Vous souvenez-vous de votre règle en plastique que vous aviez à l’école primaire? Je ne sais pas pour vous, mais moi, j’avais tendance à jouer avec ma règle pendant les classes. Puis un jour, sans raison valable, ma fidèle règle brisa. Sans le savoir à cette époque, j’avais amorcé des fissures sur ses parois externes qui, avec le temps, s’étaient tout simplement propagées jusqu’à sa rupture.
Ce phénomène s’applique également aux réservoirs sous pression. Vous ne pensez peut-être pas que vous avez beaucoup d’expérience avec les réservoirs sous pression, mais vous avez probablement vu un réservoir de propane sous votre gril, un réservoir d’hélium pour remplir des ballons ou un réservoir d’eau chaude dans votre maison. Des réservoirs sous pression plus grands peuvent être trouvés dans les stations-service, les sites industriels et de nombreuses usines.
Réservoir sous pression horizontal typique supporté par deux berceaux
Lors des étapes de conception, de fabrication, d’inspections et de certification d’un réservoir sous pression installé au Canada, tous les scénarios possibles auxquels il sera soumis au cours de sa vie utile doivent être pris en considération. Voici quelques exemples de sollicitations externes à considérer:
1) pression maximum interne et externe;
2) poids du réservoir et de son contenu;
3) poids de l’équipement attaché, comme les moteurs, les mécanismes, les autres réservoirs, la tuyauterie, l’isolation thermique, etc.;
4) efforts transmis par les structures internes et efforts des pattes, berceaux, jupes, etc.
5) efforts dus aux vents latéraux, au poids de la neige et aux séismes;
6) efforts dus à un choc, tels que ceux provoqués par des variations brutales de pression du fluide;
7) efforts dus aux gradients de température et à la différence de dilatabilité des matériaux;
8) et enfin, les actions dynamiques et les sollicitations cycliques résultant des variations de pression et de température.
Selon toutes les règlementations provinciales et territoriales canadiennes, ces éléments doivent être inclus dans les étapes de réalisation. Si certains d’entre eux ne sont pas applicables, les calculs, les dessins, etc. du réservoir sous pression devront le mentionner clairement. Ces documents doivent être scellés/signés par un ingénieur et enfin, approuvés par les autorités locales (lors de l’obtention du Numéro d’Enregistrement Canadien selon la norme CSA B51).
La fatigue, due à une charge cyclique mécanique ou thermique, est l’une des causes potentielles de défaillance des réservoirs sous pression et des composants de tuyauterie au Canada. La fatigue survient lorsqu’un réservoir sous pression est soumis à des contraintes répétées; pensez à cette règle dont nous avons parlé plus tôt. Chaque fois que vous l’avez plié, vous y avez mis du stress, et finalement, elle se fissure et se casse à partir d’une petite courbe. Si un réservoir tombe en panne, un ingénieur peut examiner les causes potentielles, y compris les défauts de fabrication ou de conception, en plus des effets de la fatigue. Un réservoir défectueux peut être plus sensible aux risques associés aux effets cycliques si:
- le réservoir a subi plus de 60 temps d’arrêt en usine;
- la pression fluctue régulièrement à plus de 15% de la pression de conception;
- il existe un gradient de température cyclique de plus de 50 oF (28 oC) à deux endroits différents sur le réservoir;
- il existe un dispositif d’ouverture à action rapide.
Plusieurs autres facteurs peuvent influencer le nombre de cycles maximal. Par exemple, si le réservoir est exposé à un ou plusieurs mécanismes d’endommagement (corrosion, fissurations sous contrainte, piqûres, etc.), la fatigue sera accélérée. La qualité de l’acier, la présence de contraintes résiduelles, les températures d’opération, la présence de soudure ou de discontinuités (filets, arrêtes coupantes, etc.) pour ne citer que celles-ci, réduiront tous à leur manière le nombre de cycles autorisé.
Devant un réservoir défectueux, l’ingénieur forensique déterminera s’il était correctement entretenu, s’il y avait des défauts dans les matériaux utilisés ou si le matériau convenait à l’application, ainsi que la façon dont le réservoir était utilisé. L’ingénieur forensique est formé pour déterminer si la perte présente des opportunités de subrogation potentielles, ou si le réservoir était simplement en fin de vie.
À titre de référence, voici un article publié en Alberta avertissant les propriétaires d’assécheur d’air comprimé concernant ce risque : ABSA. Un autre organisme américain reconnu par l’industrie, le National Board, a publié également un article en ce sens : NB.
Pour en savoir davantage sur les installations sous pression, ou pour nous envoyer une demande d’expertise, veuillez communiquer avec notre équipe en génie mécanique au 877 686-0240 ou info@cep-experts.ca