Essai hydrostatique

Un essai hydrostatique est un moyen de tester la résistance et l'étanchéité des récipients sous pression tels que les canalisations , la plomberie , les bouteilles de gaz , les chaudières et les réservoirs de carburant. L'essai consiste à remplir le récipient ou le système de tuyauterie avec un liquide, généralement de l'eau, qui peut être teinté pour faciliter la détection visuelle des fuites , et à pressuriser le récipient à la pression d'essai spécifiée. L'étanchéité à la pression peut être testée en fermant la vanne d'alimentation et en observant s'il y a une perte de pression. L'emplacement d'une fuite peut être identifié visuellement plus facilement si l'eau contient un colorant. La résistance est généralement testée en mesurant la déformation permanente du récipient.

Les essais hydrostatiques sont la méthode la plus couramment utilisée pour tester les tuyaux et les récipients sous pression. L'utilisation de ce test permet de maintenir les normes de sécurité et la durabilité d'un récipient au fil du temps. Les pièces nouvellement fabriquées sont initialement qualifiées à l'aide du test hydrostatique. Elles sont ensuite revalidées à intervalles réguliers conformément à la norme pertinente. Dans certains cas où un test hydrostatique n'est pas réalisable, un test de pression pneumatique peut être une alternative acceptable.

Les tests des récipients sous pression destinés au transport et au stockage des gaz sont très importants car ces conteneurs peuvent exploser s'ils cèdent sous pression.

Les essais hydrostatiques sont réalisés dans le cadre des contraintes imposées par les spécifications de l'industrie ou du client, ou peuvent être exigés par la loi. Le récipient est rempli d'un liquide presque incompressible (généralement de l'eau ou de l'huile ) pressurisé pour tester la pression et examiné pour détecter les fuites ou les changements de forme permanents. Des colorants rouges ou fluorescents peuvent être ajoutés à l'eau pour rendre les fuites plus faciles à voir. La pression d'essai est toujours considérablement plus élevée que la pression de fonctionnement pour donner un facteur de sécurité. Ce facteur de sécurité est généralement de 166,66 %, 143 % ou 150 % de la pression de service prévue, selon les réglementations en vigueur. Par exemple, si un cylindre était évalué à DOT-2015 PSI (environ 139 bars), il serait testé à environ 3360 PSI (environ 232 bars).

L'eau est couramment utilisée car elle est bon marché et facilement disponible, et est généralement sans danger pour le système à tester. Les fluides et huiles hydrauliques peuvent être spécifiés là où une contamination par l'eau pourrait causer des problèmes. Ces fluides sont presque incompressibles, nécessitant donc relativement peu de travail pour développer une pression élevée, et ne sont donc capables de libérer qu'une petite quantité d'énergie en cas de défaillance - seul un petit volume s'échappera sous haute pression si le récipient tombe en panne. Si du gaz à haute pression était utilisé, le gaz se dilaterait jusqu'à V=(nRT)/p avec son volume comprimé, ce qui entraînerait une explosion, avec le risque de dommages ou de blessures qui en découle.

Les petits récipients sous pression sont normalement testés à l'aide d'un essai de chemise d'eau. Le récipient est examiné visuellement pour détecter les défauts, puis placé dans un récipient rempli d'eau, et dans lequel le changement de volume du récipient peut être mesuré, généralement en surveillant le niveau d'eau dans un tube calibré. Le récipient est ensuite pressurisé pendant une période spécifiée, généralement 30 secondes ou plus, et si cela est spécifié, l'expansion sera mesurée en lisant la quantité de liquide qui a été forcée dans le tube de mesure par l'augmentation de volume du récipient sous pression. Le récipient est ensuite dépressurisé et le volume permanent augmente en raison de la déformation plastique sous pression (La déformation permanente (ou déformation permanente ) est mesurée en comparant le volume final dans le tube de mesure avec le volume avant pressurisation.

Une fuite donnera un résultat similaire à celui d'une déformation permanente, mais sera détectable en maintenant le volume dans le récipient sous pression en fermant la vanne d'admission pendant une période avant de dépressuriser, car la pression chutera régulièrement pendant cette période en cas de fuite. Dans la plupart des cas, une déformation permanente dépassant le maximum spécifié indiquera une défaillance. Une fuite peut également être un critère de défaillance, mais il se peut que la fuite soit due à une mauvaise étanchéité de l'équipement de test. Si le récipient tombe en panne, il passera normalement par un processus de condamnation marquant le cylindre comme dangereux.

Les informations nécessaires pour spécifier le test sont estampillées sur le cylindre. Cela comprend la norme de conception, le numéro de série, le fabricant et la date de fabrication. Après le test, le récipient ou sa plaque signalétique porte généralement un marquage avec la date du test réussi et la marque d'identification de l'installation de test.

Un test plus simple, également considéré comme un test hydrostatique mais pouvant être effectué par toute personne disposant d'un tuyau d'arrosage, consiste à pressuriser le récipient en le remplissant d'eau et à examiner physiquement l'extérieur pour détecter d'éventuelles fuites. Ce type de test convient aux conteneurs tels que les réservoirs de carburant de bateau, qui ne sont pas des récipients sous pression mais doivent fonctionner sous la pression hydrostatique du contenu. Une hauteur de test hydrostatique est généralement spécifiée comme une hauteur au-dessus du haut du réservoir. Le réservoir est pressurisé en remplissant d'eau jusqu'à la hauteur spécifiée à travers une colonne montante temporaire si nécessaire. Il peut être nécessaire de sceller les évents et autres sorties pendant le test.

Les extincteurs portatifs sont des outils de sécurité indispensables dans la plupart des bâtiments publics. Les extincteurs sont également recommandés dans les maisons. Au fil du temps, les conditions dans lesquelles ils sont stockés et la manière dont ils sont manipulés affectent l'intégrité structurelle de l'extincteur. Un extincteur structurellement affaibli peut mal fonctionner ou même éclater au moment où il est le plus nécessaire. Pour maintenir la qualité et la sécurité de ce produit, des tests hydrostatiques sont utilisés. Tous les composants critiques de l'extincteur doivent être testés pour garantir un bon fonctionnement.

Les essais hydrostatiques des tuyaux, canalisations et cuves sont effectués pour mettre en évidence les matériaux défectueux qui n'ont pas été détectés auparavant, pour garantir que les défauts restants sont suffisamment insignifiants pour permettre un fonctionnement aux pressions de conception, pour mettre en évidence d'éventuelles fuites et pour servir de validation finale de l'intégrité du système construit. La norme ASME B31.3 exige que ces essais garantissent l'étanchéité et la résistance.

Les pipelines de pétrole et de gaz enterrés à haute pression sont testés pour leur résistance en les pressurisant à au moins 125 % de leur pression de service maximale admissible (PSMA) à n'importe quel point de leur longueur. Étant donné que de nombreux pipelines de transport longue distance sont conçus pour avoir une contrainte circonférentielle en acier de 80 % de la limite d'élasticité minimale spécifiée (SMYS) à la pression de service maximale admissible MAOP, cela signifie que l'acier est soumis à une contrainte SMYS et supérieure pendant les essais, et les sections d'essai doivent être sélectionnées pour garantir qu'aucune déformation plastique excessive ne se produise.

Pour les tuyauteries construites selon la norme ASME B31.3, si la température de conception est supérieure à la température d'essai, la pression d'essai doit être ajustée en fonction de la contrainte admissible correspondante à la température de conception. Cela se fait en multipliant 1,5 MAWP par le rapport entre la contrainte admissible à la température d'essai et la contrainte admissible à la température de conception, conformément à l'équation 24 de la section 345.4.2 de la norme ASME B31.3. Les pressions d'essai ne doivent pas dépasser une valeur qui produirait une contrainte supérieure à la limite d'élasticité à la température d'essai. ASME B31.3 section 345.4.2 (c)

D'autres codes exigent une approche plus rigoureuse. La norme BS PD 8010-2 exige des tests à 150 % de la pression de conception , qui ne doit pas être inférieure à la MAOP plus les surtensions et autres effets accessoires qui se produiront pendant le fonctionnement normal.

Les tests d'étanchéité sont effectués en équilibrant les variations de la pression mesurée dans la section d'essai par rapport aux variations de pression théoriques calculées à partir des variations de la température mesurée de la section d'essai.

La norme australienne AS2885.5 « Pipelines – Gaz et pétrole liquide : Partie 5 : Essais de pression sur le terrain » donne une excellente explication des facteurs impliqués.

Dans l'industrie aérospatiale, selon la compagnie aérienne, l'entreprise ou le client, certains codes devront être respectés. Par exemple, Bell Helicopter a une certaine spécification qui devra être respectée pour toutes les pièces qui seront utilisées dans ses hélicoptères.

La plupart des pays ont une législation ou des codes sur les récipients sous pression qui exigent que les récipients soient régulièrement testés, par exemple tous les deux ans (avec une inspection visuelle annuelle) pour les bouteilles de gaz à haute pression et tous les cinq ou dix ans pour celles à basse pression telles que celles utilisées dans les extincteurs . Les bouteilles de gaz qui échouent sont normalement détruites dans le cadre du protocole de test pour éviter les dangers inhérents à leur utilisation ultérieure.

Ces bouteilles de gaz standard américaines courantes ont les exigences suivantes :

• Les bouteilles de gaz DOT-3AL doivent être testées tous les 5 ans et ont une durée de vie illimitée.
• Les bouteilles de gaz DOT-3HT doivent être testées tous les 3 ans et ont une durée de vie de 24 ans.
• Les bouteilles de gaz DOT-3AA doivent être testées tous les 5 ans et ont une durée de vie illimitée. (Sauf si elles sont estampillées d'une étoile (*), auquel cas la bouteille répond à certaines spécifications et peut avoir une durée de vie de 10 ans lors du test hydrostatique).

En règle générale, des organisations telles que DOT, PHMSA , ISO , ASTM et ASME spécifient les directives pour les différents types de récipients sous pression.

Les essais hydrauliques sont une opération dangereuse et doivent être effectués avec précaution par un personnel compétent. Le respect des procédures prescrites définies dans les normes techniques pertinentes adaptées à l'application et à la juridiction spécifiques réduira généralement ces risques à un niveau acceptable.

• Une fuite de liquide à haute pression peut couper ou pénétrer la peau et s'injecter dans les tissus corporels. Cela peut causer des blessures graves et directes à l'opérateur, et si le liquide est toxique ou contaminé, il y aura des effets indésirables supplémentaires.
• Un tuyau sous pression mal fixé ou qui cède sous l'effet de la pression peut se balancer en projetant de l'eau ou de l'huile et en heurtant quelqu'un et en causant des blessures. Un dispositif anti-coup du lapin peut être utilisé pour retenir ces tuyaux.
• L'enfermement des composants à tester, la signalisation des dangers, l'utilisation d'équipements de protection individuelle appropriés et la mise en place de barrières d'accès pour le personnel non essentiel sont des précautions courantes.

Équipement:

• Manomètres
• Approvisionnement en eau
• Pompes et tuyaux pour le remplissage d'eau
• Pompe haute pression et flexibles pour la pressurisation
• Moyens de mesure de la dilatation volumétrique, le cas échéant