Tests d'émissions fugitives des joints de bride

Avec la publication des amendements à la Clean Air Act en 1990, les tests d'émissions fugitives sur les vannes et autres équipements de traitement ont commencé rapidement. Les joints dynamiques, tels que les joints de tige de soupape, constituaient une source principale d'émissions et une priorité à examiner par les utilisateurs finaux.

Ce n’est qu’au début des années 2000 que les joints statiques ont attiré l’attention. Des fuites importantes dans les raffineries et autres usines pétrochimiques ont été observées sur les joints de bride et autres joints statiques, en particulier lorsqu'ils subissaient des cycles thermiques. Certains premiers tests ont été effectués par les fabricants de joints en utilisant leurs protocoles. En règle générale, les tests ont été effectués à température ambiante en utilisant du méthane et en mesurant les fuites en parties par million de volume (ppmv) à l'aide de détecteurs de fuites.

En 2004, David Reeves de ChevronTexaco a contacté un service d'essai de vannes au sujet de fuites de joints dont il était victime dans son usine d'El Segundo, en Californie. Les deux groupes ont rédigé la première norme de test d'émissions fugitives pour les joints de bride, intitulée : « Protocole de test pour les joints de bride de tuyau ».

Cette norme, similaire à la norme de test écrite pour les vannes, définit des paramètres qui sont encore utilisés aujourd'hui dans d'autres normes de test API (Image 1). Même si une fuite admissible de 1 000 ppmv a été indiquée, cela n’a jamais été considéré comme acceptable. La norme a été rédigée comme base pour commencer des tests de comparaison et la limite de 1 000 ppmv était la limite à laquelle un test se terminerait. La plupart des fuites étaient inférieures à 100 ppmv.

En 2010, Reeves avait besoin de faire tester ses joints à une température plus élevée, c'est pourquoi la « Procédure de test des joints à très haute température Chevron » a été rédigée. Il comprenait un temps de trempage de 100 heures à 1 000 F ou 800 F, selon le type de joint. En 2011, la norme de test des joints a été modifiée et renommée « Protocole de test des émissions fugitives à chevrons (CFET) pour les joints de brides de tuyaux » et quelques changements importants ont été apportés. Il a été remarqué lors de tests précédents et sur le terrain que souvent le diamètre extérieur de la face surélevée entrerait en contact dur avec l'anneau métallique extérieur d'un joint enroulé en spirale. Étant donné que ces anneaux sont souvent peints, les tests ont montré qu'une étanchéité pouvait se produire à cette interface. Pour supprimer cette variable des résultats des tests, cette édition de la norme exigeait que des rainures soient découpées dans la bague extérieure dans quatre positions des deux côtés du joint.

Également dans cette édition, le couple des boulons a été augmenté de 200 à 260 pieds-livres (pi-lb). Pour simuler le chauffage inégal dans un échangeur de chaleur, une seule bride a été chauffée à 500 F. Le chauffage inégal a été conçu pour créer un cisaillement radial sur le joint. La dernière modification remonte à 2013, lorsque le couple des écrous a été réduit à 190 pi-lb.

Shell Oil rédige depuis longtemps ses normes de test pour les tests d’acceptation des types de vannes et de joints. Bien que le Code des normes sur les matériaux et les équipements (MESC) de la Society of Petroleum Engineers (SPE) 85/300 comprenne de nombreux tests pour les émissions fugitives, il spécifie les tests conformes à la norme Organisation internationale de normalisation (ISO) 15848-1. La norme ISO est une norme de test d'émissions fugitives pour les vannes. Il comprend des critères pour les cycles mécaniques et thermiques. Les cycles mécaniques n’étant pas possibles, seuls les cycles thermiques sont effectués. Bien que cela ne soit pas spécifié, quatre cycles thermiques sont généralement effectués à la pression nominale maximale des brides de l'American National Standards Institute (ANSI). Les quatre cycles thermiques simuleraient une classe d’endurance CO3 pour la norme ISO, qui constitue la plupart des applications.

En 2017, l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) a ​​publié une nouvelle édition de la norme B16.20, « Joints métalliques pour brides de tuyaux ». Bien que la majeure partie de la norme soit une norme de conception, elle comporte deux parties de test importantes pour les joints enroulés en spirale. La section « SW-2.2 Construction » indique une épaisseur minimale après avoir été comprimée à un niveau de contrainte indiqué. La « Section SW-2.6 Tests de performance » est un test d'émissions fugitives à température ambiante effectué avec du méthane après une période de maintien de quatre heures. Étant donné que les niveaux de contrainte de compression spécifiés sont plus faibles pour le test d'étanchéité effectué en premier, la contrainte est ensuite augmentée pour le test d'épaisseur.