Risques et Pécautions liés au Matériel TUYAUTERIE - ROBINETTERIE - MATÉRIEL DE STOCKAGE Ingénieurs en Sécurité Industrielle TUBES ACIERS I - DIAMÈTRES DES TUBES... 1 1 - Normes Américaines - ANSI...1 2 - Normes Françaises - AFNOR...1 II - ÉPAISSEURS DES TUBES... 2 1 - Normes Américaines...2 2 - Normes Françaises...2 3 - Correspondance entre les normes Américaines et les normes Françaises...3 III - SUPPORTAGES DES TUYAUTERIES... 3 IV - MATÉRIAUX CONSTITUANT LES TUBES... 4 BE MTU - - Rév. 1 26/01/2005
1 Un tube est essentiellement défini par son diamètre, son épaisseur et la nature du matériau qui le compose. I - DIAMÈTRES DES TUBES Le diamètre d un tube est défini de manière différente suivant les normes de fabrication Américaines et Françaises. 1 - NORMES AMÉRICAINES - ANSI Il y a peu de temps, le diamètre était encore repéré par un nombre appelé Nominal Pipe Size NPS ou diamètre nominal exprimé en pouce ( ). Dans le cas d un tube obéissant à ces normes, le diamètre extérieur correspond à une valeur qui peut être lue sur catalogue ou sur les normes de tubes. Les tableaux en annexe donnent quelques exemples de relation entre NPS et diamètres extérieurs réels. On peut observer qu il n y a pas de corrélation directe entre le NPS et le diamètre extérieur réel jusqu'au NPS 12 inclus. Exemple : Un tube NPS 4 a un diamètre extérieur réel de 114,3 et non de 4 x 25,4 soit 101,6. A partir du NPS 14 il y a toutefois identité entre la valeur du nombre repère et le diamètre extérieur réel Exemple : un tube NPS 14 à un diamètre extérieur de 14 x 25,4 = 355,6. Les américains dans le but de s adapter au système métrique ont adopté réceent la normalisation ISO pour exprimer les diamètres nominaux (DN) de leurs composants de tuyauterie en les repérant par des nombres entiers 15 (1/2 ), 20 (3/4 ) 600 (24 ). NPS 1/2 3/4 1 11/2 2 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 DN 15 20 25 40 50 80 100 150 200 250 300 350 400 450 500 600 On peut remarquer que dans beaucoup de cas les DN sont obtenus en multipliant le nombre de pouces du NPS par 25. Exemple : l ancienne dénomination NPS 14 devient DN 350. 2 - NORMES FRANÇAISES - AFNOR Dans la norme NF coe dans la norme ISO, le tube est repéré par la valeur réelle de son diamètre extérieur exprimée en millimètres : Exemple : le tube NF 60,3 a un diamètre extérieur de 60,3. Il faut noter que les anciennes normes françaises définissant les tubes par des diamètres nominaux DN, dénomination à proscrire aujourd hui. Il y a concordance entre les diamètres extérieurs des tubes aux normes américaines et aux normes françaises.
2 II - ÉPAISSEURS DES TUBES Coe le diamètre, l épaisseur des tubes est exprimée différeent suivant les normes américaines et les normes françaises. 1 - NORMES AMÉRICAINES L épaisseur est définie par un nombre repère appelé schedule. Il est nécessaire de consulter un catalogue ou une norme pour trouver la valeur réelle de l épaisseur du tube en fonction du diamètre nominal et du schedule. Pour un tube en acier au carbone la définition de son Schedule (Sch) est donnée par la relation suivante : SCH. = 1000 P S P : pression intérieure sollicitant le tube S : contrainte admissible par l acier à la température maximale d utilisation (même unité pour P et S) Cette relation est limitée à la détermination de l épaisseur d un tube ne subissant pas de phénomène de corrosion. Par exemple, un tube supportant une pression de 40 bar et constitué d un acier capable de supporter une contrainte admissible de 1000 bar aurait un schedule minimum de 40. Les normes ANSI ont défini des valeurs standards de schedules (10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160). A chaque diamètre nominal de tube sont attribuées plusieurs valeurs de schedules donc d épaisseurs. Les tableaux en annexe montrent les différents schedules existants pour quelques diamètres nominaux. On observe qu à diamètre nominal égal, plus le schedule est grand, plus l épaisseur du tube est élevée Exemple : tube NPS 14 Sch. 10 épaisseur 5,334 tube NPS 14 Sch. 80 épaisseur 19,050 2 - NORMES FRANÇAISES L épaisseur d un tube est exprimée en millimètres. Des gaes d épaisseurs sont proposées en fonction du diamètre extérieur du tube et du numéro de la norme qui identifie le type de tube et ses conditions d utilisation et de livraison. Exemple : Tube 60,3 épaisseur 2,9 selon NF A 49111 Tube 60,3 épaisseur courante 2,9 selon NF A 49112 autres épaisseurs proposées 3,2-4 - 5-6,3 et 8
3 3 - CORRESPONDANCE ENTRE LES NORMES AMÉRICAINES ET LES NORMES FRANÇAISES S il y a concordance entre les diamètres extérieurs des tubes aux normes françaises et aux normes américaines, il n est pas possible de trouver une concordance sur les diamètres intérieurs car les épaisseurs sont différentes selon les normalisations. Ceci pose des problèmes de reprise d épaisseur (délardage), en cas de jonction de tubes soumis à une normalisation différente. III - SUPPORTAGE DES TUYAUTERIES Les tuyauteries sont soumises à différentes sollicitations : - poids de la tuyauterie vide, de ses accessoires et, éventuellement du liquide contenu - pression intérieure - effet du vent - coups de bélier, vibrations - effets dus à la dilatation Ces sollicitations engendrent des déformations et des contraintes mécaniques de traction, de flexion et de torsion qu il faut contenir dans des limites acceptables. On distingue principalement : Les supports de reprise de poids - sur tuyauterie horizontale, ils ont pour rôle de limiter la flèche - sur tuyauterie verticale, ils reprennent le poids pour éviter de fortes sollicitations mécaniques sur les raccordements aux liaisons avec les appareils ou les machines tournantes Les guidages ont pour rôle d assurer le libre déplacement de la tuyauterie dans une ou deux directions tout en contrôlant et en limitant le déplacement dans les autres directions. Les ancrages ont pour rôle d iobiliser la tuyauterie en un endroit appelé point fixe. La liaison entre la tuyauterie et la structure sur laquelle est fixée l ancrage doit être la plus rigide possible. D autres types de supports peuvent équiper les tuyauteries par exemple les supports à réaction variable ou constante appelés couraent supports à ressort. Ils ont pour but de reprendre le poids d une tuyauterie pour éviter les charges importantes sur les équipements tout en l accompagnant dans son déplacement. C est le cas des supports pour les lignes chaudes dont la dilatation est importante.
4 Support poids Support à ressort Guidage Libre Guidé Exemple de supportage Patins Ancré D CONS 1080 A IV - MATÉRIAUX CONSTITUANT LES TUBES L acier est le matériau le plus couraent utilisé pour élaboration des tubes. Les conditions maximales d'utilisation (pression et température) et le degré de corrosivité des fluides véhiculés influent sur le choix de l'acier. La pression intervient pour déterminer l épaisseur des tubes. La température influe sur la résistance mécanique des aciers. La corrosivité contraint à choisir un matériau de résistance chimique adaptée. Selon leur utilisation on distingue : L acier au carbone non allié utilisable entre 29 C et + 425 C. Toutefois, cet acier ne résiste pas à l oxydation à chaud, ni à la plupart des agents chimiques, qui entraînent des phénomènes de corrosion.
5 Les aciers faiblement alliés Pour résistance mécanique à haute température : par addition de molybdène et de chrome dont la teneur reste égale ou inférieure à 5 %, on obtient des aciers utilisables jusqu à 590 C. Ces aciers sont aussi appelés aciers de fluage (le fluage est le phénomène d allongement progressif des tubes au cours du temps sous l effet de la température et des sollicitations mécaniques). Pour résistance mécanique à basse température : par addition de nickel (dont la teneur peut être inférieure ou égale à 9 %), on obtient des aciers utilisables jusqu à 196 C. Ces aciers sont appelés aussi aciers de résilience (la résilience est la résistance aux chocs). Les aciers fortement alliés ou inoxydables et les supers alliages Ces aciers hautement alliés sont utilisés dans les cas suivants : - résistance mécanique à haute et très haute température - résistance chimique selon concentration et température des agents corrosifs Ils sont obtenus par addition de chrome et de nickel dont les proportions peuvent varier de 17 à 40 % pour le chrome et de 8 à 50 % pour le nickel. D autres éléments peuvent être ajoutés à ces aciers (cobalt, tungstène, vanadium, etc.). Suivant leur composition ils peuvent résister à des températures limites allant de + 1200 C à 196 C. D autres compositions d'alliages existent et sont utilisables pour des services particuliers. Ils sont parfois désignés par des noms d'origine coerciale par exemple : Hastelloy - Incoloy - Uranus - etc. Les matériaux plastiques et les composites A côté des aciers on rencontre de plus en plus, notaent dans l'industrie chimique, des tubes en matériaux plastiques ou en matériaux composites. Ils sont réalisés en PVC, polyéthylène (PE) polypropylène (PP), polyfluorure de vinylidène (PVDF), ABS, résines diverses, etc. Leurs caractéristiques d'utilisation sont les suivantes : - bonne résistance aux agents chimiques - mauvais comportement à la température (jusqu à 100 C maximum pour certains) - grand coefficient de dilatation (beaucoup plus que l acier) - assemblage des pièces de raccord délicat - très mauvais comportement au feu Les diamètres des tuyauteries plastiques sont en cours de normalisation. Pour des services sévères sur le plan de l agressivité du produit on utilise des tubes en acier revêtus intérieurement de matériaux résistants à la corrosion : émail vitrifié, résines epoxy, graphite, zinc (galvanisation). Les tuyauteries sont dans ce cas conçues en éléments démontables fabriqués en atelier pour assurer la qualité du revêtement interne. Les interventions pour réparation sont délicates sur site et exigent une intervention d atelier.
6 DIMENSIONS DES TUBES ACIER CORRESPONDANCE API-ANSI NPS en ISO DN composants Ø EXT. Épaisseur NORM. FABRICATION API STANDARD API ANSI SCH. Ø INT. 1/8 3 10,29 1,73 5L STD 40 6,83 2,41 5L XS 80 5,46 1/4 6 13,72 2,24 5L STD 40 9,25 3,02 5L XS 80 7,67 3/8 10 17,15 2,31 5L STD 40 12,52 3,02 5L XS 80 10,74 2,77 5L STD 40 15,80 1/2 15 21,34 3,73 5L XS 80 13,87 4,78 160 11,79 7,47 5L XXS 6,40 2,87 5L STD 40 20,93 3/4 20 26,67 3,91 5L XS 80 18,85 5,56 160 15,54 7,82 5L XX5 11,02 3,38 5L STD 40 26,64 1 25 33,401 4,55 5L XS 80 24,31 6,35 160 20,70 9,09 5L XXS 15,21 3,68 5L STD 40 40,89 1 1/2 40 48,26 5,08 5L XS 80 38,10 7,14 160 33,99 10,16 5L XXS 27,94 2,11 5L 5LX 56,11 2,77 5L 5LX 54,79 3,17 5L 5LX 53,97 3,58 5L 5LX 53,16 3,91 5L 5LX STD 40 52,50 2 50 60,325 4,37 5L 5LX 51,59 4,78 5L 5LX 50,77 5,54 5L 5LX XS 80 49,25 6,35 5L 5LX 47,62 7,14 5L 5LX 46,05 8,74 42,85 11,07 5L 5LX XXS 38,18
7 DIMENSIONS DES TUBES ACIER CORRESPONDANCE API-ANSI NPS en ISO DN composants Ø EXT. Épaisseur NORM. FABRICATION API STANDARD API ANSI SCH. Ø INT. 2,11 5L 5LX 84,68 2,77 5L 5LX 83,36 3,17 5L 5LX 82,55 3,58 5L 5LX 81,74 3,96 5L 5LX 80,98 3 80 88,9 4,37 5L 5LX 80,16 4,78 5L 5LX 79,35 5,49 5L 5LX STD 40 77,93 6,35 5L 5LX 76,20 7,14 5L 5LX 74,63 7,62 5L 5LX XS 80 73,66 11,13 5L 160 66,65 15,24 5L 5LX XXS 58,42 2,11 5L 5LX 5LS 110,08 2,77 5L 5LS 108,76 3,17 5L 5LX 5LS 107,95 3,58 5L 5LX 5LS 107,14 3,96 5L 5LX 5LS 106,38 4,37 5L 5LX 5LS 105,56 4,78 5L 5LX 5LS 104,74 4 100 114,3 5,16 5L 5LX 5LS 103,99 5,56 5L 5LX 5LS 103,17 6,02 5L 5LX 5LS XTD 40 102,26 6,35 5L 5LX 5LS 101,60 7,14 5L 5LX 5LS 100,03 7,92 5L 5LX 5LS 98,45 8,56 5L 5LX 5LS 97,18 11,13 5L 5LX 5LS SX 80 92,05 13,49 5L 5LX 5LS 160 87,33 17,12 5L 5LX 5LS XXS 80,06