Caractérisation mécanique d'un acier destiné au transport du CO2 Supercritique

Mechanical property characterization of a steel for the Transport of dense phase CO2

• Auteur / Autrice : Mohamed Ben Amara
• Direction : Zitouni Azari, Julien Capelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 17/12/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LABPS - Laboratoire de mécanique Biomécanique Polymère Structures - EA4632
• Jury : Président / Présidente : Abdelouahed Laksimi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stijn Hertelé
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Abdelouahed Laksimi, Stéphane Panier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier -- Rupture

Rupture, Mécanique de la

Gazoducs

Transport

Dioxyde de carbone

Mots clés libres

Transport du CO2

Gazoduc

API 5l x65

CTOA

Méthode à deux courbes

MEF

Transport of dense phase CO2

Pipeline

API 5L X65 pipeline steel

CTOA

Two-Curvemethod

FEM

Résumé

Le Piégeage et le Stockage du dioxyde de Carbone (PSC) est reconnu comme ayant un rôle important dans la lutte contre le changement climatique et la réduction d’émissions de dioxyde de carbone (CO2). Ce processus consiste à capturer le CO2 des sources anthropiques, et le transporter vers des sites de stockage appropriés. Le transport de telles quantités de CO2 entraîne de nouveaux défis pour les concepteurs et les opérateurs des gazoducs. Parmi ces défis, nous citons : le comportement de phase du CO2, la température atteinte lors de la décompression, la présence des différentes impuretés et la pression de service très élevée. Malgré l’enjeu important, et contrairement au gazoduc de transport de gaz naturel et de pétrole, peu d’études ont été consacrées à la sûreté et la rentabilité des gazoducs de transport du CO2. À l’égard de ces défis industriels, cette étude a été menée pour identifier et comprendre les mécanismes de rupture des gazoducs, à haute pression, transportant du CO2 supercritique. Ce travail a engagé la mise au point d’une nouvelle approche qui anticipe l’éclatement du gazoduc. Pour répondre à cette problématique, nous avons utilisé en premier lieu une approche théorique basée sur les fondamentaux de la Mécanique de la Rupture. En second lieu, et en conjonction avec la méthode des éléments finis, nous avons développé un outil numérique robuste. L’ultime objectif de ces travaux de recherche est d’enrichir les codes de dimensionnement des gazoducs, souvent restreints au transport de gaz naturel et au matériau à faible ténacité. De plus, cette thèse apporte une large base de données d’essais de ténacité à basse température liés à des séries d’analyses par éléments finis sous le code de calcul Abaqus 12.6. La finalité de notre recherche réside dans la proposition d’une méthodologie complète d’évaluation des risques d’éclatement des gazoducs en fonction du matériau et de la nature du fluide transporté

Capture, transport, and storage of Carbon dioxide are well-known applications for their key role in the field of climate change and reduction of CO2 emissions. This process involves the use of some particular technologies, not only to collect and concentrate the CO2 emitted by the anthropogenic sources but also to transport it to a suitable storage location. The transport of such a big quantity of CO2 creates new challenges for designers and pipeline operators. For instance, CO2 phase behavior, the temperature reached during the decompression phase, the presence of various impurities as well as the high operating pressure. Contrary to natural gas and oil transportation structures, a very few studies have raised the issue of the integrity of CO2 pipeline. In order to meet the industry needs particularly in this CO2 integrity application, the present research was conducted to identify and to better comprehend pipeline failure mechanisms at high pressures. This work includes the development of a new numerical approach about running ductile fracture arrest for high pressure gas pipeline. To address this issue, we have initially used a theoretical approach based on the fundamental knowledge of Fracture Mechanics. Based on the crack-tip opening angle (CTOA) fracture criterion and the finite element method along with the node release technique, a new two-curve method (TCM) was proposed for the prediction of gas pipelines’ crack arrestability. The results of this newly developed method were discussed and compared to those obtained by using other methods commonly employed in the Fracture mechanics, for instance, Battelle-TCM, HLP and HLP-Sumitomo method