FCC

L'invention concerne une structure d'ancrage dépourvue de parties assemblées juxtaposées pour un revêtement anti érosion. Un tel revêtement est plus particulièrement destiné à protéger une paroi interne ou externe d'une enceinte d'unité de craquage cataly tique fluide (FCC « Fluid Catalytic Cracking » en anglais).

L'invention est particulièrement adaptée à la protection d'une paroi d'une zone où il y a un risque d'érosion dû à la circulation de catalyseur, telle qu'une paroi de cyclone, de plénum de réacteur, de stripeur, de riser (réacteur ascendant), de downer (réacteur descendant), les parois de standpipes (tubes verticaux ou sensiblement verticaux), les parois de puits de soutirage ou de désengageur, les parois de chambres à orifices, ou toute autre paroi soumise à l'érosion.

Le craquage catalytique en lit fluidisé (FCC) est un procédé chimique, fréquemment utilisé dans les raffineries de pétrole, dont le but est de transformer les coupes lourdes à longues chaînes d'hydrocarbures, par exemple issues de la distillation sous vide du pétrole, en coupes plus légères et plus valorisables. Les parois métalliques des différentes enceintes d'une unité FCC, telles que par exemple un réacteur et un régénérateur, et les parois métalliques des équipements internes situés dans le régénérateur ou le réacteur, en particulier les cyclones, ou les parois mentionnées plus haut, peuvent subir une érosion due à la circulation des particules de catalyseur, et, au niveau du régénérateur, une corrosion importante et rapide par les gaz de combustion. Il est donc nécessaire de les protéger afin d'allonger leur durée de vie.

A cet effet, les parois métalliques sont recouvertes d'un revêtement de protection. De tels revêtements sont généralement constitués d'un matériau composite, par exemple un béton, maintenu par une structure d'ancrage, le plus souvent métallique. Ces structures d'ancrage sont d'abord soudées aux parois métalliques puis les alvéoles sont remplies de matériau composite, la structure d'ancrage assurant l'accrochage de ce dernier. Les structures d'ancrage alvéolaires sont généralement formées de bandes assemblées deux à deux de manière à définir des alvéoles. Des portions de bandes sont ainsi juxtaposées dans des zones d'assemblage de la structure, cette juxtaposition étant réalisée en appliquant l'une contre l'autre les faces de plus grande surface des portions de bandes. Les portions juxtaposées s'étendent ainsi dans des plans parallèles distincts.

On observe au cours du temps une dégradation de ce revêtement qui peut conduire à une chute de morceaux de revêtement à l'intérieur des enceintes ou des équipements internes et nécessiter l'arrêt de l'installation pour le remplacement du revêtement.

Les dégradations observées peuvent avoir plusieurs origines selon les conditions de fonctionnement de l'enceinte concernée.

Le réacteur ou les cyclones et séparateur situés dans le réacteur, ou encore la ligne de transfert des produits sortant du réacteur, sont en contact avec les gaz issus du craquage de la charge. Ces gaz, s'introduisent entre les interstices du revêtement et conduisent à la formation de coke à l'intérieur de ces interstices, et plus particulièrement au niveau de la jonction des bandes de la structure d'ancrage. Cette formation de coke peut entraîner un décollement important du revêtement lors de cycles successifs de refroidissement/ réchauffage de l'enceinte résultant d'arrêts/redémarrages (volontaires ou non) de l'unité : les jeux existant entre le matériau composite et sa structure d'ancrage sont en effet comblés par le coke de sorte que ces jeux de retrait ne peuvent plus jouer leur rôle consistant à absorber les différences de dilatation entre la structure d'ancrage et le matériau composite. Il en résulte la formation de lignes de compression, de fissures, de rupture du cordon de soudure, voire un décollement du matériau composite remplissant les alvéoles. Notamment, le gaz pénètre via les fissures et atteint le cordon soudure, ce qui peut conduire à la rupture de celui-ci.

Dans un régénérateur ou dans les équipements internes d'un régénérateur, notamment les cyclones, mais également dans la ligne des fumées à la sortie du régénérateur, ou encore dans les chambres à orifices, les parois métalliques sont en contact avec des particules de catalyseur et avec un gaz contenant entre autres, de l'oxygène, des oxydes de carbone, de soufre et d'azote. Ce gaz pénètre par les interstices du revêtement et provoque des phénomènes de sulfuration, carburation et oxydation, en particulier au niveau des soudures fixant la structure d'ancrage métallique aux parois métalliques, phénomènes qui peuvent se propager à l'ensemble de l'ancrage métallique.

Quels que soient les phénomènes de dégradation observés, corrosion, notamment par sulfuration, carburation, oxydation, ou formation de coke, la demanderesse a constaté que ces phénomènes surviennent essentiellement au niveau de la structure d'ancrage métallique et/ou de sa liaison par soudure aux parois métalliques, et plus particulièrement au niveau des portions de bandes juxtaposées de la structure d'ancrage. En particulier, sans vouloir être lié par une théorie, il semblerait que la diffusion de gaz au niveau de ces jonctions jusqu'à la paroi métallique joue un rôle dans les phénomènes de dégradation observés.

Le document WO2014/ 009625A1 , déposé par la demanderesse, décrit un procédé de réalisation d'un revêtement dans lequel une structure d'ancrage présentant des alvéoles hexagonales est soudée à la paroi au moins aux jonctions entre les portions juxtaposées des bandes formant la structure d'ancrage. En outre, le matériau composite recouvre entièrement l'une des portions juxtaposées de hauteur plus faible. Ceci permet de limiter l'introduction et la progression d'espèces gazeuses entre les portions juxtaposées, et de limiter ainsi une dégradation du revêtement. Cette solution donne de bons résultats, mais la soudure peut s'avérer délicate à réaliser.

Le document WO2016/071305A1 , également déposé par la demanderesse, propose de recouvrir la structure d'ancrage de matériau composite jusqu'à hauteur d'une patte prévue sur les portions des bandes entre les portions juxtaposées, de sorte que le bord supérieur des portions juxtaposées soit entièrement recouverte de matériau composite, limitant la diffusion de gaz au niveau des portions juxtaposées de la structure d'ancrage. A l'usage, on observe encore cependant un décrochage de morceaux du matériau composite.

Il existe ainsi un besoin pour améliorer la résistance d'un revêtement face aux phénomènes de dégradation, en particulier à la corrosion, notamment par sulfuration, carburation, oxydation, ou formation de coke.

A cet effet, l'objet de l'invention concerne une structure d'ancrage métallique en nid d'abeille, ladite structure d'ancrage étant formée d'une pluralité de bandes assemblées deux à deux de manière à définir une pluralité d'alvéoles, notamment hexagonales, entre deux bandes adjacentes, dans laquelle chaque bande est divisée suivant sa longueur en une pluralité de portions, dont au moins une série de portions d'assemblage planes et assemblées à une série de portions d'assemblage planes d'une bande adjacente par des moyens de fixation. De manière générale, chaque bande peut présenter un bord longitudinal inférieur destiné à être appliqué contre une paroi à protéger et un bord longitudinal supérieur opposé au bord longitudinal inférieur. Ces bords longitudinaux sont perpendiculaires à la direction longitudinale de chaque bande.

Selon l'invention, la structure d'ancrage est telle que chaque paire de portions d'assemblage assemblées de deux bandes adjacentes est formée d'une première portion d'assemblage et d'une deuxième portion d'assemblage qui s'étendent, notamment au moins en partie, dans un seul et unique plan. Notamment, la première portion d'assemblage fait partie de l'une des deux bandes adjacentes et la deuxième portion d'assemblage fait partie de l'autre bande.

Ainsi, deux portions d'assemblage assemblées ne sont pas juxtaposées via leurs faces de plus grande surface, mais s'étendent dans un seul et unique plan, autrement dit dans le prolongement l'une de l'autre.

Par cet agencement, la diffusion des espèces corrosives le long de la structure d'ancrage via les portions d'assemblage est limitée. En effet, sans vouloir être lié par une théorie, il est supposé que lorsque les portions d'assemblage sont juxtaposées via leurs faces de plus grande surface comme dans l'art antérieur, un éventuel passage entre les faces juxtaposées peut constituer un chemin privilégié de diffusion des espèces corrosives. En positionnant les portions d'assemblage dans un seul et unique plan, la présente invention supprimerait ce chemin privilégié de diffusion des espèces corrosives.

Avantageusement, pour chaque paire de portions d'assemblage assemblées de deux bandes adjacentes, la hauteur de chacune des première et deuxième portions d'assemblage peut être inférieure à une hauteur maximale prédéterminée de chaque bande, lesdites hauteurs étant mesurées suivant une direction perpendiculaire à une direction longitudinale de chaque bande. La hauteur maximale prédéterminée peut correspondre à la hauteur des portions de bande autres que des portions d'assemblage. Avantageusement, cette hauteur maximale est identique pour toutes les portions d'une bande autres que des portions d'assemblage.

Selon un mode de réalisation, pour chaque paire de portions d'assemblage assemblées de deux bandes adjacentes, les première et deuxième portions d'assemblage peuvent être espacées de part et d'autre des moyens de fixation les assemblant. Autrement dit, selon une direction perpendiculaire à la direction longitudinale de chaque bande, les première et deuxième portions sont écartées l'une de l'autre (dans ledit plan unique) sur au moins une partie de leur longueur. Ceci peut permettre de limiter d'avantage la diffusion d'espèces corrosives en ménageant un espace qui pourra éventuellement être comblé par un matériau composite remplissant les alvéoles.

Selon un autre mode de réalisation, pour chaque paire de portions d'assemblage assemblées de deux bandes adjacentes, les première et deuxième portions d'assemblage peuvent être jointives, notamment sur toute leur longueur, de part et d'autre des moyens de fixation les assemblant. Autrement dit, selon une direction perpendiculaire à la direction longitudinale de chaque bande, les première et deuxième portions d'assemblage sont alors en contact (dans ledit plan unique). Ceci peut faciliter la mise en forme de la structure d'ancrage.

Quel que soit le mode de réalisation, pour chaque paire de portions d'assemblage assemblées de deux bandes adjacentes, les moyens de fixation peuvent comprendre :

une patte solidaire d'une portion d'assemblage choisie parmi la première et la deuxième portion d'assemblage, cette patte s 'étendant sensiblement dans le prolongement de la portion d'assemblage dont elle est solidaire, en direction de l'autre portion d'assemblage,

un arceau solidaire de l'autre portion d'assemblage définissant avec celle-ci un orifice pour le passage d'une extrémité libre de ladite patte, ladite extrémité libre étant conformée pour coopérer avec ledit arceau. Ceci permet de réaliser simplement et de manière efficace une fixation des portions d'assemblage. Notamment, les deux extrémités de l'arceau peuvent être solidaires de la portion d'assemblage.

A titre d'exemple, l'extrémité libre de la patte peut être repliée en direction de la portion d'assemblage dont elle est solidaire afin de recevoir ledit arceau. En variante ou en combinaison, l'arceau peut être formé par découpage de ladite portion d'assemblage dont il est solidaire. La patte et l'arceau peuvent ainsi être réalisés d'une pièce avec les portions d'assemblage dont ils sont solidaires. La patte et l'arceau ne s'étendent alors pas dans le plan du reste des portions d'assemblage dont ils font partie. Autrement dit, la patte et l'arceau ne sont pas dans le « seul et unique plan » du reste des portions d'assemblage.

Quelles que soient les variantes précédemment décrites, selon un mode de réalisation, la structure d'ancrage peut comprendre une pluralité de bandes présentant uniquement des premières portions d'assemblage et des pluralités de bandes présentant uniquement des deuxièmes portions d'assemblage. Ceci peut permettre de faciliter la réalisation des bandes, lesquelles peuvent être fabriquées par emboutissage. Selon un autre mode de réalisation, chaque bande peut comprendre une pluralité de premières portions d'assemblage s 'étendant dans un premier plan, notamment avant toute mise en forme de ladite structure d'ancrage, et une pluralité de deuxièmes portions d'assemblage s'étendant dans un deuxième plan parallèle au premier plan et distinct de celui-ci.

L'invention concerne également un revêtement anti érosion caractérisé en ce qu'il comprend une structure d'ancrage selon l'invention noyée dans un matériau composite, par exemple un béton, le matériau composite remplissant chaque alvéole au moins sur toute la hauteur de celle-ci. Avantageusement, le matériau composite recouvre entièrement la structure d'ancrage, limitant ainsi davantage la pénétration de gaz entre les portions d'assemblage juxtaposées.

L'invention concerne enfin une enceinte d'une unité de craquage cataly tique fluide caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une paroi interne ou externe recouverte d'au moins un revêtement selon l'invention, un bord longitudinal inférieur de chaque bande de la structure d'ancrage du revêtement étant fixé par soudage sur la paroi interne ou externe de l'enceinte. Cette enceinte peut notamment être une enceinte de cyclone, de régénérateur, de désengageur ou de tout autre équipement interne d'une unité de craquage catal tique fluide devant être protégée.

L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :

la figure 1 est une représentation partielle en perspective d'une structure d'ancrage selon un mode de réalisation de invention ;

la figure 2 est une vue en coupe du dispositif d'ancrage selon la ligne A-A de la figure 1 , le dispositif d'ancrage étant fixé à une paroi et recouvert de matériau composite ;

la figure 3 est une vue en coupe du dispositif d'ancrage selon la ligne B-B de la figure 1 , le dispositif d'ancrage étant fixé à une paroi et recouvert de matériau composite.

La figure 1 représente une structure d'ancrage 10 métallique du type en nid d'abeille formée d'une pluralité de bandes 12 assemblées deux à deux de manière à former une pluralité d'alvéoles 14. Pour des raisons de clarté, seules deux bandes 12 sont partiellement représentées sur la figure 1. Ces alvéoles 14 sont ici de forme hexagonale et sont reliées par leurs côtés les unes aux autres. Une telle forme hexagonale des alvéoles permet de réaliser une structure d'ancrage particulièrement résistante. En outre, l'assemblage de deux bandes permet l'obtention d'une pluralité d'alvéoles.

Par bande, on entend une bande de matériau métallique présentant une largeur inférieure à une longueur et une épaisseur inférieure à la largeur. Dans la présente description, la longueur d'un élément est définie suivant la direction longitudinale d'une bande.

A titre d'exemple, les dimensions internes des alvéoles peuvent varier de 4 à 8 cm de côté pour une épaisseur (hauteur) d'environ 1 ,5 à 3,0 cm, par exemple de 2 cm.

Chaque bande 12 est divisée suivant sa longueur en une pluralité de portions, dont au moins une série de portions d'assemblage planes 121 , 122 assemblées à une série de portions d'assemblage 122, 121 d'une bande adjacente par des moyens de fixation. Dans ce mode de réalisation, chaque bande 12, réalisée d'une pièce, est divisée suivant sa longueur en une pluralité de portions 121 , 122, 123 :

des premières portions 121 de bande qui s'étendent dans un premier plan parallèle à la direction longitudinale L de la bande, des deuxièmes portions 122 de bande qui s'étendent dans un deuxième plan parallèle au premier plan et distinct de celui-ci, des troisièmes portions 123 de bande qui relient chacune une première portion 121 de bande à une deuxième portion 122 de bande.

Les portions 121 , 122, 123 d'une bande sont donc planes. Chaque bande peut être réalisée par pliage d'une bande plane le long d'une ligne perpendiculaire à sa direction longitudinale (L), dans le plan de la bande. Les différentes portions 121 , 122 et 123 sont ainsi séparées par des pliures, ces dernières étant perpendiculaires à la direction longitudinale L.

Les premières 121 et deuxièmes 122 portions de bande sont ainsi alternées (selon le motif - 121- 123- 122- 123- répété sur la longueur d'une bande) sur toute la longueur d'une bande 12 et les premières portions 121 d'une bande sont assemblées aux deuxièmes portions 122 d'une bande 12 adjacente par des moyens de fixation. Les premières 121 et deuxièmes 122 portions de bande forment des portions d'assemblage à une bande 12 adjacente.

Avantageusement et de manière non limitative, toutes les bandes 12 de la structure d'ancrage peuvent être identiques, tel que représenté ici. Ceci peut permettre l'obtention d'une structure d'ancrage possédant des propriétés mécaniques particulièrement homogènes sur toute sa surface du fait de l'utilisation de bandes identiques, de sorte que les contraintes engendrées par sa mise en forme seront homogènes et que la structure d'ancrage obtenue présentera une bonne déformabilité.

L'utilisation de bandes identiques permet également de réduire les coûts de fabrication. Néanmoins, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation, et des bandes différentes pourraient être réalisées, par exemple des bandes comprenant une répétition du motif - 121- 123- 121- 123- et d'autres bandes comprenant une répétition du motif 122- 123-

122- 123-.

Tel que représenté, chaque bande 12 présente un premier bord longitudinal 12a et un deuxième bord longitudinal 12b parallèle au premier bord longitudinal 12a. De manière générale, chaque bord longitudinal définit au moins un plan avant mise en forme de la structure d'ancrage pour son application sur une paroi à protéger. De préférence, les bords longitudinaux de la bande sont parallèles avant cette mise en forme.

Le deuxième bord longitudinal 12b est ici le bord destiné à être appliqué contre une paroi métallique 1 et fixé à celle-ci, tel que représenté figure 2.

Chaque paire de portions d'assemblage assemblées de deux bandes adjacentes est ainsi formée d'une première portion d'assemblage 121 et d'une deuxième portion d'assemblage 122. En outre, pour chacune de ces paires, la hauteur hl , h2 de chacune des première et deuxième portions d'assemblage 121 , 122, respectivement, est inférieure à une hauteur maximale prédéterminée H de chaque bande, ces hauteurs étant mesurées suivant une direction perpendiculaire à une direction longitudinale L de chaque bande.

Ici, la hauteur maximale prédéterminée H correspond à la hauteur des autres portions 123 des bandes 12. On notera par ailleurs qu'au niveau des premières portions d'assemblage 121 , le bord longitudinal inférieur 12b de la bande est continu (dans un même plan avant mise en forme). Autrement dit, le bord longitudinal inférieur d'une première portion 121 fait partie du bord longitudinal inférieur 12b de la bande, alors que le bord longitudinal supérieur 121a d'une première portion 121 n'est pas dans la continuité du bord longitudinal supérieur 12a de la bande. A contrario, au niveau des deuxièmes portions d'assemblage 122, c'est le bord longitudinal supérieur 12a de la bande qui est continu. Autrement dit, le bord longitudinal supérieur d'une deuxième portion 122 fait partie du bord longitudinal supérieur 12a de la bande, alors que le bord longitudinal inférieur 122b d'une deuxième portion 122 n'est pas dans la continuité du bord longitudinal inférieur 12b de la bande.

De plus, les première et deuxième portions d'assemblage 121 , 122 s'étendent dans un même plan, tel que visible plus particulièrement figures 2 et 3.

Afin d'assurer l'assemblage des première et deuxième portions 121 , 122, des moyens de fixation sont prévus. Dans l'exemple représenté, ces moyens de fixation comprennent :

- une patte 16 solidaire d'une première portion d'assemblage

121 et s 'étendant sensiblement dans le prolongement de celle-ci, en direction de la deuxième portion d'assemblage 122, un arceau 18 solidaire de la deuxième portion d'assemblage 122 définissant avec celle-ci un orifice 20 pour le passage d'une extrémité libre 22 de la patte 16, cette extrémité 22 étant conformée pour coopérer avec l'arceau 18.

Dans l'exemple représenté, l'extrémité libre 22 de la patte 16 est repliée en direction de la première portion d'assemblage 121 afin de recevoir l'arceau 18 (voir figure 2).

L'arceau 18 est avantageusement formé par découpage de la deuxième portion d'assemblage 122. A noter que sa hauteur h3 pourra être inférieure à la hauteur h4 de l'orifice 20, lequel s'étend depuis le bord inférieur 122b jusqu'à un bord supérieur 20a, afin de faciliter le passage de la patte 16.

L'invention n'est pas limitée par ce mode de réalisation. Notamment, la patte 16 pourrait être solidaire d'une deuxième portion 122 et l'arceau faire partie de la première portion 121.

D'autres moyens de fixation pourraient être en outre être envisagés. Par exemple, la patte 16 pourrait être fixée à la portion d'assemblage par des agrafes ou rivets traversant des orifices correspondant de la patte et de la portion d'assemblage.

Dans l'exemple, on notera enfin que des première et deuxième portions d'assemblage 121 , 122 assemblées sont jointives (tel que visible plus particulièrement sur la figure 3). Plus précisément, leurs bords longitudinaux 122b et 121a sont jointifs, notamment de part et d'autre des moyens de fixation. Elles sont ainsi jointives sur toute leur longueur : de part et d'autre des moyens de fixation et au niveau de ces derniers. En variante, elles pourraient être disjointes (espacées), notamment de part et d'autre des moyens de fixation.

Tel que représenté sur la figure 1 , chaque bande 12 peut en outre présenter des languettes de matière 26 découpées dans au moins une portion autre qu'une portion d'assemblage (soit ici une portion 123) et pliée afin de saillir de cette portion suivant une ligne de pliure perpendiculaire à la direction longitudinale de la bande. Une telle configuration peut permettre d'améliorer l'ancrage du matériau composite sur l'élément d'ancrage, la languette 26 étant alors noyée dans le matériau composite, dont le maintien est également renforcé du fait qu'il traverse l'orifice de découpe 28 libéré par la languette 26 repliée. Les languettes 26 de matière issues de portions faisant partie d'une même alvéole peuvent être repliées l'une vers l'autre. Cet agencement permet d'obtenir deux languettes repliées vers le centre de chaque alvéole lorsque les bandes sont assemblées les unes aux autres.

Ces languettes 26 peuvent également être repliées de manière à s'étendre sensiblement parallèlement aux plans des portions d'assemblage 121 , 122 des bandes.

La structure d'ancrage 10 représentée sur la figure 1 peut être mise en œuvre de la façon suivante :

- la structure d'ancrage 10 est d'abord mise en forme ; à cet effet, les deuxièmes bords longitudinaux 12b sont conformés pour être en contact avec la paroi métallique 1 ,

on procède ensuite à la fixation de la structure d'ancrage 10 sur la paroi métallique 1 en soudant à celle-ci le bord inférieur 12b des bandes,

puis, on insère un matériau composite 2 dans les alvéoles 14 de la structure d'ancrage 10 depuis la paroi métallique 1 et au moins jusqu'au bord longitudinal 12a de chaque bande, tel que représenté figures 2 et 3.

Quelque soit sa forme, la structure en nid d'abeille de la présente invention est avantageusement réalisée en acier inoxydable (un acier inoxydable contient au plus 1 ,2% en poids de carbone et au moins 10,5% en poids de chrome selon la norme EN 10008). En particulier, l'acier inoxydable sera choisi de manière à résister à l'environnement de l'enceinte dans laquelle la structure d'ancrage doit être utilisée.

Dans certaines applications, par exemple en revêtement dans des cyclones de régénérateur, il a été observé des dégradations sérieuses de l'acier inoxydable utilisé pour des structures en nid d'abeille.

Il semblerait que sous la couche externe d'oxyde de chrome, la teneur en chrome de l'acier diminue en cours d'utilisation jusqu'à atteindre une valeur inférieure à 10,5% en poids. Or, un acier perd son caractère inoxydable lorsque sa teneur en chrome est inférieure à 10,5% en poids : une oxydation rapide de l'acier peut alors survenir.

En outre, la formation de carbures a également été observée et semble avoir été la cause de microfissures à l'intérieur de l'acier. Afin d'éviter ou de limiter ce type de dégradation, les bandes de la structure d'ancrage peuvent avantageusement être réalisées en acier inoxydable austénitique choisi parmi les aciers suivants :

un acier inoxydable contenant de 0,04 à 0, 10% en poids de carbone, de 17 à 19% de chrome et de 9 à 12% de nickel, et avec une teneur en niobium comprise de 8 fois la teneur en carbone à 1% en poids, par exemple un acier de grade AISI 347,

un acier contenant au plus 0,015% en poids de carbone, de 15 à 17% de chrome et de 33 à 37% de nickel, par exemple un acier de grade AISI 330,

un acier contenant au plus 0, 10% en poids de carbone, de 24 à 26% de chrome et de 19 à 22% de nickel, par exemple un acier de grade AISI 310.

Le matériau composite est de préférence un matériau résultant d'un assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles possédant une forte capacité d'adhésion. De préférence, le matériau composite est un matériau de construction composite tel qu'un béton, en particulier un béton adapté à une utilisation dans une unité de craquage cataly tique fluide.