Utiliser des ultrasons pour tester la solidité des composants critiques d’une centrale électrique
Les centrales thermiques à combustibles fossiles produisent de l’électricité dans des conditions d’exploitation très dures du fait des fortes pressions auxquelles sont soumis certains de leurs composants, tels que les tubes de chaudière, les collecteurs et la tuyauterie vapeur. En effet, ceux-ci fonctionnent à des températures très élevées, oscillant entre 540 °C et 570 °C, et les contraintes qu’ils subissent peuvent provoquer des fissures au niveau des soudures, entraînant de potentielles ruptures des conduits.
L’importance d’une détection précoce
Le fluage est une déformation thermiquement assistée d’un élément, fortement associée à la composante temporelle. «On sait maintenant que les dommages causés par le fluage se produisent à un stade relativement précoce de la durée de vie prévue des composants. Dans de nombreux cas, les fissures apparaissent au niveau des soudures environ au milieu de leur cycle de vie utile», fait remarquer le Dr Marko Budimir, coordinateur du projet CreepUT, financé par l’UE. Il est également prouvé que les dommages par fluage ne commencent pas à la surface en se propageant vers l’intérieur, mais que c’est le contraire qui se produit. En outre, ils se développent beaucoup plus lentement au cours de leur phase initiale. Par conséquent, lorsqu’ils sont détectés sur la surface, le tuyau est déjà au bord de la rupture. Or, les méthodes de test non destructives existantes, telles que la métallographie de réplication, ne permettent pas d’effectuer une surveillance adéquate sous la surface. Les scientifiques de CreepUT se sont donc attaqués à ces problèmes urgents en travaillant sur une nouvelle technologie par ultrasons. «Notre scanner à ultrasons intelligent fournit une couverture volumétrique complémentaire, permettant pour la première fois la détection à un stade précoce des dommages liés au fluage localisés sous la surface. Il peut mesurer avec précision la déformation due au fluage au micromètre près, ce qui est très difficile à réaliser avec les technologies actuelles, et prolonger ainsi la durée de vie des composants au-delà des limites de conception d’origine dans les centrales électriques», explique le Dr. Budimir.
Comment le système fonctionne‑t‑il?
Le système CreepUT est spécialement conçu pour scanner les soudures critiques susceptibles d’être endommagées par fluage. Il est équipé d’un manipulateur mécanique ergonomique qui peut porter et positionner avec précision la tête d’inspection par ultrasons sur les surfaces à tester des tuyaux. La tête d’inspection, qui se compose d’une sonde à ultrasons et d’une cale, est construite autour d’un transducteur à ultrasons capable de détecter des défauts supérieurs à 0,2 mm. La longueur d’onde du transducteur ultrasonique peut avoir un impact significatif sur la probabilité de détecter une fissure. La discontinuité doit être plus grande que la longueur d’onde pour avoir une chance raisonnable d’être détectée; sinon, l’onde sonore circule autour du défaut sans permettre de l’identifier. «La plupart des contrôles par ultrasons sont effectués à des fréquences comprises entre 1 MHz et 15 MHz. Des fréquences plus élevées permettent la détection de défauts plus petits. Cependant, au-delà d’un certain point, l’énergie sonore a tendance à se disperser et ne se propage plus très loin dans l’espace», explique le Dr Budimir.
Les enjeux lié à une utilisation en cours d’exploitation
Tester le système CreepUT récemment mis au point dans les centrales électriques au lignite représente un défi de taille. La forte concentration de petites particules de poussière libérées lors de la combustion du carburant peut provoquer des erreurs au cours du processus de balayage. Le système doit être soigneusement optimisé pour résister aux conditions d’exploitation difficiles qui règnent à l’intérieur des centrales électriques, notamment la forte concentration de poussières, l’humidité et les températures élevées. La sensibilité de la sonde ultrasonique est une autre clé du succès du système CreepUT. La rugosité finale de la surface doit également se situer autour de 1 μm; au-delà, la capacité de la sonde à détecter de très petits défauts peut être sérieusement limitée. Étant donné qu’il est onéreux d’obtenir une rugosité si fine, le système est conçu pour balayer au moins quatre points situés sur la circonférence du tuyau, en tournant de 90 degrés à chaque fois. La technologie CreepUT devrait permettre d’améliorer la sécurité et d’accroitre les revenus grâce à la réduction des pannes dans les centrales électriques. Des essais supplémentaires sont nécessaires pour démontrer de façon convaincante les mérites de ce nouveau processus d’inspection.
Mots‑clés
CreepUT, dommages liés au fluage, centrale électrique, technologie par ultrasons, tests non destructifs, sous-surface, fissures des soudures, tests par ultrasons, transducteur ultrasonique
