Évaluation de l’aptitude au service des tuyauteries (FFS)

1. Introduction

L’inspection basée sur la fiabilité est une technique d’évaluation utilisée pour identifier les équipements les plus susceptibles de défaillir en premier. Cela aide à prioriser les inspections lors des arrêts programmés.

Dans les stratégies de maintenance modernes, tous les équipements ne sont pas ouverts pour inspection lors d’un arrêt. L’inspection basée sur la fiabilité utilise plutôt les dossiers d’inspection existants, les évaluations FFS et les observations du personnel d’exploitation pour classer les équipements. Les équipements classés comme peu prioritaires ne sont pas ouverts, ce qui permet d’importantes économies de ressources.

Déterminer la durée de vie résiduelle d’un composant n’est pas toujours simple, surtout lorsqu’il n’existe pas de données sur le taux de corrosion ou un taux de propagation de fissure fiable. Dans ces cas, on utilise la surveillance ou la remédiation pour gérer l’incertitude. Lorsqu’un composant n’a plus ou presque plus de durée de vie résiduelle, une réparation devient nécessaire.

2. Remediation

La remédiation est nécessaire dans les situations suivantes :

• Un défaut dans un composant est jugé inacceptable dans son état actuel
• Lorsque la durée de vie résiduelle du composant est faible ou incertaine
• Lorsque les méthodes d’évaluation actuelles sont insuffisantes pour prédire le comportement du défaut.

Diverses méthodes de remédiation peuvent être utilisées pour résoudre ces problèmes et garantir le fonctionnement sûr de l’équipement. Parmi les méthodes courantes figurent :

• Meulage des fissures sur une surépaisseur soudée : cela consiste à éliminer les fissures dans la zone soudée en meulant, ce qui supprime les parties fragilisées ou endommagées.
• Soudage de manchons ou de plaques : cette méthode consiste à ajouter du matériau supplémentaire, comme des manchons ou des plaques, pour renforcer la zone affectée et restaurer son intégrité.
• Surveillance de l’état du composant : utilisée pour évaluer l’évolution des dommages et orienter les actions de maintenance. Cela inclut :
  • Sondes de corrosion : dispositifs utilisés pour mesurer le taux et l’étendue de la corrosion d’un composant, afin de prédire sa durée de vie résiduelle et déterminer quand une intervention est nécessaire.
  • Sondes d’hydrogène : utilisées pour détecter et mesurer la pénétration d’hydrogène dans les matériaux, une cause fréquente de fissuration.
  • Témoins métalliques et sondes physiques : morceaux de matériau placés dans l’environnement de service. Ils subissent les mêmes conditions que l’équipement, et leur analyse permet d’évaluer le taux et le type de dégradation.
  • Mesures et balayage UT (Contrôle Ultrasonore) : méthode d’essai non destructive pour détecter les défauts internes, mesurer l’épaisseur du matériau et surveiller son évolution au fil du temps.

3. Mécanismes de dommages

Avant de réaliser une évaluation FFS, il est essentiel d’identifier le mécanisme de dégradation. Une mauvaise identification peut conduire à de fausses conclusions sur l’état de contrainte du composant et provoquer une défaillance. Le processus d’identification implique l’utilisation de la méthode de contrôle non destructif appropriée, l’estimation du taux futur de dégradation pour déterminer la durée de vie résiduelle et la mise en place de méthodes de surveillance et d’atténuation adaptées.

Des informations complètes sur les matériaux sont essentielles. Cela inclut le traitement thermique, la composition chimique et le niveau de résistance, qui déterminent le comportement du matériau et sa sensibilité aux mécanismes de dégradation.

• Ténacité du matériau et traitement thermique : la ténacité dépend fortement de la taille du grain, elle-même déterminée par le traitement thermique appliqué. Différentes méthodes de traitement thermique peuvent modifier les propriétés du matériau et son comportement face aux dégradations.
• Mécanismes de dégradation dépendants de la chimie : la plupart des mécanismes de dégradation dépendent de la composition chimique du matériau.
• Taux de corrosion : une corrosion acceptable est généralement estimée à 5 mils par an. Un taux supérieur peut nécessiter l’utilisation d’un alliage de meilleure qualité.
• Corrosion lors d’incidents opérationnels : la corrosion s’accélère souvent lors d’anomalies de fonctionnement. Ce n’est pas un phénomène binaire, mais variable selon les conditions.
• Exposition en service et facteurs opérationnels : les conditions normales ou perturbées peuvent introduire des traces de substances corrosives. Les cycles d’exploitation, les fuites de vannes et les facteurs humains influencent également les taux de corrosion.
• Transfert de produits corrosifs : Toutes les substances chimiques ne sont pas complètement éliminées lors des procédés de nettoyage, ce qui signifie que des agents corrosifs peuvent être transférés vers d’autres unités opérationnelles. Cela est particulièrement problématique avec des substances comme la soude caustique, difficiles à décontaminer et pouvant être transportées par la vapeur ou d’autres fluides. Les substances caustiques, relativement inoffensives à température ambiante, deviennent hautement corrosives à haute température, surtout dans des unités non conçues pour les gérer.

4. Catégories de dommages

Les mécanismes de dégradation dans les matériaux et les équipements peuvent être classés en deux grandes catégories : les défauts pré-service et les défauts en service.

4.1 Défauts pré-service

• Défauts matériels issus de la production : Ceux-ci incluent des problèmes tels que les laminations, cavités, retassures et fissures survenant lors du processus de fabrication du matériau.
• Défauts induits par le soudage : Cela inclut des problèmes tels que les sous-coupes dues à une pénétration ou fusion insuffisante, la porosité des soudures et les fissures induites par l’hydrogène.
• Défauts d’ajustement de fabrication : Cela concerne des problèmes tels que l’ovalisation et les déchirures lamellaires apparaissant lors de l’assemblage ou de la fabrication des composants.
• Défauts de traitement thermique entraînant une fragilisation : Ceux-ci peuvent être causés par des fissures de réchauffage, la fragilisation par phase sigma, la fragilisation à 885°F, ainsi que la sensibilisation. La sensibilisation se produit spécifiquement dans les aciers inoxydables austénitiques lorsque des carbures précipitent aux joints de grains pendant le traitement thermique.

4.2 Défauts en service

1. Corrosion générale : Elle provoque un amincissement uniforme de la surface exposée sans localisation importante.
2. Corrosion localisée : Une attaque corrosive concentrée sur une zone précise et limitée.
3. Corrosion galvanique : Survient lorsqu’un métal est en contact avec un métal plus noble ou un non-métal conducteur dans le même électrolyte.
4. Fissuration environnementale : Rupture fragile d’un matériau normalement ductile en raison de facteurs environnementaux provoquant une fragilisation, comme la fissuration par corrosion sous contrainte.
5. Érosion-corrosion, cavitation et fretting : Causées par le mouvement relatif entre un fluide corrosif et la surface métallique.
6. Corrosion intergranulaire : Attaque préférentielle au niveau ou à proximité des joints de grains, souvent due à la sensibilisation ou à l’acide polythionique.
7. Désalliage : Élimination sélective d’un élément d’un alliage, modifiant ainsi sa structure.
8. Corrosion à haute température ou formation de calamine : Formation de couches épaisses de corrosion sur les surfaces métalliques à haute température.
9. Attaque interne : Altération des propriétés du métal due à des éléments environnementaux à haute température, comme la cémentation (entrée de carbone) ou l’attaque par hydrogène (diffusion d’hydrogène).

5. Atténuation des dommages

Les stratégies d’atténuation visant à prévenir ou réduire les mécanismes de dégradation des matériaux sont diverses et peuvent être adaptées au type de dommage anticipé. Elles sont particulièrement efficaces pour prévenir les attaques d’acide polythionique, responsables de corrosion intergranulaire. Voici quelques techniques essentielles :

• Prévention des attaques d’acide polythionique : Maintenir l’eau au-dessus du point de rosée aqueux et la neutraliser avec une solution alcaline permet d’éviter les conditions favorables à cette attaque. L’utilisation de matériaux moins sensibles à la sensibilisation, comme les aciers non austénitiques ou les aciers austénitiques correctement traités, est également efficace.
• Modifications physiques des procédés : Ajuster les températures et les vitesses des fluides peut réduire la probabilité de certains mécanismes de corrosion. L’élimination régulière des fractions contribuant à la corrosion peut également être une mesure préventive.

Utilisation de revêtements organiques ou de doublures métalliques : Ceux-ci créent une barrière entre le matériau et les agents corrosifs. L’ajout de matière sur la surface existante peut augmenter la résistance à la corrosion et à l’usure.

De plus, des techniques comme le grenaillage peuvent améliorer la résistance de la surface à la fissuration et à la fatigue.

• Modifications chimiques des procédés : Modifier la composition chimique de l’environnement ou des matériaux en contact peut aider à réduire la corrosion et d’autres formes de dégradation.
• Modification de l’état de contrainte : Des procédés tels que le recuit peuvent réduire les contraintes internes qui contribuent à la fissuration par corrosion sous contrainte.