................................................................................. 31 II.2.Condenseur étudié .................................................................................................................. 31 II.2.1.Les différentes parties d’échangeur ................................................................................. 32 II.2.1.1.Boite de distribution .................................................................................................. 32 II.2.1.2.Boite de retour ........................................................................................................... 33 II.2.1.3.Calendre .................................................................................................................... 34 II.2.1.4.Plaque tubulaire ........................................................................................................ 35 II.2.2.Mode de fonctionnement ................................................................................................. 36 II.2.2.1.Les fluides qui circulent dans le condenseur ........................................................... .36 II.2.2.2.Mode de circulation .................................................................................................. 36 II.2.3. Les conditions de travail .................................................................................................... 37 Chapitre III : Généralités sur la corrosion et la protection contre la corrosion III.1.Généralités sur la corrosion .................................................................................................. 38 III.1.1.Définition de la corrosion ............................................................................................... 38 III.1.2.Aspect économique de la corrosion ............................................................................... 38 III.1.2.1.Effets (pertes directes) ............................................................................................. 38 III.1.2.2.Effets (pertes indirectes) .......................................................................................... 39 III.1.3.Influence de la corrosion sur le choix de matériau......................................................... 39 III.1.4.Les facteurs de la corrosion ............................................................................................ 40 III.1.4.1.Facteurs liés au milieu ............................................................................................. 40 III.1.4.2.Facteurs liés au métal .............................................................................................. 41 III.1.4.3.Facteurs liés au mode d’emploi ............................................................................... 41 III.1.4.4.Facteurs liés au temps .............................................................................................. 41 III.1.5.Le processus de la corrosion .......................................................................................... 41 III.1.5.1.Oxydants .................................................................................................................. 41 III.1.5.2.Réactions partielles .................................................................................................. 42 III.1.6.Influence des paramètres physico-chimiques sur la corrosion ....................................... 43 III.1.6.1.Influence de la concentration en oxygène ............................................................... 43 III.1.6.2.Influence de la température ..................................................................................... 44 III.1.6.3.Influence de la composition ..................................................................................... 45 III.1.6.4.Influence du PH ....................................................................................................... 45 III.1.6.5.Influence des sels dissous ........................................................................................ 48 III.1.6.6.Influence de l’écoulement ....................................................................................... 49 III.1.7.Types de corrosion ......................................................................................................... 49 III.1.7.1.La corrosion chimique (sèche à haute température) ................................................ 49 III.1.7.2.La corrosion électrochimique (humide) .................................................................. 50 III.1.8.Protection contre la corrosion ............................................................................................ 59 III.1.8.1.Prévention par choix du matériau................................................................................ 60 III.1.8.2.Conception de l’équipement........................................................................................ 60 III.1.8.2.1.Épaisseur des parois .............................................................................................. 60 III.1.8.2.2. Règles de conception ........................................................................................... 61 III.1.8.3.Protection passive (revêtements) ................................................................................. 61 III.1.8.3.1.Les revêtements métalliques ................................................................................. 61 III.1.8.3.2.Les revêtements non métalliques .......................................................................... 61 III.1.8.4.Protection active .......................................................................................................... 62 III.1.8.4.1.Protection anodique .............................................................................................. 62 III.1.8.4.2.Protection cathodique ........................................................................................... 62 III.1.8.5.Les inhibiteurs de corrosion ........................................................................................ 63 III.1.8.5.1.Inhibiteurs d’adsorption ........................................................................................ 64 III.1.8.5.2.Inhibiteurs anodiques ............................................................................................ 64 III.1.8.5.3.Inhibiteurs oxydants ............................................................................................. 64 III.1.8.5.4.Inhibiteurs cathodiques ......................................................................................... 64 III.1.8.5.5.Inhibiteurs mixtes ................................................................................................. 64 Chapitre IV : Partie expérimentale IV.1.Matériau utilisé dans le condenseur E202 ....................................................................... ….65 IV.1.1.Domaine d’application ............................................................................................... 65 IV.1.2.Composition chimique ............................................................................................... 65 IV.1.3.Propriétés mécaniques ................................................................................................ 66 IV.1.4.Propriétés physiques ................................................................................................... 67 IV.1.5.Traitement thermique ................................................................................................. 67 IV.1.6.Milieu de travail ......................................................................................................... 67 IV.1.7.Types de corrosion ..................................................................................................... 67 IV.2.Solutions ............................................................................................................................... 68 IV.2.1.Application de revêtements ............................................................................................ 68 IV.2.2.Utilisation des inhibiteurs de corrosion ......................................................................... 68 IV.2.3.Application de la protection cathodique ........................................................................ 68 IV.2.3.1.La conception du système et l’installation .............................................................. 69 Conclusion générale .................................................................................................................... ..80 Les réferances biblioghraphiques ............................................................................................... ..81 Liste des figures Problématique Figure 1 : les condenseurs 100E202 A/B. .......................................................................................... 3 Figure 2: tube et plaque tubulaire corrodés........................................................................................ 4 Figure 3: tubes et plaque tubulaire corrodés......................................................................................5 Chapitre I : Présentation d’entreprise. Figure I.1: Carte d’Algérie SONATRACH. ...................................................................................... 7 Figure I.2: Localisation géographique du complexe.......................................................................... 9 Figure I.3: Le complexe Topping. ................................................................................................... 10 Figure I.4 : La production des produits finis entre 2009 et 2014. .................................................... 12 Figure I.5 : Répartition de la production par produits depuis la mise en exploitation du complexe (en TM). ........................................................................................................................................... 13 Figure I.6 : Répartition des produits finis pour l'année 2013. .......................................................... 13 Figure I.7 : Section Préchauffage du condensat............................................................................... 15 Figure I.8 : Schéma du procédé ....................................................................................................... 17 Figure I.9 : Bilan de matière de l’unité100. ..................................................................................... 20 Chapitre II : Les échangeurs de chaleur Figure II.1 : Un échangeur de chaleur. ............................................................................................ 21 Figure II.2 : Echangeur à plaque. ..................................................................................................... 22 Figure II.3 : Echangeur à spirale. ..................................................................................................... 23 Figure II.4 : Principe de circulation des fluides dans les échangeurs .............................................. 24 Figure II.5 : Echangeur de type BEM .............................................................................................. 29 Figure II.6 : Dessin industrielle de la boite de distribution (voir l’annexe 1) .................................. 32 Figure II.7 : Dessin industrielle de la boite de retour (voir l’annexe 2). .......................................... 33 Figure II.8 : Dessin industrielle de la calandre (voir l’annexe 3). ................................................... 34 Figure II.9 : Dessin industrielle de la plaque tubulaire (voir l’annexe 4). ....................................... 35 Figure II.10 : Mode de circulation des phases dans le condenseur E202 ........................................ 36 Chapitre III : Généralités sur la corrosion et la protection contre la corrosion Figure III.1: Corrosion à haute température : réaction entre le métal et l'oxygène en présence d'une couche d'oxyde ayant une conductivité ionique et électronique [4]. ............................................... 43 Figure III.2: La variation de la vitesse de corrosion en fonction de la concentration en O2 dissous.44 Figure III.3 : a. Effet de l'O2 sur la corrosion à des températures différentes. ................................. 44 Figure III.4 : Courbes montrent l'influence de uploads/Science et Technologie/ memoire-pdf.pdf