FACTEURS À PRENDRE EN COMPTE LORS DU CHOIX DES MATÉRIAUX POUR LES RÉSERVOIRS SOUS PRESSION

Les réservoirs sous pression remplissent une variété de fonctions dans l’industrie. Cependant, la fiabilité d’un réservoir sous pression dépend du type de matériau qu’il contient. C’est pourquoi les industriels doivent choisir les matériaux adéquats dès le départ, en tenant compte des facteurs qui détermineront ces matériaux. 

L’importance des matériaux des réservoirs sous pression

Les réservoirs sous pression faits de matériaux mal choisis sont susceptibles de subir une défaillance. Ces défaillances, également appelées modes de défaillance, peuvent prendre différentes formes, notamment la surcharge, le flambage et la rupture.

Les conditions et les forces externes, telles que la fatigue structurale, la corrosion et le fluage, peuvent surcharger et affaiblir le matériau du dispositif. Ceci peut mener à une défaillance totale du réservoir sous pression. 

Une défaillance de réservoir compromet ses performances, ce qui entraîne des réparations ou des remplacements coûteux et des retards de production. Mais la conséquence la plus inquiétante d’une défaillance d’un réservoir sous pression est un risque accru pour la sécurité, qui peut être dangereux, voire fatal. 

Quand les réservoirrs sous pression deviennent mortels 

Le tragique accident industriel de la Loy-Lange Box Company à St. Louis, au Missouri, le 3 avril 2017, est un exemple de défaillance mortelle d’un réservoir sous pression. Des membres du personnel ont ignoré une fuite dans le fond d’un réservoir sous pression, ce qui a entraîné une explosion massive qui a projeté le réservoir à 150 mètres de hauteur. Quatre personnes sont décédées, l’une travaillant chez Loy-Lange et l’autre dans une installation voisine. 

Il ne fait aucun doute que la négligence est l’une des principales causes de cet accident. Toutefois, un rapport détaillé publié le 29 juillet 2022 a révélé qu’une importante piqûre d’oxygène et une corrosion générale ont affaibli le récepteur semi-fermé en acier du réservoir. Le réservoir s’est rompu, déclenchant une détente explosive des vapeurs d’un liquide en ébullition (BLEVE) qui l’a transformé en projectile. 

Si le personnel de Loy-Lange avait choisi un métal plus résistant à la corrosion, auraient-ils pu empêcher ce drame ? C’est possible. Cet accident souligne l’importance de choisir les matériaux les plus adaptés à un réservoir sous pression (ainsi que l’importance d’un entretien soigneux). 

Facteurs de conception à prendre en compte lors du choix des matériaux pour les réservoirs sous pression

Il y a trois facteurs clés à considérer lors de la détermination du métal le plus approprié pour un réservoir sous pression. Ce sont à la fois des facteurs internes, comme la fonction de l’appareil, et des facteurs externes qui peuvent augmenter ou diminuer la performance du réservoir.  

L’environnement

L’emplacement du réservoir sous pression et son environnement ont un impact direct sur son intégrité structurelle. Les températures ambiantes, les vapeurs et les liquides, les particules inflammables et les autres risques peuvent compromettre les joints et les robinets fabriqués avec des matériaux inadéquats. 

L’un des facteurs ayant contribué à l’explosion de Loy-Lange mentionnée dans le rapport est l’introduction quotidienne d’eau oxygénée dans le récepteur sémi-fermé. Le problème n’était pas l’eau elle-même, mais plutôt son incapacité à en extraire l’oxygène, l’oxygène étant corrosif. 

Voilà pourquoi les fabricants doivent évaluer leur milieu de travail et cerner les menaces avant d’installer des réservoirs sous pression. Chez Wattco, nous considérons votre environnement ainsi que les forces ou éléments susceptibles de représenter une menace pour votre réservoir sous pression. Ces considérations nous permettent de recommander le métal qui convient le mieux à la fabrication de votre réservoir, entre autres recommandations. 

Résistance à la charge

La résistance à la charge d’un réservoir sous pression désigne simplement la capacité potentielle d’un matériau à résister aux charges qui lui sont imposées sans rupture ni dommage. Il existe différents types de charges (ou chargements). 

Elles comprennent les charges transversales, qui se réfèrent à des forces perpendiculaires appliquées à un axe longitudinal, ou les charges de torsion, qui se réfèrent à une action de torsion causée par des forces externes appliquées de manière égale et dirigées de manière opposée. 

Il existe différents types de contraintes. Il s’agit notamment des contraintes de compression, qui correspondent à un écrasement du matériau, auquel un matériau ayant une résistance élevée à la compression résiste le mieux. Il y a aussi la contrainte de traction, qui correspond à l’élongation du matériau, à laquelle un matériau à haute résistance à la traction résiste le mieux. 

Le matériau approprié pour un réservoir sous pression, en termes de résistance à la charge, dépendra du type de charges et de contraintes que le réservoir doit supporter. Par ailleurs, certains matériaux sont plus susceptibles de se conformer à certaines formes, qui peuvent être nécessaires pour différents processus. Bien sûr, cela concerne l’application industrielle pour laquelle le réservoir sous pression doit être utilisé. 

Chez Wattco, nous recommandons des matériaux pour réservoirs sous pression en fonction des facteurs de charge et de contrainte inhérents à votre application industrielle. Ainsi, votre réservoir sous pression est suffisamment solide pour répondre à vos besoins de production sans compromettre les performances ou la sécurité. 

Seuils de température et de pression de conception

Les réservoirs sous pression ont également des limites de température et de pression. La pression maximale admissible (PMA) correspond à la pression maximale à laquelle le dispositif peut résister à son point le plus bas, à une température donnée et dans des conditions de fonctionnement normales. 

Il y a également une température nominale maximale, c’est-à-dire la température maximale qu’un métal peut supporter à une PMA donnée. Une pression ou une température excessive nuit à la performance du réservoir et à la sécurité des travailleurs. 

L’une des défaillances citées dans le rapport Loy-Lange était la pression et la température de l’eau qui dépassaient les limites du récepteur semi-fermé du réservoir. Le risque d’explosion de liquides en ébullition augmente considérablement lorsque le réservoir stocke des liquides à des températures et des niveaux de pression supérieurs à sa capacité. 

C’est pourquoi il est important de calculer la pression et la température requises pour votre application et de construire un réservoir de pression capable de résister à ces niveaux. Idéalement, la cuve devrait résister un peu plus à la chaleur (ou au froid) et à la pression que ce dont l’application a besoin pour créer une zone tampon.

Lors de la construction de votre réservoir sous pression, nous prenons en compte la PMA et les températures de conception de votre application. Ceci garantit que les matériaux choisis peuvent supporter et fonctionner dans les conditions dans lesquelles ils sont soumis. 

Types courants de matériaux pour réservoirs sous pression

Les réservoirs sous pression sont fabriqués dans une large gamme de matériaux, dont la plupart sont des métaux ou des alliages. Cela dit, il faut souligner qu’aucun métal n’est nécessairement supérieur à un autre.

Le meilleur choix dépend de la pression et de la température de l’appareil et de l’usage auquel il est destiné. Toutefois, certains matériaux sont souvent utilisés parce qu’ils sont réputés pour fonctionner d’une certaine manière. 

Métaux fréquemment utilisés pour les réservoirs sous pression

• Acier inoxydable : connu pour sa grande intégrité structurelle et sa résistance à la traction, il s’adapte facilement à différentes formes et résiste bien à la corrosion. 
• Acier : connu pour sa forte résistance à la traction et sa capacité à résister à des températures extrêmement élevées sans dommages. 
• Titane : reconnu pour sa grande résistance à la corrosion et à la fissuration sous contrainte. 
• Nickel : reconnu pour sa bonne résistance à la corrosion et aux intempéries et pour sa protection contre la dilatation thermique. 
• Aluminium : reconnu pour sa résistance à la traction relativement élevée, mais non adapté aux applications à très haute température et pression. 
• Hastelloy : reconnu pour sa durabilité, sa résistance supérieure à la corrosion et à la fissuration. 
• Acier au carbone : reconnu pour sa grande résistance à la corrosion et à la traction, ainsi que sa capacité à résister aux chocs et aux vibrations. 

Le choix du matériau pour les réservoirs sous pression se résume à trouver un juste milieu, où ils sont capables de fournir une performance et une sécurité maximales pour votre application. 

Options de réservoirs sous pression

Bien entendu, la recherche d’un équilibre entre le rendement et la sécurité des réservoirs sous pression exige des calculs minutieux et exhaustifs. Vous devrez peut-être ajuster la qualité de vos matériaux, surtout si votre application présente des défis de rendement et de sécurité uniques. 

Les matériaux doivent également démontrer un degré de polyvalence pour supporter plus que ce que votre opération nécessite. Toutefois, la forme et l’emplacement de votre réservoir sous pression contribueront aussi à son rendement et à sa sécurité. 

Il est préférable de prévoir ces facteurs conceptuels et structurels plutôt que de les aborder plus tard. Des accidents comme l’explosion tragique de Loy-Lange sont des exemples de ce qui arrive lorsqu’on ne tient pas compte de facteurs fondamentaux. S’attaquer à ces facteurs dès la phase de préconstruction permet de réduire considérablement les risques en matière de performance et de sécurité par la suite. 

Ici, chez Wattco, nous construisons des réservoirs sous pression sur mesure pour diverses industries et utilisations. Nous prenons en compte tous les aspects de la performance et de la sécurité, afin de nous assurer que les matériaux que nous recommandons sont les plus adaptés à vos besoins de production. 

Recevez un devis pour votre réservoir sous pression aujourd’hui ! Nos représentants vous aideront à trouver l’installation exacte nécessaire à vos besoins industriels.