Les sphères de stockage, également appelées réservoirs sphériques, sont des appareils sous pression conçus pour stocker des gaz liquéfiés et d’autres produits industriels dans des conditions contrôlées. Ce type d’installation est utilisé dans des secteurs tels que l’Oil & Gas, la pétrochimie, l’énergie ou la sidérurgie, bien qu’il soit particulièrement répandu dans les raffineries, les complexes pétrochimiques, les terminaux de stockage et les centres de distribution de gaz.
Lors de la fabrication et du montage d’une sphère, les opérations de soudage génèrent des cycles localisés de chauffage et de refroidissement. Des contraintes résiduelles peuvent alors apparaître dans le matériau et doivent être maîtrisées afin de garantir la stabilité et la fiabilité de l’appareil.
Pour réduire et redistribuer ces contraintes, il est recommandé d’appliquer un traitement thermique après soudage, ou PWHT, pour Post Weld Heat Treatment. Sur les sphères de grandes dimensions, le chauffage peut être réalisé au moyen de brûleurs à gaz installés à l’intérieur de l’appareil, selon une procédure de combustion interne soigneusement planifiée.
Le traitement thermique d’une sphère de stockage ne consiste donc pas simplement à chauffer la structure. Il s’agit d’un procédé industriel contrôlé pour lequel il convient de définir des paramètres tels que les températures, les temps de maintien, les vitesses de chauffage et de refroidissement, la répartition de la chaleur et les systèmes de surveillance adaptés à chaque situation ou projet.
Que sont les sphères de stockage industrielles ?
Les sphères de stockage sont des appareils sous pression dont la géométrie permet de répartir uniformément les contraintes générées par la pression interne. Cette caractéristique en fait une solution courante pour le stockage de produits gazeux ou liquéfiés.
Parmi les produits pouvant être stockés dans ce type d’appareil figurent le GPL, le propane, le butane, l’ammoniac ainsi que d’autres gaz ou produits utilisés dans les procédés pétrochimiques et industriels.
Bien qu’elles soient présentes dans différents domaines, leurs applications les plus courantes concernent :
- Les raffineries et les unités de traitement des hydrocarbures.
- Les complexes pétrochimiques.
- Les terminaux de stockage et de distribution.
- Les usines de production et de traitement de gaz.
- Les installations énergétiques.
- Certains procédés sidérurgiques et industriels.
Dans les secteurs de l’Oil & Gas et de la pétrochimie, ces structures font partie d’installations critiques. Leur fabrication, leur soudage, leur inspection et leur traitement thermique doivent donc être réalisés selon des procédures techniques définies et avec une traçabilité complète.
Qu’est-ce que le traitement thermique d’une sphère de stockage ?
Le traitement thermique d’une sphère est un procédé contrôlé de chauffage, de maintien en température et de refroidissement appliqué à l’appareil après certaines opérations de fabrication ou de soudage.
Dans ce type de structure, l’objectif principal est généralement de détendre les contraintes résiduelles générées pendant le soudage. Ces contraintes apparaissent parce que les zones proches du joint soudé se chauffent et se refroidissent différemment du reste du matériau.
Le traitement thermique après soudage permet de réduire ou de redistribuer ces contraintes au moyen d’un cycle thermique préalablement défini. En fonction du matériau, de l’épaisseur, de la conception et d’autres exigences, il peut également contribuer à :
- Stabiliser l’ensemble soudé.
- Améliorer le comportement du matériau en service.
- Réduire le risque de déformations ultérieures.
- Favoriser une répartition plus uniforme des contraintes.
- Mettre l’appareil en conformité avec les exigences du code de conception ou de fabrication.
- Fournir des enregistrements thermiques attestant de la bonne exécution du procédé.
La nécessité d’appliquer ce traitement, ainsi que les paramètres à utiliser, doit être déterminée à partir de la documentation technique et des caractéristiques propres à la sphère.
Pourquoi des contraintes résiduelles apparaissent-elles pendant le soudage ?
Lors de la construction d’une sphère, les différentes viroles, sections ou éléments métalliques sont assemblés par soudage. Chaque cordon de soudure introduit localement de la chaleur dans le matériau.
La zone soudée atteint des températures élevées avant de refroidir. Toutefois, le refroidissement ne se produit pas de manière parfaitement uniforme dans l’ensemble de la structure. Tandis qu’une zone se dilate sous l’effet de la chaleur, d’autres parties de l’appareil restent à une température plus basse et limitent ce mouvement.
Ces différences de température et de retrait peuvent générer des contraintes internes, même lorsque la sphère n’est pas encore soumise à sa pression de service.
La présence de contraintes résiduelles ne signifie pas nécessairement qu’il existe un défaut, puisqu’elles constituent une conséquence habituelle des procédés de soudage. Elles doivent néanmoins être évaluées et maîtrisées, en particulier sur les appareils de grandes dimensions, les fortes épaisseurs ou les applications soumises à des exigences techniques élevées, afin d’éviter les fissures et les déformations.
Le traitement thermique après soudage est précisément utilisé pour porter la structure à une température déterminée pendant une durée contrôlée, ce qui facilite la relaxation et la redistribution de ces contraintes.
Le rôle d’Intec-Heat dans le traitement thermique des sphères
Le traitement thermique d’une sphère de stockage exige de l’expérience, des équipements adaptés et la capacité de coordonner directement sur site une intervention complexe.
Intec-Heat réalise des traitements thermiques industriels sur des appareils et structures de grandes dimensions, avec une présence particulièrement marquée dans les projets des secteurs de l’Oil & Gas et de la pétrochimie.
Dans le cas des sphères de stockage, les travaux peuvent comprendre la définition du système de chauffage, l’installation des brûleurs, la mise en place de l’isolation, le positionnement des thermocouples, la surveillance du cycle et l’élaboration des enregistrements correspondants.
La bonne exécution d’un PWHT sur ce type d’équipement exige, outre une expertise technique et des moyens spécifiques, une planification rigoureuse, une coordination constante avec les différentes équipes concernées et une capacité d’adaptation aux conditions réelles du chantier.
Intec-Heat apporte la flexibilité nécessaire pour adapter chaque intervention aux exigences du projet, tout en maintenant un contrôle précis du procédé et des normes de sécurité élevées, particulièrement essentielles dans les raffineries, les complexes pétrochimiques et autres installations industrielles à fortes contraintes.
L’objectif est d’exécuter la procédure thermique définie pour l’équipement tout en assurant un contrôle continu des températures, des temps de maintien et des gradients thermiques de l’appareil.
Quand un traitement thermique après soudage est-il nécessaire ?
La nécessité de réaliser un PWHT ne dépend pas uniquement de la forme sphérique de l’appareil. Elle doit être déterminée en fonction du matériau, des épaisseurs, du mode opératoire de soudage, des conditions de service prévues et du code de fabrication applicable.
Il peut être nécessaire lorsque :
- Le code applicable ou la spécification technique du projet l’exige.
- L’épaisseur du matériau dépasse certaines limites.
- Des matériaux nécessitant un contrôle particulier après soudage sont utilisés.
- Il est nécessaire de réduire les contraintes résiduelles de l’ensemble.
- Les conditions de service de l’appareil sont particulièrement exigeantes.
- Le fabricant ou la société d’ingénierie responsable l’intègre au processus de fabrication.
La décision doit être étayée par la documentation technique. De même, les paramètres du cycle ne doivent pas être improvisés, mais définis avant le début du traitement.
Questions fréquentes
Une sphère de stockage est-elle la même chose qu’un réservoir sphérique ?
Oui. Les deux termes désignent des appareils sous pression de géométrie sphérique destinés au stockage de gaz liquéfiés ou d’autres produits industriels.
À quoi sert le traitement thermique après soudage ?
Son objectif principal est de réduire et de redistribuer les contraintes résiduelles générées pendant le soudage. Il contribue également à stabiliser la structure et à satisfaire aux exigences techniques définies pour l’appareil.
Pourquoi le traitement est-il réalisé à l’intérieur même de la sphère ?
Les dimensions de ces structures empêchent généralement leur traitement dans un four conventionnel. La combustion interne permet de les chauffer directement sur site au moyen de brûleurs installés à l’intérieur de l’appareil.