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 |
Marquage des brides
Quelles
soient construite selon une norme nord américaine ou européenne, les
brides reçoivent un marquage indélébile apposé par poinçonnage sur la
tranche, afin qu'il soit visible sans démontage. Les inscriptions
présentes sont définies par les normes respectives.
Pour la norme européenne EN 1092-1, on doit trouver dans l'ordre:
- la référence du fabricant
- la mention EN 1092-1 ou seulement EN qui confirme la norme selon
laquelle la bride est fabriquée
- l'indication de diamètre et de pression admissible
- la désignation de l'acier de construction
Une série de codes qui suit la désignation de l'acier correspond à un numéros de lot ou de coulée de fonderie, pour
permettre la traçabilité de la fabrication.
Pour les brides fabriquées selon une norme nord américaine, on trouvera:
- la référence du fabricant
- l'indication de diamètre et de classe
- l'indication de la norme de référence (B16-5 le plus souvent)
- la désignation de l'acier de construction
- un code optionnel permettant d'assurer la traçabilité de la fabrication
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'étanchéité 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