Les brides à basse-température sont fabriquées à partir de matériaux testés aux chocs-spécialement sélectionnés pour maintenir une ductilité et une ténacité inférieures à celles de l'acier au carbone standard. Lorsque les températures descendent en dessous de -20 degrés F, l'acier au carbone standard ASTM A105 perd sa résistance aux chocs et devient sensible à la rupture fragile. Les qualités à basse température sont essentielles pour les applications de gazoducs de GNL, cryogéniques et arctiques où la rupture due à une fracture fragile doit être évitée.
Que sont les brides basse température ?
Les brides à basse-température sont des brides fabriquées à partir de matériaux qui ont été testés-pour vérifier leur résistance à la rupture à la température minimale de conception. L'acier au carbone standard (ASTM A105) subit une transition ductile-à-fragile à mesure que la température diminue, perdant sa capacité à absorber l'énergie d'impact sans se fissurer. Les qualités de matériaux à basse-température sont formulées avec une chimie et un traitement thermique contrôlés pour maintenir la ductilité à des températures inférieures-à zéro. Ces brides sont régies par l'ASME B16.5 avec des exigences de matériaux supplémentaires spécifiées dans le code applicable (ASME B31.3 pour la tuyauterie de procédé) et la norme de matériaux elle-même.
Options matérielles
Le tableau suivant résume les matériaux de brides à basse température-les plus courants et leurs températures de service minimales :
| Norme matérielle | Grade | Température de conception minimale | Principales fonctionnalités | Application typique |
|---|---|---|---|---|
| ASTMA350 | LF2 | -50 degrés F | Acier au carbone à basse température-le plus courant | GNL, services réfrigérés |
| ASTMA350 | LF3 | -150 degrés F | Résistance améliorée à basse température- | Traitement des gaz cryogéniques |
| ASTMA182 | F304L | -425 degrés F | Acier inoxydable austénitique, excellentes propriétés cryogéniques | GNL, azote liquide |
| ASTMA182 | F316L | -425 degrés F | Cryogénique à faible-carbone et résistant à la corrosion- | Service cryogénique corrosif |
| ASTMA182 | F51 (2205) | -50 degrés F | Duplex, utilisation limitée à basse température- | Gaz acide,-marin à basse température |
L'A350 LF2 est la nuance d'acier au carbone à basse température -, offrant une bonne ténacité jusqu'à -50 degrés F à un coût supérieur modéré par rapport à l'A105. Pour les services plus froids jusqu'à -150 degrés F, l'A350 LF3, avec sa teneur plus élevée en nickel, offre une ténacité améliorée. Pour des températures cryogéniques inférieures à -150 degrés F, des aciers inoxydables austénitiques tels que F304L et F316L sont nécessaires car leur structure cristalline cubique à faces centrées reste ductile à n'importe quelle température.
Pression-Indices de température
Les valeurs de pression-température pour les brides à basse-température suivent les tableaux standard ASME B16.5 pour chaque groupe de matériaux. Les aciers inoxydables austénitiques conservent exceptionnellement bien leurs propriétés mécaniques aux températures cryogéniques, et deviennent même plus résistants à mesure que la température diminue. Les valeurs nominales de l'acier au carbone diminuent considérablement à basse température et certaines classes de matériaux peuvent être déclassées en dessous de certaines températures. La température minimale de conception pour chaque matériau est déterminée par la température de qualification du matériau pour les essais de choc, et non par des limites arbitraires.
Exigences en matière de tests d'impact
Les tests d'impact Charpy V-Notch (CVN) sont la méthode standard pour vérifier la ténacité à basse-température. ASME B31.3 et ASME B16.5 exigent des tests d'impact pour toutes les brides en acier au carbone et en acier faiblement allié - utilisées en dessous de -20 degrés F. L'essai est effectué sur des échantillons prélevés sur la bride finie ou sur des éprouvettes représentatives qui reçoivent le même traitement thermique. Les valeurs énergétiques minimales sont spécifiées dans la norme des matériaux et varient en fonction de la qualité du matériau et de la température minimale de conception. La température d'essai doit être égale ou inférieure à la température minimale de conception. Des tests d'impact sont également requis sur le métal soudé et les zones affectées par la chaleur pour les fabrications soudées.
Applications
Les brides à basse -température sont des composants essentiels dans les installations de traitement, de stockage et de transport du GNL, où les températures peuvent atteindre -260 degrés F. Les usines de séparation cryogénique des gaz et de liquéfaction de l'air séparent l'air en oxygène, azote et argon à des températures extrêmement basses. Les systèmes de réfrigération et de boîtes froides dans les usines chimiques fonctionnent à basse température. Les installations de pipelines arctiques et subarctiques sont confrontées à des températures ambiantes qui nécessitent des matériaux à faible résistance dans tout le système. Les systèmes de manipulation de l’azote liquide et de l’oxygène liquide nécessitent des matériaux qui restent ductiles à leurs températures de stockage.
Certification et traçabilité
Les rapports d'essais de matériaux (MTR) pour les brides à basse-température doivent inclure les résultats des essais d'impact montrant les valeurs d'énergie absorbée pour chaque éprouvette. Une traçabilité complète depuis la fonte d'acier jusqu'à la bride finie est requise, avec des numéros de chaleur estampés sur chaque bride pour l'identification. Une inspection par un tiers-est souvent spécifiée pour le service critique à basse température-afin de fournir une vérification indépendante des propriétés des matériaux. Les tests d'identification positive des matériaux (PMI) de la chimie des matériaux avant l'installation fournissent une assurance qualité supplémentaire.
L'essentiel à retenir est de toujours spécifier des matériaux à basse température-testés aux chocs-pour tout assemblage à bride inférieur à -20 degrés F. L'utilisation d'acier au carbone standard en dessous de sa température de transition par impact crée un risque de rupture fragile catastrophique qui doit être évité à tout prix.
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