Inspection des chaudières et des foyers : voir tout le foyer avant le montage de l’échafaudage

Le principal acteur de la dégradation d’une chaudière est le tube. Côté feu : érosion par les cendres, corrosion à haute température et amincissement là où la vapeur des souffleurs de suie frappe sans cesse. Côté eau et vapeur : entartrage et la surchauffe qu’il provoque. Les tubes des surchauffeurs et resurchauffeurs, qui fonctionnent à haute température pendant des années, gonflent lentement par fluage. Les ruptures de tubes sont une cause majeure d’arrêts non programmés.

Il en va de même au-delà des centrales électriques : incinérateurs de déchets, fours de raffinerie et chaudières industrielles centrent tous leur inspection sur les tubes et les réfractaires à l’intérieur du foyer. Un combustible différent signifie des cendres différentes et une corrosion différente.

Les chaudières sont protégées par la combinaison d’une inspection réglementaire et des inspections propres au propriétaire pendant les arrêts programmés. Les inspecteurs entrent dans le foyer, éclairent les tubes et prennent des mesures d’épaisseur par ultrasons à des emplacements définis. Pour atteindre les zones hautes, ils montent des échafaudages dans le foyer, suspendent des plateformes d’accès depuis la voûte ou ont recours aux travaux sur cordes.

Il y a trois difficultés : le temps (attendre le refroidissement, nettoyer les cendres, monter les échafaudages), le danger (hauteur, chutes d’objets, poussière, chaleur, espace confiné) et les défauts manqués. Avec des milliers de tubes et quelques jours, aucune équipe ne peut tout examiner de près ; l’inspection tend donc à se concentrer sur « là où ça a déjà cédé » et sur les points de mesure fixes.

Le rôle du drone est de voir l’ensemble du foyer une fois, avant le montage de tout échafaudage. Cela sépare les endroits qui nécessitent un échafaudage de ceux qui n’en ont pas besoin, et change l’ordre de toute l’inspection.

Le schéma de base est des bandes du haut vers le bas, paroi par paroi. Commencer en bas signifie que le flux d’air des rotors soulève les cendres du sol et que la visibilité disparaît : commencez donc en haut et descendez en laissant la poussière retomber. Convenez d’abord de repères de numérotation des tubes ou d’un système de coordonnées du foyer, pour que chaque image puisse ensuite être rattachée à une paroi et à un tube précis.

L’intérieur d’une chaudière réunit presque toutes les faiblesses d’un drone : obscurité totale, cendres en suspension et une boîte d’acier qui bloque le GNSS. Les parois de tubes forment un motif répétitif, si bien que la localisation par caméra dispose de peu de repères distinctifs. Même après refroidissement, la chaleur peut persister en hauteur et au fond, entre les tubes.

• Poussière et fumée : commencez haut, déplacez-vous lentement, orientez les éclairages pour réduire l'éblouissement dû aux cendres en suspension, et coordonnez l'ordre du décendrage et des vols. Poussière et fumée
• Obscurité : l'éclairage embarqué est la seule lumière. Fixez l'exposition et gardez une distance de sécurité constante pour que la luminosité reste homogène. Obscurité
• Sans GNSS : localisez-vous par LiDAR et caméras. Les motifs répétitifs des tubes perturbent la localisation, donc la pose de marqueurs aide. Sans GNSS
• Espaces confinés : les espaces entre les faisceaux de tubes des surchauffeurs sont souvent trop étroits pour tout aéronef. Ne forcez pas un drone caréné à y entrer. Espaces confinés
• Chaleur : attendez que le four soit suffisamment refroidi pour les batteries et les caméras, et mesurez la température avant d'entrer. Chaleur

Le plus difficile dans l’inspection d’un foyer est de savoir quel tube vous regardez. Des milliers de tubes identiques sont alignés côte à côte, et sans rattacher chaque défaut à un numéro de tube et à une hauteur, aucun ordre de réparation ne peut être émis. L’IA est efficace pour proposer des défauts et comparer avec la fois précédente ; décider de remplacer un tube ou de continuer à exploiter reste du ressort de l’ingénieur.

Au Japon, les chaudières industrielles font l’objet d’inspections de performance périodiques au titre de la loi sur la sécurité et la santé au travail (Industrial Safety and Health Act) et de son ordonnance sur la sécurité des chaudières et appareils à pression, qui renouvellent leur certificat d’inspection (dont la validité peut être raccourcie ou prolongée selon les résultats). Les chaudières de centrales électriques relèvent de la loi sur les activités électriques (Electricity Business Act), qui impose des inspections périodiques réalisées par l’exploitant. Dans les deux cas, les drones facilitent l’inspection ; ils n’en changent ni le contenu ni les responsabilités.

Pour le vol lui-même, voler à l’intérieur d’un espace clos tel qu’un foyer est en général hors du champ de la loi japonaise sur l’aéronautique civile (selon l’interprétation du MLIT, un espace clairement séparé de l’extérieur est considéré comme intérieur même s’il comporte des ouvertures ; en sortir par une ouverture constitue un vol extérieur). S’appliquent en revanche les règles relatives au manque d’oxygène, aux poussières et au travail en espace confiné, ainsi que le système de permis de travail du site. Les vols à l’extérieur autour des gaines et des cheminées relèvent bien du droit aérien et doivent être traités séparément. Les lignes directrices sur les drones dans les installations publiées par le METI, la FDMA et le MHLW sont également utiles.

À l’étranger, les États-Unis s’appuient sur l’ASME Boiler and Pressure Vessel Code pour la construction et sur le National Board Inspection Code (NBIC) pour l’inspection en service ; au Royaume-Uni, les Pressure Systems Safety Regulations 2000 exigent un programme écrit d’examen par une personne compétente. Comparez les règles de vol nationales dans réglementations mondiales.

• Épaisseur de paroi des tubes : les photos ne disent pas combien de millimètres il reste. Des mesures par ultrasons ou EMAT au contact sont nécessaires.
• Au cœur des faisceaux de tubes : les espaces entre les tubes de surchauffeur et de resurchauffeur sont trop étroits pour y entrer ; souvent seules les rangées extérieures sont visibles.
• Fluage et dégradations côté eau : la dégradation microstructurale et les dommages internes des tubes sont invisibles de l'extérieur. Un prélèvement de tubes ou d'autres essais sont requis.
• Intérieur des ballons et des collecteurs : les petites ouvertures appellent des endoscopes et des outils dédiés plutôt que des drones.
• Un four en fonctionnement : rien ne vole à travers la flamme. En service, les caméras de four et la surveillance de température prennent le relais.
• Décisions et responsabilité : le remplacement des tubes, l'évaluation de la durée de vie résiduelle et la conformité réglementaire restent entre les mains des personnes.

Le lendemain matin de la mise à l’arrêt de la chaudière, une fois refroidie, un drone entre le premier. Il suit le même parcours que la fois précédente, capture chaque paroi et, en plus du nuage de points 3D, signale le gonflement des tubes et la progression de l’érosion. À midi, un plan indiquant « échafaudage nécessaire à ces trois endroits » est prêt et le matériel est commandé.

Les personnes ne passent plus des jours à chercher dans les cendres. Elles mesurent les tubes à mesurer et remplacent ceux à remplacer. L’inspection passe de l’entrée dans le foyer à la conception de la durée de vie restante de la chaudière. C’est notre point de vue éditorial, et nous pensons que la mesure d’épaisseur par contact restera alors nécessaire.