Raccordements à bride

Le raccordement à brides est le moyen le plus courant, dans l'industrie du pétrole et de la chimie, pour raccorder:
 - des tuyauteries en elle
 - les tuyauteries aux appareils
 - et tous les accessoires de tuyauterie (vannes, clapets,...)
Ses avantages principaux sont:
 - démontage aisé
 - excellente résistance à la pression

Classes de pression des brides

Les brides de raccordement sont essentielles dans la définition de la résistance à la pression de l'équipement ou de la tuyauterie. Plus la pression de service est élevée, plus les brides doivent être épaisses et le nombre de boulons important.
Différentes classes de brides sont définies en fonction de leur résistance à la pression.
Dans la désignation européenne leur nom est composé de "PN" (Pression Nominale) suivi d'un nombre correspondant approximativement à la pression maximum d'utilisation en bar à température ambiante.
Dans la désignation anglo-saxonne, leur nom est composé d'une valeur de pression en psi ( Pound per Square Inch). L'usage a simplifié le nom de l'unité de pression et seule l'unité "pound" notée "lb" ou "lbs" (du latin libra)  ou "#" subsiste. Excepté pour la classe 150, cette valeur correspond approximativement à la pression maximum d'utilisation à haute température (environ 450°C).
Ceci conduit à ce que la valeur de la classe en pound est environ la moitié de la valeur de la série en bars, ce qui peut être source de confusions; par exemple la classe 300# (sous entendu 300 lbs ou psi (21 bars), est équivalente à la série PN50 (50 bars).

Dans les versions les plus récentes des normes américaines le nom des classes ne fait plus directement référence à la pression dans leur nom. Ainsi la classe 150 lbs devient Class 150.

 Les tubes et raccordements ont été d'abord standardisés par l'industrie américaine dès les années 1920 par l'ASA (American Standards Associations).

Equivalence des  désignations

suivant ASME B16.5 EN 1759-1	suivant ISO 7005 NF E 29-203	suivant EN 1092-1
	PN2,5	PN2,5 DN≤4000
	PN6	PN6 DN≤3600
	PN10	PN10 DN≤3000
	PN16	PN16 DN≤2000
Class 150	PN20
	PN25	PN25 DN≤1000
	PN40	PN40 DN≤600
Class 300	PN50
		PN63 DN≤400
Class 400 (PN68) ASME seulement
		PN100 DN≤350
Class 600	PN110 (PN100 NF E 29203)
Class 900	PN150
		PN160 DN≤300
		PN250 DN≤300
Class 1500	PN260 (PN250 NF E 29203)
		PN320 DN≤250
		PN400 DN≤200
Class 2500	PN420

La première version de la norme B16.5 qui décrit les assemblages à bride, fut publiée en 1953  par l'ASA. En 1976 ASA devint ANSI (American National Standards Institute) puis en 1982 la révision de cette norme fut confiée à l'ASME (American Society of Mechanical Engineers). Depuis la première publication en 1953, la norme B16.5 subit différentes révisions connues sous les noms de ASA B16.5, ANSI B16.5 ou ASME B16.5. Ces normes se sont imposées à l'Europe à partir de 1945.
En europe, les brides les plus répendues étaient définies par des normes DIN 25xx allemandes et BS4504 britaniques. Une transposition pour l'europe des normes américaines a produit la norme EN 1759-1, de laquelle la classe 400 est néanmoins absente. La norme EN 1092-1 décrit des brides typiquement européennes sans équivalent dans les normes américaines. La norme ISO 7005, reprise en france par NF E 29-203, tente une synthèse en reprenant les séries à faible pression des brides européennes et les classes à pressions élevées des brides américaines.

Les classes européennes équivalentes aux classes ASME sont souvent désignées par ISO PN xxx pour les distinguer des classes PN sans équivalent ASME. Ceci est particulièrement utile pour éviter toute confusion pour les séries PN100 et PN 250 dont les définitions selon EN 1759-1 et EN 1092-1 sont différentes et non compatibles.

Même si une équivalence existe avec des normes européennes, l'usage persiste de qualifier les brides par:
 - leur type ou mode d'assemblage avec la tuyauterie, en langue anglaise (welding neck, slip on, ...) 
 - leur classe de pression en livre (lbs) (150#, 300#)
 - leur diamètre en pouces (2", 2"1/2, ...)

Résistance à la pression

La résistance à la pression d'un assemblage à brides dépend de:

• son diamètre, son épaisseur et le nombre de boulons utilisés
• la température de travail (plus élevée sera la température, plus faible sera la pression admissible)
• le métal employé et le mode de confection (forgée, moulée, emboutie)

Les classes de bride sont définies par une pression maximale admissible à une température proche de l'ambiante (-10 à +50°C). Pour des températures plus élevées que +50°C, une correction doit être apportée à la valeur "nominale" de pression. Les valeurs corrigées sont fournies par les normes correspondantes ou encore dans la plupart des catalogues de fournisseurs sous forme de tableaux ou de courbes. Il est ainsi fréquent de devoir adopter des brides de classe de pression très supérieure à la pression effective de travail en raison de la dégradation des propriétés mécaniques à température élevée.

Les courbes ci-dessus sont données à titre d'illustration pour les brides forgées en acier carbone. Se rapporter aux normes pour plus de précision et pour d'autres matériaux.

Types de bride

Brides à collerette "WELDING NECK"

La bride à collerette à souder en bout a une forme destinée à transférer la contrainte au tuyau, pour réduire la contrainte à la base de la bride. Elle se reconnait à son collet et sa transition douce de l'épaisseur de la bride à l'épaisseur de paroi de tuyau. Cette transition la rend particulièrement résistante aux contraintes répétées occasionnées par exemple par les dilatations de lignes ou autres efforts variables. On peut considérer que cet assemblage est aussi résistant qu'un assemblage de tube bout à bout. Elle est préférée pour les services sévères sous des conditions de haute pression, haute ou basse température, et pouvant fluctuer entre de larges limites.

Brides à emmancher "SLIP-ON"

La bride à emmancher à souder se glisse sur le dessus de l'extrémité du tuyau, puis s'y soude. L'intérieur et l'extérieur de la bride sont tous deux soudés, pour apporter une résistance suffisante, sans fuite. Elle peut être préférée à la bride à collerette pour son prix plus faible, la plus grande tolérance dans la longueur du tube à couper, et la plus grande  facilité pour aligner l'assemblage. Sa résistance à la pression interne et sa  résistance à la fatigue est plus faible que pour une  bride à collerette à souder. C'est pourquoi son usage est limité aux faibles diamètres pour les pressions les plus élevées. Elle est parfaite pour les applications à basse pression.

Brides plate tournante "LAP JOINT"

Elle doit être employée avec un élément de tube muni d'une collerette. La combinaison des deux rend son coût supérieur à une bride à collerette soudée équivalente. La résistance à la pression d'un tel assemblage est équivalent à celle d'une bride "slip on", et sa résistance à la fatigue est très inférieure à celle d'une bride à collerette soudée. Leur usage pour les services sous contrainte sévère doit être évité. Elle est principalement utilisée pour les services nécessitant de fréquents démontages pour inspection ou nettoyage, et où la possibilité de tourner la bride facilite l'alignement. La bride elle-même n'étant pas en contact avec le fluide procédé, elle peut être réalisée en acier carbone mons coûteux, alors que la collerette est réalisée en matériau plus noble.

Brides taraudées "THREADED"

La bride à visser est un dispositif économique faisant gagner du temps, utilisé dans différentes applications industrielles. Le passage est fileté pour s'accorder à un filetage externe sur le tuyau. Cette bride n'est pas recommandée pour les services générant des contraintes surtout si celles-ci sont cycliques ou subissant des variations de température importante.Son principal avantage est de pouvoir être assemblée au tuyau sans avoir à souder, la rendant adaptée à une utilisation sous très haute pression à température atmosphérique et dans les zones hautement explosives, où la soudure est dangereuse.

Brides à emboîtement à souder "SOCKET WELDING"

La bride à emboîtement à souder est conçue pour des applications de petit diamètre et haute pression à la condition qu'une double soudure interne et externe soit effectuée. Elle est similaire à la bride à emmancher à souder en ce qui concerne la fabrication, mais elle est dotée d'une meilleure résistance à la fatigue, lorsqu'elle est installée avec une soudure interne. Contrairement à la bride à emmancher, l'abrasion de la soudure interne pour obtenir un aspect lisse, peut être réalisée sans affecter la face de la bride, et ne demande donc pas de surfaçage ultérieur. Si seule la soudure externe est effectuée, cette bride doit être réservée aux applications à faible pression. Elle n'est pas autorisée au delà de la Class 1500 par la norme B16.5.

Brides porte-orifice

Les brides à prises de pression sont utilisées avec une plaque à orifice placée entre les deux, pour mesurer le débit de liquide et de gaz. Comparées à des brides à collerette à souder en bout ou des brides à emmancher à souder dont elles reprennent les caractéristiques, elle sont équipées en plus de trous taraudés, radiaux dans la bride circulaire pour la connexion de l'indicateur et de boulons additionnels pour faciliter la séparation des brides pour l'inspection du diaphragme.

Bride pleine "BLIND"

Elle est utilisée pour obturer l'extrémité d'une tuyauterie ou d'un équipement en pression. Il faut garder à l'esprit que, à la différence des raccordements de tuyauteries, la pression interne de l'équipement s'applique au centre de l'obturateur soumettant la bride à un intense effort de flexion. Il peut être sage de choisir pour ces obturateurs une classe supérieure à ce qu'elle est pour les raccordements de tuyauteries.

Modes de fabrication

Les brides peuvent être fabriquées par forgeage ou moulage. Dans les deux cas, une finition par usinage est nécessaire. Les principales différences sont:

• le forgeage est plus coûteux à réaliser
• le moulage permet de produire des profils plus complexes
• les brides moulées sont réservées aux applications à faible pression
• les brides forgées utilisent un acier à plus faible teneur en carbone, offrant de meilleures propriétés mécaniques et présentant une meilleure soudabilité.

Matériaux employés

A l'exception des brides tournantes, les brides ont le plus souvent une partie en contact avec le fluide procédé; comme pour le tube, un matériau résistant doit être sélectionné.
De plus, le matériau constitutif des brides doit tenir compte des conditions de température du procédé. L'acier carbone ne peut être employé que pour les températures proches de l'ambiante et jusqu'à 400°C environ. Pour des températures supérieures, il est trop ductile, et pour des températures trop basses il est trop fragile.

Les principaux aciers employés pour les brides forgées sont:

Conditions de service	Nuances d'acier pour brides forgées
températures modérées	aciers carbone
<230°C, PN20 et 50	SA-181, SA-350 LF6
<400°C, PN100 et sup	SA-105
basses températures
>-46°C	acier calmé SA-350 LF1
>-100°C	acier à 3,5% Ni SA-350 LF3
cryogénie	aciers inox Cr-Ni 18-8
>-268°C	304, 304L, 316, 316L, 347
hautes températures	aciers Cr-Mo
-30 à 470°C (temporairement 590°C)	SA-182 F1
<620°C	SA-182 F12
-30 à 590°C	SA-182 F22
-30 à 650°C	SA-182 F5, F9, F91
<815°C	aciers inox Cr-Ni 18-8 F304, F316, F347, F321

Types de face de bride

Faces plates

Réservé aux services à basse pression, elles ne sont généralement pas utilisées pour des classes supérieures à 150lbs (PN20).

Faces surélevées "RF"

• de 1,6 mm pour les tuyauteries Class 300 et moins
• de 6,4 mm pour les tuyauteries Class 600 et plus

Elle permet de concentrer l'effort de serrage sur le joint. Elles sont utilisables jusqu'aux plus hautes pressions. Elles autorisent la mise en place du joint avec un écartement minimum des brides.

Faces pour joint annulaire "RTJ"

Plus complexes à fabriquer que les brides à faces RF, elles sont réservées aux applications à haute pression (>PN100). Elles nécessitent pour la mise en place du joint de pouvoir suffisamment écarter les brides.
L'étanchéité est assurée par le contact métal/métal. Le joint peut être de section ovale ou octogonale.

Faces à simple emboîtement "M&F"

Une bride à face mâle doit être associée à une bride à face femelle, ce qui limite l'échange des éléments. Pour les accessoires ou équipements non réversibles, il est important de bien choisir les brides de raccordement (mâle ou femelle).

Emboîtement large ou étroit

Faces à double emboîtement "T&G"

Permet un excellent maintien radial du joint qui autorise de l'utiliser dans des conditions extrêmes de pression et température.

Usinage de la face de bride

Stock finish

Les rainures sont faites avec un outil arrondi laissant une empreinte dont le fond est arrondi

Spiral serrated

Surface striée par une rainure en forme de spirale réalisé avec un outil pointu laissant une empreinte anguleuse

Concentric serrated

Surface striée par des rainures en cercles concentriques

Smooth finish

Etat de surface lisse permettant l'utilisation d'un joint plat ou spiralé

Cold water finish

Etat de surface poli comme un miroir autorisant une étanchéité par contact métal contre métal.

Types de joints

Si l'étanchéité n'est pas assurée par le contact direct des surfaces métalliques, un joint est inséré entre les brides.

Joint plat

Il est constitué d'un matériau au comportement plastique.

Joint spiralé métalloplastique

Constitué d'un feuillard métallique enroulé en spirale. Un matériau synthétique est disposé entre chaque enroulement.

Joint annulaire métallique

Anneau métallique de section ovale ou octogonale pour être utilisé avec les brides RTJ.
Le métal dont il constitué doit être plus tendre que celui de la bride. Les joints de section octogonale assurent une meilleure étanchéité et peuvent être utilisés aussi bien avec des brides dont la gorge est arrondie qu'avec celles dont la gorge est à fond plat.

Précautions de montage

Alignement

Pour garantir l'étanchéïté de l'assemblage, les brides doivent être convenablement alignées avant la mise en place des boulons. De plus,  pour les machines tournantes (pompes, compresseur,...); les efforts que font subir des tuyauteries mal alignées sur le corps de ces machines peuvent induire des déformations et des usures prématurée de certains coposants (garnitures, paliers, ...).
Les critères d'alignement portent sur:

• le parallèlisme des brides
• l'écartement
• le désaxage

Les défauts d'alignement doivent bien sûr être les plus faibles possibles. Cependant, certains standards précisent ce qui peut être toléré; certains exploitants ou constructeurs peuvent également avoir leurs leur propres critères.
La norme ASME 31.3 propose des limites acceptables pour les tuyauteries de procédés.
La norme API 686

Ecartement

Les brides doivent être espacées de la distance juste nécessaire pour glisser le joint.

Parallèlisme

La distance séparant les brides est mesurée aux deux extrémités d'un diamètre. L'écart de mesure ne doit pas dépasser 1mm pour 200m de diamètre (ASME 31.3). Une tolérance plus faible encore est requise par l'API pour la connexion aux machines tournantes, à 0,25mm pour les tuyauteries jusqu'à 10" de diamètre et 0,75mm pour les tuyauteries >30".

Désaxage

Le désaxage des trous pour le passage des boulons ne doit pas excéder 3mm (ASME). Le boulon doit toujours pouvoir être déplacé librement sans interférence avec la bride.

Liaison équipotentielle

Les tuyauteries véhiculant des liquides non conducteurs de l'électricité (hydrocarbures, solvants, ...) peuvent se charger en électricité statique durant leur écoulement et générer des étincelles de décharge.
Pour l'éviter, les tronçons de tuyauteries doivent être reliés électriquement entre eux. Ceci peut être assuré par le contact des boulons de maintien des brides, mais la qualité du contact électrique ne peut être garantie; de la peinture, de la graisse ou de la corrosion peuvent parfois empêcher la conduction électrique.
Les tronçons de tuyauterie doivent donc être équipé, pour chaque raccordement par brides, d'un conducteur dédié (une tresse métallique, boulonné à ses extrémités aux deux éléments raccordés.

Plus sur le web

www.wermac.org

Un blog en anglais animé par un professionnel de l'industrie chimique et pétrochimique

Norme EN 1902-1

pour se procurer la norme EN 1902-1

Norme EN 1759-1

pour se procurer la norme EN 1759-1

Norme ISO 7005-1

pour se procurer la norme ISO 7005-1

Norme ASME B16.5

pour se procurer la norme ASME B16.5