Dans le cadre des "meilleures pratiques", nous recommandons l'utilisation de nouveaux goujons à chaque fois qu'un joint d'échangeur de chaleur est réassemblé.
Pour une entreprise qui nettoie et réutilise régulièrement les goujons, cette recommandation d'utiliser des goujons neufs peut sembler un peu exagérée. Pourquoi utiliser des goujons neufs alors que les goujons usagés ont encore l'air neufs ? Ne s'agit-il pas d'un gaspillage d'argent insensé ? Pourquoi jeter un goujon en parfait état ? À l'heure du recyclage, ne vaut-il pas mieux réutiliser que remplacer?
Vous vous souvenez de l'adage "On ne juge pas un livre à sa couverture" ? En voici un exemple parfait : on ne peut pas juger un goujon sur son apparence. Il est vrai que les goujons usagés peuvent être nettoyés. Ils peuvent même être brossés pour avoir l'air neufs. Mais l'apparence d'un goujon n'est pas le plus important de ses attributs. Ce qui est le plus important, c'est sa performance. Et les données montrent que la résistance au frottement d'un goujon usagé est très imprévisible.
Il y a plusieurs années, Chevron a réalisé un essai sur le terrain pour étudier cette question. Parmi les centaines d'échangeurs de chaleur de sa raffinerie d'El Segundo se trouvent les échangeurs de chaleur "jumeaux" E-1585A et E-1585B, identiques en tous points. Le jour du test, ils ont remplacé le joint de la tête flottante de chaque échangeur et ont resserré la connexion. Comme il n'y a pas assez de place sur la tête flottante, aucune rondelle trempée n'a été utilisée. Pour le reste, les meilleures pratiques ont été appliquées : tout a été lubrifié correctement et une clé dynamométrique calibrée a été utilisée sur les deux échangeurs. La seule différence entre les modèles E-1585A et E-1585B était l'état des goujons. Des goujons et des écrous neufs ont été utilisés sur le modèle E-1585B. Sur l'autre, E-1585A, les goujons ont été réutilisés après avoir été nettoyés et brossés à la brosse métallique pour les remettre dans un état "comme neuf". Après le serrage, ils ont mesuré la contrainte réelle exercée sur les goujons - et les résultats sont ceux que vous voyez dans les tableaux ci-joints.
Le premier graphique montre les résultats pour les goujons utilisés dans l'étude E-1585A. Le tableau inclus dans le graphique montre que la contrainte moyenne sur les goujons était de 28 000 psi, soit 16,4 % de moins que la contrainte ciblée de 33 500 psi. Mais la contrainte "moyenne" sur les goujons ne dit pas tout, car la dispersion (la différence d'un goujon à l'autre) est de 10 pour 1 ! Même si les goujons étaient bien nettoyés et bien lubrifiés, il était impossible de prédire la charge générée par un couple spécifique.
Le deuxième graphique montre une nette amélioration. La charge moyenne des plots ne s'écarte plus que de 12 % de la charge souhaitée. Plus important encore, la dispersion a été considérablement réduite - la plupart des charges se situent dans une fourchette de 10 à 15 % par rapport à la moyenne, et l'écart entre la charge la plus faible et la charge la plus élevée a été réduit de 83 % !
N'oubliez pas que ces résultats ont été obtenus sans l'utilisation de rondelles trempées sous l'écrou rotatif. Il est très probable que l'utilisation de rondelles trempées pour réduire le frottement au niveau de la face de la bride aurait réduit encore davantage la dispersion et aurait rapproché la charge moyenne du goujon de la charge projetée. Cependant, même si ces résultats ne sont pas "parfaits", ils sont certainement "raisonnables".
Pourquoi cette question est-elle cruciale ?
Chevron a prouvé, après des années de recherche, qu'outre l'utilisation d'un type de joint optimal, le secret de l'étanchéité à long terme dans les échangeurs de chaleur dépend de la manière dont on gère la relaxation dans le joint. Pour gérer la relaxation, il est essentiel de charger le joint afin d'obtenir une contrainte d'assise élevée. Cette opération doit être effectuée de manière fiable à une valeur élevée et prédéterminée.
Ainsi, si un ingénieur détermine qu'un joint a besoin d'une contrainte d'assise de 20 000 psi pour garantir une fiabilité à long terme - et qu'un couple de 600 ft-lbs (par exemple) est nécessaire pour atteindre cette charge - il doit pouvoir compter sur le fait que lorsque les goujons sont serrés à 600 ft-lbs, ils génèrent effectivement la contrainte de boulon qu'il anticipe.[1]
Et c'est là le problème des goujons usagés. En raison du laminage et du grippage quasi microscopiques des surfaces filetées, le goujon ne convertit plus le couple en contrainte de manière prévisible. La relation entre le couple du boulon et la charge du joint est rompue. C'est pourquoi Chevron exige l'utilisation de nouveaux goujons chaque fois qu'un joint d'échangeur est ouvert.
Il existe quelques exceptions à cette règle, et Chevron les reconnaît dans ses normes. Tout d'abord, si un goujon est tendu (et non serré), il est possible de le réutiliser, car le couple de serrage n'entre pas en ligne de compte. Deuxièmement, si une personne est prête à tarauder les filets des goujons et des écrous avec un taraud et une filière - ce qui permet de renouveler les filets - elle peut réutiliser les fixations en toute sécurité.
On avance parfois l'argument selon lequel les goujons usagés sont meilleurs que les goujons neufs parce qu'ils ont été trempés. La réponse simple à cet argument est que l'écrouissage n'a pas d'importance. Ce qui compte, c'est la capacité du goujon à fournir un effort prévisible prévisible au joint - car c'est ainsi que l'on obtient une performance sans fuite.
La preuve de cette approche est facilement démontrée par l'expérience de Chevron. Au cours de la dernière décennie, elle a réalisé ce que beaucoup considéraient comme impossible : elle a éliminé les fuites des échangeurs dans ses raffineries. L'utilisation de nouveaux goujons pour optimiser la charge du joint est un élément important des solutions employées pour atteindre cet objectif.
[1] Pour une discussion plus complète sur l'importance de cibler des contraintes spécifiques au siège du joint plutôt que des contraintes spécifiques au goujon, voir la note technique intitulée Contrainte de l'axe de fixation ou contrainte du joint ? Atteindre la bonne cible.