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Jul 30, 2023

Causes et remèdes aux défaillances des composants de bobines ductiles

Lorsqu'un transformateur de produits chimiques ou un raffineur de pétrole s'engage dans le processus long et ardu de spécification et de supervision de la construction d'une usine de traitement ou d'une raffinerie, le processus revient un peu à mettre

Lorsqu’un transformateur de produits chimiques ou un raffineur de pétrole s’engage dans le processus long et ardu de spécification et de supervision de la construction d’une usine de traitement ou d’une raffinerie, le processus s’apparente un peu à l’assemblage d’un puzzle d’un million de pièces. Chaque longueur de tuyau, chaque vanne, chaque bride et chaque bobine a une tâche spécifique à accomplir, souvent sous des températures et des pressions difficiles, afin que chaque autre pièce puisse faire son travail et que l'usine puisse fonctionner comme prévu.

Parfois, les choses tournent mal. Qu’une panne soit mineure, majeure ou catastrophique, une enquête s’ensuit pour en déterminer la cause. Le bon élément a-t-il été installé ? A-t-il été installé correctement ? Si tel est le cas, la prochaine étape consiste à évaluer l’article. Pourquoi a-t-il échoué ?

Il ne s'agit pas seulement de remplacer une pièce. Une panne catastrophique peut entraîner des blessures, voire la mort. Même dans le cas où aucune blessure ne s'est produite, la prochaine considération est le temps d'arrêt. Quelle que soit la taille de l'usine ou sa capacité de production, un système arrêté pour faire face à une panne ne rapporte pas un centime tant qu'il n'est pas de nouveau opérationnel.

Certains utilisateurs d’aciers au carbone dans l’industrie pétrolière et gazière nord-américaine ont dû faire face à de tels échecs. Certains composants de bobine approuvés pour une utilisation à des températures aussi basses que -20 degrés F (-29 degrés C) sont tombés en panne en raison d'une rupture fragile. Les pannes se produisaient souvent lors d'essais hydrostatiques, de démarrages à froid et parfois lors de conditions de fonctionnement perturbées. Peu importe le moment, la question suivante est toujours la même : pourquoi ?

La question est celle de la ductilité par rapport à la fragilité. Située le long d'un continuum unique, la ductilité fait référence à la capacité d'un matériau à se déformer sous l'effet d'une contrainte de traction (sa capacité à s'étirer sans se briser), tandis que la fragilité est son incapacité à le faire. À mesure que la ductilité d’un matériau augmente, sa probabilité de résister à la fracturation fragile diminue.

Les composants en acier au carbone (tout matériau ferreux contenant 0,29 à 0,54 pour cent de carbone et 0,60 à 1,65 pour cent de manganèse) sont pris en compte par l'ASME VIII Div. I et ASME B31.3 sont intrinsèquement ductiles et donc résistants à la rupture fragile. Ceux-ci incluent les brides A105N ; Raccords sans soudure de qualité A234 WPA, WPB et WPC ; Tuyau A106N (toutes qualités) ; et tuyau sans soudure A53. Cependant, certains composants conçus pour fonctionner jusqu'à -20 degrés F (-29 degrés C) se sont révélés inadaptés à de telles applications. Certaines brides en acier au carbone A105, fonctionnant à moins de 300 livres par pouce carré (PSI), et certains tuyaux en A106 de qualité B, de moins de ½ po d'épaisseur, ont été évalués avec un test de résistance aux chocs Charpy à encoche en V et jugé impropre au service à toute température minimale de conception du métal inférieure à 68 degrés F.

Les enquêtes de défaillance menées par l'Institut Belge de Soudure ont indiqué que certaines brides présentaient une granulométrie importante. Une enquête plus approfondie a révélé une variation microstructurale significative au sein d'une bride spécifique, indiquant non seulement un manque d'homogénéité de la fabrication, mais également un traitement thermique déficient. En outre, une analyse de défaillance menée sur une bride à collerette à souder d'un A350LF2 a révélé qu'une mauvaise pratique de normalisation était un contributeur majeur à la défaillance. Pire encore, les données du rapport d'essai répertoriées dans le certificat d'accompagnement, EN 10204 : 3.1.B, ne correspondaient pas aux caractéristiques testées de la bride.

En effet, bien que ces composants se situent dans la plage spécifiée pour leur composition chimique et leurs propriétés mécaniques et soient donc considérés comme ductiles, ils étaient susceptibles de se briser fragilement. Connu pour entraîner une défaillance soudaine et catastrophique, la rupture fragile des composants de bobines de tuyaux nouvellement achetés constitue un danger potentiel pour l'intégrité, la fiabilité et la sécurité des processus de l'équipement.

L'Alberta Safety Authority, l'agence qui supervise la sécurité des équipements sous pression en Alberta, au Canada, a publié un avis dans son bulletin d'information IB16-018 : « Cela peut être un problème puisque les brides en matériau SA-105 sont généralement exemptées des tests d'impact selon l'ASME. Section VIII, Division 1, paragraphes UG-20(f), UCS-66 ou ASME B31.3, paragraphe 323 pour une température de -29°C (-20°F) et supérieure.