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[Audio] Activité Liquéfaction & Séparation Division GNL & GPL Complexe GL3Z Mémoire fin d’induction Maintenance et fiabilité de L’ancienne boîte froide 15 MC30 GL3/Z ZIANE CHERIF Youcef GL3Z-076-S/027 Date de soutenance : 00/01/2026 Structure Maintenance service mécanique équipement statique.

[Audio] INTRODUCTION I.PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE LA BOÎTE FROIDE Plan de travail II.ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE DE LA BOITE FROIDE 15MC-30 III. FISSURATION CAUSE ET ANALYSE IV. SOLUTIONS TECHNIQUES &CONCLUSION On va commencer tout d`aborde avec notre plan de travaille : Premièrement, Deuxièmement , Ensuite, Après cela et enfin.

[Audio] Introduction La boîte froide 15-MC30 a fait l’objet de plusieurs interventions de maintenance à la suite de défaillances du l'échangeur , notamment des fissures, des pertes d’étanchéité et des dégradations au niveau des zones brasées ce qui a mis en évidence la nécessité d’identifier précisément les mécanismes à l’origine de ces défauts..

[Audio] Problématique Pourquoi l’échangeur cryogénique de la boîte froide 15-MC30 se fissure-t-il de manière répétitive malgré les actions de maintenance, et quelles solutions techniques permettent d’éliminer durablement ces défaillances ? La problématique principale à laquelle nous avons cherché à répondre est la suivante :.

[Audio] I. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE LA BOÎTE FROIDE La cryogénie C’est la science de la production et de l'application du froid artificiel a de très basses températures Il existe une limite très clair,fixée officiellement à 120 K, ce qui correspond à −153 °C Cette valeur trace une ligne de séparation : au-dessus, il s’agit de la réfrigération classique ; en dessous de −153 °C, on entre dans le domaine de la cryogénie Réfrigération classique 120K (-153 °C) La cryogénie Nous commençons maintenant par la présentation de cet Equipment. Avant d'aborder ses composants internes, il est essentiel de comprendre l'environnement de fonctionnement. Cet équipement ne fonctionne pas dans des conditions normales ; il fonctionne en milieu cryogénique.

[Audio] Définition d`une boîte froide : Une boîte froide est un équipement cryogénique statique qui fonctionne à très basses températures (jusqu’à −160 °C). Elle constitue un élément central du cycle de liquéfaction du gaz naturel. Ses principaux objectifs sont : Assurer les échanges thermiques entre les différents fluides du procédé, Refroidir progressivement le gaz naturel (ou autre fluide) Réduire la consommation énergétique globale du procédé de liquéfaction..

[Audio] I. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE LA BOÎTE FROIDE Échangeur de chaleur cryogénique (à plaques et ailettes) Le véritable cœur de la boite froide c'est L'échangeur de chaleur (PFHE),Est un équipement compact et performant conçu pour maximiser le transfert thermique dans un volume réduit. Il est particulièrement apprécié pour son efficacité élevée et son poids plume. Qu'est-ce qu'il y a vraiment l'intérieur de cette grosse boîte métallique ? Échangeur de chaleur cryogénique (à plaques et ailettes),Les tuyauteries internes pour la circulation des fluides, Les vannes cryogéniques,Les instruments de mesure et de régulation ces composants sont maintenus par des supports internes, et noyés dans un isolant : la perlite..

[Audio] Échangeur de chaleur cryogénique (à plaques et ailettes) Structure et Composition Il est constitué d'un empilement de couches brasées ensemble, comprenant : Plaques de séparation : Elles divisent les flux et constituent la surface de transfert thermique principale. Ailettes ondulées : Placées entre les plaques. Barres latérales : Elles assurent l'étanchéité du bloc..

[Audio] II.Étude bibliographique de la boite froide 15MC-30 Après avoir parcouru les généralités sur la boîte froide et compris ses principes fondamentaux, il est temps de passer à l'aspect pratique. Nous allons maintenant nous focaliser sur l'équipement spécifique de notre site : la boîte froide 15MC30. Dans cette partie, nous détaillerons ses spécifications techniques ainsi que son mode de fonctionnement opérationnel..

[Audio] II.Étude de La boite froide 15MC-30 Données de conception principales Type d’échangeur : Échangeur à plaques et ailettes (PFHE) Puissance thermique : 9,281 MW Plage de température de calcul : -176°C à +65°C Pression de calcul : 82 / 10,3 barg Matériau principal : Aluminium (Al) Dimensions des lignes process : - Entrée : 8” – 26” – 36 - Sortie : 6” – 36” – 64.

[Audio] II.Étude de La boite froide 15MC-30 La boîte froide 15-MC30 assure la liquéfaction d’environ 4 % du gaz naturel alimentant l’unité de liquéfaction. Ce courant est refroidi jusqu’à −150 °C grâce à un échange thermique avec deux courants cryogéniques : le gaz issu de la tête du ballon de récupération d’hélium 15-MD10 et le gaz provenant de la colonne de désorption d’azote 15-MD04 Objectif principal Paramètres thermodynamiques des flux d'entrée et de sortie :.

[Audio] III. FISSURATION CAUSE ET ANALYSE Historique des défaillances Fuite principale sur joints de soudure de dilatation Fuite secondaire sur évent du collecteur inférieur Desserrage de la boulonnerie de la trappe supérieure Stagnation d'eau sur le toit Joints endommagés ligne 8" gaz chaud Fuite détectée au niveau de la trappe supérieure Détection de 21 fissures . Conclusion de l'historique : Les intervention traitent les symptômes fuites mais les fissures réapparaissent indiquant une cause racine non résolue..

[Audio] III. FISSURATION CAUSE ET ANALYSE Description du problème de fissuration observé dans 15-MC30 : L’échangeur cryogénique de 15 MC30 est soumis à des sollicitations thermiques et ‎mécaniques importantes dues aux conditions extrêmes de fonctionnement. Ces sollicitations ‎peuvent conduire à l’initiation puis à la propagation de fissures dans différentes zones de ‎l’équipement. ‎.

[Audio] III. FISSURATION CAUSE ET ANALYSE Description du problème de fissuration observé dans 15-MC30 : Les inspections du la boîte froide 15-MC30 ont mis en évidence des fissures actives, principalement longitudinal localisées au niveau des zones soudées et à proximité des passages des fluides..

[Audio] Description du problème de fissuration observé dans 15-MC30 : Validation par Contrôles Non Destructifs (CND): Ressuage coloré (PT): Révélations nettes confirmant des fissures ouvertes. Inspection visuelle (VT): Cordons de soudure irréguliers. Test d'étanchéité à l'hélium: Un test d’étanchéité a été réalisé par la mise sous pression à 4 bar du circuit en provenance du 15-MD04 vers la boîte froide 15-MC30.

[Audio] Les causes probables de fissuration dans L’échangeur 15-MC30 : L’analyse des conditions de fonctionnement, de la conception de l’équipement et de l’historique des pannes a permis d’identifier six mécanismes de défaillance potentiels. Chacun sera examiné sur la base des preuves disponibles..

[Audio] Les causes probables de fissuration dans L’échangeur 15-MC30 : Augmentation de la pression interne Défauts de soudage Choc thermique Vibrations et pulsations dynamiques Microfissures issues de la fabrication Humidité piégée dans la perlite.

[Audio] Cause probable °1 Mécanisme Arrivée brutale du fluide cryogénique → contraction rapide des plaques Déformations non uniformes aux soudures, joints, zones complexes Contraintes locales (traction, cisaillement) élevées Initiation de fissures aux zones de concentration de contraintes Phases critiques Phases transitoires : démarrage, arrêt, changements rapides de régime Mécanisme jugé probable et critique dans le cas étudié Choc thermique.

[Audio] Cause probable °2 Défauts de soudage : Causes des fissures dues au soudage : Porosité et cavités : bulles d’air ou de gaz créant des points faibles. Désaccord thermique : différences de coefficients de dilatation. Contamination de surface : huile, poussière ou oxydes empêchant une bonne adhésion. Les imperfections microscopiques (porosités, défauts d'adhérence, contaminations) issues du processus de soudage agissent comme des points d'initiation de fissures. Ces défauts latents affaiblissent la structure et réduisent significativement la résistance à la fatigue thermomécanique..

[Audio] Cause probable °3 Humidité piégée dans la perlite : Les rapports d’intervention signalent la présence d’eau stagnante sur le toit et de fissures dans l’ignifuge. En cas d’infiltration d’humidité dans la perlite, suivie de sa migration vers l’échangeur, le refroidissement à −150 °C entraîne : Solidification de l’eau, provoquant une expansion volumique ; Formation de contraintes internes transversales..

[Audio] Cause probable °4 L’augmentation de la pression interne du gaz (Pics de pression) : L’augmentation rapide de la pression interne dans le PFHE 15-MC30, combinée aux contraintes thermiques et aux défauts préexistants, peut provoquer des fissures et des fuites, agissant comme un facteur déclencheur et amplificateur de la défaillance de l’échangeur..

[Audio] Cause probable °5 Présence de microfissures issues du processus de fabrication : Parmi les causes probables de la fissuration observée dans l’échangeur cryogénique PFHE 15-MC30, il est également nécessaire de considérer l’hypothèse de microfissures préexistantes issues du processus de fabrication. Lors de la fabrication des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes, plusieurs étapes critiques peuvent générer des défauts microscopiques..

[Audio] Cause probable °6 Vibrations et pulsations dynamiques Les compresseurs 15-MJ01 A/B peuvent crée : Vibrations mécaniques, Pulsations de pression dans les lignes, Sollicitations alternées. ➤ Elles accélèrent la croissance d’une fissure déjà existante..

[Audio] Critères scientifiques de classement des causes Historique d’exploitation et de maintenance Revue technique du VDB. Localisation des fissures Conditions de fonctionnement Observations.

[Audio] Critères scientifiques de classement des causes Revue technique du VDB. Hypothèse de microfissures de fabrication initialement envisagée Contrôles réalisés par le fabricant : Essais non destructifs complets (CND) Radiographies (RT) selon ASME V, VIII, B31.3 Tests de pression réussis Résultat : Soudures et matériaux conformes, aucun défaut critique détecté Conclusion : Microfissures de fabrication éliminées.

[Audio] Historique de maintenance Analyse des opérations de soudage et maintenance Soudage réalisé selon les procédures qualifiées (WPS) Paramètres, matériaux et conditions respectés Test de pression concluant : aucune fuite ni anomalie. Conclusion : Les fissures ne sont pas liées à des défauts de soudage ou maintenance.

[Audio] Historique d’exploitation L’augmentation de la pression interne n’est pas la cause principale des fissures ; les courbes de pression montrent qu’aucune surpression critique n’a été atteinte.

[Audio] bar On constate qu’aucune pression critique n’a été enregistrée, ce qui indique la stabilité du système et la sécurité de son fonctionnement. GN « Ce graphe montre l'évolution de la pression au cours d'une année complète. On constate qu'aucune pression critique n'a été enregistrée, ce qui indique la stabilité du système et la sécurité de son fonctionnement. » ✅La courbe n'a jamais dépassé la pression critique la pression de calcule est 82..

[Audio] bar bar He N2 La courbe n’a jamais dépassé la pression critique la pression de calcule est 82. La pression de calcule est 10.3.

[Audio] Critères scientifiques de hiérarchisation des causes Observation Bien que de l’eau stagnante ait été détectée sur le toit de la boîte froide, l’humidité pénétrant dans la perlite est peu probable, les fissures se concentrant surtout dans les zones soudées soumises à de forts gradients thermiques et mécaniques. Les vibrations des compresseurs de gaz sont considérées comme un facteur très peu probable selon les données et observations terrain..

[Audio] Critères scientifiques de classement des causes Conditions de fonctionnement Les conditions de fonctionnement sévères de l’échangeur : Forts gradients thermiques (ΔT important), Très basses températures -150 °C, Cycles répétés démarrage et d’arrêt. Critère fortement pondérant..

[Audio] Conditions de fonctionnement Dépassement des contraintes admissibles ⇒ fissuration immédiate du matériau..

[Audio] Critères scientifiques de classement des causes Localisation des fissures La concentration des fissures au niveau des zones soudées, particulièrement sensibles aux contraintes thermomécaniques, renforce l’hypothèse des charges thermiques comme cause principale des fissurations..

[Audio] Conclusion de analyse :Classement des Causes par Ordre de Probabilité Une évaluation multicritère (condition de fonctionnement, localisation des fissures, historique)a permis de classer les cause probables. PROBABILITÉ TRÈS ÉLEVÉE Choc thermique (★★★★★): Cycles répétés arrêt\démarrage + AT très important. 1 2 3 PROBABILITÉ MOYENNE : Pression Interne (★★☆☆☆): Facteur déclencheur et amplificateur prouve. FAIBLE PROBABILITÉ : Microfissures de Fabrication (★☆☆☆☆): Défauts latents aggravants. Défauts de soudage (☆☆☆☆☆): Points faibles et sites d'initiation. Humidité dans la perlite (★☆☆☆☆): Hypothèse peu probable, pas de preuve de pénétration. Vibrations (☆☆☆☆☆): Aucun phénomène vibratoire significatif observe..

[Audio] IV. Solutions techniques pour éviter la réapparition des fissures Pour garantir la fiabilité durable de la boîte froide 15-MC30 et limiter le risque de récurrence des fissures, une démarche globale est requise, combinant des actions sur la conception, l’exploitation et la maintenance de l’équipement. Opération Maintenance Conception Renforcer la tenue de l’équipement sous l’effet des contraintes thermomécaniques Réduire immédiatement les contraintes appliquées a l'équipement. détecter précocement toute nouvelle dégradation.

[Audio] Axe 1 : Maitriser les condition d'exploitation pour limiter les sollicitation 1.Limitation des vitesses de variation thermique : Imposer une rampe maximale lors des phase de démarrage et d'arrêt Contrôle de la pression interne : Recalibrer les dispositifs de protection contre les surpressions. Interdire toute pressurisation rapide et surveiller les pressions en temps réel. On réduit la pression à 63 bar GN 3. Stabilisation du Fonctionnement : Maintenir des régimes de fonctionnement stables et réduire le nombre de cycles marche/arrêt pour limiter l'accumulation de fatigue..

[Audio] Axe 2 : Améliorer les Pratiques de Maintenance pour Garantir l'Intégrité 1.Amélioration des Techniques de Réparation : Utiliser des procédures de soudage qualifiées spécifiques à l'aluminium cryogénique. Réaliser des CND systématiques (PT, test hélium). 2.Gestion Rigoureuse de l'Isolation : Assurer une étanchéité parfaite de la boîte froide pour prévenir toute infiltration d'humidité dans la perlite.

[Audio] Axe 3 : Renforcer la Conception pour Réduire les Contraintes à la Source 1.Amélioration des Zones Soudées : Optimiser la géométrie des joints pour éviter les concentrations de contraintes. Sélectionner rigoureusement un alliage de soudage thermiquement compatible..

[Audio] V.Conclusion Les fissurations observées sont principalement dues à la fatigue thermomécanique, amplifiée par les surpressions et les faiblesses structurelles. Une démarche intégrée exploitation–conception–maintenance est indispensable pour garantir la fiabilité durable de la boîte froide 15-MC30. Avant de terminer, je tiens à exprimer mes sincères remerciements à : Mon encadrant … Les membres du jury,Ainsi que toute personne ayant contribué de près ou de loin à la réalisation de ce travail..

[Audio] MERCI POUR VOTRE ATTENTION. MERCI POUR VOTRE ATTENTION.