Brevet FR2882764A1 — publié le 20060908

La présente invention concerne un procédé de revêtement en couche épaisse applicable aux équipements de canalisations d'oxygène gazeux. Les équipements et accessoires de canalisations d'oxygène gazeux, tels que les vannes, robinets, clapets anti-retour, filtres, tubes, brides ou similaires, sont actuellement et traditionnellement fabriqués en matériaux de type aciers alliés, faiblement alliés ou non alliés. Les matériaux le plus couramment utilisés sont des aciers dit au carbone' ou des aciers inoxydables. 1 o Ces matériaux entrent dans la composition des pièces massives de ces équipements, tel par exemple le corps ou l'enveloppe d'un tel équipement ou d'autres pièces qui le constituent. Les alliages à haute teneur de nickel et/ou de cuivre de type Monel ou cupro-nickel sont beaucoup plus rarement employés du fait de leur coût très élevé et de certaines difficultés de mise en oeuvre qui leur sont propres. Les pièces constituant l'enveloppe sous pression, c'est-à-dire principalement le corps, le chapeau, les brides ou similaires, de chaque équipement d'une canalisation d'oxygène gazeux sont généralement composées d'un ou plusieurs matériaux homogènes mono-métalliques. 2 0 Or, les aciers au carbone ou inoxydables qui entrent dans la composition de ces pièces massives présentent l'inconvénient majeur, en termes de sécurité d'utilisation, de leur aptitude à entretenir et propager la combustion en présence d'oxygène et en fonction de la pression. La notion de pression d'exemption est une valeur de référence au sens du CGA 4.4 et IGC 13/02 et se situe pour un acier entre 0,2.106 Pa et 2,6.106 Pa (29 à 375 psig) selon 2 5 la nuance et l'épaisseur. A l'inverse, le nickel, le cuivre et les alliages à très haute teneur en nickel ou en cuivre, c'est-à-dire contenant typiquement au moins 60 % en poids de nickel ou de cuivre, ont une pression d'exemption de l'ordre de 200 bar, voire supérieure dans certains cas selon la composition du matériau, et ont la propriété de ne pas entretenir ni propager la combustion. De ce fait, actuellement, pour éviter ou minimiser les risques, il est habituel dans le domaine industriel, pour les équipements en acier agencés sur les canalisations d'oxygène, de limiter la pression maximale de service à un niveau inférieur à la pression d'exemption, ou à implanter les équipements derrière des barrières ou autres moyens de protection pour le personnel et l'installation environnante, ou d'utiliser les matériaux d'exemption adaptés susmentionnés. Cependant, ces solutions sont loin d'être satisfaisantes car, dans le premier cas, l'utilisation d'acier peut conduire à un incident de type 'coup de feu', même à l'intérieur d'une enceinte de protection, et engendrer des dégâts importants et, dans le deuxième cas, l'utilisation de matériaux différents de l'acier engendre des coûts de fabrication beaucoup plus élevés et souvent complique la fabrication même des équipements car la mise en oeuvre de ces matériaux est plus difficile que celle des aciers. Le problème qui se pose est alors de proposer un équipement ou un élément d'un tel équipement destiné à être agencé sur une canalisation véhiculant de l'oxygène sous pression ne présentant pas les risques et inconvénients susmentionnés des équipements de l'art antérieur. La solution de l'invention est alors un procédé de fabrication d'un équipement ou d'un élément d'un équipement en acier ou en un alliage d'acier, susceptible d'être mis en contact avec de l'oxygène sous pression pendant son utilisation, dans lequel on réalise un revêtement par projection thermique d'un matériau de projection choisi parmi le nickel, le cuivre et leurs alliages sur au moins une partie de la surface dudit élément ou équipement de manière à obtenir au moins une couche de revêtement sur ladite surface d'une épaisseur inférieure ou égale à 5 mm. Autrement dit, selon le procédé de l'invention, on dépose au moins une couche de protection sur la surface de l'équipement ou de l'élément d'équipement en acier ou en un alliage d'acier, laquelle surface est susceptible d'être mise en contact avec de l'oxygène sous pression pendant son utilisation, de manière à protéger cette surface grâce à une ou plusieurs couches protectrices et à éviter ainsi les problèmes susmentionnés. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - on réalise un revêtement d'une épaisseur de 0,1 mm à 5 mm. - ledit élément ou équipement est en acier, en fonte ou en acier inoxydable. - ledit élérnent ou équipement comporte une cavité ou passage interne, et en ce que ledit revêtement est opéré sur au moins une partie de la paroi interne de ladite cavité ou dudit passage interne. - le matériau de projection est un métal pur ou alliage constitué majoritairement de nickel et/ou de cuivre et peut comprendre certains éléments d'alliage comme le chrome ou le cobalt. - le matériau de projection est du nickel ou un alliage nickel/cuivre (Ni/Cu) comprenant jusqu'à 60% en poids de cuivre, le reste étant du nickel. - le revêtement est réalisé par plasma projection thermique, c'est-à-dire par un procédé de type plasma soufflé , APS (pour Air Plasma Spray en anglais) ou HVOF (pour High Velocity Oxy Fuel). - le revêtement est réalisé par plasma soufflé en utilisant un gaz choisi parmi l'argon, l'hydrogène, l'hélium, l'azote en tant que gaz vecteur. - réalise un revêtement d'une couche de protection additionnelle d'un second matériau totalement oxydé, de préférence de type céramique. En effet, il faut trois éléments pour engendrer une combustion, à savoir un comburant, un combustible et de l'énergie. Dès lors, il peut être nécessaire dans les endroits critiques d'ajouter une deuxième couche d'oxyde qui créera une barrière thermique et réduira l'échauffement par friction ou abrasion (énergie), ce qui améliorera alors la sécurité. - ledit élément ou équipement, neuf ou existant, est choisi parmi les corps de vannes, les pièces de révolution, ou tout autre équipement de canalisation d'oxygène gazeux. L'invention concerne aussi un équipement ou élément d'équipement, par exemple un simple élément de tuyauterie, telle une bride, un tronçon droit, un piquage, un coude, un té, une réduction destiné à être mis en contact avec de l'oxygène sous pression pendant son utilisation comprenant un corps en acier ou en alliage d'acier, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche de revêtement en un matériau choisi parmi le nickel, le cuivre et leurs alliages sur au moins une partie de la surface dudit corps, ladite couche de revêtement ayant une épaisseur inférieure ou égale à 5 mm. Par ailleurs, l'invention porte aussi sur un procédé pour acheminer de l'oxygène sous pression mettant en oeuvre au moins une canalisation d'oxygène dans laquelle est véhiculé l'oxygène sous pression, caractérisé en ce qu'un équipement ou élément d'équipement, par exemple un élément de tuyauterie, selon l'invention ou obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention est aménagé sur ladite canalisation et est mis en contact avec de l'oxygène sous pression circulant dans ladite canalisation. Autrement dit, l'invention consiste à améliorer la sécurité des équipements en acier ou alliage d'acier destinés à être utilisés au contact de l'oxygène en procédant à un revêtement en une ou plusieurs couches, typiquement de 1 à 5 mm, par projection thermique d'un matériau d'exemption de type nickel, cuivre et leurs alliages et/ou d'oxydes, sur les parois intérieures ou extérieures soumises à la pression de l'oxygène de tout équipement ou élément d'équipement, notamment de tuyauterie, destiné au service oxygène. De préférence, on revêt les interfaces mécaniques de l'équipement, que ce soit un équipement ou matériel neuf ou un usagé qu'il convient d'améliorer. 2 0 A l'issu du revêtement selon l'invention, le matériel ou équipement ainsi traité peut être utilisé en service oxygène dans les conditions suivantes - la teneur en oxygène du matériel en service peut être inférieure ou égale à 100%, - la pression de service du matériel en service peut être au maximum de 50,106 Pa, mais typiquement de moins de 25.106 Pa, et 2 5 - la température de service du matériel se situe entre 40 C et +200 C. Le matériel ou équipement ainsi traité présente donc les mêmes conditions de sécurité et de fiabilité que le même matériel réalisé en matériau d'exemption massif. Un exemple de réalisation de l'invention est donné sur la Figure annexée qui représente une vanne 1 à passage intégral de type 'gate' avec tige de commande 10 (ici en position fermée), usuellement utilisée sur les canalisation 2 d'oxygène dont la sécurité a été améliorée grâce à la présente invention. Plus précisément, un revêtement de nickel a été opéré sur la surface interne 4, 5, 6 de la vanne 1, c'est-à-dire sur la surface 4, 5, 6 venant directement au contact de l'oxygène 3 durant l'utilisation de la vanne 1 et sur les interfaces de liaisons mécaniques à revêtir 7, 8, 9. Ce revêtement de nickel a été opéré sur le procédé de dépôt par projection thermique de type plasma soufflé susmentionné. Il est à remarquer que ce revêtement permet aussi de réparer des porosités éventuelles du matériau de base. Comme susmentionné, la présente invention n'est pas limitée au revêtement de vanne mais s'applique à tout élément ou équipement servant à véhiculer de l'oxygène sous haute pression. 6 Revendications 1. Procédé de fabrication d'un équipement ou d'un élément d'un équipement en acier ou en un alliage d'acier, susceptible d'être mis en contact avec de l'oxygène sous pression pendant son utilisation, dans lequel on réalise un revêtement par projection thermique d'un matériau de projection choisi parmi le nickel, le cuivre et leurs alliages sur au moins une partie de la surface dudit élément ou équipement de manière à obtenir au moins une couche de revêtement sur ladite surface d'une épaisseur inférieure ou égale à 5 mm. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise un revêtement d'une épaisseur de 0,1 mm à 5 mm. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément ou équipement est en acier, en fonte ou en acier inoxydable. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément ou équipement comporte une cavité ou passage interne, et en ce que ledit revêtement est opéré sur au moins une partie de la paroi interne de ladite cavité ou dudit passage interne. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau de projection est du nickel ou un alliage nickel/cuivre comprenant jusqu'à 60% en poids de cuivre, le reste étant du nickel. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le revêtement est réalisé par plasma soufflé, APS ou HVOF. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le revêtement est réalisé par plasma soufflé en utilisant un gaz choisi parmi l'argon, l'hydrogène, l'hélium et l'azote en tant que gaz vecteur. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on réalise un revêtement d'une couche de protection additionnelle d'un second matériau totalement oxydé, de préférence une couche additionnelle de céramique. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit élément ou équipement est choisi parmi les corps de vannes et les pièces de révolution ou tout autre équipement, y compris des éléments de tuyauterie, d'une canalisation d'oxygène gazeux. 10. Equipement ou élément d'équipement, notamment un élément de tuyauterie, destiné à être mis en contact avec de l'oxygène sous pression pendant son utilisation comprenant un corps en acier ou en alliage d'acier, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche de revêtement en un matériau choisi parmi le nickel, le cuivre et leurs alliages sur au moins une partie de la surface dudit corps, ladite couche de revêtement ayant une épaisseur inférieure ou égale à 5 mm. 11. Procédé pour acheminer de l'oxygène sous pression mettant en oeuvre au moins une canalisation d'oxygène dans laquelle est véhiculé l'oxygène sous pression, caractérisé en ce qu'un équipement ou élément d'équipement selon la revendication 10 ou obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 9 est aménagé sur ladite canalisation et est mis en contact avec de l'oxygène sous pression circulant dans ladite canalisation.