Étanchéité pétrolière et gazière en aval : choisir des joints qui résistent au service des raffineries

Une bride pleurante sur une ligne de charge d’hydrocraqueur s’annonce rarement. Cela se manifeste d'abord par une légère odeur d'hydrocarbure sur la passerelle, une tache sombre sur l'isolation ou une image thermique indiquant une température de deux degrés plus élevée que le reste du collecteur. Au moment où la pulvérisation devient visible, l'unité prévoit une panne imprévue, et un joint qui coûte quelques centaines de dollars a pris avec lui une semaine de production.

Le reste de cet article explique quels styles de joints conviennent à quels services en aval, ce que les normes pertinentes contrôlent réellement et les détails pratiques qui déterminent si un joint survit à une utilisation de cinq ans.

Pourquoi l'étanchéité en aval est un problème différent

L'aval couvre tout ce qui se trouve après la tête de puits : les unités de traitement des raffineries, les usines pétrochimiques et chimiques, les terminaux de stockage, les racks de chargement et les pipelines de distribution. Les styles de joints chevauchent ceux utilisés en amont, mais pas le profil de service.

Trois différences déterminent la plupart des décisions en matière de scellement.

• Cyclisme, pas état stable. Les hydrotraiteurs, les reformeurs et les unités catalytiques chauffent et refroidissent à plusieurs reprises pendant la régénération, le démarrage et l'arrêt. Chaque cycle permet à la charge du boulon de se détendre un peu, et un joint qui tenait 40 bars le premier jour peut suinter à 12 bars après le dixième cycle s'il ne peut pas retrouver son épaisseur.
• Des milliers de petites articulations. Une seule unité de traitement peut contenir plus de raccords à brides de petit calibre que l'ensemble de l'installation en amont qui l'alimente. Statistiquement, c'est là que les fuites apparaissent, et non sur la conduite principale de 24 pouces.
• Corrosion et isolation électrique. Les matériaux mélangés, le service acide et les canalisations protégées cathodiquement font des joints d'isolation et de l'appariement correct des matériaux une partie des spécifications d'étanchéité plutôt qu'une réflexion après coup.

L’échelle compte aussi. MarketsandMarkets a estimé le marché mondial des joints pour le traitement du pétrole et du gaz à environ 5,7 milliards de dollars en 2018, et devrait atteindre 6,4 milliards de dollars d'ici 2023, et les usines de traitement plutôt que les sites de forage représentent la plus grande part de cette demande.

Quel style de joint convient à quel service en aval

Cinq styles de joints couvrent la grande majorité des joints à brides en aval. Les différences qui comptent dans la pratique sont la demande de charge des boulons, le plafond de température et la capacité ou non du joint à tolérer une nouvelle fabrication.

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Pour la plupart des canalisations de processus de raffinerie, le joint enroulé en spirale reste le choix par défaut car il équilibre deux choses à la fois : le matériau de remplissage souple assure l'étanchéité, tandis que l'enroulement métallique en forme de V fournit le retour élastique qui maintient la charge sur le joint pendant qu'il refroidit. Lorsque la charge des boulons est limitée ou que la bride est étroite, les constructions en tôle ondulée ou en profil kamm conviennent généralement mieux que de forcer un joint plus lourd dans le joint.

Faire correspondre le joint aux conditions de service réelles

La sélection commence normalement par la valeur nominale de la bride et la température de conception, mais quatre variables déterminent si le joint tient réellement : la charge de boulon disponible, l'état du revêtement, le fluide et la corrosion, et le nombre de cycles thermiques attendus entre les révisions.

La température ne représente que la moitié du tableau. Un joint évalué à 450 °C en service constant peut toujours tomber en panne dans une unité qui oscille entre 200 °C et 400 °C tous les quinze jours, car ce qui compte est la quantité de charge d'origine du boulon que le joint revient lorsque le joint se contracte.

L’état de surface est la variable la plus souvent manquée lors d’un redressement. Un joint enroulé en spirale spécifié pour un revêtement dentelé Ra de 3,2 à 6,3 µm se comporte très différemment sur une surface lisse, usée ou rayée, et finition et état de la surface de la bride explique souvent pourquoi un joint identique scelle sur une bride et pleure sur la suivante.

Des normes et des homologations qui ont un réel poids

Les achats en aval nomment généralement des normes plutôt que des marques, il est donc utile de savoir ce que chacun contrôle réellement.

• ASME B16.20 — dimensions, tolérances et marquage des joints spiralés, à joint annulaire et à chemise, ainsi que les limites de température de remplissage.
• ASME B16.5 / B16.47 et EN 1092-1 — les normes de bride auxquelles le joint doit correspondre pour l'alésage, le cercle de boulons et le revêtement.
• ASME PCC-1 — guidage de l'assemblage des joints boulonnés, y compris la contrainte cible des boulons, la lubrification et la séquence de serrage.
• NACE MR0175 / ISO 15156 — limites de dureté des matériaux et métallurgiques pour un service acide.
• EN 10204 3.1 — le type de certificat matériau généralement demandé pour les composants métalliques.
• API 6A et ISO 9001:2015 — les approbations de produits et de systèmes qualité que les opérateurs en aval et les entrepreneurs EPC demandent nommément.

Matériau d'étanchéité Cie., Ltd de Ningbo Rilson., par exemple, opère sous la norme ISO 9001:2015 et détient la certification de produit API 6A, et a été reconnue comme fournisseur de groupes industriels tels que GE, Shell et ExxonMobil. Ces approbations constituent un filtre utile lors de la qualification des fournisseurs, car elles compressent une longue liste de contrôle en une seule question.

Joints annulaires et joints Kammprofile pour les joints les plus résistants

Deux styles dominent lorsque la classe de pression, la température ou le cyclage poussent les joints plus souples hors de leur fenêtre.

Joints annulaires

Un joint annulaire assure l'étanchéité sur une ligne de contact entre un anneau métallique usiné et la rainure dans la face de la bride. Il n'y a pas de charge molle pour compenser quoi que ce soit, c'est précisément pourquoi il fonctionne dans l'hydrogène haute pression et les raccords à haute intégrité - et aussi pourquoi il échoue rapidement lorsque la rainure est rayée, la bague est hors tolérance ou les boulons ne sont pas montés uniformément. Les exigences de charge des boulons sont élevées et la rainure doit être inspectée et non supposée.

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Joints Kammprofil

Un joint kammprofile utilise un noyau métallique dentelé avec une fine face souple de chaque côté. Il se comporte comme un hybride : il nécessite moins de charge de boulon qu'un joint annulaire, récupère bien grâce aux cycles thermiques et gère les connexions à brides autour des coques d'échangeur et des couvercles de canaux là où un joint enroulé en spirale fonctionnerait près de sa limite.

Échangeur de chaleur et joints isolés : les points d’étanchéité négligés

Les échangeurs de chaleur concentrent les problèmes d’étanchéité sur une petite surface. Le joint se trouve entre une bride de coque et un canal ou une plaque de recouvrement, les gradients de température à travers le joint sont abrupts et la charge du boulon doit supporter deux faces à la fois. Les joints d'échangeur sont généralement spécifiés sous forme d'ensemble complet par unité afin que tous les joints du faisceau soient remplacés ensemble et que les charges des boulons restent équilibrées.

Les kits de joints d’isolation résolvent un problème différent. Lorsqu'un pipeline est protégé cathodiquement, un joint à bride conducteur devient un site de corrosion et un kit d'isolation comprenant un joint isolant, des manchons et des rondelles interrompt ce chemin électrique. Le devoir de scellement est banal ; l'intégrité électrique ne l'est pas et une seule rondelle isolante manquante détruit toute l'installation.

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Où commencent réellement les fuites : assemblage et charge des boulons

Les directives de l'industrie sur les joints boulonnés, notamment ASME PCC-1, convergent vers le même message : le joint est rarement le maillon le plus faible – l'assemblage l'est. Une séquence pratique pour un redressement en aval ressemble à ceci.

1. Vérifiez le revêtement de la bride par rapport aux spécifications du joint ; rejetez les faces rayées, corrodées ou très piquées plutôt que d'essayer de les sceller.
2. Nettoyez les deux faces et la rainure, et vérifiez les dimensions, l'alésage et l'épaisseur du joint par rapport au dessin avant qu'il ne s'approche du joint.
3. Appliquer uniformément le lubrifiant spécifié sur les filetages et les faces des écrous ; les changements de lubrification ont fourni une charge de boulon supérieure à ce que la plupart des gens attendent.
4. Remontez le joint en plusieurs passes en utilisant le motif de la procédure d'assemblage, et non en un seul balayage circulaire.
5. Vérifiez la contrainte ou le couple des boulons à l'extrémité, enregistrez les valeurs et étiquetez le joint pour le prochain retournement.

Le resserrage une fois que l'unité a atteint la température de fonctionnement est parfois approprié et parfois non, selon le type de joint et la procédure. Suivre la méthode écrite compte plus que l’habitude.

Quoi envoyer à un fabricant de joints

Les retards de cotation dans ce secteur sont presque toujours dus à des données communes manquantes. L’envoi des éléments suivants dans un seul message supprime la plupart des allers-retours.

• Norme de bride, taille nominale, classe de pression et type de face.
• Dimensions du joint ou dessin annoté, y compris l'alésage et le diamètre extérieur.
• Matériau de bobinage et de remplissage, ainsi que toute exigence de dureté pour un service acide.
• Type de certificat requis, par exemple EN 10204 3.1.
• Quantité par taille et si un jeu d'échangeurs complet est nécessaire.

Pour les commandes répétées, il vaut la peine de conserver la spécification originale dans un dossier : cela évite une substitution « équivalente » qui modifierait discrètement la qualité de la charge.

Foire aux questions

L’étanchéité en aval récompense davantage la préparation que les matériaux de qualité supérieure. Choisir le bon style de joint pour le service, vérifier la bride et la charge des boulons et suivre une procédure d'assemblage écrite évitera plus de fuites que n'importe quelle simple mise à niveau de la fiche technique.

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