TUYAUTERIE - ROBINETTERIE - MATÉRIEL DE STOCKAGE ASSEMBLAGE À BRIDES

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1 Risques et Précautions liés au Matériel TUYAUTERIE - ROBINETTERIE - MATÉRIEL DE STOCKAGE Ingénieurs en Sécurité Industrielle ASSEMBLAGE À BRIDES 1 - LES BRIDES LES DIFFÉRENTS TYPES DE JOINT LA BOULONNERIE... 7 Ce document comporte 14 pages BE MTU - - Rév. 2 26/01/2005

2 1 Les assemblages à brides sont composés de trois éléments (le jeux de brides, le joint et la boulonnerie) qui participent au même objectif, celui d'assurer l'étanchéité d'un système démontable sur un ensemble de tuyauteries, ou sur une capacité, soumis à l'action de la pression du fluide contenu. Sur de nombreux sites industriels, ce type de liaison est souvent utilisé à partir des diamètres de canalisation égaux ou supérieurs au DN 50 ; ce choix étant aujourd'hui modifié, pour des raisons de sécurité, par une tendance à la généralisation sur tous les diamètres de ligne. Cette pratique permet, notamment, de platiner les lignes même sur des petits diamètres lors de travaux à effectuer. 1 - LES BRIDES Elles ont pour fonction d'assurer la continuité des différents éléments d'un point de vue mécanique (transmission des contraintes dues aux actions de la pression et du poids, ainsi que des conséquences de la température). Elles ont en commun : - leur mode de liaison avec le tube, ou le piquage sur l'appareil chaudronné, par la définition du collet de liaison - l'adaptation de la face de bride avec les contraintes liées à l'action de la pression et des efforts dus aux effets de fond. Cette face de bride étant conjuguée avec le type de joint employé La forme et les dimensions du plateau de bride devant répondre à la reprise des forces transmises par l'ensemble de la boulonnerie. Le type de bride à utiliser est défini par les classes de tuyauterie. a - Les codes Dans les industries pétrochimiques, les principales normalisations qui prédominent sont : - les normes françaises de la série NF E pour les dimensions et la NF E pour la définition des matériaux - le code, d'origine américaine, ANSI B 16-5 pour la série de diamètres de canalisation comprises entres DN 15 à DN 600 (de 1/2" à 24"). Ce code de dimension est complété, pour les diamètres au dessus de DN 600, par le MSS SP 44, l'api 605 et le BS les normes, d'origine allemande, DIN de la série 2500 b - La classification des brides Depuis quelques années la normalisation des composants de tuyauteries industrielles est en pleine mutation. De profondes transformations, dans la collection normative, concernant les principes et les habitudes, longtemps appliqués, qui définissaient les règles de l'art de notre corps d'état sont intervenues. La grande majorités des services techniques, de la pétrochimie était familiarisée avec la normalisation américaine. Son vocabulaire et ses unités, venant du système anglo-saxon, étaient très bien connus. Sous l'impulsion de la loi pour la métrication, les organismes de normalisation US, sont venus entreprendre, avec le Continent Européen, une opération normative ayant pour objectif l'établissement d'un système unique de désignation de classe ou de catégorie d'équipements de tuyauteries. Cette démarche est très importante car elle remet en cause certaines références bien connues des utilisateurs européens.

3 2 Le rapprochement des systèmes américain et européen, effectué par une juxtaposition de ces deux concepts de normalisation a permis une optimisation concertée des deux systèmes. De plus les Directives Économiques Européennes ont engagé les membres de la Communauté à respecter et à appliquer les dispositions de la réglementation internationale. Cette juxtaposition des normalisations concerne essentiellement les organismes de normalisation suivants : - aux États Unis ANSI - API - MSS SP - en Europe DIN - AFNOR - BS L'ancien système de classement se référençant aux "séries" américaines et aux "PN" européens a été remplacé par un système unique nommé "ISO-PN". Le "PN" européen était défini selon une convention où les PN correspondaient à la pression maximale admissible pour un gradient de température allant de la température ambiante à 110 C. Le respect de cette convention obligeait de dimensionner les composants de tuyauterie en fonction du taux de travail admissible par ce matériau à la température ambiante. Les séries d'origine américaine (150 # # # #...) correspondaient à la pression applicable en livres par pouce carré, aux conditions "probables" de température en service. L'ISO a formulé la nouvelle définition de l'iso-pn, reprise par la norme NF E : "Désignation alphanumérique conventionnelle, relative à la résistance mécanique d'un composant de tuyauterie et utilisé à des fins de référence". Le nombre entier suivant la désignation ISO-PN ne représente pas une valeur mesurable et ne doit pas, par conséquent, être utilisé dans une formule de détermination ou être suivi d'une référence à une unité. D'après la norme ISO 6708, la gamme ISO-PN est constitué par : - ISO-PN 10-16, issus de la transposition des PN européens 10 et 16 - ISO-PN , issus de la transposition des séries ANSI 150 # # # # # et 2500 # Les anciens PN européens 2, sont provisoirement conservés afin d'assurer la maintenance des installations existantes. Le PN 64 est abandonné (il est à noter l'apparition d'un PN 63, d'origine allemande DIN). Tableau de correspondance des séries - classes - ISO PN Séries NF-PN Classe ANSI # Séries ISO PN Il est à noter, que l'iso-pn 100 et le PN 100 ne sont pas identiques d'un point vue gabarit de raccordement, il en est de même pour l'iso-pn 250 et le PN 250. À l issue des travaux de l ISO, la commission française de normalisation a donc révisé l ensemble des normes françaises correspondantes. La NFE est la norme de référence des brides à utiliser, pour les tuyauteries industrielles.

4 3 c - Les types de brides selon la norme NFE Bride avec collerette (Welding Neck - WN) Désignée type 11 et représentée sur les plans D MEQ 092 A Vue d'une bride type 11 La forme du profil de cette bride est très bien adapté aux très grands couples de pression et de température. C'est le type le plus employé sur les diamètres, égaux ou supérieurs à DN 50. La masse de métal mise en jeux provoque des actions de poids qui ne sont pas négligeables sur les petits diamètres de ligne. Une seule soudure est réalisée en extrémité, bout à bout avec le tube, qui doit par conséquent être de même épaisseur (identité des épaisseurs du collet et du tube employé). Le contrôle de la liaison avec le tube par radiographie est très facile et la mise en place n'est liée qu'au respect de la perpendicularité de la face avec l'axe du tube. Bride à emmancher (Slip on SO) Désignée type 12 et représentée sur les plans D MEQ 093 A Vue d'une bride type 12 Ce type de bride est constitué par un plateau emboîté sur l'extrémité du tube et lié à celui ci par deux cordons de soudure. Son emploi est prescrit pour des diamètres égaux ou supérieurs à DN 50 et pour des couples de pression et température relativement faibles. Son choix est intéressant pour faire face à des critères de coût de matière (le coût de la mise en place est identique à celui d'une bride avec collerette, malgré la présence de deux jonctions soudées). Le contrôle du mode de liaison par des procédés de radiographie n'est pratiquement pas interprétable. Ce type de bride est indépendant de tous critères se référençant à l'épaisseur du tube.

5 4 Bride à emboîter (Socket Welding - SW) Désignée type 14 et représentée sur les plans par D MEQ 094 A Vue d'une bride type 14 C'est une bride dans laquelle l'extrémité du tube vient s'emboîter dans un alésage du plateau, aux dimensions adéquates et est très souvent employée sur des diamètres de canalisations inférieurs ou égaux au DN 40. La mise en place est, de par son dessin, très aisée, mais la position de la soudure ne facilite pas l'interprétation d'un contrôle radiographique. Pour des raisons de sécurité, beaucoup d'industriels, au travers de leurs spécifications techniques, n'autorisent pas l'emploi de ce type de bride sur les réseaux contenant des fluides à forte teneur en hydrogène. Il faut, de plus, s'assurer de la concordance du diamètre intérieur de l'alésage de la bride avec le diamètre intérieur du tube lors de la sélection de ce type de bride. Bride tournante avec collet (Lapped Joint) Désignée type 03 pour la bride et type 33 (pour le collet) représentée sur les plans par D MEQ 096 A Vue d'une bride type 03 Sur ce type de bride le plateau est désolidarisé du tube et de la partie recevant le joint d étanchéité, appelée collet. Une seconde application, de cette bride, est la recherche d'une facilité d'orientation des trous de passage de la boulonnerie lors d'opération de montage ou de démontage répétitives. Sur une tuyauterie, généralement en acier inoxydable, ce type de bride, non soumise à l action corrosive du fluide, est en acier au carbone. La liaison avec le tube est réalisée par une seule soudure, bout à bout avec celui-ci. Il faut veiller, alors, à la concordance des épaisseurs du tube et du collet. Le contrôle de cette jonction par radiographie est une opération aussi aisée que dans le cas d'une bride avec collerette.

6 5 Bride pleine (Blind Flange - BF) Désignée type 05 et représentée sur les plans par D MEQ 097 A Vue d'une bride type 05 Ce type de bride, constitué par un disque plein, est employé afin d'obturer provisoirement l'extrémité d'une ligne. Boulonnée sur un robinet-vanne, sa dépose permet de réaliser une extension en s affranchissant des problèmes liés aux travaux avec unités en marche (pas de permis de feu). d - Les faces de bride La face de bride est l élément de la bride qui associé à l élément d étanchéité assure cette fonction. En toute rigueur, à un type ;y de face de bride, en général, est associé une famille de joint. Les principaux types de face de bride sont : - la face plate ou flat face (désignée FP ou FF) D MEQ 099 A (s utilisent également sur les tuyauteries d eau, elles sont alors en acier au carbone) Ce type de face de bride n'est utilisé que sur les brides constituées par un matériau ne présentant que de faibles caractéristiques mécaniques de traction, tel que par exemple, le bronze, la fonte et les matériaux plastiques. Le joint porte alors sur toute la surface annulaire comprise entre le diamètre extérieur du plateau et le diamètre intérieur de passage du tube et est percé afin de permettre le passage de la tige de la boulonnerie. - la face de bride surélevée ou raised ;y;; face yy (désignée FS ou RF) La portée en contact avec le joint est en surélévation de quelques millimètres (1,6 mm pour la série ISO-PN 20 et 50, 6,4 mm audessus). L'objectif de cette surélévation est de concentrer l'effort de serrage sur le joint par la déformation du plateau afin d'assurer l'étanchéité la plus parfaite possible. D MEQ 098 A

7 6 La finition de ces types de face peut être : - lisse (Smooth finish) pour permettre l'emploi de joint plat ou spiralé - glacé (Cold water finish) la surface est dans ce cas plane et a l'apparence d'un miroir. Elle est utilisée lors d'un contact métal sur métal, sans présence d'un joint. - striée à rainures concentriques ( Concentric serrated) - striée à rainure spiralée à fond anguleux (Spiral serrated) - striée à rainure spiralée à fond arrondi (Stock finish) La face à emboîtement - simple emboîtement mâle et femelle, le rôle de cet emboîtement est de servir de brise-jet à la fuite en cas de rupture du joint - double emboîtement mâle et femelle, le joint est, dans cette configuration, bloqué dans un lamage circulaire ; le rôle de ce double emboîtement est, tout en renforçant la tenue radiale du joint, de maintenir les caractéristiques mécaniques de celui ci et ainsi de pouvoir l'employer à un niveau plus élevé face à l'action de la température et de la pression - emboîtement pour joint annulaire (RTJ), un lamage de profil trapézoïdal est destiné à recevoir un anneau métallique. Afin de se dégager des sujétions imposées par le choix du double emboîtement, ce type de face est utilisé en industrie pétrochimique sur les fluides à hautes pressions et hautes températures ainsi que sur les fluides difficiles à étancher, tel que l'hydrogène par exemple e - Désignation des brides Une bride ou un collet, conforme à la NFE 29203, se désigne de la manière suivante et dans l ordre par : - le terme bride ou collet - ISO PN suivi du numéro approprié - DN suivi du numéro approprié - la symbolisation comprenant le numéro du type de bride ou de collet suivi de la lettre désignant le type de face (1) - l état de surface de la face de joint - la référence à la présente norme - le matériau (préciser la nuance en référence à la norme NF E ou à la norme NF M 87508) - le diamètre extérieur spécifié du tube et son épaisseur (s il y a lieu) Exemple de désignation d une bride à collerette à assembler bout à bout à face de joint surélevée, ISO PN 20, de DN 100, en acier non allié BF 48. Bride ISO PN 20, DN 100, type 11-B, NF E 29203, acier BF 48, pour tube 114,3 x 3,6.

8 7 2 - LES DIFFÉRENTS TYPES DE JOINT C'est l'élément qui va être incorporé entre les deux faces de bride (hors les cas où l'étanchéité est réalisée par contact métal sur métal) et ainsi assurer la fonction finale de l'étanchéité. Il existe un très grand nombre de variétés de types de joint ; dans l'industrie pétrochimique les joints les plus couramment utilisés sont : - les joints plats, au comportement plastique, en matériaux synthétiques et destinés à remplacer les matériaux à base d'amiante - les joints métalloplastiques, les plus courants, sont constitués par une âme métallique enroulée en spirale et comportant entre ces spirales un matériau synthétique qui, lui aussi, est destiné à remplacer l'amiante - les joints annulaires métalliques utilisés sur les faces de bride comportant une rainure circulaire de forme trapézoïdale (joint RTJ) Le type de joint à utiliser est défini par les classes de tuyauterie. 3 - LA BOULONNERIE C'est le dernier élément d'une liaison à bride. Le rôle de la boulonnerie est de reprendre les forces générées par les effets de fond dus à l'action de la pression interne et de transmettre les efforts à appliquer sur le joint pour lui assurer une assise correcte. En général, il est employé des tiges filetées équipées de deux boulons ; l'emploi de rondelles d'assise étant très exceptionnel en tuyauterie (l'ensemble étant désigné par le terme de lacet). L'acier constituant les tiges filetées, pour les conditions de service usuel, est de l'acier au carbone - manganèse. Pour les cas plus complexe (hautes pressions et hautes températures) il est, alors, fait appel à des aciers au chrome. Le type de boulonnerie à utiliser est défini par les classes de tuyauterie.

9 COURBES DE PRESSION MAXIMALE D'UTILISATION EN FONCTION DE LA TEMPÉRATURE Planche n 1 SELON ANSI B Groupe de matériaux 1.1 Pour acier au carbone selon ASTM A 105 A 350 Grd L F Class 2500 # Pression en bar Class 1500 # Class 900 # Class 600 # Class 400 # Class 300 # Class 150 # Température en degrés Celcius D MEQ 103 A Courbes tirées d'un tableau de valeurs données à titre indicatif

10 COURBES DE PRESSION MAXIMALE D'UTILISATION EN FONCTION DE LA TEMPÉRATURE Planche n 2 Famille de matériaux 1 A 1 Pour acier au carbone = SELON NF E et ISO 7005 BF 48 - BF 48 N BF 48 F ISO PN 420 Pression en bar ISO PN ISO PN 150 ISO PN 100 ISO PN 50 ISO PN Température en degrés Celcius PRESSION D'ESSAI HYDRAULIQUE, en bar à 20 C Série Pression en bar Courbes tirées d'un tableau de valeurs données à titre indicatif D MEQ 102 A

11 FACES DE PLAN DE JOINT SUR BRIDE Planche n 3 FACE PLATE ÉTAT DE FINITION *SMOOTH FINISH - FINITION LISSE Rugosité entre 1,6 et 6,3 µm FACE SURÉLEVÉE *COLD WATER FINISH - FINITION GLACÉE Finition glacée à l'apparence d'un miroir 1,52 à 6,35 FACE POUR JOINT ANNULAIRE *CONCENTRIC SERRATED ou SPIRAL SERRATED FACE STRIÉE CONCENTRIQUE ou SPIRALÉE 0,8 0,4 Angles arrondis *STOCK FINISH - SPIRALE selon NF M pas : 0,8 90 DN 300 0,04 R 1,6 6,35 à 20,64 Profil de la rainure 0,8 à 2,4 pas : 1,2 DN 350 7,14 à 36,51 23 FACES À EMBOÎTEMENT SIMPLE EMBOÎTEMENT D MEQ 101 A 0,06 R 3,2 DOUBLE EMBOÎTEMENT Étroit Large Large Étroit

12 Planche n 4 MATÉRIAUX POUR ASSEMBLAGE À BRIDES Selon ASTM Conditions limites de service Matériaux constituant les brides Matériaux constituant Matériaux constituant Vapeur Hydrocarbure les tiges filetées les écrous 232 C 232 C Acier au carbone Pour ISO PN 20 et ISO PN 50 A 181 Acier au carbone A307 Gr.B Acier au carbone A C 400 C Pour ISO PN 100 et au-dessus A 105 A193 Gr. B7 A 194 Gr. 2 ou 2H 454 C 482 C 520 C 550 C Acier au carbone A 105 Acier au carbone-molybdène A 182 Gr. F1 524 C 566 C Acier à 0,5 % de Cr-0,5 % de Mo A 182 Gr. F12 A 193 Gr. B14 A 194 Gr. 2 H ou C 621 C Acier à 1 % de Cr-0,5 % de Mo A 182 Gr. F12 Acier à 2,25 % de Cr-1% de Mo 593 C 650 C A 182 Gr. F22 Acier à 5 % de Cr-0,5 % de Mo A 182 Gr. F5 A 193 Gr. B5 ou B14 A 194 Gr. B3 Acier à 18 % de Cr-8 % de Ni Acier à 18 % de Cr Acier à 18 % de Cr 816 C A 182 Gr. F304-F316-F347-F321 8 % de Ni A 193 Gr. B8c 8 % de Ni A 193 Gr. B8c 46 C Acier calmé - silicium - aluminium A 350 Gr. LF1 A320 Gr. L7 A194 Gr C Acier à 3,5 % de Ni A 350 GR. LF3 Acier à 3,5 % de Ni A 320 T Gr. L10 Acier à 3,5 % de Ni A 194 Gr. 4 Acier à 18 % de Cr-8 % de Ni Acier à 18 % de Cr Acier à 18 % de Cr 196 C A182 Gr. F304 8 % de Ni A 320 Gr ; L8 ou 8c 8 % de Ni A 320 Gr ; L8 ou 8c Boulonnerie pour brides Acier au carbone Acier au carbone en fonte A 307 Gr. B A 307

13 CARACTÉRISTIQUES DES JOINTS D'ÉTANCHÉITÉ Planche n 5 Profil du joint Nature du join t y Pression d assise Serrage Serrage maximum m Coefficient de serrage Température admissible C Observation sur l utilisation F ibre végétale , C Sanitaire - Automobile É lastomère 2,8 30 1,25 70 à 100 C J oints Matériaux synthétiques 25 5 à 100 2, C tendres P TFE C Jaquette PTFE et synthétiques matériaux C Tous usages températures Flue sous élastique charge pour faibles et faibles pressions et pas de restitution - Joints S pirale Inox et synthétiques C O ndulé acier doux C métallolastiques Métalloplastique et acier doux , p C Métalloplastique avec centrage , C Très utilisé Performant et Réduit employé Accepte les de employé chaudronnés Sur efforts assemblages dans coûteux de fort serrage sur les à pétrochimie serrage et brides mais peu est souvent appareils Joints métalliques S trié inox 70 Sans limite 4, C Massif Plomb Aluminium Cuivre Fer Inox ,75 5,5 6,5 100 C 420 C 310 C 500 C C RTJ Acier doux 126 MP a 5,5 550 C Sur hautes températures pressions et hautes Sur appareils chaudronnés en chimie, assez peu utilisés par suite d efforts de serrage importants et de l absence de restitution élastique Hautes pressions brides spéciales mais faces de D MEQ 304 C