Les brides haute-pression et haute-température (HPHT) sont conçues pour un service au-dessus de 900 degrés F et/ou de classe 900 et supérieures. Ces conditions extrêmes nécessitent des matériaux en acier allié spécialement formulés pour résister au fluage, à l’oxydation, à l’attaque de l’hydrogène et à la fatigue thermique. Une sélection appropriée des brides HPHT évite les défaillances catastrophiques dues à la rupture par fluage et à d'autres mécanismes de dégradation à haute température.
Que sont les brides HPHT ?
Les brides HPHT sont conçues pour résister aux conditions de fonctionnement les plus exigeantes dans les domaines de la production d'électricité, de l'hydrotraitement en raffinerie et du craquage pétrochimique. Ils nécessitent des matériaux qui maintiennent la résistance mécanique à des températures où l'acier au carbone perdrait rapidement sa résistance et se briserait. La conception doit tenir compte de la déformation par fluage, de la rupture sous contrainte, de la dilatation thermique et de l'attaque de l'hydrogène à haute -température. Les brides standard en acier au carbone ne conviennent pas au service HPHT ; seuls les matériaux à base d'acier allié et de nickel-peuvent fournir la résistance nécessaire aux températures élevées-et à l'environnement.
Options matérielles pour le service HPHT
Plusieurs nuances de chrome-molybdène et d'alliages avancés sont disponibles pour les applications de brides HPHT, chacune offrant différents niveaux de performances à haute-température :
| Matériel | Spécification | Température maximale | Caractéristiques clés | Demande principale |
|---|---|---|---|---|
| 1-1/4Cr-1/2Mo | ASTM A182 F11 | 1100 degrés F | Résistance modérée au fluage, bonne soudabilité | Tuyauterie de vapeur, tubes de chauffage |
| 2-1/4Cr-1Mo | ASTM A182 F22 | 1100 degrés F | Résistant au service à l'hydrogène, bonne résistance au fluage | Réacteurs d'hydrotraitement |
| 9Cr-1Mo-V | ASTM A182 F91 | 1200 degrés F | Haute résistance au fluage, excellente résistance à l'oxydation | Centrales électriques avancées |
| 9Cr-0,5Mo-1,8WV | ASTM A182 F92 | 1200 degrés F | Résistance au fluage améliorée par rapport au F91 | Vapeur ultra-supercritique |
| Inconel 625 | ASTM B564 UNS N06625 | 1800 degrés F | Résistance aux températures extrêmes et à la corrosion | Composants du four |
Sélection de la classe de pression
Les applications HPHT utilisent généralement les classes de pression les plus élevées. La classe 900 est courante pour les canalisations à parois épaisses-dans les applications de raffinerie et d'énergie. La classe 1 500 est requise pour les conduites d’alimentation et d’effluents des réacteurs d’hydrotraitement où les pressions peuvent dépasser 2 000 psi. La classe 2500 est spécifiée pour les applications à pression extrême et les systèmes à parois épaisses-dans l'hydrotraitement à haute-pression. Les classes de pression plus élevées nécessitent des procédures de soudage spécialisées et un traitement thermique après-soudage. Les revêtements de joint de type annulaire (RTJ) sont standard pour le service HPHT car ils fournissent l'étanchéité métal-à-métal la plus fiable dans des conditions extrêmes.
Considérations de conception pour le service HPHT
Ramperest la déformation plastique-dépendante du temps des matériaux soumis à une contrainte soutenue à haute température. Pour les aciers au chrome-molybdène, le fluage devient significatif au-dessus de 800 degrés F et doit être pris en compte dans les calculs de durée de vie de conception des brides.Rupture de contrainteest le mécanisme de défaillance-dépendant du temps qui se produit lorsque la déformation par fluage atteint un niveau critique.Dilatation thermiqueles différences entre la tuyauterie et l’équipement doivent être prises en compte grâce à une analyse appropriée de la flexibilité de la tuyauterie.Cyclisme thermiquelors du démarrage-et de l'arrêt, il crée une charge de fatigue pouvant entraîner des fissures.Attaque d'hydrogènese produit lorsque l'hydrogène atomique se diffuse dans l'acier au carbone à haute température, réagissant avec les carbures pour former du méthane et provoquant une décarburation et une fissuration internes.
Applications
Les brides HPHT sont utilisées dans les circuits de réacteurs d'hydrocraquage et d'hydrotraitement où les pressions partielles d'hydrogène dépassent 1 500 psi et les températures atteignent 800 degrés F. La tuyauterie de l'unité de craquage catalytique fluide (FCC) gère des catalyseurs et des mélanges d'hydrocarbures à haute température. Les systèmes de vapeur à haute -pression dans les centrales électriques fonctionnent dans des conditions supercritiques supérieures à 3 200 psi et 1 000 degrés F. Les connexions des fours et des tubes chauffants transfèrent les fluides de traitement à des températures élevées. Les canalisations des usines de gaz de synthèse et de gazéification traitent du gaz de synthèse à haute-pression et haute-température contenant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone.
Soudage et traitement thermique
Le contrôle de la température de préchauffage et entre les passes est essentiel lors du soudage de matériaux au chrome-molybdène afin d'éviter les fissures induites par l'hydrogène-. Un traitement thermique après-soudage est requis pour les matériaux au chrome-molybdène au-dessus des limites d'épaisseur spécifiées dans ASME B31.3. Les consommables de soudage doivent correspondre à la composition du matériau de base pour conserver les propriétés mécaniques à travers le joint de soudure. Des vitesses de refroidissement contrôlées après le soudage empêchent la formation de microstructures dures et cassantes. Les tests de dureté après PWHT vérifient que le soulagement des contraintes requis a été atteint. Toutes les soudures bout à bout en service HPHT nécessitent un examen volumétrique à 100 % par radiographie ou par ultrasons.
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