1. Impacts environnementaux
La durée de vie économique du régulateur dépend généralement de sa capacité à atténuer les effets corrosifs résultant de la combinaison de facteurs environnementaux, grâce à une conception et un choix de matériaux appropriés. Il est donc essentiel de bien comprendre ces facteurs et leurs effets.
Examinons brièvement ces effets, puis expliquons comment les éliminer par une conception et un choix de matériaux adéquats.
Les impacts environnementaux sont des facteurs mécaniques, chimiques et thermiques qui affectent le régulateur. Ces facteurs agissent souvent de concert, affectant à la fois l'intérieur et l'extérieur du régulateur. Nous aborderons donc ici les effets combinés de ces facteurs.
1.1. Facteurs mécaniques : Les facteurs mécaniques peuvent être classés en trois catégories :
1.1.1. Effets des forces de compression
1.1.2. Effets du frottement, de l'usure et de la fatigue
1.1.3. Charges aux points de connexion
1.1.1. Facteurs de pression
Les pressions agissant sur le régulateur peuvent être regroupées en deux catégories :
a) Pression de service/Pression d'entrée ; Il s'agit de la pression du réseau de distribution auquel le régulateur est raccordé. Bien que cette pression varie selon les saisons, elle se situe généralement autour de 4 bars. En raison de pertes en cours de fonctionnement ou, de préférence, d'une réduction de la pression de service, cette pression peut chuter jusqu'à 0,5 bar. L'effet de cette baisse de pression sera particulièrement perceptible sur le dispositif SSV situé en amont du régulateur. Cette zone est directement exposée à la pression d'entrée.
Notre pays se situe dans une région connaissant d'importantes variations de température saisonnières. De plus, dans les régions à climat continental, l'écart de température entre le jour et la nuit est également très important. En raison de ces variations thermiques constantes, le filetage des vis du corps en aluminium finit par se fatiguer et perdre le couple de serrage initial. Il en résulte naturellement des fuites autour du couvercle du détendeur thermostatique (SSV) des régulateurs après quelques années d'utilisation. Ce phénomène est observé depuis des années sur le terrain, notamment par les entreprises gazières utilisant des régulateurs de service de type SSV.
b) Pression accidentelle sur le réseau : Dans les régulateurs des stations alimentant le réseau de distribution de gaz, la pression de sortie peut augmenter pour diverses raisons. Si le détendeur thermostatique ne se déclenche pas, une pression de 15 à 20 bars risque d'entrer dans le réseau. Afin de garantir la sécurité du régulateur, une « pression de tenue » est définie dans la norme TS 10624 et d'autres normes. Bien qu'elle varie selon le matériau du corps du régulateur, cette pression est d'environ 16 bars.
Les régulateurs comportant des pièces en plastique dans l'unité SSV et l'unité de premier étage ne peuvent supporter ces hautes pressions pendant des périodes prolongées. Ils risquent de provoquer des fuites externes et internes, réduisant ainsi leur durée de vie économique et compromettant leur sécurité d'utilisation.
1.1.2. Effets du frottement, de l'usure et de la fatigue
Le régulateur est un appareil dont les pièces internes sont en mouvement constant afin de maintenir une pression constante en fonction de la consommation de gaz. L'usure est donc un phénomène naturel lié au mouvement de ces pièces. Cette usure entraîne une augmentation du jeu dans les pièces mécaniques, ce qui peut modifier les tolérances de fonctionnement. Un paramètre important influençant la durée de vie économique est de s'assurer que l'appareil fonctionne dans les tolérances requises par les normes tout au long de sa durée de vie. Pour ce faire, des tests de vieillissement accéléré doivent être effectués sur les régulateurs. Ces tests simulent le fonctionnement du régulateur pendant 10 ans et sont répétés pour vérifier s'il reste conforme aux tolérances standard. L'usure peut également provoquer des fuites internes dans le régulateur. Celles-ci peuvent entraîner un dysfonctionnement, voire une panne, ou une utilisation à des pressions dangereuses. Le point le plus important à considérer ici est l'état des structures contenant des « joints toriques mobiles » ou des « écrous ».
Comme vous pouvez le constater sur l'image ci-dessus, l'arbre du premier étage est étanchéifié par un joint torique en mouvement continu. Le volume des joints toriques peut varier de 30 % en raison des réactions chimiques du gaz. Par conséquent, les joints toriques mobiles dans cette zone peuvent subir une perte de volume due à ces réactions chimiques et s'user par frottement mécanique. Les fuites internes qui en résultent peuvent entraîner des défaillances du régulateur et réduire sa durée de vie. La norme TS 10624 souligne que les pièces du régulateur doivent assurer l'étanchéité même sans lubrification.
2. Facteurs chimiques
De par leur environnement de fonctionnement, les régulateurs sont sensibles à la corrosion due à des facteurs externes tels que l'eau, l'humidité, l'ozone, les produits de nettoyage, le sel, etc. Ils sont également exposés à la corrosion interne due à l'humidité, à l'eau, aux agents odorants et aux réactions chimiques du gaz lui-même. Examinons brièvement les effets de cette corrosion.
2.1. Corrosion externe
De par leur environnement de fonctionnement, les régulateurs peuvent se corroder sur leurs surfaces externes. Le degré de corrosion peut varier considérablement selon l'emplacement et les conditions de fonctionnement du régulateur. Par exemple, l'humidité et le sel peuvent être des agents corrosifs très efficaces à proximité de la mer, érodant rapidement le régulateur. En revanche, les produits utilisés dans les boîtiers enterrés peuvent être directement exposés à l'eau, voire aux produits chimiques de nettoyage utilisés sur les routes et les chaussées. Ces agents corrosifs ont un impact plus important, notamment au niveau des couvercles qui obturent les premiers étages des régulateurs. En effet, l'épaisseur de ces couvercles est bien inférieure à celle du boîtier. Comme illustré ci-dessous, la protection contre la corrosion des régulateurs sous pression, situés sous le couvercle, est d'autant plus cruciale. Un amincissement ou une perforation dans cette zone peut entraîner des fuites externes, voire des explosions.
Par conséquent, en cas de pression sous le couvercle des régulateurs, l'épaisseur de ce dernier doit être importante, en tenant compte de ce facteur, ou protégée par des mesures telles qu'une peinture anticorrosion.
2.2. Corrosion interne ;
Sous l'effet du gaz qui les traverse, la corrosion et l'usure qui en découle peuvent affecter les pièces internes du régulateur, tout comme ses pièces externes. Ces effets sont particulièrement importants pour les pièces impliquées dans la régulation de la pression. Les précautions nécessaires à cet égard sont expliquées dans la section relative aux matériaux.
3. Facteurs thermiques
L'un des facteurs les plus importants influant sur la durée de vie et la sécurité d'utilisation du régulateur est la température ambiante de fonctionnement et la température du gaz. En raison des conditions climatiques très variables de notre pays, les régulateurs peuvent être exposés à des températures ambiantes comprises entre -40 et +60 °C.
De plus, dans les régions à climat continental, ces températures peuvent fréquemment varier considérablement entre le jour et la nuit. Sous l'effet de ces variations thermiques, les matériaux métalliques et plastiques sont constamment sollicités et subissent une fatigue thermique. En raison des effets de ces fatigues, les déformations des composants haute pression du régulateur entraînent des fuites externes. Ce problème est fréquent, surtout après plusieurs années de variations saisonnières.
Par ailleurs, notamment par températures négatives, le gel de l'eau contenue dans le gaz peut provoquer des blocages et des enrayages, engendrant des problèmes de sécurité et de performance. Le processus de régulation étant un mouvement continu, les problèmes affectant les composants impliqués sont généralement négligeables. Cependant, le risque de blocage par l'eau et le froid de composants tels que l'unité SSV statique, pouvant entraîner un dysfonctionnement en cas de besoin, doit être pris en compte.