La décision du revêtement: Trente ans à associer le plastique au poison

Vous avez déjà vu l'effet du gaz acide sur l'acier au carbone? J'ai. Ce n'est pas joli. L'acier ne rouille pas comme à l'air libre. Ça craque. De l'intérieur vers l'extérieur. Des petites lignes qu'on ne voit pas jusqu'au jour où elles arrivent à l'extérieur et tout s'arrête très vite.

J'ai commencé dans ce métier en 1994, fraîchement sorti de l'école de métallurgie, travailler pour un fabricant de tuyaux dans l'Ohio. Ma première semaine de travail, ils m'ont emmené voir un échec. Ligne en acier au carbone de douze pouces, transport de l'eau produite à partir d'un puits de schiste. Trois ans de service. Le fond du tuyau ressemblait à une éponge. Des trous partout. L'opérateur avait perdu un quart de million de dollars en temps d'arrêt.

C'est à ce moment-là que j'ai appris: l'acier est solide, mais l'acier est stupide. Il ne sait pas comment se protéger. Il faut le protéger.

C'est ce que font les doublures. Ils sont le système immunitaire de votre pipe.

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Le problème: Qu'est-ce que tu pompes vraiment?

Avant de choisir une doublure, tu dois répondre à une question. Ce n'est pas ce qui est dans la fiche technique. Qu’y a-t-il réellement dans le tuyau?

J'ai travaillé au Moyen-Orient, 2008. Le client a dit “gaz acide, 2% H2S, sec.” Nous avons recommandé le PTFE. Installé trente kilomètres. Six mois plus tard, échecs. Beaucoup d'entre eux.

Il s'avère, ce n'était pas sec. L'eau se condensait dans les points bas. Le H2S dissous dans cette eau. Fait de l'acide sulfurique. Pas fort, mais assez fort. Et le PTFE? C'était bien. Mais la bague d'appui n'était pas correctement scellée. L'acide s'est glissé derrière la doublure. Corrodé l'acier de l'extérieur vers l'intérieur, si ça a du sens. La doublure était parfaite. Le tuyau était une poubelle.

C'est le problème des doublures. Ils ne fonctionnent que si tout le reste fonctionne aussi.

Table 1: Médias corrosifs courants et leurs mécanismes

La chimie compte. La température compte. La pression compte. Le débit compte. Tout compte.

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La famille des doublures: Qui fait quoi dans le monde du plastique

Laissez-moi vous présenter les joueurs. J'ai travaillé avec chacun d'eux. J'en ai aimé certains. Détesté les autres. Appris de tous.

PTFE: Le vieux roi

Polytétrafluoroéthylène. Téflon pour la plupart des gens. Le grand-père des plastiques hautes performances.

En quoi il est bon: Presque tout. Chimiquement inerte jusqu'à environ 260°C. Rien n'y colle. Coefficient de friction si faible qu'il est difficile de le mesurer.

En quoi c'est mauvais: Prix. Flux froid. Pénétration.

formule 1: Taux de perméation (La première loi de Fick)

$J=-D\times \frac{DC}{DX}$

J=−D×DXDC​

où:

• $J$

  J = Flux de perméation

• $D$

  D = Coefficient de diffusion

• $DC\mathrm{/}DX$

  DC/DX = Dégradé de concentration

Le PTFE a un D relativement élevé pour les petites molécules. hydrogène, vapeur d'eau, gaz légers. Ils passent à travers. Pas vite, mais assez vite.

J'ai vu ça sur une ligne de chlore au Texas. Tuyau en acier revêtu de PTFE, dix ans, fonctionne bien. Puis ils ont changé le processus. Pression plus élevée. Soudainement, le chlore pénétrait à travers le revêtement, attaquant l'acier derrière lui. La doublure avait l'air parfaite. Le tuyau tombait en panne de l'extérieur vers l'intérieur.

Nous l'avons réparé en aérant l'anneau. Petits trous percés dans l'acier pour laisser échapper le gaz imprégné. A bien fonctionné après ça.

Table 2: Performances du PTFE par support

PFA: La mise à niveau

Perfluoroalcoxy. Considérez-le comme le plus jeune du PTFE, cousin plus flexible. Même résistance chimique. Meilleures propriétés mécaniques.

Ce qui est différent: Le PFA peut être traité par fusion. Cela signifie de meilleures soudures, surfaces plus lisses, moins de porosité. Il supporte également brièvement des températures plus élevées, bien que la notation continue soit similaire.

Le piège: Ça coûte plus cher. sur 20-30% plus que le PTFE. Ça vaut parfois le coup, parfois non.

J'ai utilisé du PFA pour un travail en mer du Nord. Gaz à haute pression, condensat, du H2S, un peu d'eau. Le client voulait le meilleur. Doublures PFA, anneau ventilé, ports de surveillance. Coûte une fortune. Mais cette ligne fonctionne depuis quinze ans sans aucun problème.. Parfois, on en a pour son argent.

PP: Le cheval de trait

polypropylène. Bon marché. Joyeux. Fait le travail dans beaucoup d'endroits.

Limite de température: 80-90° C. C'est ça. Au dessus de ça, ça devient mou. Au dessus de 100°C, C'est inutile.

Résistance chimique: Bon pour les acides et les bases à températures modérées. Pas bon pour les oxydants forts. Pas bon pour les hydrocarbures, ils font gonfler.

formule 2: Rapport de gonflement

$S\mathrm{\%}=\frac{V_{SWOLLeN}-V_{OR\mathrm{pouce\; ou\; 114,3\; mm\; à\; 508\; mm}G\mathrm{pouce\; ou\; 114,3\; mm\; à\; 508\; mm}NAL}}{V_{OR\mathrm{pouce\; ou\; 114,3\; mm\; à\; 508\; mm}G\mathrm{pouce\; ou\; 114,3\; mm\; à\; 508\; mm}NAL}}\times 100$

S%=Voupouce ou 114,3 mm à 508 mmGalorsL​VSWOlleN​−Voupouce ou 114,3 mm à 508 mmGalorsL​​×100

Si S% > 10%, tu as un problème. La doublure s'agrandit, boucles, bloque ton tuyau.

J'ai vu ça sur une conduite d'eau produite dans le Permien. Doublure PP, 80eau °C, un peu d'huile résiduelle. Après deux ans, la doublure avait gonflé 15%. On aurait dit un serpent qui aurait avalé une chèvre. Des bosses partout. Débit réduit de moitié. J'ai dû remplacer toute la ligne par du PE.

PE: La date pas chère

polyéthylène. Encore moins cher que le PP. Utilisé pour l'eau, eaux usées, produits chimiques doux.

Limite de température: 60°C pour le PEHD. 80°C pour PEX (réticulé). Au dessus de ça, Non.

Résistance chimique: Bon pour les acides et les bases à basse température. Pas bon du tout pour les hydrocarbures. Ils transformeront le PEHD en gel.

L'avantage: Prix. et la ténacité. Le PE est presque impossible à casser. Vous pouvez battre dessus, laisse tomber, traîne-le dans un fossé, et ça marchera toujours.

J'ai utilisé du PE pour une ligne de résidus au Canada. 40° C, acide doux, beaucoup de solides. Le revêtement PE a duré douze ans. Je l'ai remplacé par la même chose. Parfois, bon marché est intelligent.

caoutchouc: La vieille école

Caoutchouc naturel, néoprène, butyle, EPDM, nitrile. Différents caoutchoucs pour différents travaux.

Quel caoutchouc fait bien: Résistance à l'abrasion. La flexibilité. Scellage. Amortissement.

Quel caoutchouc ne fait pas bien: température élevée. Acides forts. Produits biologiques.

Table 3: Sélection de revêtement en caoutchouc

J'ai spécifié du caoutchouc butyle pour une ligne d'acide phosphorique en Floride. 80° C, 40% acide, quelques solides. Le caoutchouc a duré huit ans. Quand nous l'avons tiré, la doublure était encore flexible. L'acier derrière était parfait. C'est une victoire.

Revêtements époxy: L'option mince

Pas vraiment une doublure. Plutôt une peinture épaisse. 0.5mm à 2 mm d'épaisseur, généralement.

Où ça marche: produits chimiques doux, basse température, pas d'abrasion. Pensez à l'eau potable, eaux usées douces, exposition atmosphérique.

Là où ça échoue: température élevée, Acides forts, fléchissement, abrasion, vide.

formule 3: Durée de vie du revêtement (Ma règle empirique)

$L=\frac{T}{K\times C\times T}$

L=K×C×TT​

où:

• $L$

  L = Durée de vie en années

• $T$

  T = Épaisseur du revêtement (mm)

• $K$

  K = Constante (0.1 pour époxy)

• $C$

  C = Facteur de concentration chimique

• $T$

  T = Facteur de température

Pour un époxy de 1 mm 10% H2SO4 à 40°C:

$L=1\mathrm{/}(0.1\times 2\times 1.5)=3.3$

L=1/(0.1×2×1.5)=3.3 années. Pas génial.

J'ai vu un revêtement époxy échouer en six mois dans un service d'acide chlorhydrique. La spécification disait que cela devrait durer cinq ans. Quelqu'un a oublié de prévenir l'acide.

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La matrice de sélection: Ce qui va où

Après trente ans, voici mon aide-mémoire. Ce n'est dans aucun manuel. C'est juste ce qui fonctionne.

Table 4: Sélection de doublure par service

Voici le truc à propos de cette table: c'est un point de départ, pas un point final. Chaque travail est différent. Chaque fluide est différent. Chaque cycle de température est différent.

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Les modes de défaillance: Comment meurent les doublures

J'ai vu des doublures échouer de plus de façons que je ne peux en compter. Voici les plus grands succès.

Pénétration

Le gaz traverse le revêtement, attaque l'acier par derrière. La doublure a l'air parfaite. Le tuyau est une poubelle.

Comment y remédier: Ventiler l'anneau. Percer des trous dans l'acier. Laisse le gaz s'échapper. Surveiller la pression dans le système de ventilation. Si vous voyez une pression, tu as une perméation. Si vous voyez du liquide, tu as une fuite.

formule 4: Exigence de ventilation de l'anneau

$A_{VeNT}=\frac{Q\times L}{P\times V}$

AVeNT​=P×VQ×L​

où:

• $A_{VeNT}$

  AVeNT​ = Zone de ventilation nécessaire

• $Q$

  Q = Taux de perméation

• $L$

  L = Longueur du tuyau

• $P$

  P = Contre-pression admissible

• $V$

  V = Vitesse du gaz

J'ai conçu un système de ventilation pour une conduite de gaz acide en Alberta. 20 kilomètres, 12-Pouces, Tuyau en acier revêtu de PTFE. Nous avons calculé le taux de perméation, évents dimensionnés en conséquence. Vingt ans après, je travaille toujours.

Effondrement

Vide dans le tube en acier revêtu. La doublure aspire vers l'intérieur. Bloque le flux.

formule 5: Pression critique d’effondrement

$P_C=\frac{2e}{1-n^2}\times {\left(\frac{T}{D}\right)}^3$

PC​=1−n22e​×(DT​)3

où:

• $P_C$

  PC​ = Pression d'effondrement

• $e$

  e = Module d'élasticité

• $n$

  n = Coefficient de Poisson

• $T$

  T = épaisseur du revêtement

• $D$

  D = Diamètre du revêtement

Les doublures fines se replient facilement. Les doublures épaisses s'effondrent plus fort.

J'ai vu ça sur une ligne d'injection d'acide en Louisiane. Les pompes se sont arrêtées brusquement. Formé sous vide. La doublure en PP s'est effondrée comme une canette de soda piétinée. Ça coûte une fortune à remplacer.

Comment y remédier: Utilisez des doublures plus épaisses. Installer des casse-vide. Concevoir le système pour que cela ne puisse pas arriver.

Extension thermique

Le tuyau devient chaud. L'acier se dilate. La doublure s'étend davantage. Boucles de doublure.

formule 6: Différence de dilatation thermique

$\mathrm{d}L=({\mathrm{un}}_{L\mathrm{pouce\; ou\; 114,3\; mm\; à\; 508\; mm}NeR}-{\mathrm{un}}_{STeeL})\times L\times \mathrm{d}T$

dL=(unLdansest​−unSTOuiL​)×L×dT

Le PTFE se dilate environ dix fois plus que l'acier. Chauffez-le à 100°C, et une section de 10 mètres pousse 15 mm de plus que l'acier. Où va cette longueur supplémentaire? Ça boucle.

Comment y remédier: Collez le liner. Ou concevoir des boucles d’expansion. Ou fonctionner dans une plage de température étroite.

Attaque chimique

Mauvaise doublure pour le travail. Il se dissout, gonfle, fissures, ou adoucit.

Table 5: Avertissements de compatibilité chimique

J'ai spécifié une fois le PP pour une conduite de benzène. Grosse erreur. Le benzène à 50°C fait gonfler le PP comme une éponge. J'ai dû le remplacer par du PTFE. Ça m'a coûté un client.

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Les études de cas: De vrais emplois, De vraies leçons

Laissez-moi vous guider à travers trois tâches. Chacun m'a appris quelque chose.

Cas 1: La conduite de gaz acide qui nous a presque tué

Emplacement: Ouest de l'Alberta, 2010
Service: gaz naturel, 5% H2S, 2% CO2, trace d'eau
température: 40-60° C
La pression: 1200 psi
Longueur: 15 kilomètres
Diamètre: 10-Pouces

Le choix: Doublure PTFE, 3mm d'épaisseur, anneau ventilé.

Ce qui s'est bien passé: Le PTFE gère parfaitement le H2S. Pas de corrosion. Aucun problème de perméation. Les bouches d'aération n'ont jamais montré de pression.

Ce qui n'a pas fonctionné: Lors d'un arrêt, la ligne a refroidi rapidement. Le PTFE s'est contracté plus que l'acier. Aux brides, le revêtement s'est retiré de la face d'étanchéité. Quand ils ont redémarré, le gaz est passé derrière le revêtement au niveau de la bride. Pressuriser l'anneau. J'ai fait sauter le conduit d'aération.

Le correctif: Nous avons repensé les connexions à brides. Ajout d'un mécanisme de verrouillage qui maintient la doublure en place quelle que soit la température. Coût supplémentaire, mais ça a marché.

Ce que j'ai appris: Les cycles de température comptent plus qu’une température constante. Concevez toujours pour le pire des cas.

Cas 2: La ligne acide qui a duré deux mois

Emplacement: Louisiane, 2015
Service: 30% HCL, quelques matières organiques
température: 70° C
La pression: 150 psi
Longueur: 500 mètres
Diamètre: 6-Pouces

Le choix: Doublure PP, 4mm d'épaisseur. Quelqu'un a pensé que ça permettrait d'économiser de l'argent.

Ce qui n'a pas fonctionné: Tout. Le PP n’a pas été évalué pour HCl à 70°C. Nous leur avons dit. Ils n'ont pas écouté. Après deux mois, la doublure était fragile. Des fissures partout. L'acide a atteint l'acier. Des fuites de sténopé à six endroits.

Le correctif: Remplacer par du PTFE. Coût trois fois supérieur à ce qu'aurait coûté le travail initial.

Ce que j'ai appris: Pas cher c'est cher. Toujours.

Cas 3: La ligne de lisier qui ne mourrait pas

Emplacement: Nevada, 2018
Service: Résidus miniers d’or, 30% solides, PH 2-3
température: 30-40° C
La pression: Atmosphérique
Longueur: 3 kilomètres
Diamètre: 8-Pouces

Le choix: Caoutchouc naturel, 6mm d'épaisseur.

Ce qui s'est bien passé: Le caoutchouc a absorbé l'abrasion comme un champion. Après cinq ans, nous avons mesuré la perte de mur. Moins de 1 mm. L'acier derrière était parfait.

Ce qui n'a pas fonctionné: Rien. Cette ligne fonctionne toujours.

Ce que j'ai appris: Parfois, les anciennes méthodes sont les meilleures. Le caoutchouc existe depuis toujours pour une raison.

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Les nouveautés: Où nous allons

Doublures conductrices

L'électricité statique s'accumule dans les tuyaux en plastique. Peut provoquer des étincelles. En service inflammable, c'est mauvais.

Les nouveaux revêtements contiennent du noir de carbone ou d'autres charges conductrices. Ils dissipent l'électricité statique. Sans danger pour les hydrocarbures.

Doublures double couche

Deux plastiques différents, co-extrudé. La couche intérieure est résistante aux produits chimiques. La couche externe adhère à l'acier. Le meilleur des deux mondes.

J'en ai vu une démo lors d'un salon professionnel l'année dernière. Intérieur en PTFE, extérieur en PE modifié. Force d’adhésion trois fois supérieure à la norme. Des trucs intéressants.

Doublures intelligentes

Capteurs à fibre optique intégrés dans le liner. Ils mesurent la température, souche, même présence chimique. Surveillance en temps réel de l'état du revêtement.

Cher maintenant. Sera la norme dans dix ans.

Table 6: Technologies de revêtement émergentes

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Le processus de décision: Ce que je fais réellement

Après trente ans, voici mon processus. Ce n'est pas compliqué.

Étape 1: Obtenez les vraies données

Pas la fiche technique. Les vraies données. Qu'y a-t-il dans le tuyau en acier revêtu? A quelle température? A quelle pression? Pendant combien de temps? Tout bouleversement? Tout arrêt? Tous les cycles de nettoyage?

Étape 2: Éliminez les non évidents

Température trop élevée pour le PP? Éliminer. Hydrocarbures présents? Éliminer le caoutchouc (sauf nitrile). Oxydant puissant? Éliminez tout sauf le PTFE/PFA.

Étape 3: Présélectionnez les possibles

Vous vous retrouvez généralement avec deux ou trois options. PTFE pour les choses difficiles. PP pour les choses faciles. Caoutchouc pour l'abrasion.

Étape 4: Considérez le système

Quelle est la longueur du tuyau? Combien de raccords? Combien de brides? Les longs tronçons de canalisation favorisent les revêtements moins chers. De nombreux raccords favorisent des doublures plus flexibles.

Étape 5: Pensez à l'échec

Si cette doublure échoue, Ce qui se produit? Une fuite en trou d'épingle? Une rupture catastrophique? Quelle est la gravité des conséquences? Les mauvaises conséquences justifient des doublures coûteuses.

Étape 6: Passez l'appel

Ensuite tu choisis. Et j'espère que tu as raison.

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Table 7: Ma carte de référence rapide

✅ = Bien, ⚠️ = Attention, ❌ = Non

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Ce que je dis aux jeunes ingénieurs

Un jeune ingénieur m'a demandé un jour: “Comment savoir quelle doublure choisir?”

J'ai dit: “Tu ne le fais pas. Pas vraiment. Vous faites votre meilleure estimation en fonction des données dont vous disposez. Puis tu le regardes comme un faucon. Et quand cela échoue – parce que quelque chose échoue toujours – vous en tirez des leçons.”

Il avait l'air déçu. Je voulais une formule, Je pense. Un arbre de décision. Une réponse garantie.

Il n'y en a pas.

Il y a juste de l'expérience. Et les données. Et en faisant attention. Et être assez humble pour admettre quand tu as tort.

Cette conduite de gaz acide en Alberta? Celui avec le problème de bride? Nous l'avons réparé. Mais j'y pense encore. Je me demande toujours ce que j'ai manqué d'autre.

C'est le travail. Tu n'arrêtes jamais d'apprendre. Tu n'arrêtes jamais de t'inquiéter. Vous devenez simplement meilleur pour savoir de quoi vous inquiéter.