Rupture de fatigue par corrosion des tubes dans les chaudières à tubes d'eau

// La division des industries chimiques du HSE est au courant de trois défaillances relativement récentes associées à des chaudières à tubes d'eau. Chacun de ceux-ci semble avoir été causé par la fatigue par corrosion des tubes de la paroi extérieure de l'eau. Cette alerte, qui s'adresse en particulier au secteur des industries chimiques, décrit les incidents et précise les mesures à prendre par les titulaires d'obligations.

Remarque : la fatigue par corrosion est causée par la combinaison d'un mécanisme corrosif et d'une fatigue générée par des contraintes mécaniques ou thermiques.

Les trois chaudières étaient alimentées au gaz, de conception à tube « D » (ci-contre) et avaient environ 30 ans d'âge avec des pressions de fonctionnement de 80 barg. Au cours de cette période, ils ont vu à la fois un service continu et intermittent.

Deux des trois incidents ont entraîné une défaillance de type «vitre» où un coupon de matériau a été éjecté du tube de la paroi de la chaudière. Ceux-ci sont illustrés dans les photographies ci-dessous. Une telle défaillance peut présenter un risque très grave de blessure, soit à cause du coupon lui-même, soit à cause de la libération de vapeur à haute pression qui en résulte. Lors du troisième incident, une fissure longitudinale dans le tube a provoqué un dégagement de vapeur à l'intérieur de la chaudière d'une énergie suffisante pour souffler une porte de passage.

Dans chaque cas, les tubes endommagés étaient positionnés aux extrémités des chaudières, à proximité de la charpente principale. Deux des défaillances étaient dans des coudes formés à froid (un à un coude supérieur et un à un coude inférieur). Le troisième échec était dans une section droite de tube.

Une inspection détaillée à l'aide d'endoscopes vidéo, d'une sonde d'angle UT et d'essais destructifs a révélé que la fissuration par fatigue par corrosion (bien que diminuant en ampleur) était évidente jusqu'à environ 12 tubes des extrémités.

Les enquêtes sur les incidents suggèrent que les parties les plus sollicitées des tubes (telles que les coudes ou d'autres zones proches des bases ou des supports) peuvent être les plus vulnérables. Des contraintes thermiques supplémentaires pourraient être imposées aux tubes d'extrémité des cadres de la chaudière.

On pense que le précurseur de l'attaque par corrosion provient de contrôles côté eau insatisfaisants pendant les arrêts de chaudière plutôt que d'un mauvais traitement de l'eau en service (référence 1). La corrosion pénètre dans la couche de magnétite qui se forme naturellement et forme des piqûres. La morphologie des défauts suggère que la fissuration par fatigue provient des piqûres de corrosion qui se rejoignent ensuite pour produire des fissures.

Les enquêtes ont révélé que, même si chacune des chaudières avait un long historique d'inspection (les périodicités étaient respectivement de 4 et 3 ans), ces inspections se concentraient principalement sur les tambours de vapeur et de boue. Seules des inspections très limitées ont été effectuées sur les tubes eux-mêmes, et celles-ci se sont concentrées principalement sur l'amincissement des parois causé par la corrosion sous l'isolation. Bien que certaines détections de fissures aient été référencées dans les schémas d'examen, cela n'a pas pris en compte la fatigue ou la fatigue par corrosion des tubes de la paroi d'eau.

Il semble également probable qu'un certain nombre de défaillances de tubes au cours des années précédant ces incidents auraient pu être causées par la fatigue due à la corrosion, mais ont été attribuées à tort à une défaillance due à une surchauffe.

Bien qu'il soit douteux que l'état des fixations de la porte du trou d'homme associé à la troisième défaillance ait contribué à la gravité de cet incident, l'importance d'établir correctement l'état et l'adéquation à l'usage de ces fixations et d'autres fixations lors des inspections d'arrêt a été reconnue.

Au moment de la rédaction, il semble que l'inspection par vidéoscope de l'intérieur des tubes et l'inspection UT par sonde d'angle de l'extérieur soient les seules techniques appropriées. Des recherches sont en cours pour voir si d'autres techniques telles que les méthodes à courant de Foucault rotatif (similaire à IRIS) peuvent être utilisées.

Les enquêtes HSE ont également révélé que les personnes impliquées dans la réalisation d'examens techniques et d'évaluations d'intégrité basées sur les risques, ainsi que les inspecteurs eux-mêmes, bien qu'expérimentés et compétents dans les usines de traitement chimique conventionnelles, n'étaient pas des spécialistes des chaudières ou des appareils de chauffage à combustion.

De manière significative, il est également devenu évident que la fatigue due à la corrosion, et même la défaillance des vitres, dans les chaudières, bien que peu courantes, ont été reconnues dans le secteur de la production d'électricité (référence 2).

Les titulaires de droits doivent tenir compte de ce qui suit :

BS 2486:1997 Traitement de l'eau pour les chaudières à vapeur et les chauffe-eau' SaFed 'Pressure Systems – Guidelines on Periodicity of Examinations' American Petroleum Institute – API RP 573 'Inspection of Fired Boilers and Heaters'

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