Durée de Vie des Détendeurs de Gaz Comprimé
Les détendeurs de gaz comprimé, lorsqu'ils ne fonctionnent pas de manière optimale, peuvent entraîner de nombreuses situations dangereuses, telles que des fuites de gaz toxiques, pyrophoriques ou asphyxiants dans l'atmosphère, ou même des risques d'explosion ou d'incendie. À ce titre, les détendeurs sont des appareils qui ne doivent être utilisés que par des personnes expérimentées et conscientes des dangers inhérents.
Les détendeurs sont continuellement exposés à des contraintes élevées dues à la pression des bouteilles. De plus, les matériaux de construction sont attaqués intérieurement par des gaz légèrement et sévèrement corrosifs. Les environnements corrosifs externes peuvent faire rouiller les manomètres et les ressorts, décolorer les raccords et ternir gravement l'apparence d'un produit par ailleurs brillamment fabriqué. Pendant combien de temps un détendeur doit-il fonctionner correctement dans des conditions sévères ? À quelle fréquence les détendeurs doivent-ils être testés et/ou remis à neuf ? Quels tests doivent être inclus dans les tableaux de maintenance préventive ? Ce sont des questions que les consommateurs posent constamment aux fabricants concernant la durée de vie des détendeurs de gaz comprimé. Malheureusement, les réponses sont variées et quelque peu compliquées.
Prenons le cas du client "A". Ce client utilise une bouteille d'argon tous les six mois et met le détendeur sous pression une fois par semaine dans une salle blanche où la température, l'humidité et d'autres facteurs environnementaux sont contrôlés. Ce détendeur peut durer 25 ans ou plus sans qu'il soit nécessaire de remettre à neuf ou de remplacer des composants majeurs. En fait, Harris entend souvent parler de clients qui utilisent le même détendeur Harris depuis les années 1940 sans aucun problème, mais il s'agit de cas extrêmes. Comparez cela avec le client "B" qui utilise un détendeur d'oxygène plusieurs heures par jour sur une plate-forme pétrolière au large de la côte du Golfe du Mississippi. En raison de l'air salé et de l'environnement difficile à l'intérieur et autour d'une plate-forme pétrolière, ce détendeur peut nécessiter une révision majeure ou être remplacé en trois mois seulement. Les applications des détendeurs de gaz comprimé étant très variées, leur durée de vie est variable et proportionnelle au service de gaz et à l'environnement dans lequel l'appareil est utilisé.
Facteurs qui affectent la durée de vie des régulateurs
Service de gaz. Connaissez les propriétés du gaz à réguler et contactez un fabricant ou un distributeur de gaz pour vous aider à choisir correctement les détendeurs pour des gaz spécifiques. Les détendeurs pour l'argon, l'hélium et l'azote (CGA 580) auront, dans des conditions données, une durée de vie plus longue que les détendeurs utilisés pour le chlorure d'hydrogène et le sulfure d'hydrogène (CGA 330), simplement parce que le service du gaz est plus sévère (corrosif).
Certains gaz non corrosifs peuvent être réactifs dans certains environnements. Par exemple, le dioxyde de carbone peut réagir avec l'humidité ou la condensation à l'intérieur d'un détendeur pour former de l'acide carbonique. Il s'agit d'un acide relativement faible, mais il peut attaquer certains composants élastomères au fil du temps et réduire la durée de vie d'un détendeur de CO2. Pour s'assurer que le service de gaz n'aura pas d'effet négatif sur la durée de vie prévue d'un régulateur, contactez le fabricant pour discuter de l'application ainsi que des matériaux de construction métalliques et non métalliques du régulateur.
Environnement de service. De nombreuses applications exigent que les détendeurs fonctionnent à l'extérieur, exposés à la pluie, à la neige, à la glace et à une forte humidité/salinité. Ce sont des conditions qui peuvent réduire la durée de vie des composants du régulateur. Un pourcentage important de manomètres ont un boîtier en acier, qui rouille s'il est exposé à la pluie, à la neige ou à la glace. La plupart des ressorts de réglage de la pression sont également en acier qui, même s'ils se trouvent à l'intérieur du régulateur, se corroderont avec le temps dans un environnement humide. L'acier et les alliages à base de cuivre (laiton) sont souvent en contact les uns avec les autres à l'intérieur et à l'extérieur du détendeur. Même si l'un ou les deux composants sont peints ou plaqués, la corrosion électrochimique (galvanique) ne peut être ignorée. La corrosion des pièces et/ou la défaillance des composants peuvent être accélérées dans des environnements difficiles. Les fabricants, ainsi que les utilisateurs qui utilisent des détendeurs dans une application de service critique, doivent tenir compte de ces problèmes lorsqu'ils recommandent ou achètent des détendeurs de pression.
Élastomères. De nombreux détendeurs industriels comportent des composants élastomères tels que des membranes en néoprène renforcé, des joints ou sièges en viton, des joints toriques en nitrile, etc. Les élastomères peuvent être très sensibles aux variations extrêmes de température et aux éléments. Au bout d'un certain temps (normalement des années), ces matériaux ont tendance à devenir fragiles et/ou à se fissurer. Cette dégradation peut entraîner une certaine forme de fuite du régulateur.
Modes de défaillance typiques
La défaillance des composants internes entraîne généralement une fuite du gaz réglementé dans l'atmosphère. Il n'y a aucun signe extérieur indiquant que la défaillance d'un composant majeur est sur le point de se produire. Dans les détendeurs, il y a généralement deux domaines de préoccupation. La première est la fuite de gaz vers l'atmosphère à partir des orifices externes ou du diaphragme. Les fuites au niveau des orifices sont rares, sauf si les raccords d'usine ou les jauges ont été modifiés ou si les réglages de couple sont inférieurs aux recommandations. Des fuites peuvent également se produire si les filetages des orifices ont été endommagés à la suite d'un changement de raccords.
Les membranes sont des composants flexibles et dynamiques qui se déplacent axialement lorsque les débits et les pressions de gaz fluctuent dans le détendeur. Lorsqu'un diaphragme est mis sous pression puis détendu, cela constitue une (1) séquence ou cycle. Selon la brochure E-4 de la Compressed Gas Association, les diaphragmes doivent avoir une durée de vie minimale de 25 000 cycles s'ils sont fabriqués en élastomère et de 10 000 cycles s'ils sont fabriqués en matériau métallique (généralement en acier inoxydable). Une fuite du diaphragme peut se produire si celui-ci a dépassé sa durée de vie normale. Ce problème est généralement plus important pour les diaphragmes métalliques que pour les diaphragmes élastomères. Une flexion excessive de la membrane métallique peut provoquer une fissure radiale, qui permet au gaz de s'échapper dans l'atmosphère par le trou d'aération du capot.
Le deuxième type de défaillance du détendeur, et peut-être le plus courant, est la fuite interne, parfois appelée fluage ou reptation. Cela peut se produire lorsque le siège est endommagé ou déplacé en raison d'une particule étrangère telle qu'un éclat de métal ou un autre matériau. Lorsque le siège ne peut pas se fermer complètement, la pression de refoulement ne sera pas maintenue et la pression du régulateur ne pourra pas atteindre un état d'équilibre. La pression aval ou de refoulement continuera à augmenter jusqu'à ce que le mécanisme de sécurité du régulateur soit activé (généralement une soupape de sécurité ou un trou d'éclatement de la membrane). La vérification de ce type de défaillance est relativement facile si l'appareil dispose d'un manomètre qui lit la pression régulée. La pression du manomètre commencera à augmenter au-dessus du point de consigne et continuera à augmenter. Cela crée une condition potentiellement dangereuse où tout équipement en aval serait soumis à des pressions dépassant la limite nominale. Les régulateurs doivent faire l'objet d'un contrôle visuel fréquent pour détecter ce type de défaillance.
Une longue durée de vie des détendeurs commence par une bonne maintenance
Pour éviter les temps d'arrêt imprévus et améliorer la sécurité sur le lieu de travail, rien n'est plus important qu'un programme d'entretien régulier des régulateurs. Cela permet de s'assurer que les performances de l'appareil sont contrôlées à intervalles réguliers et que les problèmes peuvent être facilement résolus.
Tous les détendeurs de gaz comprimé doivent, au minimum, être vérifiés régulièrement pour détecter les fuites externes et les fuites internes (fluage ou rampage). En outre, le dispositif doit être retiré du service au moins tous les cinq ans (plus fréquemment dans certains cas) et renvoyé au fabricant, ou à un agent compétent du fabricant, pour être inspecté et/ou remis en état si nécessaire. Les régulateurs doivent également être marqués ou étiquetés pour identifier la dernière date d'inspection. Les utilisateurs doivent consulter le fabricant pour connaître les procédures spécifiques de contrôle des fuites externes et internes, ainsi que la fréquence recommandée des tests.
En résumé, les détendeurs de gaz comprimé n'ont pas une durée de vie infinie. Étant donné que certains détendeurs sont soumis à un service sévère et d'autres non, il est difficile de dire comment et/ou quand un appareil atteindra la fin de sa durée de vie. Certaines entreprises publient des directives dans leur documentation, qui tentent de définir ce à quoi il faut s'attendre en termes de durée de vie. Les utilisateurs doivent respecter scrupuleusement ces directives afin de protéger leurs équipements et eux-mêmes contre les dangers que peuvent engendrer les défaillances des régulateurs.
David Gailey est responsable des produits spécialisés pour le groupe Harris Products, A Lincoln Electric Co. Il travaille chez Harris depuis 27 ans et a été président du CGA Industrial Gas Apparatus Committee.