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LES ÉQUIPEMENTS
LA TUYAUTERIE
SUPPORT DE FORMATION
Cours EXP-PR-EQ040 Révision 0.1
Exploration & ProductionLes Équipements
La Tuyauterie
Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007 Page 2 de 64
LES ÉQUIPEMENTS
LA TUYAUTERIE
SOMMAIRE
1. OBJECTIFS .....................................................................................................................4 2. LES FONCTIONS DE LA TUYAUTERIE.........................................................................5
2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................5 2.2. RESEAU DES PIPES................................................................................................5 2.3. UN TUYAU OU PIPE ................................................................................................6 2.4. LES BRIDES .............................................................................................................6 2.5. LES JOINTS..............................................................................................................7 2.6. LES OBTURATEURS ...............................................................................................7 2.7. EXERCICES .............................................................................................................8
3. CONSTITUTION DE LA TUYAUTERIE...........................................................................9 3.1. LES TUBES OU PIPES.............................................................................................9
3.1.1. Les caractéristiques............................................................................................9 3.1.2. Les différents types...........................................................................................10 3.1.3. Les différents classes .......................................................................................10
3.2. LES BRIDES ...........................................................................................................12 3.2.1. Les différentes brides .......................................................................................12
3.2.1.1. Les différents types de brides ....................................................................12 3.2.1.2. Les différents types de faces......................................................................13 3.2.1.3. Les différentes classes...............................................................................15
3.2.2. Les caractéristiques..........................................................................................17 3.2.2.1. Les normes Américaines :..........................................................................17 3.2.2.2. Les normes françaises AFNOR :................................................................21
3.2.3. Les différents types d’assemblage....................................................................22 3.2.4. Serrage des brides ...........................................................................................24
3.2.4.1. Les couples de serrage..............................................................................24 3.2.4.2. Outillage pour le serrage par allongement .................................................26 3.2.4.3. Installation d'un nouveau joint ....................................................................27
3.2.5. Les principaux raccords utilisées ......................................................................29 3.3. LES JOINT ..............................................................................................................30
3.3.1. Les différentes types.........................................................................................30 3.3.1.1. Les joints tendres .......................................................................................30 3.3.1.2. Les joints métalliques.................................................................................32 3.3.1.3. Les joints métalloplastiques .......................................................................33
3.3.2. Utilisation des joints ..........................................................................................34 3.4. LES OBTURATEURS .............................................................................................36
3.4.1. Les différents types...........................................................................................36 3.4.1.1. Les joints pleins..........................................................................................36 3.4.1.2. Les obturateurs réversibles ........................................................................36 3.4.1.3. Les brides pleines ......................................................................................37
3.4.2. Le support des joints.........................................................................................38
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3.5. AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTS TYPES..........................40 3.5.1. Acier carbone....................................................................................................40 3.5.2. Inoxydable (Stainless steel ) .............................................................................40 3.5.3. Les matières synthétiques ................................................................................41
3.6. EXERCICES ...........................................................................................................42 4. REPRÉSENTATION ET DONNÉES..............................................................................44
4.1. LES TUBES OU PIPES...........................................................................................44 4.1.1. Codification des tubes ......................................................................................44 4.1.2. Principe d’identification des pipes suivants les spec TOTAL ............................44
4.2. REPRÉSENTATION SUR P&ID..............................................................................47 4.3. DIMENSIONNEMENT.............................................................................................50
4.3.1. Les critères de dimensionnement .....................................................................50 4.3.2. Dimensions des pipes.......................................................................................50 4.3.3. Choix et principe de changement de classe .....................................................53
4.4. EXERCICES ...........................................................................................................53 5. CONDUITE DE LA TUYAUTERIE .................................................................................54
5.1. LES PRÉCAUTIONS AVANT LA MISE EN SERVICE............................................56 5.2. LES PRÉCAUTIONS AVANT UN ARRÊT OU UNE INTERVENTION....................56 5.3. MAINTENANCE 1er DEGRÉ ...................................................................................57 5.4. EXERCICES ...........................................................................................................57
6. TROUBLESHOOTING...................................................................................................58 6.1. LES PROBLÈMES DE LA TUYAUTERIE ...............................................................58
6.1.1. Corrosion externe .............................................................................................58 6.1.2. Corrosion interne ..............................................................................................60 6.1.3. Autres causes de détériorations .......................................................................60 6.1.4. Les protections .................................................................................................61
6.2. RETOUR D’EXPÉRIENCE......................................................................................61 7. GLOSSAIRE ..................................................................................................................62 8. SOMMAIRE DES FIGURES ..........................................................................................63 9. SOMMAIRE DES TABLEAUX .......................................................................................64
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1. OBJECTIFS
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2. LES FONCTIONS DE LA TUYAUTERIE
2.1. INTRODUCTION La tuyauterie ou pipe est l’élément d’un réseau qui permet de transporter un fluide d’un équipement à un autre. Les différents fluides transportés :
Les fluides incompressibles (liquide)
Les fluides compressibles (gaz)
Les fluides sous haute pression
Les fluides mixtes liquide gaz / liquides chargés / solides Les principes de déplacements
Différence de pression entre 2 équipements amont et aval
Pompe (liquide)
compresseur (gaz)
Écoulement par gravité.
2.2. RESEAU DES PIPES Le réseau des pipes signifie un réseau complet (pipes, les vannes et autres accessoires qui sont reliés ensemble pour mener à bien un travail spécifique. Un exemple familier d'un système de pipe est le réseau des conduites d'eau dans les maisons. Ce système inclut tous les composants qui sont exigés pour apporter l'eau à la maison et puis pour la distribuer aux différents endroits dans la maison. Les systèmes de pipe sont essentiels pour le succès des opérations de n'importe quelle usine industrielle, il y a différents systèmes avec chacun sa fonction spécifique. Par exemple des réservoirs de stockage de Gasoil aux brûleurs de la chaudière.
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Figure 1: Réseau des pipes
2.3. UN TUYAU OU PIPE Les tuyaux sont le plus souvent destinés à permettre un écoulement de fluide et doivent supporter des efforts de pression, de compression et de traction bien déterminés. Ils doivent aussi résister au flambage.
2.4. LES BRIDES Les brides ont pour but de réaliser une liaison démontable et étanche entre deux éléments d'une tuyauterie (tronçon de tuyauterie, liaison sur une machine tournante, sur un appareil chaudronné).
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2.5. LES JOINTS Placé entre 2 brides, un joint d'étanchéité doit posséder les qualités suivantes :
Être suffisamment plastique pour absorber les irrégularités de surface,
Résister à la pression de service sans se rompre,
Avoir un retour élastique suffisant qui permette le cheminement du fluide,vers l’extérieure (fuite)
Ne pas être attaqué par le fluide véhiculé.
2.6. LES OBTURATEURS Ils sont appelés également :
Joints pleins
Platines
Palettes L'installation des obturateurs a pour but d'isoler un tronçon de tuyauterie ou une capacité, à chaque fois que l'on veut avec certitude qu'il n'y ait pas de fuite. On peut distinguer 3 fonctions essentielles des palettes, lors d'un arrêt d'unité :
Les OBTURATEURS d'isolement Posées en Batterie Limite dés le début de l'arrêt, afin d'isoler complètement l'unité du reste des installations toujours en service.
Les OBTURATEURS de travail
Les palettes seront posées au plus près des capacités, des appareils et des machines, qui seront visités, révisés ou dont la pénétration sera rendue nécessaire.
Les OBTURATEURS d'épreuve
Elles ont pour but d'isoler et de résister aux pressions d'épreuve des appareils, lors des tests règlementaires du service des mines ou d'inspection.
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2.7. EXERCICES 1. Qu’est-ce qu’un réseau de pipes ?
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3. CONSTITUTION DE LA TUYAUTERIE
3.1. LES TUBES OU PIPES
3.1.1. Les caractéristiques Un tube est défini par son diamètre, l’épaisseur de l'enveloppe et la qualité de l'acier qui le compose Le diamètre nominal exprimé suivant les normes françaises ou suivant les normes américaines n’est qu’un simple numéro qui sert à classer les tubes
Figure 2: Les définitions d'un tube Correspondance de diamètres entre les normes françaises (AFNOR) et américaines (ANSI) :
Diamètre nominal français DN 50 DN 100
Diamètre en pouce 2" 4"
Diamètre extérieur réel 60,3 114,3 Dans la norme française AFNOR l’épaisseur sera exprimée en mm. Dans la norme américaine ANSI l’épaisseur sera définie par le Schédule Number, (selon le métal) représenté sous forme de tableau.
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Cette norme est définie par le code américain ANSI B 36-10 pour l'acier au carbone en fonction de la pression intérieure (P) et de la contrainte admissible du métal à la température d'utilisation.
3.1.2. Les différents types On distingue trois différents types :
Les tubes soudés
Obtenus à chaud ou à froid ils ont un coefficient d’assemblage soudé .Suivant le procédé de fabrication de l'enveloppe, la soudure peut être longitudinale (tube roulé soudé) ou hélicoïdale (tube spiralé).
Les tubes centrifuges
Obtenus par coulée de métal dans un moule cylindrique tournant, ces tubes sont réservés aux aciers spéciaux.
Les tubes sans soudures
Ce sont les plus utilisés dans l'industrie pétrolière et pétrochimique. Ils sont obtenus en faisant chauffer une billette d'acier à environ 1250°C, puis après un perçage réalisé par une poire métallique, on lamine et on calibre le tube obtenu
3.1.3. Les différents classes API : Principalement utilise pour les applications pétrolières en très haute pression. ASME : Brides et tubes standards et utilise fréquemment,. Les têtes de puits sont équipées en API. Les manifolds sont équipés soit en API soit en ASME. Les utilités sont généralement équipées en ASME.
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Figure 3: Abréviations utilisés
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3.2. LES BRIDES
3.2.1. Les différentes brides
3.2.1.1. Les différents types de brides
A souder (welding neck)
A utiliser pour les DN >= 2 " dans la plupart des cas (la plus résistante)
Figure 4: Bride à souder
A emboîtement (socket welding)
Utilisée uniquement pour classes 150 et 300 (acier au carbone)
Figure 5: Bride à emboîtement
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A visser (threaded)
Utilisée pour les lignes des utilités, ne pas utiliser pour les lignes procédées
Figure 6: Bride à visser
3.2.1.2. Les différents types de faces
Face plate (Flat Face FF)
Utilisée pour brides en fonte et plastique renforcé (SVR)
Figure 7: Face plate
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Face surélevée (Raised Face RF)
Utilisée pour classes 150 à 600
Figure 8: Face surélevée
Face annulaire (Grooved for Ring Joint RJ)
Utilisée pour classes 900 à 10 000
Figure 9: Face annulaire
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3.2.1.3. Les différentes classes
Classe TOTAL
Classe ASME
Matériel (corrosion in
mm)
Fluide
Température
B01
150 RF
C.S. (1.27)
Hydrocarbures (gaz où liquide
non corrosif) Drains pressurisés
Gaz de torchage non corrosif, Fuel gaz Gasoil Diesel Azote
Eau huileuse Eau de refroidissement (non
corrosif) Eau de rejet (non corrosif)
Méthanol Glycol
-29 °C à 220 °C
D01 300 RF C.S. (1.27)
Hydrocarbures (gaz où liquide
non corrosif) Drains pressurisés
Fuel oil (moyenne pression), Azote (moyenne pression),
Méthanol Glycol
-29 °C à 200 °C
F01 600 RF C.S. (1.27)
Hydrocarbures (gaz où liquide
non corrosif) Systèmes hydrauliques basse
pression Méthanol
Glycol
-29 °C à 200 °C
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Classe TOTAL
Classe ASME
Matériel (corrosion in
mm)
Fluide
Température
G01 900 RJ C.S. (1.27)
Hydrocarbures (gaz où liquide
non corrosif) Gaz désacidificié (HP sweet
gas) Méthanol
Glycol
-29 °C à 200 °C
H01 1500 RJ ou
Hub connectors
C.S. (1.27)
Hydrocarbures (gaz où liquide
non corrosif) Gas désacidificié (HP sweet
gas) Eau d’injection (eau de mer
dégazifié, non corrosif) Systèmes hydrauliques MP
Méthanol Glycol
-29 °C à 200 °C
J01 2500 RJ ou
Hub connectors
C.S. (1.27)
Hydrocarbures (gaz ou liquide
non corrosif) Gaz désacidificié (HP sweet
gas) Eau d’injection (eau de mer
dégazifié, non corrosif) Systèmes hydrauliques HP
Méthanol Glycol
-29 °C à 200 °C
Table 1: Les différents classes de brides (TOTAL et ASME)
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3.2.2. Les caractéristiques Une bride est définie par divers éléments :
Son type : il est fonction de l'usage, de la contrainte, du couple de service Pression et Température,
Son diamètre : il est fonction du diamètre de la ligne de tuyauterie,
Sa face : elle est fonction du joint d'étanchéité qui va être utilisé,
Sa série ou sa classe : elle caractérise les capacités de supporter le couple
pression et température,
Sa matière : elle est fonction du couple pression et température et de la résistance à la corrosion face à l'agressivité du fluide véhiculé.
3.2.2.1. Les normes Américaines : Comme les pipes sont classifiés par « Schedule », les brides sont classifiées selon des normes suivantes, en pression nominales (PN) ou classe ‘ou série)
API (American Petroleum Institute)
ASME (American Society of Mechanical Engineers) ASME était appelé:
American Standard Association (ASA ⇒ 1966).
United States of America Standard (USAS ⇒ 1969)
American National Standard Institute (ANSI ⇒ 1982).
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Nouvelle denomination
Ancienne denomination
PN 20
Classe 150 #
PN 50
Classe 300 #
PN 100
Classe 600 #
PN 150
Classe 900 #
PN 250
Classe 1 500 #
PN 420
Classe 2 500 #
Table 2: La nouvelle dénomination des brides ANSI
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Class
Temperature
Psi
- 29 °C à 38 °C 260 °C 454 °C
150
19 bars 10.35 bars /150 psi
300
49.6 bars 20.70 bars / 300 psi
400
66.2 bars 27.60 bars / 400 psi
600
99.3 bars 41.40 bars / 600 psi
900
148.9 bars 62.10 bars / 900 psi
1 500
248.4 bars 103.45 bars / 1 500 psi
2 500
414 bars 172.40 bars (2 500 psi)
Table 3: Pression maximum admissible en fonction des normes ASME B 16,5
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Valeur en lbs
Utilisation
150
Basse pression
300
Pression intermédiaire
600
Haute pression
900
Très haute pression
1500
Très très haute pression
2500
Pression maximum
Table 4: L'utilisation des différentes classes
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Figure 10: Courbe de pression en fonction des séries
3.2.2.2. Les normes françaises AFNOR : Initialement en tenant compte du matériau des brides, la série était exprimée en PN (pression nominale donnée en bar) et correspondant à la pression maximale que pouvait supporter l'assemblage à une température limite de 110 °C. Les valeurs des séries PN normalisées étaient les suivantes : PN : 2,5 – 6 – 10 – 16 – 25 – 40 – 64 – 100 – 160 – 250 – 320 – 400 – 640 – 1000
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3.2.3. Les différents types d’assemblage
Figure 11: Face à joint annulaire
Figure 12: Face plate
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Figure 13: Face surélevé
Figure 14: Face à emboîtement simple
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Figure 15: Face emboîtement double
3.2.4. Serrage des brides Le serrage des brides doit se faire selon un ordre bien précis ,qui permet d’obtenir un parallélisme entre les deux brides d’une part et d’autre part permet un écrasement uniforme du joint donc une bonne étanchéité.
3.2.4.1. Les couples de serrage Une clé dynamométrique est un outil réglable, qui permet de limiter le couple de serrage des vis et écrou afin que ceux-ci soient montés de manière optimale. Les plus anciens modèles, totalement mécaniques, émettent un claquement, lorsque le couple (réglable par un curseur sur la clé) est atteint. Il faut impérativement réarmer la clé avant chaque serrage. Les modèles actuels ne nécessitent plus le réarmement de la clé. Il existe désormais une partie électronique, comportant un afficheur et un clavier, associée à une jauge de contrainte qui déclenche un buzzer qui avertit l'opérateur quand le serrage est suffisant. Inutile de réarmer la clé, il faut juste changer les piles lorsqu'elles sont usées. Exemple: Généralement un couple de serrage est exprimé en daN.m (1 décaNewton.m = 10 Newton.m). Les écrous d'une culasse de voiture seront par exemple serrés à 9 daN.m.
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Table 5: Exemple de tableau avec couples de serrage
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3.2.4.2. Outillage pour le serrage par allongement Nous décrivons les vérins tendeurs, comme les outillages de serrage par extension, car ils permettent de serrer la vis sans aucune contrainte de serrage (friction ou torsion). Le principe d’utilisation du vérin tendeur (méthode de serrage par extension, est expliqué brièvement, tout comme ses avantages, et comparé à un serrage au couple traditionnel. L’utilisation de la méthode de serrage par extension, permet une grande reproductibilité du serrage d’une vis à l’autre (tolérance proche de ±2,5%).
Le vérin tendeur est positionné sur le filetage de la vis (dépassant au-dessus de l’écrou). Figure 16: Pose du vérin tendeur sur la vis
La pression hydraulique est fournie à l’aide d’un groupe hydraulique, ce qui permet d’étirer la vis sans aucune contrainte de torsion ou de friction. La pression hydraulique transmise au vérin tendeur à une relation linéaire avec la force de tension de la vis, ce qui permet d’assurer un degré de précision élevé.
Figure 17: Étirage de la vis Une fois la pression requise atteinte, l’écrou est mise en contact avec la surface d’appui, sans aucune contrainte de friction, à l’aide d’une clé dynamométrique à main. Grâce à ce principe et en l’absence de toute contrainte de serrage (torsion et friction), il est possible de serrer des vis à 98% de la limite élastique. Positionner le vérin tendeur sur la vis, en utilisant une clé de serrage ou une visseuse électrique. Lorsque la pression hydraulique sélectionnée est atteinte, la vis est étirée sans aucun effort de friction ou de torsion.
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Positionner l’écrou sur la surface de contact à l’aide d’une clé de serrage. La vis est maintenant serrée.
Figure 18: Positionnement de l'écrou
Avantages:
Grande force de serrage avec des outillages de petites dimensions (Filetage W 510 ou M340; 45,000 kN)
Pas d’effort de torsion dans la vis
Juste un effort de tension dans la vis
Serrage par extension de plusieurs vis simultanément (multi-tensioning system)
Un vérin tendeur peut être utilisé pour plusieurs dimensions de vis
Utilisation parfaite pour l’usage d’acier inoxydable car il n’y a aucun risque de
soudure à froid (grippage) du filet.
Les plans de joint, sujet à de hautes températures (exemple en turbines gaz) peuvent être désassemblés même après de longues périodes.
La relation linéaire entre la force de tension du vérin tendeur et la pression
hydraulique, garantissent une reproductibilité importante
3.2.4.3. Installation d'un nouveau joint
Visuellement examinez et nettoyez les brides, les boulons, les écrous et les rondelles
Lubrifiez les boulons et les écrous
Soyez sûr que le joint est conforme aux caractéristiques (type, matériel, ND, la
classe…)
Installez le joint et les boulons, la main serrent des écrous et examinent l'espace pour assurer l'uniformité
Pré-serrez les écrous au couple de 10/20 ft.lbs, n'excédez pas 20 % du couple
final
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Procédez au serrage final en serrant en en utilisant le modèle indique serrant
dans l'ordre et en contrôlant chacun des boulons
Resserrez après 24 h où a chaque élévation de température du pipe
Figure 19: Ordre de serrage des boulons
Figure 20: Ordre de serrage pour différents types
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3.2.5. Les principaux raccords utilisées
Nom
Description et utilisation
Raccord
C’est un raccord male et femelle qui assemble
deux tuyaux droit
Union
C’est un raccord femelle qui peut être dévissé
Coude (45º or 90º)
Il permet le changement de direction d’un tuyau
Manchon
Avec des filetage interne et externe différents. Il
joint un tuyau à un autre tuyau plus petit
Tee (T)
Joint 3 tuyaux ensemble en T
Y joint
Joint 3 tuyaux ensemble en Y
Croix / + joint
Joint 4 tuyaux ensemble en +
Bouchon
Solide filetage male pour boucher temporairement
ou non un pipe
Capuchon
Solide bouchon avec filetage interne pour boucher
temporairement ou non un pipe
Mamelon
C’est un raccord male de petite section souvent
utilise pour raccorder d’autre raccords
Manchon de reduction
Sert à réduire les diametres d ‘un pipe
Table 6: Les principaux raccords
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3.3. LES JOINT
3.3.1. Les différentes types Les joints peuvent être classés en trois grandes familles qui comprennent :
Les joints tendres
Les joints métalliques
Les joints métalloplastiques Remarque :
Les joints contenant de l’amiante sont prohibés
Les joints plats en PTFE (Polytétrafluoroéthylène) ou contenant du PTFE ne sont pas acceptés
Les joints plats imprégnés de graphite ne doivent pas être utilisés avec des alliages
anti-corrosions quand ils sont en contact avec de l’eau salée
3.3.1.1. Les joints tendres
Les plus couramment utilisés sont les joints fibreux tendres composés d'un mélange d’élastomère.
L'élastomère apporte la résistance mécanique
Pour améliorer la résistance mécanique, une trame métallique très fine peut être
noyée à mi-épaisseur au moment de la fabrication;
De nombreux élastomères peuvent entrer dans la composition de ces joints : viton, caoutchouc, …
Certains joints sont enrobés de
PTFE.
Figure 21: Joint tendre
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Joints en caoutchouc synthétique
Épaisseur: 3 mm pour DN <= 6 " 5 mm pour DN > 8 "
Figure 22: Joint en caoutchouc synthétique
Joints en fibre synthétique (type klinger)
Doivent être imprégnés d’un revêtement anti-adhésif sur les 2 faces
Figure 23: Joint en fibre synthétique
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3.3.1.2. Les joints métalliques Ils sont utilisés pour des conditions de service très sévères en pression et en température. On en trouve trois types principaux :
Les joints toriques RTJ de section oblongue ou trapézoïdale
Les joints plats : lisses, striés ou cannelés
Les joints minces ondulés avec ou sans garnissage
Les joints lenticulaires Leur peu d'élasticité nécessite un serrage parfaitement réparti (ordre de serrage des têtes, mesure de leur allongement au cours du serrage, planéité et parallélisme des brides). Dans le cas contraire, la fuite est très probable.
Joints spiralés (spiral wound gaskets)
La partie spiralée doit être en acier inoxydable La garniture peut être en matière à base de PTFE ou en graphite avec inhibiteur de corrosion Les deux anneaux sont en acier au carbone revêtu d’époxy ou en acier inoxydable
Figure 24: Joint spiralé
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Joints annulaires métalliques (ring joint gaskets) La section peut être ovale ou octogonale Les joints doivent avoir une dureté (HB) < à celle des brides pour garantir une bonne étanchéité
Figure 25: Joints annulaires métalliques
3.3.1.3. Les joints métalloplastiques Une enveloppe métallique (cuivre, aluminium, acier inoxydable, …) enrobe un composé d’élastomère formant l'âme du joint.
Figure 26: Joint métalloplastique
Lorsqu'ils sont mis en place dans une gorge, ces joints doivent avoir le côté sertissage placé dans le fond de la gorge. Figure 27: Pose d’un joint métalloplastique
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3.3.2. Utilisation des joints Les joints doivent être absolument adaptés aux conditions de service (diamètre, série, qualité). Les joints ne sont pas réutilisables à l'exception de certains joints métalliques. Ceux-ci peuvent être réemployés à condition qu'ils ne soient pas déformés, ni rayés. Les faces des brides ne doivent pas avoir de détérioration telles que : rayures, corrosion, piqûres appréciables, … Les joints doivent être parfaitement centrés entre les brides. La technique de serrage doit assurer un écrasement progressif régulier sur toute la surface du joint. Les enveloppes métalliques sont sensibles à divers types de corrosion. Il est bon de vérifier l'état des joints après utilisation. Une bande, de PTFE, de graphite expansé, de fibres céramique est enroulée en spirale en même temps qu'un feuillard métallique en forme de V. Ce type de joint est appelé joint spiralé. Lorsqu'ils sont utilisés avec des brides à faces surélevées, ils sont munis d'un anneau de centrage extérieur. Pour éviter que la spirale métallique ne se détériore côté fluide, ils peuvent être équipés d'un anneau interne
Figure 28: Joint avec anneau de renfort et anneau de
centrage
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FLUIDE
MATERIEL
Eau
Caoutchouc
Huile froide
Néoprène
Huile chaude
Fer homogène
Gaz basse température
Caoutchouc
Gaz haute température
Élastomère
Acides
Métal résistant à la corrosion
Table 7 : Type de matériaux en fonction du fluide
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3.4. LES OBTURATEURS
3.4.1. Les différents types
3.4.1.1. Les joints pleins Ce sont de simples disques métalliques munis d'une queue et posés en cas de besoin.
Figure 29 : Joint plein
3.4.1.2. Les obturateurs réversibles Les joints à lunettes sont installés en permanence.
En position ouverte, ils laissent passer le fluide, en position fermée, ils arrêtent la circulation. Figure 30: Joint à lunettes
Ils sont placés entre deux brides.
Figure 31: Montage d'un joint à lunettes
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Figure 32: Joint à lunettes en position ouverte
Figure 33: Joint à lunettes en position fermée
3.4.1.3. Les brides pleines
Figure 34: Brides pleines
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Les brides pleines sont installées pour fermer les extrémités de pipes, de vannes ou d’équipements. Les tiges boulonnées passent à travers les brides pleines et les brides de l’équipement. Après la mise en place d’un joint les boulons devront être serrés suivant les spécifications.
Figure 35: Bride pleine
ATTENTION :
Brides, joints et boulonnerie doivent correspondre à la classe de la bride initiale.
3.4.2. Le support des joints Les tuyaux sont soumis à des efforts qui sont :
Leur propre poids
Des vibrations
La dilatation Il est donc impératif qu’ils soient supportés pour maintenir le réseau en bon état de fonctionnement.
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Les différents types de supports:
Fixe de type collier, ou bien soudés
Glissant, permettant une liberté de mouvement dans un axe,ou un plan pour permettre la dilatation du tuyau.
Support spécial de type boite à ressort
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3.5. AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTS TYPES
3.5.1. Acier carbone Avantages
Prix de la matière première
Facilitée de soudure
Bonne résistance à la pression / Inconvénients
Sensible à la corrosion
3.5.2. Inoxydable (Stainless steel ) Il existe différent qualité d’inox exemple 304/ 316 / 316 L Le 304 étant le bas de gamme que l’on utilise dans les endroits qui nécessitent une protection anti corrosive simple Le316L plus élaboré que l’on utilise dans les secteurs plus corrosif. Les chiffres correspondent aux différents pourcentages de Nickel qui ont été employés dans la fabrication Avantages
Résiste à la corrosion Inconvénients
Difficulté soudure
Formation de pile galvanique avec l’acier carbone des structures
Prix
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3.5.3. Les matières synthétiques Avantages
Résiste à la corrosion
Légèreté
Facilité de mise en œuvre
Ne nécessite pas de travail à chaud ( sauf pour certains composants en thermoplastique)
Inconvénients
Peu résistant à la pression
Fragile aux chocs
Mauvaise tenu au feu
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3.6. EXERCICES 2. Par quoi est défini un tuyau ?
3. Quels sont les avantages d’un tuyau en inox ?
4. Quels sont les inconvénients d’un tuyau en inox ?
5. Quelle est la mesure habituellement utilisée pour définir le diamètre d’un tuyau ?
Centimètre
Pouce
Mètre
6. Quelles sont les normes utilisées ?
7. Citez deux types de brides pour l’assemblage de deux tuyaux :
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8. Citez les 3 grandes classes de joints
9. A quoi sert un obturateur d’épreuve ?
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4. REPRÉSENTATION ET DONNÉES
4.1. LES TUBES OU PIPES
4.1.1. Codification des tubes Les réseaux sont classés en tant que lignes de process ou de service. Les pipes de service transportent l'eau, la vapeur, le gaz et l'air qui sont exigés pour des systèmes d'utilité de process. La plupart des pipes sont de couleur codée. Le fluide transporté est identifié par la couleur et le code. Par exemple le pipe qui transporte l'eau pour la protection contre les incendies est habituellement peint en rouge et est également identifié avec le lettrage blanc.
4.1.2. Principe d’identification des pipes suivants les spec TOTAL La classe est identifiée par un code, composé de : 1 lettre et 3 chiffres Exemple: B 511 B ⇒ Classe = 150 lbs (livres soit 1lbs est égal à 453 gr) classe ASME 51 ⇒ Liquide ou hydrocarbure gazeux peu corrosif 1 ⇒ Epaisseur de corrosion = 1.5 mm Les classes :
A B C D E F G H J 125 150 300 600 900 1500 2500 TUBING 10 000
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Les épaisseurs de corrosion :
0 ⇒ 0.0 mm
1 ⇒ 1.5 mm
2 ⇒ 3.0 mm
3 ⇒ 6.0 mm
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4.2. REPRÉSENTATION SUR P&ID Afin de pouvoir lire les différents documents à notre disposition sur les sites pétroliers, notamment en ce quoi concerne le piping ,il est nécessaire de SAVOIR reconnaître et interpréter ,les symboles ,lignes et autres informations se trouvant sur les PFD et PID. Un PID (Piping & Instrumentation Diagram) comporte en général un minimum d’information sur le pipe (ceci est particulièrement important pour les modifications de lignes)
Les lignes de pipes avec les symboles
Les vannes avec leur système de d’ouverture et fermeture.
Les soupapes Attention de vérifier que vous travaillez sur la dernière révision
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Figure 36: PID Fuel gas scrubber
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4.3. DIMENSIONNEMENT
4.3.1. Les critères de dimensionnement Le dimensionnement d’un pipe et des éléments associés est défini par l’utilisation envisagée (débit, vitesse, pression, localisation) Il existe des formules de calcul, qui donneront les dimensions correctes On essaie de ne pas surdimensionner les tubes pour des problèmes de poids, de prix et d’excès d’épaisseur.
4.3.2. Dimensions des pipes Les dimensions des pipes sont standardisées en pouce et aussi en système métrique. Le plus couramment utilisé sont les mesures en pouce :
½” - ¾” - 1” - 1½” - 2” - 3” - 4” - 6” - 8” 10” - 12” - 14” - 16” - 18”
20” - 24” 30” - 36” 42” - 48”
56” 60”
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Exemple: Un pipe de diamètre nominal 4” (100 mm) est disponible suivant les épaisseurs et diamètre ci-dessous:
Diam extérieur en mm
Diam intérieur en mm
Épaisseur en mm
Schedule
114.3
102.3
6.00
40
114.3
97.2
8.55
80
114.3
87.3
13.50
160
Table 8: Différents épaisseurs d'un tuyau 4" en acier carbone IMPORTANT : Pour chaque matériaux le Schedule change Après construction et montage, les canalisations subissent un contrôle radiographique des soudures et une épreuve hydraulique. Les tests peuvent être partiels ou sur l’ensemble du réseau en fonction du cahier des charges. . Pour tenir compte des actions de corrosion ou d’érosion des fluides, une surépaisseur de matière dites surépaisseur de corrosion, est définie généralement 1,5 mm pour des services peu corrosif ou 3mm pour les autres services.
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Figure 37: Dimensions des tubes - type pétrole acier carbone
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4.3.3. Choix et principe de changement de classe Le choix des tuyaux, brides et joints sont réalisés durant la phase d’engineering. Partant de la tête de puit on trouve des séries de pipes prévu pour de la haute pression ; selon les équipements qui se trouvent après les séries évolueront vers des séries beaucoup plus classiques.
4.4. EXERCICES 10. Que contient un P&ID ?
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5. CONDUITE DE LA TUYAUTERIE L’opérateur a en charge un certain nombre de responsabilité, notamment en ce qui concerne les interventions sur les lignes ou équipements. Il est garant du bon respect des procédures d’isolement avant tous travaux. Outre sa connaissance du site, il doit lors de mise en service ou d’arrêt, signer un document précisant les positions et le type d’obturateurs qui ont été placés pour des travaux.
Figure 38: Exemple de platinage Avant et après, il doit IMPÉRATIVEMENT vérifier la liste de ces obturateurs.
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Il a à sa disposition le document suivant
Process Line
Blind in
Operator Initials
Blind Out
Operator Initials
Feed Inlet (1)
Feed Inlet (2)
Reboiler Outlet
Reboiler Inlet
Vapour Inlet
Product Inlet
Table 9: Document avec positions des obturateurs
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5.1. LES PRÉCAUTIONS AVANT LA MISE EN SERVICE
Avant de signer la liste d’enlèvements des obturateurs l’opérateur doit :
S’assurer que l’ensemble du travail est terminé.
Contrôler l’intérieur de la capacité si tout est propre et libre de tout déchet
Contrôler que tous les obturateurs ont été enlevés.
Contrôler que des nouveaux joints ont été installés Il est aussi nécessaire de nettoyer l’intérieur du pipe, afin d’éliminer les débris ou autres déchets qui pourraient se trouver à l’intérieur, soit par soufflage, soit par rinçage. Les leak tests, permettent de contrôler l’étanchéité du pipe, en pressurisant le pipe généralement à 1.5 fois la pression de design.( à condition que le pipe ait été calculé pour une telle pression)
5.2. LES PRÉCAUTIONS AVANT UN ARRÊT OU UNE INTERVENTION
Dépressurisation
Avant toute intervention, il est impératif de dépressuriser les pipes, en AUCUN CAS on ne peut pratiquer une intervention sur un pipe en pression.
Vidange
Bien vérifier la vidange par les points bas.
Inertage Nécessaire pour toute intervention sur la ligne (ouverture d’une bride, remplacement d’un joint)
Notes : Problème de fragilisation d’une ligne précautions particulières. En cas de soudure, vérifier l’épaisseur résiduelle du pipe, (voir chapitre corrosion)
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5.3. MAINTENANCE 1er DEGRÉ Les pipes ne sont généralement pas soumis à de l’entretien préventif comme les soupapes ou autres équipements. Néanmoins ils subissent comme nous l’avons vus, de la corrosion ou des chocs, qui parfois endommagent une partie de la ligne. Dans ce cas l’intervention est obligatoire et les actions à mener sont d’autant plus dangereuses que le fluide transporté est soit du gaz, soit un fluide sous pression ou température. Le type d’intervention sur un pipe, est soit la réparation temporaire avec des moyens dit léger, (fibre de verre, colliers, ou isolement) soit des moyens lourds, nécessitant soudure ou autre intervention technique. L’entretien consistera en :
Suivi de l’étanchéité (Contrôle serrage des brides)
Protection externe par peinture
Suivi de la corrosion interne (mesure d’épaisseur par ultra sons, coupon de corrosion)
5.4. EXERCICES 11. Quelles sont les precautions à prendre avant la mise en service d’un réseau?
12. A qoui servent les isolateurs de brides ?
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6. TROUBLESHOOTING
6.1. LES PROBLÈMES DE LA TUYAUTERIE
6.1.1. Corrosion externe La corrosion est la détérioration d'une substance en raison d'une réaction chimique à son environnement. La substance ne doit pas nécessairement être un métal. Le bois, la céramique, le plastique et d'autres matériaux peuvent également être corrodés. Si un matériel est corrodé ses propriétés changeront et il ne répondra plus à ces caractéristiques. D’une manière générale aucune corrosion ne se produira dans un vide.
L'eau salée est plus corrosive que l'eau douce
L'eau chaude est plus corrosive que l'eau froide.
L'air chaud est plus corrosif que l'air froid. (si T° C < 80 °C)
L'air humide est plus corrosif que l'air sec.
L'air pollué est plus corrosif que l'air propre
Les acides sont plus corrosifs que des bases Attention, ces informations sont des généralités qu’il faut contrôler en fonction des sites ! La majeure partie de la corrosion qui se produit sur les métaux est électrochimique. Cette corrosion peut se produire sur l'intérieur ou l'extérieur d'un morceau d'équipement métallique Pour protéger nos équipements, diverses solutions sont mises en œuvres sur les pipes ou dans les pipes Les canalisations se détériorent principalement par corrosion et par érosion.
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Figure 39: Accouplement de pipes isolés
Figure 40: Isolateur pour brides Des enduits protecteurs peuvent également être employés pour protéger les systèmes. L'extérieur du tuyau peut être peint avec des peintures protectrices spéciales. Des enduits spéciaux sont généralement employés sur les systèmes sous terrain Les plastiques et les époxydes sont certains des enduits plus nouveaux utilisés pour la protection contre la corrosion.
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6.1.2. Corrosion interne Les réseaux de tuyauterie et l’équipement statique peuvent être affectés par la corrosion externe, mais aussi par la corrosion interne. Il est beaucoup plus difficile de détecter la corrosion interne Elle peut dégrader la surface la surface interne en causant une accumulation de corrosion. Pour éliminer la corrosion interne ou ralentir sa progression on emplois des enduits spéciaux. Certains produits chimique sont aussi employés et injectés dans les pipes afin d’inhiber l’action de la corrosion ou ‘autre fluides. En cas de corrosion interne, il est primordial d’éliminer l’origine de la corrosion et de déterminer l’étendue du problème pour réaliser une réparation adaptée. L'usure est plus marquée aux coudes par les frottements du liquide aux changements de direction à la partie basse de leur section.
6.1.3. Autres causes de détériorations Il est dangereux en raison des risques de rupture
D'utiliser sans discernement une canalisation comme support
De prendre appui sur les conduites de petits diamètres
Marcher sur une canalisation Marcher sur une canalisation constitue en plus une action dangereuse (chute, détérioration des matériaux d'isolation des canalisations calorifugées). Enfin, les fuites de produits pétroliers comportent des risques, il est prudent de disposer de colliers de serrage de différents diamètres, prévus pour étancher rapidement une fuite Sont à prendre en compte la corrosion due aux colliers de supportages, aux calorifuges, et aux piquages soudés. En effet se sont des zones ou la corrosion se propage avec les frottements ou les mouvements des tuyaux.
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6.1.4. Les protections Il existe trois principaux types de protection
La protection thermique
La protection du personnel
La protection contre les chocs Les tuyauteries reçoivent:
Une protection cathodique, lorsque la nature de l'environnement laisse craindre une action corrosive par effet d'électrolyse.
Une isolation thermique, lorsqu’elles transportent des produits chauds (économie
de calories, protection contre l'incendie et les brûlures).
Une continuité électrique entre brides (mises à la terre).
Une protection anticorrosive et une peinture extérieure (teintes conventionnelles).
6.2. RETOUR D’EXPÉRIENCE
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7. GLOSSAIRE
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8. SOMMAIRE DES FIGURES Figure 1: Réseau des pipes .................................................................................................6 Figure 2: Les définitions d'un tube .......................................................................................9 Figure 3: Abréviations utilisés ............................................................................................11 Figure 4: Bride à souder ....................................................................................................12 Figure 5: Bride à emboîtement ..........................................................................................12 Figure 6: Bride à visser ......................................................................................................13 Figure 7: Face plate...........................................................................................................13 Figure 8: Face surélevée ...................................................................................................14 Figure 9: Face annulaire ....................................................................................................14 Figure 10: Courbe de pression en fonction des séries.......................................................21 Figure 11: Face à joint annulaire .......................................................................................22 Figure 12: Face plate.........................................................................................................22 Figure 13: Face surélevé ...................................................................................................23 Figure 14: Face à emboîtement simple .............................................................................23 Figure 15: Face emboîtement double ................................................................................24 Figure 16: Pose du vérin tendeur sur la vis........................................................................26 Figure 17: Étirage de la vis ................................................................................................26 Figure 18: Positionnement de l'écrou.................................................................................27 Figure 19: Ordre de serrage des boulons ..........................................................................28 Figure 20: Ordre de serrage pour différents types .............................................................28 Figure 21: Joint tendre.......................................................................................................30 Figure 22: Joint en caoutchouc synthétique.......................................................................31 Figure 23: Joint en fibre synthétique..................................................................................31 Figure 24: Joint spiralé.......................................................................................................32 Figure 25: Joints annulaires métalliques............................................................................33 Figure 26: Joint métalloplastique .......................................................................................33 Figure 27: Pose d’un joint métalloplastique .......................................................................33 Figure 28: Joint avec anneau de renfort et anneau de centrage........................................34 Figure 29 : Joint plein ........................................................................................................36 Figure 30: Joint à lunettes..................................................................................................36 Figure 31: Montage d'un joint à lunettes ............................................................................36 Figure 32: Joint à lunettes en position ouverte ..................................................................37 Figure 33: Joint à lunettes en position fermée ...................................................................37 Figure 34: Brides pleines ...................................................................................................37 Figure 35: Bride pleine.......................................................................................................38 Figure 36: PID Fuel gas scrubber ......................................................................................49 Figure 37: Dimensions des tubes - type pétrole acier carbone ..........................................52 Figure 38: Exemple de platinage .......................................................................................54 Figure 39: Accouplement de pipes isolés ..........................................................................59 Figure 40: Isolateur pour brides .........................................................................................59
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9. SOMMAIRE DES TABLEAUX Table 1: Les différents classes de brides (TOTAL et ASME).............................................16 Table 2: La nouvelle dénomination des brides ANSI .........................................................18 Table 3: Pression maximum admissible en fonction des normes ASME B 16,5 ................19 Table 4: L'utilisation des différentes classes......................................................................20 Table 5: Exemple de tableau avec couples de serrage .....................................................25 Table 6: Les principaux raccords .......................................................................................29 Table 7 : Type de matériaux en fonction du fluide .............................................................35 Table 8: Différents épaisseurs d'un tuyau 4" en acier carbone ..........................................51 Table 9: Document avec positions des obturateurs ...........................................................55