Scott Funderburk, directeur du segment des pipelines de marketing mondial, The Lincoln Electric Company, explique comment une sélection appropriée des consommables peut avoir un effet significatif sur le succès du soudage sur les pipelines de services acides sous-marins.

La spécification des matériaux joue un rôle crucial dans le succès et l'intégrité des soudures sur les canalisations sous-marines, en particulier les canalisations de service acides, en particulier lorsqu'il s'agit de sélectionner les consommables de soudage.

Un environnement de pipeline de service acide est défini par la spécification NACE International MR017 comme «des fluides contenant de l'eau et du sulfure d'hydrogène (H2S) qui est une pression totale de 0,4 MPa (65 psia) ou plus, et si la pression partielle du sulfure d'hydrogène dans le gaz est plus grande que 0,0003 MPa (0,05 psia). »

Plus simplement, les concentrations de H2S, connues sous le nom de gaz corrosif, sont de plus en plus fréquentes dans les conditions de transport sous-marin du pétrole et du gaz. Non seulement ce gaz est presque aussi mortel que le monoxyde de carbone, mais il peut également être très dommageable pour les pipelines si les matériaux appropriés ne sont pas spécifiés. À l'extérieur des pipelines, les soudures sont exposées à des concentrations d'hydrogène plus faibles que celles en contact avec l'environnement acide trouvé sur les surfaces à l'intérieur du pipeline. La corrosivité du sulfure d'hydrogène peut entraîner une fissuration par corrosion sous contrainte du sulfure dans le matériau soudé.

Consommables pour un service aigre
En règle générale, de l'acier au carbone à haute résistance, de qualité X70, est utilisé pour ces travaux sous-marins. Il n'y a pas de différences majeures dans le soudage du matériau X70 par rapport à l'acier de qualité inférieure, tel que le X65. Cependant, les consommables de soudage doivent être sélectionnés pour obtenir les exigences mécaniques spécifiées pour ce produit particulier.

Les consommables à utiliser avec l'acier au carbone X70 à haute résistance doivent offrir une ténacité élevée, résister à la corrosion et à la fissuration induite par l'hydrogène et être adaptés pour souder sur cette nuance d'acier avec une bonne soudabilité et une résistance à la traction élevée et sans manque de fusion (LOF) défauts. Les consommables sélectionnés doivent également résister à des méthodes de contrôle non destructif (CND) telles que la radiographie ou les tests par ultrasons automatisés (AUT).

Les consommables GMAW faiblement alliés sont conçus pour le soudage semi-automatique ou automatique des passes de racine, à chaud, de remplissage et de bouchon dans toutes les positions sur des tuyaux allant jusqu'à X80 et des passes de racine jusqu'à des tuyaux de qualité X100, ce qui rend cette catégorie de consommables idéale pour les -acier au carbone de résistance utilisé dans les environnements de services acides sous-marins.

Certains produits sont capables de produire des propriétés d'impact Charpy V-Notch de 69-95 J à -50 ° C - répondant aux exigences strictes des travaux de pipeline exigeants, tels que celui rencontré par Valentine Maritime (Gulf) LLC (VML) basé à Abu Dhabi. fin 2010 - un projet d'installation de conduites et de câbles sous-marins de 100 km dans le champ de Manifa pour Saudi Aramco.

Figure 1 Sur le projet de pipeline Manifa, VML devait spécifier un processus de soudage et des matériaux qui fonctionneraient sur des tuyaux lourds et dans un environnement acide, tout en maintenant le projet en cours d'exécution à un rythme productif, dans les délais et dans le budget.

Défis sous-marins
Lorsque l'entrepreneur offshore chevronné s'est attaqué à la construction de cette partie du projet de réaménagement du champ pétrolifère de Manifa pour le plus grand producteur de pétrole du monde, Saudi Aramco, il a été confronté à de nombreux défis sur le segment du pipeline sous-marin de 46 km x 42 pouces, y compris la sélection des matériaux de soudage.

VML se spécialise dans la construction, l'installation, la maintenance et l'inspection sous-marine de plates-formes offshore et de pipelines sous-marins, ainsi que dans l'affrètement de barges et de navires. L’activité principale de la société est l’exécution de grands projets offshore EPC. Le projet Saudi Aramco Manifa était crucial, car il s'agissait d'un EPC majeur pour VML.

L'entreprise avait lancé ses opérations 20 ans auparavant avec l'acquisition d'une barge de pontage (DLB), la Regina-250. En 2010, il a ajouté une autre barge et a franchi une nouvelle étape importante dans sa croissance en commandant la construction d'un troisième DLB, encore plus grand. Selon Subash Nair, chef de projet (PM) de Valentine Maritime, une bonne performance avec Saudi Aramco pourrait contribuer grandement à garantir que la flotte de barges de pose de canalisations et de derrick reste occupée pour les années à venir.



«C'était un projet extrêmement important pour nous en tant qu'entreprise, car c'était une percée avec Saudi Aramco», note Nair.

Bien que les équipes de VML aient réussi à installer des centaines de kilomètres de pipeline sous-marin, elles n’avaient pas encore soudé le tube de qualité X70, de 42 pouces de diamètre et 1,25 pouce d’épaisseur de paroi, que ce projet exigeait. Le projet comportait également des zones utilisant des tuyaux de qualité X65, une autre option appropriée pour les environnements acides, y compris le raccordement sous-marin du patin de soupape.

Sur le projet de pipeline Manifa, VML avait besoin de spécifier un processus de soudage et des matériaux qui fonctionneraient à la fois avec un tuyau aussi résistant et un environnement acide, tout en maintenant le projet en cours d'exécution à un rythme hautement productif, dans les délais et dans le budget.

Les ingénieurs en soudage ont opté pour le soudage à l'arc automatique au gaz métal (GMAW) en mode court-circuit avec une conception étroite de rainure en J pour obtenir un taux élevé de soudures. Cependant, les joints soudés par un processus MIG automatisé sont plus susceptibles de manquer de défauts de fusion, de sorte que VML devait établir des contrôles stricts pour les détails de soudage, y compris la sélection du bon fil de soudage.

Figure 2 Tout en travaillant sur le pipeline, les soudeurs ont pu réaliser un placement précis des fils. La fonte et le pas du fil enroulé ont été maintenus du début à la fin, une fois placé, il ne s'est pas éloigné du joint.

Processus de sélection des fils
Le prochain défi? La sélection d'un consommable approprié qui dépassait largement la résistance à la traction des tuyaux de qualité X70, n'offrait que peu ou pas de pores de gaz et offrait d'excellentes propriétés de métal de soudure conformément aux exigences de qualité strictes de Saudi Aramco sur un calendrier de production serré.

Pour identifier le meilleur consommable, VML a testé des fils de plusieurs fabricants différents. Les ingénieurs ont créé un total de 35 coupons de test, en utilisant différentes combinaisons de fils et de mélanges de gaz. Les coupons ont ensuite subi des tests non destructifs par ultrasons automatiques à 100% et des tests mécaniques. Le fil MIG faiblement allié de Lincoln Electric, le Pipeliner® 80Ni1, a atteint le sommet.

Ce fil a toujours battu les concurrents en fournissant les résultats nécessaires dans tous les aspects. Les produits concurrents ont révélé une microporosité au-dessus de la racine jusqu'à la passe du bouchon, mais le Pipeliner 80Ni1 a montré une forte résistance à ce phénomène. Il répondait également à toutes les exigences en matière de propriétés mécaniques, y compris Charpy V-Notch, résistance à la traction et déplacement d'ouverture du fond de fissure (CTOD).

"Il y avait une quantité négligeable de pores de gaz dans le métal de soudure par rapport à d'autres fils et marques similaires», a noté l'ingénieur en soudage. "En raison de la bonne nature mouillante du consommable, le LOF a été totalement éliminé."

En raison du grand diamètre et de l'épaisseur de paroi de 1,25 po, l'AUT avec une évaluation critique d'ingénierie approuvée (ECA) a été la méthode choisie pour les CND du point de vue de la vitesse et de la sensibilité. Ceci, cependant, a été soutenu par une excellente équipe de soudage de pipelines, qui est une capacité interne de VML.

Au travail
Une fois au travail, l’équipe de soudeurs professionnels de VML a travaillé par quarts consécutifs. Ils réalisaient en moyenne plus de 79 joints par jour sur les tuyaux de 42 ”OD x 1,25” WT, avec un taux de réparation de moins de 3 pour cent. Le pic de production était de 92 joints par jour.

L'ingénieur en soudage a ajouté que son équipe de soudage était «très à l'aise» avec le fil GMAW faiblement allié, notant que le fil spécifié offrait non seulement d'excellentes performances avec «un bon mouillage et une bonne pénétration des parois latérales», mais qu'il était également facile à utiliser.

"Le fil s'est distingué par sa capacité d'alimentation et ses performances supérieures", a-t-il déclaré. "Il a également fourni un arc uniforme et régulier sous tous les angles et pour chaque soudure."

Tout en travaillant sur le pipeline, les soudeurs ont également pu réaliser un placement précis des fils. Cela a été possible car la fonte et le pas du fil enroulé sont maintenus du début à la fin du soudage. Une fois placé, il ne s'est pas éloigné du joint. Dans l'ensemble, la productivité s'est améliorée de près de 20% avec de faibles temps d'arrêt et dans les limites des paramètres budgétaires.

"L'arrêt de la production d'un travail sous-marin pendant une journée entraîne des pertes de quelques centaines de milliers de dollars et plus. Cela affecte non seulement notre qualité de produit mais aussi notre qualité de service », selon le chef de projet. «De plus, grâce aux larges critères d’acceptation de ce fil, il a réduit la pression sur les soudeurs. Cela nous a permis de maximiser notre budget sans compromettre la qualité et la production. "
De nombreuses variables à considérer
La spécification des consommables pour tout projet offshore, en particulier les pipelines de services acides sous-marins, prend en considération de nombreux facteurs de sélection; du processus de soudage à la nuance et à l'épaisseur de l'acier en passant par les exigences strictes de la CEA à l'étude, le choix de la bonne électrode prend du temps et des tests.

En fin de compte, ce temps et l'attention au choix de la spécification / processus offre un retour sur investissement définitif. Avec le bon consommable, les soudures dans des environnements acides maintiendront l'intégrité et éviteront les défauts LOF et la fissuration du sulfure d'hydrogène, entre autres défaillances.

Enfin, un fil de soudage correctement spécifié peut contribuer à des gains globaux non seulement en termes de qualité mais également de productivité du projet. Les joints soudés correctement du premier coup peuvent maintenir un travail en avance ou en avance sur le calendrier, comme le suggère l'exemple de VML.

"Nous ne nous attendions pas à ce niveau de performance", a déclaré le Premier ministre, en revenant sur le travail après le long processus de spécification des consommables. «Saudi Aramco a également été agréablement surpris par la qualité de la production et l'efficacité du travail d'un entrepreneur pour la première fois, travaillant sous les exigences strictes de qualité et de sécurité de Saudi Aramco, VML peut désormais soumissionner pour de futurs projets sous-marins pour ce client estimé.

Article réimprimé de World Pipelines, mai 2012 Voir