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May 30, 2023

Dépannage de la défaillance du joint

Dans l'industrie du pétrole, du gaz et des procédés, les ingénieurs et les techniciens doivent faire face aux

Dans l'industrie du pétrole, du gaz et des procédés, les ingénieurs et les techniciens doivent faire face au problème du maintien d'un joint hermétique pour une variété d'équipements industriels. Un exemple est les brides, qui sont la méthode de fixation la plus courante d'un tuyau à un autre tuyau ou équipement. Les pièces à assembler étant toutes deux rigides, elles doivent toutes deux être parfaitement usinées et alignées. Ils doivent également maintenir cette position alignée lors de conditions de service changeantes afin de maintenir une étanchéité. Cela peut être difficile à réaliser étant donné la nature des alliages utilisés dans les équipements, les fluides à contenir, ainsi que les variables de processus (telles que les vibrations, les variations de température, l'usure et la compatibilité chimique) et les contraintes de coût (heures de maintenance, coût des produits et des temps d'arrêt).

C'est pourquoi les joints sont cruciaux. Un joint est destiné à combler l'espace entre deux pièces d'accouplement, généralement plus souples que les pièces rigides à assembler, et à éviter la perte de fluide sous forme de fuite. Une étanchéité est obtenue en comprimant les objets joints et le joint, ce dernier remplissant les irrégularités des surfaces des brides en agissant sur les forces de serrage et la pression interne.

Les tuyaux ne sont pas vides. Ils sont parcourus par du fluide et traversent les brides. Tout fluide a la propriété d'étendre la force dans toutes les directions. Dans un premier temps, le fluide contenu dans la canalisation viendra en contact à la surface du diamètre interne de la bride ainsi que du joint. La quantité de force peut être calculée à l'aide de l'équation 1.

Les joints scelleront compte tenu de la force initiale qui leur est appliquée. Les fabricants de joints et les ingénieurs concepteurs ont déterminé qu'en serrant les boulons utilisés pour comprimer les brides, le joint peut être comprimé. Le modèle le plus simple pour cela est l'équation 2 reliant la force de compression appliquée au couple de boulon.

Cependant, la contrainte à laquelle est soumis le joint n'est pas uniformément proportionnelle à la valeur de serrage du boulon car la contrainte peut varier circonférentiellement. Cela est dû au fait que le modèle de contact et la zone entre les joints et les faces de la bride sont différents de la zone de contact des boulons et des écrous. La force totale appliquée à la bride par le boulonnage est indiquée dans l'équation 3.

Le couple proportionnel à un nombre donné de boulons n, est représenté dans l'équation 4.

Exprimant T comme le couple en pieds-livres, il s'agit du principal moyen de force appliqué par l'utilisateur au joint pour éviter les fuites.

Bien que les équations présentées ici soient des modèles idéaux (puisqu'elles ne prennent pas en compte la rugosité, les autres forces de bride résistantes, etc.), elles représentent les conditions moyennes observées dans l'industrie. Comme indiqué dans le tableau 1, la force appliquée par le serrage des boulons comprime le joint, le déformant.

Cette force appliquée doit vaincre la pression du fluide (force hydrostatique) si l'on veut éviter les fuites. La force hydrostatique dans la canalisation tend à écarter les brides et agit contre la force de compression du boulonnage, la réduisant pendant le fonctionnement.

Le joint doit être à la fois suffisamment solide pour résister à la pression du procédé et suffisamment souple et déformable pour combler les irrégularités des brides. Bien que plusieurs articles aient été écrits pour fournir une meilleure compréhension de la relation entre les joints et les brides, il est bien connu que la capacité d'étanchéité n'est pas seulement obtenue par boulonnage, mais plutôt par une combinaison de facteurs qui peuvent varier d'un type de joint à l'autre. un autre.

Les forces induites par la tuyauterie entrent en jeu peu de temps après l'installation. Pendant le fonctionnement, ils commencent à affecter le système en raison de l'influence de la température et du processus sur le matériau et la configuration des tuyaux.

Les écrous et les fixations sont les autres éléments clés pour fournir une pression de compression sur les brides et les joints. Leur fonction est de serrer suffisamment le joint, compte tenu de la tension induite due aux variables de processus. Les fixations présentent également une relaxation et un allongement qui dépendent de leur matériau de construction, ce qui a un effet considérable sur la quantité de charge disponible.

Si la région élastique d'une fixation est dépassée pendant le fonctionnement, les fixations céderont et seront déformées de manière irréversible, et la capacité à fournir une force de charge - essentiellement une charge de compression - sera réduite.

Les vibrations, l'alignement et la flexibilité mécanique affectent la quantité et l'étendue de ces déformations, ce qui en fait des équipements clés et des variables de conception de processus à prendre en compte dans des conditions de fonctionnement variables.

Si le joint fait face à toutes ces forces par le serrage des boulons, quatre scénarios peuvent se produire en fonction de la contrainte appliquée :

La contrainte du joint est suffisante pour résister aux forces internes et aux forces de la bride, ce qui permet d'obtenir de bonnes performances d'étanchéité.

La contrainte du joint tombe au point qu'elle est insuffisante pour compenser les forces de la bride.

La contrainte du joint est trop élevée et compromet rapidement l'intégrité.

Les forces induites par la tuyauterie/les forces de bride augmentent jusqu'à une valeur qui compromet l'intégrité à la fois du joint et du système/équipement de tuyauterie.

Les propriétés des joints entrent également en jeu dans chacun de ces scénarios. Connaître le matériau du joint, la densité, la compressibilité, la récupération, la relaxation, la contrainte d'assise minimale et la contrainte minimale en fonctionnement est essentiel pour établir des limites sur les contraintes des boulons d'assemblage pour lesquelles le joint atteint le contact et assure l'étanchéité.

Ainsi, une défaillance prématurée ou catastrophique dans le pipeline peut résulter de faibles charges de couple, d'une sélection inadéquate de joints, de pratiques d'installation inadéquates, d'une mauvaise sélection de matériaux ou même d'une mauvaise conception de l'équipement.

Les fabricants et les techniciens de joints ont utilisé leurs années d'expérience pour proposer des guides de dépannage et des règles empiriques pour aider les utilisateurs avec la meilleure solution pour leur propre situation particulière.

Des recommandations sont disponibles auprès des fabricants de joints pour tout ensemble spécifique de variables de processus.

Les joints, les joints, les fixations et les variables de processus doivent être considérés comme un système dynamique global plutôt que comme des éléments moins isolés à contrôler.

De cette manière, le processus d'investigation d'une défaillance de joint garantit que les problèmes de fuite peuvent être ciblés avec précision par la cause réelle et ses implications dans la dynamique du processus.

Références1. Kobayashi, Takashi "Étude sur la déflexion des joints et ses effets sur les forces résiduelles des boulons et l'étanchéité des connexions à brides boulonnées" Conférence ASME 2014 sur les récipients sous pression et la tuyauterie. PVP2014-28514

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Guillermo San Martín a étudié le génie chimique et est diplômé de l'Université de l'État de Mexico. Il est actuellement responsable de l'ingénierie et du développement d'Empak Spirotallic Mexicana.