02 Sep World Pipelines : Avancées majeures dans la Technologie de l’Inertage

World Pipelines : Avancées majeures dans la Technologie de l’Inertage

Par Dr. Michael Fletcher, de Delta Consultants dans World Pipeline – Volume 14 Number 1 – January 2014.

Peu nombreux sont ceux qui ne seraient pas d’accord avec le fait que la réalisation des soudures de haute qualité demande de l’expérience.
La plupart des obstacles métallurgiques ont été surmontés grâce à l’amélioration progressive des matériaux d’apport.
Les équipements actuels de soudage à électrode de tungstène ou MIG ont probablement atteint la qualité maximale qu’on peut en espérer. Parmi les quelques difficultés qui subsistent encore, la première à laquelle on pense est “comment réaliser une première passe de soudure saine et non oxydée?”.
L’une des principales exigences de l’industrie des pipelines est que la première passe soit physiquement impeccable. C’est-à-dire sans irrégularité, sans variation d’épaisseur, sans oxydes ni débris tels que des flocons ou d’excroissances en gouttes.
Ces défauts peuvent généralement être éliminés par meulage suivi de polissage, mais cette pratique peut coûter cher.
Il est bien préférable de résoudre le problème en utilisant les techniques d’inertage de soudure . Elles produisent un environnement stable, sans oxygène , pendant tout le cycle de soudage et, du coup, éliminent toute oxydation .
L’inertage est connu depuis longtemps, mais c’est seulement récemment que les fabricants de matériel de soudage ont développé des équipements spécifiques. Ces derniers mois ont vu l’éclosion de nombreuses améliorations très innovantes dans les systèmes d’inertage connus dans le monde entier, ceux de Huntingdon Fusion Techniques, HFT®. En exploitant les développements actuels dans les matériaux, l’électronique, et des matériels spécialisés tels que les soupapes pour gaz , les concepteurs de HFT®, encouragés par le retour clientèle, ont pu considérablement améliorer leur gamme d’équipement d’inertage et d’instruments de mesure.

Trois produits majeurs forment l’épine dorsale de la gamme d’inertage Argweld de HFT® : QuickPurge®, PurgElite® and PurgEye®.

Figure 1. Des dispositifs étanches efficaces doivent être mis en place de chaque côté de la soudure . Ils doivent être suffisamment éloignés pour ne pas être affectés par l’élévation de température durant le soudage .
Ce schéma illustre comment l’équipement QuickPurge® fonctionne.

Figure 2. Des ingénieurs se préparent à fabriquer une section de pipeline de grand diamètre sur l’installation de gaz naturel de l’Ile de Grain en utilisant un QuickPurge®.

La gamme de produits Argweld a été développée en vue d’aider les ingénieurs à accélérer l’opération de soudage lors de la fabrication de pipes et de tubulures.
Cela a été fait grâce à un concept qui permet de mettre en place le système correctement et facilement, tout en limitant le volume à inerter.
Cette gamme de matériels a été utilisée à grande échelle un peu partout dans le monde pour le soudage de tubes en acier inox pour le transport de gaz et de pétrole.
Le corps du QuickPurge® est entièrement fait de tissus synthétiques, et il s’y ajoute une protection thermique intégrale vers la zone de soudage , afin de prévenir tout dommage dû à la chaleur. Les tuyaux qui envoient le gaz dans la zone d’inertage et l’en extraient, et qui servent aussi à mettre la vessie en pression sont fait de nylon de haute qualité .
Les connections en laiton pour le gaz sont situées bien en-dehors de la zone de soudage . Ainsi, des moyens de contrôle non destructif de la soudure terminée, par radiographie et ultrasons , peuvent être mis en place sans avoir à enlever le système d’inertage.
Sans pouvoir donner de chiffres pour tous les diamètres, toutes les procédures de soudage , on peut affirmer que les économies sont significatives.
Un simple exemple : les utilisateurs assurent qu’on peut inerter un pipe de 900 mm de diamètre, à moins de 0,1 % d’oxygène, en moins de dix minutes.
On a relevé des gains de temps de plus de 80 % sur la durée d’inertage, par comparaison avec d’autres systèmes d’inertage : c’est dire que la consommation de gaz a été très substantiellement réduite.

Les systèmes PurgElite® ont été développés pour aider les ingénieurs impliqués dans la fabrication de pipes et de tuyauteries jusqu’à 300 mm de diamètre, dans leur montage, à accélérer la phase de soudage .
Cette gamme de produits révolutionnaires vient en lieu et place d’un ensemble qui a été fabriqué et commercialisé par HFT® dans le monde entier pendant des années.
Elle est reconnue comme étant un ensemble robuste d’équipements annexes pour le soudage , qui amène des économies considérables de temps et de gaz consommé.

Figure 3. Les moniteurs PurgEye® ont été conçus spécifiquement pour indiquer le taux d’oxygène du gaz inerte pendant l’inertage.
Ces instruments robustes peuvent mesurer jusqu’ 1 ppm, et afficher la valeur sur un écran alpha-numérique.

Figure 4. Système d’inertage gonflable PurgElite®, adaptable sur tube et pipe de diamètre compris entre 25 et 600 mm.

La nouvelle version « Elite » présente de nombreuses avancées technologiques, et accroît ses possibilités jusqu’à permettre l’inertage d’ensembles à partir de 25 mm de diamètre seulement. Les éléments gonflables sont faits à partir de tissus synthétiques à faible pression de vapeur, avec un taux de dégazage très faible, et incluent un tube de connexion et un manchon de protection thermique . Les tubes qui servent à alimenter la zone d’inertage, à évacuer le gaz et à gonfler la vessie, sont faits en nylon de très haute qualité .

Les moniteurs PurgEye® ont été mis au point par HFT® pour procurer à l’industrie de l’inertage avant soudure des moyens très performants de mesurer le taux d’oxygène.
La plupart des fabricants, notamment ceux qui travaillent les aciers inox, ont besoin de s’assurer que la première passe de lasoudure est protégée de toute oxydation .
Si la première passe est oxydée, il peut être nécessaire d’éliminer le métal touché, ce qui peut être une opération très coûteuse.
La protection est bien mieux assurée lorsque l’on inerte la zone de soudage . Le gaz d’inertage doit lui-même être exempt d’oxygène ; mesurer le taux d’oxygène dans la zone inertée s’avère donc de la plus haute importance pour le soudeur.
Pour des soudures courantes sur la majorité des aciers inoxydables, l’exigence est que le gaz d’inertage contienne moins de 0,1 %, ou 1000 ppm, d’oxygène.
Pour ces applications, les moniteurs HFT® PurgeEye® conviennent très bien. Pour des matériaux plus sensibles, tels que les alliages de titane et certains aciers inoxydables spéciaux, un taux d’oxygène inférieur à 0,01 % ou 100 ppm peut être imposé.

Quelques exemples

Etude d’un cas au Royaume-Uni
Vers la fin des années 90, Babcock UK avait fait une soumission pour l’installation d’un pipeline en acier inoxydable à travers le sud du Royaume-Uni, pour le transport de gaz naturel liquéfié.
En raison de la criticité de la qualité des joints soudés sur un tel projet, Babcock a approché Huntingdon Fusion Technologies (HFT®), pour étudier la possibilité de concevoir un système d’inertage spécial qui pourrait assurer la qualité des soudures tout en permettant de réduire sensiblement la durée de la phase d’inertage.
Ce système spécial a été à l’origine de la gamme QuickPurge® Série II, qui est maintenant d’usage général partout dans le monde pour les soudures de pipelines.
Récemment, un contractant travaillant sur le site de départ, l’Ile de Grain , au Royaume-Uni, a demandé à HFT® de l’aider pour des problèmes de soudage , après l’explosion des systèmes d’inertage, alors que le fabricant du matériel en question s’est avéré incapable de résoudre le problème.
Un ingénieur de HFT® est arrivé avec un exemplaire du nouvel ensemble QuickPurge® II et l’a équipé du PurgeGate®, afin d’empêcher toute destruction due à une pression excessive. Le nouvel équipement a été mis en place sans problème dans le pipe de 42 pouces (1,07 mètre), et a permis de faire un inertage complet en moins de 15 minutes.

Pennecon Energy
Pennecon Energy, à Terre-Neuve, Canada a choisi les systèmes d’inertage Argweld® pour un grand projet de pipelines.
Pennecon avait remporté un contrat qui demandait des centaines de soudures sur des pipes en titane et en acier inoxydable , sur des dimensions allant jusqu’à 1500 mm de diamètre. Ils étaient sur le point de lancer une nouvelle unité de soudagemultipostes pour effectuer le travail.
L’entreprise a évalué plusieurs solutions pour un inertage efficace et parfait, afin d’obtenir un taux d’oxygène inférieur à 50 ppm.
Après essais et évaluations, après étude du retour sur investissement que les matériels Argweld® offraient, grâce à des coûts d’exploitation réduits, décision a été prise de partir sur l’acquisition de matériels QuickPurge® II et de moniteurs d’oxygène résiduel PurgEye®.
L’entreprise utilise désormais ces équipements à grande échelle sur des soudures de pipes de 250, 450 et 1500 mm de diamètre, et a prévu de mettre en œuvre d’autres équipements Argweld®, au fur et à mesure qu’elle travaille sur d’autres dimensions.

Dernières innovations
Le PurgeGate® est maintenant partie intégrante de tous les ensembles QuickPurge®II. Cet accessoire breveté empêche la montée en pression des systèmes gonflables, même si les opérateurs essaient d’augmenter la pression en cherchant à accroître le débit d’inertage.
La bande phosphorescente RootGlo® est maintenant déposée sur la ligne médiane des systèmes QuickPurge®II. Dans l’obscurité d’un pipe, la bande centrale brille intensément, ce qui permet aux soudeurs de vérifier les alignements de tous les équipements, et la qualité de la première passe, au fur et à mesure de sa réalisation.
IntaCal® est un système calibré d’évacuation du gaz d’inertage entre les barrières. IntaCal® rend inutile l’emploi de systèmes coûteux et compliqués de soupapes qui doivent être réglés avant chaque soudure .
Ce processus, très gourmand en temps, est éliminé, tout comme le problème de réglage incorrect des soupapes, qui conduisait souvent à l’éclatement des barrières.
Les moniteurs d’oxygène PurgEye® sont reliés directement à l’évacuation du gaz d’inertage, et peuvent être réglés pour prévenir automatiquement l’utilisateur quand le taux d’oxygène exigé est atteint.

Conclusion
Des avancées dans les systèmes d’inertage pour la fabrication des pipelines ont conduit à développer des équipements qui répondent aux exigences de fiabilité et de robustesse pour emploi sur site.
Sans un inertage adéquat, l’oxydation de la première passe impose généralement d’enlever cette passe, à un coût élevé.
Un document récent datant de 2012, publié au Royaume-Uni par Engineering the Future, 3 Carlton House Terrace, London, recommande aux ingénieurs de reconnaître l’importance d’une formation adéquate. En ce qui concerne l’inertage, ils doivent penser aux besoins d’enseigner son caractère indispensable, et de former au choix et à l’application correcte des techniques d’inertage.

Traduction de World Pipelines – Major Advances in Weld Purge Technology

Patrick Dubosc – 27 février 2014.