Transport et stockage des dérivés pétroliers : problématique d'endommagement des pipes par érosion de sable et par hydrogène

par Akram Alhussein

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Zitouni Azari.

Le président du jury était Saïd Hariri.

Le jury était composé de Joseph Gilgert, Julien Capelle, Mohammad haïtham Ibrahim, Abdelwahed Laksimi, Moussa Naït-Abdelaziz, Albert Tidu.


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous avons traité l’endommagement local des pipes en acier API 5L X52, par impact de sable et par hydrogène. L’érosion se produit par la projection du corindon (Al2O3), d’une taille moyenne de grains comprise entre 300 et 400um. Les variables sont le temps de sablage (compris entre 1 et 8 heures) et le rayon d’entaille d’éprouvette (0.25 à 1 mm). L’effet d’érosion est caractérisé par : perte de masse, volume érodé, évolution des paramètres d’entaille, analyse des contraintes résiduelles et microdureté HV. Nous avons constaté que plus le temps de sablage et le rayon d’entaille sont grands, plus l’endommagement est important. Les contraintes résiduelles introduites par sablage jouent un rôle important sur la résistance du matériau. La deuxième partie concerne l’endommagement des pipes par la présence de l’hydrogène. Des essais ont été réalisés à un potentiel constant de -1Vsce et dans une solution électrolytique standard : NS4 (Natural Soil 4). La quantité et la concentration d’hydrogène absorbée ont été évaluées. En réalisant différents essais mécaniques : Traction, Charpy et fatigue, nous avons déterminé l’influence du sablage et de l’hydrogène sur les propriétés mécaniques des pipes. Les résultats montrent que le sablage améliore l’élongation à la rupture et la durée de vie du pipe ;  par contre, l’hydrogène les réduit puisque il pénètre dans l’acier et change le mécanisme de rupture. L’évolution de la microstructure du matériau et le mode de rupture ont été observé par microscope à balayage. la réduction de la taille des grains de l’acier, au fond d’entaille sablée, est le signe d’une forte déformation plastique. Les fissures dans l’acier, chargé en hydrogène, se propagent en suivant le chemin de la porosité. Enfin, la nocivité d’entaille, sous sablage et sous hydrogène, a été étudiée par le Diagramme Intégrité Rupture Modifié. Nous avons montré que l’entaille, d’une profondeur de 20% de l’épaisseur du pipe, reste sans dangerosité, mais la fragilisation par la présence de l’hydrogène diminue les facteurs de sécurité et de sûreté d’environ 7%

  • Titre traduit

    Transportation and storage of petroleum derivatives : damage of pipes by sand erosion and hydrogen


  • Résumé

    In this thesis, we have treated the local damage of pipes, with API 5L X52 steel, by impact of sand and hydrogen. The erosion occurs by the projection of corundum (Al2O3), with an average grain size between 300 and 400μm. The variables are the sanding time (between 1 and 8 hours) and the specimen notch radius (0.25 to 1 mm). The effect of erosion is characterized by: mass loss, eroded volume, evolution of notch parameters, residual stress analysis and microhardness HV. We noticed that longer the sanding time and larger the notch radius, more significant is the damage. Residual stresses introduced by sandblasting play an important role on the material resistance. The second part concerns the damage of pipes by the presence of hydrogen. Tests were carried out at a constant potential of -1Vsce, and in a standard electrolytic solution: NS4 (Natural Soil 4). The quantity and the concentration of absorbed hydrogen were evaluated. By performing different mechanical tests: Tensile, Charpy and fatigue, we determined the influence of sandblasting and hydrogen on the mechanical properties of pipes. The results indicate that the sandblasting improves the elongation at fracture and the lifetime of pipe, but on the other side, hydrogen reduces them because "he" penetrates into the steel and changes the failure mechanism. The evolution of material microstructure and fracture mode were observed by scanning electron microscope. The decrease in steel grains size, at the sandblasted notch tip, is a sign of large plastic deformation. The cracks in steel, charged with hydrogen, propagate along the porosity path. Finally, the harmfulness of notch, under sandblasting and hydrogen, was studied by the Modified Failure Assessment Diagram. We have shown that the notch with a depth of 20% of the pipe thickness isn’t dangerous, but the brittleness caused by the presence of hydrogen reduces the safety and security factors about 7%


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