Corrosion et protection des systèmes de tuyauterie-haute pression dans le dessalement de l'eau de mer par osmose inverse

Dans un contexte de pénurie mondiale d’eau, le dessalement de l’eau de mer est progressivement devenu une solution incontournable pour pallier les pénuries d’eau douce. En particulier dans des régions telles que le Moyen-Orient, l'Afrique du Nord et l'Asie du Sud, où la pénurie d'eau est grave, le dessalement par osmose inverse (RO) est devenu la technologie dominante en raison de sa faible consommation d'énergie, de sa flexibilité opérationnelle et de ses coûts d'investissement relativement faibles. Cependant, les systèmes RO doivent traiter de l’eau de mer hautement saline et fortement corrosive, ce qui pose des défis importants en termes de matériaux d’équipement. Parmi ceux-ci, le système de tuyauterie haute-pression est à la fois le composant essentiel garantissant des performances stables de la membrane et le plus vulnérable à la corrosion. Les stratégies de sélection et de protection des matériaux affectent directement la sécurité et la viabilité économique des projets de dessalement.

L’environnement opérationnel du dessalement de l’eau de mer RO est complexe :

• Salinité élevée: Les ions chlorure présents dans l'eau de mer peuvent facilement décomposer les films passifs sur les métaux, déclenchant ainsi une corrosion par piqûre.
• Fluctuations de température: Dans des régions telles que le golfe Persique et la mer Rouge, la température de l'eau de mer en été peut dépasser 35 degrés - au-dessus de la température critique de piqûre de nombreux aciers inoxydables.
• Chlore résiduel: Même des traces de chlore résiduel provenant des biocides (par exemple, l'hypochlorite) utilisés dans le prétraitement peuvent accélérer la corrosion des aciers inoxydables austénitiques.

En conséquence, les premiers systèmes qui adoptaient les aciers inoxydables austénitiques 316L, 317L et 904L souffraient souvent de piqûres et de corrosion caverneuse. Même les aciers inoxydables duplex tels que 2205 et 2507 ont subi une corrosion et des défaillances localisées dans des conditions de température et de salinité extrêmement élevées.

Aujourd’hui, les usines de dessalement d’eau de mer adoptent généralement une stratégie matérielle segmentée :

• Sections basse-pression : Les matériaux non-métalliques tels que l'UPVC, le FRP et le PTFE sont largement utilisés pour minimiser la corrosion liée au chlore-.
• Tuyauterie haute-pression: Les collecteurs principaux sont généralement fabriqués en acier inoxydable duplex 2205, tandis que les tuyaux de dérivation peuvent utiliser de l'acier duplex 2507 ou des aciers inoxydables austénitiques fortement alliés-.
• Composants critiques : Les pièces telles que les plaques d'extrémité des récipients sous pression RO et les raccords rapides nécessitent des alliages de qualité supérieure-tels que l'acier inoxydable 2507 ou 6Mo.

Dans le nord de la Chine, où la température de l’eau de mer est relativement basse, les aciers inoxydables duplex fonctionnent raisonnablement bien. Cependant, dans les eaux du sud et dans les régions à haute-température et haute-salinité telles que le Moyen-Orient et l'Afrique du Nord, les aciers duplex continuent de connaître des défaillances-y compris des incidents de fuite de saumure qui compromettent la sécurité du système.

Une vaste expérience de terrain a confirmé quetitane (par exemple, titane commercialement pur TA2)est la solution idéale pour les environnements de corrosion extrêmes. Titane offre :

• Résistance exceptionnelle à la corrosion : Le titane forme naturellement un film d'oxyde stable, ce qui le rend très résistant aux piqûres et à la corrosion caverneuse dans les environnements riches en chlorure-.
• Fiabilité à long terme- : Dans une usine de dessalement située sur une île de la mer de Chine méridionale, les canalisations et les vannes en titane sont restées intactes et exemptes de corrosion-après huit ans de fonctionnement continu.
• Adapté aux eaux-à haute température: Même dans des régions comme le golfe Persique et la mer Rouge, le titane conserve une excellente stabilité.

Bien que le titane ait un coût initial plus élevé, ses faibles besoins de maintenance et sa durée de vie prolongée compensent l'investissement initial, ce qui rend les systèmes de tuyauterie en titane de plus en plus adoptés dans les applications de dessalement à haute pression.

Au-delà de la sélection des matériaux, une protection multicouche-est essentielle :

• Pratiques opérationnelles: Lors des arrêts, le rinçage à l'eau douce évite que l'eau de mer stagnante n'accélère la corrosion.
• Élimination du chlore : L'ajout d'agents réducteurs avant que l'eau de mer ne pénètre dans la section haute-pression protège à la fois la tuyauterie et les membranes RO.
• Protection cathodique: Les anodes sacrificielles (par exemple, le zinc) peuvent réduire les risques de corrosion dans les canalisations en acier duplex, bien que leur utilisation à grande échelle- reste limitée.
• Revêtements et modification de surface : Bien établis dans les canalisations basse-pression, leur stabilité-à long terme et leur-efficacité économique dans les systèmes à haute-pression nécessitent une validation plus approfondie.
• Additifs verts : Les développements futurs pourraient inclure des produits chimiques respectueux de l'environnement dotés à la fois de fonctions d'inhibition de la corrosion et de contrôle du tartre, équilibrant la sécurité des équipements et la durabilité environnementale.

Alors que la demande mondiale en eau douce continue d’augmenter, le dessalement de l’eau de mer par RO sera déployé plus largement dans les villes côtières, les îles et les bases industrielles. Les tendances du secteur comprendront probablement :

Adoption de matériaux avancés: Les alliages et composites de titane verront une utilisation plus large, en particulier dans les environnements marins extrêmes.

Évaluations des coûts du cycle de vie : La planification du projet passera de l'investissement initial à l'équilibre entre les coûts d'exploitation et de maintenance à long terme.

Surveillance et protection intelligentes : Les capteurs et le Big Data permettront de-surveillance de la corrosion en temps réel et maintenance prédictive.

Technologies de protection verte : Le développement d'inhibiteurs de tartre et de corrosion respectueux de l'environnement soutiendra la croissance durable du dessalement de l'eau de mer.