Matériau Titan : le fabricant de pompes met en place une salle blanche spécialement pour les processus de soudure sensibles

Le package d'injection chimique pour la distribution de solution d'hypochlorite de sodium a été livré par LEWA NIKKISO Middle East sur l'île Zirku aux Émirats arabes unis dans le cadre d'une commande comprenant au total 13 packages d'injection. (Source : LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Le réservoir à deux compartiments de hypochlorite de sodium a été fabriqué en plastique renforcé de fibres de verre (PRV). Toutes les autres pièces en contact avec le média ont été fabriquées en titane résistant à la corrosion. Ce matériau est particulièrement adapté pour le fluide pompé à la température de conception de 85 °C. (Source : LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Le matériau utilisé pour les tuyauteries est un matériau en titane (Grade 2); au total, 58 mètres de tuyaux allant de ½ à 2 pouces de diamètre ont été installés. 339 raccords de soudure ont été réalisés. Afin de répondre aux exigences strictes en matière de qualité des soudures, LEWA NIKKISO Middle East a construit sa propre salle blanche. (Source : LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Pendant la soudure, un soudeur auxiliaire tenait le diffuseur de protection, assurant une couverture optimale des zones affectées par la chaleur avec du gaz argon pur. (Source : LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Grâce à une pratique patiente et un réglage précis des paramètres de soudage lors des premières étapes, les soudeurs ont atteint une proportion exceptionnellement élevée de joints de soudure impeccables (98,82 %). (Source : LEWA NIKKISO Middle East FZE)

« La soudure du titane est très différente de celle de tout autre matériau », explique Senthil Nathan, chef de projet chez LEWA NIKKISO Middle East. « Le matériau est extrêmement sensible aux conditions ambiantes pendant le processus de soudage, en particulier la température et la propreté. De plus, l'atmosphère de gaz inert autour du point de soudure est très spécifique et nécessite une attention constante afin d'obtenir un résultat satisfaisant. » (Source : LEWA NIKKISO Middle East FZE)

Sylvain Latuilerie, Directeur Général de LEWA NIKKISO Middle East, sur le défi du « Titanium Package » et le marché en croissance des packages d'injection chimique au Moyen-Orient. / Sylvain Latuilerie, Directeur Général de LEWA NIKKISO Middle East, sur le défi du Titanium Package et le marché en croissance des packages d'injection chimique au Moyen-Orient.

En juin 2016, l'opérateur d'une installation de récupération de soufre aux Émirats arabes unis a demandé 13 packages d'injection chimique aux experts de LEWA NIKKISO Middle East. L'un des packages représentait un défi particulier : il était prévu pour pomper une solution d'hypochlorite de sodium à une température de 85 °C, ce qui nécessitait la fabrication de composants en titane résistant à la corrosion dans une zone à haute corrosivité. Sur la base des exigences strictes du client, la filiale de LEWA GmbH en Allemagne a décidé de construire une salle blanche climatisée de 45 m² pour créer un environnement adapté à la soudure du titane. Tous les paramètres de soudage pertinents, tels que le courant électrique, le débit de gaz et la température, ont été vérifiés et ajustés en collaboration avec des ingénieurs en soudage internes et des soudeurs qualifiés. Le client voulait garantir la qualité et la durabilité de toutes les connexions soudées. Cela a été réalisé en exigeant qu’après la finition de chaque soudure, une inspection visuelle minutieuse soit effectuée. Une attention particulière a été portée à l’évitement de toute contamination de surface dans les zones affectées par la chaleur. 98,82 % de toutes les soudures ont passé avec succès les inspections visuelles et radiographiques strictes. Le package d'injection chimique en titane a été approuvé avec succès et livré en janvier 2019.

Le package d'injection chimique conçu et fabriqué pour le pompage de la solution d'hypochlorite de sodium (NaClO) a été livré par LEWA NIKKISO Middle East sur l'île Zirku, aux Émirats arabes unis. Il faisait partie d’un lot de 13 packages d'injection. Le réservoir à deux chambres pour NaClO a été fabriqué en plastique renforcé de fibre de verre (GFK). Toutes les autres pièces en contact avec le média ont été fabriquées en titane résistant à la corrosion. Ce matériau est particulièrement adapté à la température de conception de 85 °C pour le fluide pompé. En plus de deux pompes doseuses NaClO conformes à la norme API 675, l’installation est entièrement équipée de vannes en titane, de filtres et d’un ensemble complet d’instruments.

Les pompes sont des pompes doseuses à membrane hydraulique Ecoflow LDC1 de LEWA. En raison de leur construction robuste et de leur durabilité, elles peuvent être utilisées dans des conditions exigeantes et avec des fluides corrosifs. De plus, ces pompes sont hermétiques, garantissant une manipulation sûre de fluides dangereux. « Pour le projet aux Émirats arabes unis, nous avons fabriqué les pièces en fluide — comme les pompes et les tuyaux — en titane afin d’accroître la résistance des équipements », explique Senthil Nathan, chef de projet chez LEWA NIKKISO Middle East. Le matériau utilisé pour les tuyaux est du titane de grade 2, avec une longueur totale de 58 m de tuyaux allant de ½ à 2 pouces de diamètre. 339 soudures ont été réalisées.

Exigences élevées du client pour les composants en titane

La fabrication du système de tuyauterie en titane a été le plus grand défi de ce projet. « La soudure du titane diffère nettement de celle d’autres matériaux », explique Nathan. « Pendant le processus de soudage, le matériau est extrêmement sensible aux conditions ambiantes, notamment à la température et à la propreté. De plus, l’atmosphère de gaz de protection autour du point de soudure doit être très spécifique et nécessite une vigilance constante pour obtenir un résultat satisfaisant. » Le fabricant allemand de pompes et intégrateur de systèmes LEWA avait déjà acquis, lors de projets antérieurs, le savoir-faire nécessaire pour manipuler le titane. En 2015, LEWA a fabriqué à partir de matériaux en titane des pompes et des systèmes de tuyauterie pour le plus grand package d'injection chimique de l’histoire de l’entreprise, utilisé à bord d’une unité flottante de production et de stockage (FPSO). « Pour le projet de l’installation de récupération de soufre, nous avons capitalisé sur cette expertise et intégré la fabrication de tuyaux en titane dans le portefeuille des compétences propres à LEWA », précise Nathan.

Le client souhaitait un système adapté à l’utilisation de NaClO, ce qui a imposé des exigences très strictes pour la fabrication des composants. « Tous les processus de soudure du titane devaient être réalisés dans une salle de soudage séparée, équipée d’un climat spécifique », indique Nishar Parakkunnath, responsable de la production chez LEWA NIKKISO Middle East. « Les surfaces à souder devaient avoir une température comprise entre 15 °C et 90 °C. Après le soudage, mais avant tout nettoyage, toutes les joints de soudure devaient être inspectés visuellement. » L’inspection portait notamment sur les zones affectées par la chaleur et la contamination de surface potentielle de la connexion soudée. « En raison de leurs expériences antérieures avec d’autres fabricants, le client a fixé des critères d’acceptation très stricts concernant la couleur de l’arc lors du soudage », explique Venkatesh Chidambaram, responsable du contrôle qualité chez LEWA NIKKISO Middle East. « C’est pourquoi, avant le brossage, les joints de soudure devaient être d’un simple argenté. »

Adaptation complète de la production au matériau exigeant

Pour répondre aux critères, LEWA NIKKISO Middle East a construit dans son usine aux Émirats arabes unis une salle blanche de 45 m². De plus, l’entreprise a acquis des équipements de soudage spécifiques et des accessoires pour le processus de soudure du titane. « Ensuite, nous avons ajusté les paramètres de soudage, notamment ceux liés au procédé de soudage à l’arc avec gaz inerte à l’électrode en tungstène (WIG), jusqu’à obtenir le résultat souhaité », indique Parakkunnath. « Ces paramètres comprenaient la puissance, la vitesse de soudage, le débit de gaz pour le gaz de protection, de retour et de post-injection, ainsi que la température de préchauffage et la température moyenne en cours de soudure. »

Les soudeurs ont particulièrement veillé à la protection gazeuse autour de la zone de soudure. Sans précautions particulières, le titane s’oxyde immédiatement en atmosphère. « Ce type de contamination peut potentiellement réduire la durée de vie du joint soudé et du matériau de base », explique Chidambaram. « Notre client voulait éviter cela en imposant des exigences strictes », ajoute-t-il. Il était donc crucial de protéger adéquatement la zone de soudure en maintenant constamment la protection gazeuse, afin de refroidir les surfaces métalliques et d’empêcher l’entrée d’oxygène.

Résultat de soudure de haute qualité

Les résultats de ces essais de soudure ont été surveillés par la supervision du soudage et les contrôleurs qualité. Sur la base de ces tests, LEWA NIKKISO Middle East a élaboré des critères d’amélioration pour atteindre la qualité requise des joints soudés. L’entreprise a ainsi obtenu un taux exceptionnel de joints sans défaut : 335 sur 339 dans le projet. « Après toutes les inspections, le taux de rejet n’était plus que de 1,18 % », indique Chidambaram. « Ce résultat a été reconnu et confirmé par nos clients. » Les travaux de soudure en titane ont été réalisés en 30 jours, et l’ensemble du package d'injection chimique a été livré début 2019. Il sera pleinement opérationnel en 2020.

Question rapide :

Sylvain Latuilerie, directeur général de LEWA NIKKISO Middle East, sur le défi « Titanium Package » et le marché en croissance des packages d'injection chimique au Moyen-Orient.

Monsieur Latuilerie, LEWA NIKKISO Middle East est une filiale à 100 % de la société allemande LEWA GmbH, spécialisée dans le développement et la fabrication de packages d'injection chimique. Combien de packages d'injection produisez-vous actuellement dans votre site aux Émirats arabes unis ?

« Nous livrons actuellement entre 150 et 200 packages par an, fabriqués à partir de divers matériaux tels que PVC-C, PVDF, acier au carbone, acier inoxydable, super duplex, Inconel, Hastelloy et titane. Pour tous ces matériaux, nous avons développé nos propres qualifications et procédés de soudage, et nous sommes certifiés selon les normes ASME U, U2 et R. Bien que nos principales zones de responsabilité soient le Moyen-Orient et l’Inde, nous concevons et fabriquons également des packages pour d’autres entreprises du groupe LEWA, ce qui nous offre constamment d’excellentes opportunités. »

En 2016, vous avez reçu la demande pour le package en titane destiné à l’installation de récupération de soufre. Était-ce la première demande de ce type pour votre entreprise ? Si oui, comment a été prise la décision de fabriquer le package en interne ?

« Le groupe LEWA avait déjà acquis, avant 2016, de l’expérience avec des packages en titane en collaborant avec des sous-traitants. En tant que spécialistes des packages d'injection chimique, c’était effectivement la première demande de ce genre pour nous. Nous avons d’abord analysé le marché local et recherché des entreprises existantes spécialisées dans la soudure du titane. Après plusieurs audits infructueux, nous avons décidé de relever le défi nous-mêmes et de réaliser le projet en interne. Nous avons investi beaucoup de temps pour acquérir les compétences spécifiques liées à la manipulation du titane — à la fin, la flexibilité, le professionnalisme et la persévérance de notre équipe ont été déterminants pour notre succès. Nous avons livré un package conforme à toutes les exigences et attentes de notre client. »