Lors de la conception d'un système de tuyauterie sous pression, l'ingénieur responsable spécifie souvent que la tuyauterie du système doit être conforme à une ou plusieurs parties du code ASME B31 relatif aux tuyauteries sous pression. Comment les ingénieurs respectent-ils correctement les exigences du code lors de la conception de systèmes de tuyauterie ?
Tout d'abord, l'ingénieur doit déterminer la spécification de conception à sélectionner. Pour les systèmes de tuyauterie sous pression, ce choix ne se limite pas nécessairement à la norme ASME B31. D'autres codes publiés par l'ASME, l'ANSI, la NFPA ou d'autres organismes de réglementation peuvent être applicables en fonction de l'emplacement du projet, de l'application, etc. La norme ASME B31 comprend actuellement sept sections distinctes.
Tuyauterie électrique ASME B31.1 : Cette section traite de la tuyauterie dans les centrales électriques, les installations industrielles et institutionnelles, les systèmes de chauffage géothermique et les réseaux de chauffage et de refroidissement urbains et urbains. Elle inclut la tuyauterie extérieure et intérieure des chaudières utilisée pour l’installation des chaudières conformes à la section I de l’ASME. Cette section ne s’applique pas aux équipements couverts par le code ASME relatif aux chaudières et appareils à pression, à certaines tuyauteries de distribution de chauffage et de refroidissement basse pression, ni à divers autres systèmes décrits au paragraphe 100.1.3 de l’ASME B31.1. Les origines de l’ASME B31.1 remontent aux années 1920, la première édition officielle ayant été publiée en 1935. À noter que la première édition, annexes comprises, comptait moins de 30 pages, tandis que l’édition actuelle en compte plus de 300.
ASME B31.3 Tuyauterie de procédé : Cette section traite de la tuyauterie dans les raffineries, les usines chimiques, pharmaceutiques, textiles, papetières, de semi-conducteurs et cryogéniques, ainsi que dans les installations de traitement et les terminaux associés. Cette section est très similaire à la norme ASME B31.1, notamment pour le calcul de l’épaisseur minimale de paroi des tuyaux droits. Initialement incluse dans la norme B31.1, elle a été publiée séparément pour la première fois en 1959.
ASME B31.4 Systèmes de transport par pipeline pour liquides et boues : Cette section couvre les canalisations qui transportent principalement des produits liquides entre les usines et les terminaux, ainsi qu’à l’intérieur des terminaux, les stations de pompage, de conditionnement et de comptage. Cette section faisait initialement partie de la norme B31.1 et a été publiée séparément pour la première fois en 1959.
ASME B31.5 Tuyauterie de réfrigération et composants de transfert de chaleur : Cette section traite de la tuyauterie pour les fluides frigorigènes et les fluides de refroidissement secondaires. Cette partie faisait initialement partie de la norme B31.1 et a été publiée séparément pour la première fois en 1962.
ASME B31.8 Systèmes de tuyauterie de transport et de distribution de gaz : Ceci inclut la tuyauterie servant à transporter principalement des produits gazeux entre les sources et les terminaux, y compris les compresseurs, les stations de conditionnement et de comptage ; et la tuyauterie de collecte de gaz. Cette section faisait initialement partie de la norme B31.1 et a été publiée séparément pour la première fois en 1955.
ASME B31.9 Tuyauterie des services du bâtiment : Cette section traite de la tuyauterie couramment utilisée dans les bâtiments industriels, institutionnels, commerciaux et publics, ainsi que dans les immeubles d'habitation collectifs ne nécessitant pas les dimensions, pressions et plages de température couvertes par la norme ASME B31.1. Similaire aux normes ASME B31.1 et B31.3, cette section est cependant moins restrictive (notamment pour le calcul de l'épaisseur minimale des parois) et moins détaillée. Elle se limite aux applications basse pression et basse température, comme indiqué au paragraphe 900.1.2 de la norme ASME B31.9. Sa première publication remonte à 1982.
ASME B31.12 Tuyauterie d'hydrogène et tuyauterie : Cette section traite de la tuyauterie utilisée pour le service d'hydrogène gazeux et liquide, et de la tuyauterie utilisée pour le service d'hydrogène gazeux. Cette section a été publiée pour la première fois en 2008.
Le choix du code de conception à appliquer relève en définitive du propriétaire. L'introduction de la norme ASME B31 précise : « Il incombe au propriétaire de sélectionner la section du code qui correspond le mieux à l'installation de tuyauterie proposée. » Dans certains cas, « plusieurs sections du code peuvent s'appliquer à différentes parties de l'installation. »
L'édition 2012 de la norme ASME B31.1 servira de référence principale pour les discussions ultérieures. Cet article a pour but de guider l'ingénieur concepteur à travers les principales étapes de la conception d'un système de tuyauterie sous pression conforme à la norme ASME B31. Le respect des directives de la norme ASME B31.1 offre une bonne représentation de la conception générale d'un système. Des méthodes de conception similaires sont utilisées si l'on suit les normes ASME B31.3 ou B31.9. Le reste de la norme ASME B31 s'applique à des cas plus spécifiques, principalement à des systèmes ou applications particuliers, et ne sera pas abordé plus en détail. Bien que les étapes clés du processus de conception soient mises en évidence ici, cette discussion n'est pas exhaustive et le code complet doit toujours être consulté lors de la conception d'un système. Sauf indication contraire, toutes les références textuelles renvoient à la norme ASME B31.1.
Après avoir sélectionné le code approprié, le concepteur du système doit également examiner les exigences de conception spécifiques au système. Le paragraphe 122 (Partie 6) énonce les exigences de conception relatives aux systèmes couramment utilisés dans les applications de tuyauterie électrique, tels que la vapeur, l'eau d'alimentation, les purges, la tuyauterie d'instrumentation et les systèmes de décharge de pression. La norme ASME B31.3 contient des paragraphes similaires à ceux de la norme ASME B31.1, mais moins détaillés. Le paragraphe 122 prend en compte les exigences de pression et de température spécifiques au système, ainsi que diverses limitations de juridiction définies entre le corps de la chaudière, la tuyauterie externe de la chaudière et la tuyauterie externe non liée à la chaudière raccordée à la tuyauterie de chaudière conforme à la définition de la section I de l'ASME. La figure 2 illustre ces limitations pour la chaudière à ballon.
Le concepteur du système doit déterminer la pression et la température auxquelles le système fonctionnera, ainsi que les conditions auxquelles le système devra être conçu pour répondre.
Conformément au paragraphe 101.2, la pression de conception interne ne doit pas être inférieure à la pression maximale de service continu (PMSC) au sein du système de tuyauterie, en tenant compte de la hauteur statique. Les tuyauteries soumises à une pression externe doivent être dimensionnées pour la pression différentielle maximale prévue en conditions de fonctionnement, d'arrêt ou d'essai. De plus, les impacts environnementaux doivent être pris en compte. Conformément au paragraphe 101.4, si le refroidissement du fluide est susceptible de réduire la pression dans la conduite en dessous de la pression atmosphérique, la conduite doit être dimensionnée pour résister à la pression externe ou des mesures doivent être prises pour rompre le vide. Dans les situations où la dilatation du fluide peut augmenter la pression, les systèmes de tuyauterie doivent être dimensionnés pour résister à cette augmentation de pression ou des mesures doivent être prises pour soulager la surpression.
À partir de la section 101.3.2, la température du métal utilisée pour le dimensionnement des tuyauteries doit être représentative des conditions maximales soutenues prévues. Par souci de simplification, on suppose généralement que la température du métal est égale à celle du fluide. Si nécessaire, la température moyenne du métal peut être utilisée à condition de connaître la température de la paroi extérieure. Une attention particulière doit également être portée aux fluides circulant dans les échangeurs de chaleur ou provenant des équipements de combustion afin de prendre en compte les conditions de température les plus défavorables.
Souvent, les concepteurs ajoutent une marge de sécurité à la pression et/ou à la température de service maximales. L'importance de cette marge dépend de l'application. Il est également essentiel de tenir compte des contraintes liées aux matériaux lors de la détermination de la température de conception. La spécification de températures de conception élevées (supérieures à 400 °C) peut nécessiter l'utilisation d'alliages plutôt que d'acier au carbone, plus courant. Les valeurs de contrainte figurant à l'annexe A obligatoire ne sont fournies que pour les températures admissibles de chaque matériau. Par exemple, l'acier au carbone ne supporte des contraintes que jusqu'à 427 °C. Une exposition prolongée de l'acier au carbone à des températures supérieures à 427 °C peut entraîner la carbonisation du tuyau, le rendant plus fragile et plus susceptible de se rompre. En cas de fonctionnement à des températures supérieures à 427 °C, il convient également de prendre en compte le fluage accéléré associé à l'acier au carbone. Voir le paragraphe 124 pour une analyse complète des limites de température des matériaux.
Les ingénieurs peuvent parfois spécifier les pressions d'essai pour chaque système. Le paragraphe 137 fournit des indications sur les essais de contrainte. Généralement, l'essai hydrostatique est spécifié à 1,5 fois la pression de conception ; toutefois, les contraintes circonférentielles et longitudinales dans la tuyauterie ne doivent pas dépasser 90 % de la limite d'élasticité du matériau, conformément au paragraphe 102.3.3 (B), pendant l'essai de pression. Pour certains systèmes de tuyauterie externe autres que ceux des chaudières, le contrôle d'étanchéité en service peut s'avérer plus pratique, notamment en raison des difficultés d'isolation de certaines parties du système ou tout simplement parce que la configuration du système permet un contrôle d'étanchéité simplifié lors de la mise en service. D'accord, c'est acceptable.
Une fois les conditions de conception établies, la tuyauterie peut être spécifiée. La première étape consiste à choisir le matériau. Comme mentionné précédemment, les limites de température varient selon les matériaux. Le paragraphe 105 fournit des restrictions supplémentaires concernant divers matériaux de tuyauterie. Le choix du matériau dépend également du fluide du système : alliages de nickel pour les applications chimiques corrosives, acier inoxydable pour l’air comprimé propre, ou acier au carbone à haute teneur en chrome (supérieure à 0,1 %) pour prévenir la corrosion accélérée par l’écoulement. La corrosion accélérée par l’écoulement (CAE) est un phénomène d’érosion/corrosion qui peut entraîner un amincissement important des parois et la rupture des tuyaux dans certains des systèmes de tuyauterie les plus critiques. Négliger l’amincissement des composants de plomberie peut avoir, et a déjà eu, de graves conséquences, comme en 2007 lorsqu’une conduite de désurchauffe de la centrale électrique IATAN de KCP&L a éclaté, tuant deux travailleurs et en blessant grièvement un troisième.
Les équations 7 et 9 du paragraphe 104.1.1 définissent respectivement l'épaisseur de paroi minimale requise et la pression interne maximale de conception pour une conduite droite soumise à une pression interne. Les variables de ces équations comprennent la contrainte admissible maximale (issue de l'annexe obligatoire A), le diamètre extérieur de la conduite, le coefficient de matériau (tel qu'indiqué dans le tableau 104.1.2 (A)) et toute surépaisseur supplémentaire (décrite ci-dessous). Compte tenu du nombre important de variables, le choix du matériau, du diamètre nominal et de l'épaisseur de paroi appropriés peut nécessiter plusieurs étapes et prendre également en compte la vitesse du fluide, la perte de charge, ainsi que les coûts de tuyauterie et de pompage. Quelle que soit l'application, l'épaisseur de paroi minimale requise doit être vérifiée.
Une surépaisseur supplémentaire peut être ajoutée pour compenser divers facteurs, notamment la corrosion sous contrainte. Des surépaisseurs peuvent être nécessaires en raison de l'enlèvement de matière pour les filetages, les rainures, etc., requis pour la réalisation des assemblages mécaniques. Conformément au paragraphe 102.4.2, la surépaisseur minimale est égale à la profondeur du filetage majorée de la tolérance d'usinage. Une surépaisseur peut également être requise pour renforcer la tuyauterie et prévenir les dommages, l'effondrement, la flèche excessive ou le flambage dus à des charges superposées ou à d'autres causes mentionnées au paragraphe 102.4.4. Des surépaisseurs peuvent également être ajoutées pour tenir compte des joints soudés (paragraphe 102.4.3) et des coudes (paragraphe 102.4.5). Enfin, des tolérances peuvent être ajoutées pour compenser la corrosion et/ou l'érosion. L'épaisseur de cette surépaisseur est laissée à la discrétion du concepteur et doit être compatible avec la durée de vie prévue de la tuyauterie, conformément au paragraphe 102.4.1.
L’annexe IV facultative fournit des recommandations sur la maîtrise de la corrosion. Les revêtements protecteurs, la protection cathodique et l’isolation électrique (par exemple, les brides isolantes) sont autant de méthodes permettant de prévenir la corrosion externe des canalisations enterrées ou immergées. Des inhibiteurs de corrosion ou des revêtements peuvent être utilisés pour prévenir la corrosion interne. Il convient également d’utiliser une eau d’essai hydrostatique de pureté appropriée et, si nécessaire, de vidanger complètement la canalisation après l’essai.
L'épaisseur minimale de paroi ou le programme requis pour les calculs précédents peut ne pas être constant sur tout le diamètre du tuyau et peut nécessiter des spécifications pour différents programmes pour différents diamètres. Les valeurs appropriées de programme et d'épaisseur de paroi sont définies dans la norme ASME B36.10 Tuyaux en acier forgés soudés et sans soudure.
Lors du choix du matériau de la tuyauterie et de la réalisation des calculs mentionnés précédemment, il est essentiel de s'assurer que les valeurs de contrainte admissible maximale utilisées correspondent à celles du matériau spécifié. Par exemple, si une tuyauterie en acier inoxydable A312 304L est incorrectement désignée comme une tuyauterie en acier inoxydable A312 304, l'épaisseur de paroi prévue risque d'être insuffisante en raison de la différence significative entre les valeurs de contrainte admissible maximale des deux matériaux. De même, le mode de fabrication de la tuyauterie doit être correctement spécifié. Par exemple, si la valeur de contrainte admissible maximale utilisée pour le calcul est celle d'une tuyauterie sans soudure, il convient de spécifier une tuyauterie sans soudure. Dans le cas contraire, le fabricant/installateur pourrait proposer une tuyauterie soudée, ce qui pourrait entraîner une épaisseur de paroi insuffisante en raison de valeurs de contrainte admissible maximale inférieures.
Par exemple, supposons que la température de conception du pipeline soit de 300 °F et la pression de conception de 1 200 psig. Des câbles en acier au carbone (A53 Grade B sans soudure) de 2 et 3 pouces seront utilisés. Déterminez le plan de tuyauterie approprié à spécifier pour satisfaire aux exigences de l’équation 9 de la norme ASME B31.1. Tout d’abord, les conditions de conception sont expliquées :
Ensuite, déterminez les valeurs de contrainte admissible maximale pour l'acier A53 de nuance B aux températures de conception ci-dessus à partir du tableau A-1. Notez que la valeur pour tube sans soudure est utilisée car le tube sans soudure est spécifié :
Il faut également ajouter une surépaisseur. Pour cette application, une surépaisseur de 1/16 pouce est prévue pour la corrosion. Une tolérance d'usinage distincte sera ajoutée ultérieurement.
3 pouces. Le diamètre du tuyau sera spécifié en premier. En supposant un tuyau de type Schedule 40 et une tolérance d'usinage de 12,5 %, calculez la pression maximale :
Un tuyau de type Schedule 40 convient pour un diamètre de 3 pouces dans les conditions de conception spécifiées ci-dessus. Ensuite, vérifiez pour un diamètre de 2 pouces. Le pipeline utilise les mêmes hypothèses :
2 pouces. Dans les conditions de conception spécifiées ci-dessus, la tuyauterie nécessitera une épaisseur de paroi supérieure à celle de la norme Schedule 40. Essayez 2 pouces. Tuyaux Schedule 80 :
Bien que l'épaisseur de la paroi des tuyaux soit souvent le facteur limitant dans la conception sous pression, il reste important de vérifier que les raccords, les composants et les connexions utilisés sont adaptés aux conditions de conception spécifiées.
En règle générale, conformément aux paragraphes 104.2, 104.7.1, 106 et 107, toutes les vannes, tous les raccords et tous les autres composants sous pression fabriqués selon les normes énumérées dans le tableau 126.1 sont considérés comme adaptés à une utilisation dans des conditions normales de fonctionnement ou en dessous des valeurs nominales de pression et de température spécifiées dans les normes. Les utilisateurs doivent savoir que si certaines normes ou certains fabricants peuvent imposer des limites plus strictes aux écarts par rapport au fonctionnement normal que celles spécifiées dans la norme ASME B31.1, ce sont les limites les plus strictes qui s'appliquent.
Aux intersections de canalisations, il est recommandé d'utiliser des tés, des traverses, des croix, des raccords soudés de branchement, etc., fabriqués conformément aux normes énumérées dans le tableau 126.1. Dans certains cas, les intersections de canalisations peuvent nécessiter des raccords de branchement spécifiques. Le paragraphe 104.3.1 énonce des exigences supplémentaires relatives aux raccords de branchement afin de garantir une épaisseur de tuyauterie suffisante pour résister à la pression.
Pour simplifier la conception, le concepteur peut choisir de fixer des conditions de conception plus élevées afin de respecter la pression nominale de la bride d'une certaine classe de pression (par exemple, classe ASME 150, 300, etc.) telle que définie par la classe de pression-température pour des matériaux spécifiques spécifiés dans la norme ASME B16.5 Brides de tuyauterie et joints de brides, ou des normes similaires répertoriées dans le tableau 126.1. Ceci est acceptable tant que cela n'entraîne pas une augmentation inutile de l'épaisseur de la paroi ou d'autres conceptions de composants.
Un aspect important de la conception des tuyauteries consiste à garantir le maintien de l'intégrité structurelle du système une fois soumis aux effets de la pression, de la température et des forces extérieures. L'intégrité structurelle du système est souvent négligée lors de la conception et, si elle n'est pas correctement prise en compte, elle peut représenter l'un des coûts les plus élevés. L'intégrité structurelle est abordée principalement à deux endroits : au paragraphe 104.8 : Analyse des composants de la canalisation et au paragraphe 119 : Dilatation et flexibilité.
Le paragraphe 104.8 énumère les formules de base du code utilisées pour déterminer si un système de tuyauterie dépasse les contraintes admissibles. Ces équations sont généralement désignées par les termes suivants : charges permanentes, charges occasionnelles et charges de déplacement. La charge permanente correspond à l’effet de la pression et du poids sur un système de tuyauterie. Les charges occasionnelles comprennent les charges permanentes auxquelles s’ajoutent les éventuelles charges dues au vent, aux séismes, au terrain et autres charges de courte durée. On suppose que chaque charge occasionnelle appliquée n’agit pas simultanément sur les autres ; par conséquent, chaque charge occasionnelle constitue un cas de charge distinct lors de l’analyse. Les charges de déplacement résultent de la dilatation thermique, du déplacement des équipements en fonctionnement ou de toute autre charge de déplacement.
Le paragraphe 119 explique comment gérer la dilatation et la flexibilité des canalisations et comment déterminer les charges de réaction. La flexibilité des canalisations est souvent primordiale au niveau des raccordements d'équipements, car la plupart de ces raccordements ne peuvent supporter que la force et le moment minimum appliqués à leur point de connexion. Dans la plupart des cas, la dilatation thermique du système de canalisations a l'impact le plus important sur la charge de réaction ; il est donc essentiel de la maîtriser.
Pour tenir compte de la flexibilité du système de tuyauterie et garantir son bon support, il est recommandé de supporter les tubes en acier conformément au tableau 121.5. En respectant l'espacement standard des supports indiqué dans ce tableau, le concepteur obtient trois résultats : il minimise la flèche due au poids propre, réduit les charges permanentes et augmente la contrainte admissible pour les charges de déplacement. Un positionnement des supports conforme au tableau 121.5 permet généralement d'obtenir un déplacement ou une flèche inférieure à 3 mm (1/8 pouce) entre les supports de tubes. La minimisation de la flèche due au poids propre contribue à réduire les risques de condensation dans les tuyaux transportant de la vapeur ou du gaz. Le respect des recommandations d'espacement du tableau 121.5 permet également de réduire la contrainte permanente dans la tuyauterie à environ 50 % de la valeur admissible continue du code. Selon l'équation 1B, la contrainte admissible pour les charges de déplacement est inversement proportionnelle aux charges permanentes. Par conséquent, en minimisant la charge permanente, la tolérance à la contrainte de déplacement est maximisée. L'espacement recommandé pour Les supports de tuyauterie sont illustrés sur la figure 3.
Pour garantir la prise en compte adéquate des charges de réaction du système de tuyauterie et le respect des contraintes réglementaires, une méthode courante consiste à réaliser une analyse des contraintes de la tuyauterie assistée par ordinateur. Plusieurs logiciels d'analyse des contraintes de tuyauterie sont disponibles, tels que Bentley AutoPIPE, Intergraph Caesar II, Piping Solutions Tri-Flex, ou d'autres logiciels commerciaux. L'avantage de l'analyse des contraintes de tuyauterie assistée par ordinateur réside dans sa capacité à permettre au concepteur de créer un modèle par éléments finis du système de tuyauterie, facilitant ainsi la vérification et la modification de la configuration. La figure 4 illustre un exemple de modélisation et d'analyse d'une section de tuyauterie.
Lors de la conception d'un nouveau système, les concepteurs de systèmes spécifient généralement que toutes les tuyauteries et tous les composants doivent être fabriqués, soudés, assemblés, etc. conformément au code utilisé. Cependant, dans certaines rénovations ou autres applications, il peut être avantageux qu'un ingénieur désigné fournisse des conseils sur certaines techniques de fabrication, comme décrit au chapitre V.
Un problème courant rencontré lors des applications de rénovation concerne le préchauffage des soudures (paragraphe 131) et le traitement thermique après soudage (paragraphe 132). Ces traitements thermiques permettent notamment de réduire les contraintes, de prévenir la fissuration et d'accroître la résistance des soudures. Les exigences relatives aux traitements thermiques avant et après soudage sont influencées par plusieurs facteurs, dont le groupement P, la composition chimique du matériau et son épaisseur au niveau du joint à souder. Chaque matériau listé dans l'annexe A obligatoire possède un numéro P. Concernant le préchauffage, le paragraphe 131 indique la température minimale à laquelle le métal de base doit être chauffé avant le soudage. Pour le traitement thermique après soudage (TTAS), le tableau 132 précise la plage de températures de maintien et la durée de maintien dans la zone soudée. Les vitesses de chauffage et de refroidissement, les méthodes de mesure de la température, les techniques de chauffage et les autres procédures doivent impérativement respecter les directives du code. Un traitement thermique inadéquat peut entraîner des effets indésirables sur la zone soudée.
Un autre point potentiellement problématique dans les systèmes de tuyauterie sous pression concerne les coudes. Le cintrage des tuyaux peut entraîner un amincissement de la paroi, rendant cette dernière insuffisante. Conformément au paragraphe 102.4.5, le code autorise les coudes à condition que l'épaisseur minimale de paroi soit calculée selon la même formule que celle utilisée pour les tuyaux droits. Généralement, une marge est ajoutée pour compenser l'épaisseur de paroi. Le tableau 102.4.5 fournit les marges de réduction recommandées pour différents rayons de courbure. Les coudes peuvent également nécessiter un traitement thermique avant et/ou après cintrage. Le paragraphe 129 fournit des recommandations pour la fabrication des coudes.
Pour de nombreux systèmes de tuyauterie sous pression, il est nécessaire d'installer une soupape de sécurité ou une soupape de décharge afin d'éviter les surpressions dans le système. Pour ces applications, l'annexe II facultative : Règles de conception d'installation des soupapes de sécurité est une ressource très précieuse, mais parfois méconnue.
Conformément au paragraphe II-1.2, les soupapes de sécurité sont caractérisées par une action d'ouverture complète pour le service gaz ou vapeur, tandis que les soupapes de sécurité s'ouvrent par rapport à la pression statique en amont et sont principalement utilisées pour le service liquide.
Les soupapes de sécurité se caractérisent par leur système d'évacuation ouvert ou fermé. Dans un système à échappement ouvert, le coude de sortie de la soupape évacue généralement les gaz vers l'atmosphère via le tuyau d'échappement. Ceci réduit généralement la contre-pression. Si une contre-pression suffisante se crée dans le tuyau d'échappement, une partie des gaz peut être expulsée ou évacuée par retour de pression à l'entrée de ce tuyau. Le diamètre du tuyau d'échappement doit être suffisamment important pour éviter tout retour de flamme. Dans les systèmes à évacuation fermée, la pression augmente à la sortie de la soupape de décharge en raison de la compression de l'air dans la conduite d'évacuation, ce qui peut provoquer la propagation d'ondes de pression. Le paragraphe II-2.2.2 recommande que la pression de conception de la conduite d'évacuation fermée soit au moins deux fois supérieure à la pression de service en régime permanent. Les figures 5 et 6 illustrent l'installation de la soupape de sécurité en position ouverte et fermée, respectivement.
Les installations de soupapes de sécurité peuvent être soumises à diverses forces, résumées au paragraphe II-2. Ces forces comprennent la dilatation thermique, l'interaction de plusieurs soupapes de décharge fonctionnant simultanément, les effets sismiques et/ou vibratoires, ainsi que les effets de pression lors des décharges. Bien que la pression de conception jusqu'à la sortie de la soupape de sécurité doive correspondre à la pression de conception du tuyau d'échappement, la pression de conception dans le système d'évacuation dépend de sa configuration et des caractéristiques de la soupape de sécurité. Les équations permettant de déterminer la pression et la vitesse au niveau du coude d'évacuation, de l'entrée et de la sortie du tuyau d'évacuation, pour les systèmes d'évacuation ouverts et fermés, sont fournies au paragraphe II-2.2. À partir de ces informations, les forces de réaction en différents points du système d'échappement peuvent être calculées et prises en compte.
Un exemple de problème pour une application de décharge ouverte est fourni au paragraphe II-7. D'autres méthodes existent pour calculer les caractéristiques d'écoulement dans les systèmes de décharge des soupapes de sûreté, et le lecteur est invité à vérifier que la méthode utilisée est suffisamment prudente. L'une de ces méthodes est décrite par GS Liao dans « Power Plant Safety and Pressure Relief Valve Exhaust Group Analysis », publié par l'ASME dans le Journal of Electrical Engineering, octobre 1975.
La soupape de sûreté doit être installée à une distance minimale de tout coude, correspondant à la longueur d'une conduite droite. Cette distance minimale dépend du service et de la géométrie du système, tels que définis au paragraphe II-5.2.1. Pour les installations comportant plusieurs soupapes de sûreté, l'espacement recommandé pour les raccordements des dérivations dépend des rayons de courbure des conduites de service et de dérivation, comme indiqué dans la note (10)(c) du tableau D-1. Conformément au paragraphe II-5.7.1, il peut être nécessaire de raccorder les supports de tuyauterie situés aux sorties des soupapes de sûreté à la tuyauterie en service plutôt qu'aux structures adjacentes afin de minimiser les effets de la dilatation thermique et des interactions sismiques. Un résumé de ces considérations et d'autres points importants concernant la conception des ensembles de soupapes de sûreté est présenté au paragraphe II-5.
Il est évident que cet article ne peut traiter l'ensemble des exigences de conception de la norme ASME B31. Toutefois, tout ingénieur chargé de la conception d'un système de tuyauterie sous pression devrait au moins connaître ce code. Nous espérons que les informations ci-dessus permettront aux lecteurs de trouver la norme ASME B31 plus utile et plus accessible.
Monte K. Engelkemier est chef de projet chez Stanley Consultants. Membre de l'Iowa Engineering Society, de la NSPE et de l'ASME, il siège au comité et au sous-comité du code B31.1 relatif à la tuyauterie électrique. Il possède plus de 12 ans d'expérience pratique en conception, implantation, évaluation des contreventements et analyse des contraintes des systèmes de tuyauterie. Matt Wilkey est ingénieur en mécanique chez Stanley Consultants. Fort de plus de 6 ans d'expérience professionnelle dans la conception de systèmes de tuyauterie pour une clientèle diversifiée (services publics, municipalités, institutions et industries), il est membre de l'ASME et de l'Iowa Engineering Society.
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