Technologie Et Documents à L'usage Des Dessinateurs De Bureaux D'études Pétrole Et Pétroléochimie

SORTIES DE CABLES

FiS· '"

AUTRES orSP05I TIONS

b

PLANCHE 8

ft

ZO/III:

NOH

DALLt(

PROTECT ION

DES

II N GLES

DES

ET

"" 10 _19.150 ~ous 1.. 400mm.

coill.bot" d. 25

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-145 x 30x 5/

FEUILLURES

.

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fig. CDRAINllGES

DALLAGES

SUR

par~i Q

c:

Pt. H. dol loge

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dq ri olq

500

E

couvqrht

max.

V)

N

.. .

(b)

1

, eCI,cn Q"'Jrs

B.

fig. '_CANAL ISO

H. dalla"

DRAIN

pERIPHËRIQUE

lu saign4cs e~ les drain. ptriph4riqucz. daiv"n~ tviter 1. . suppar~s ,,~~ubf!S paUl" côbles eledriques .

J. D. -1

100

C\I

•

P~.

300min.

g

(c )

LONGITUDINAL

~ •

/

0 0

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.

fig.6

"

-

,/

1

2 min. tI l'cnti-4e de la saigntt: d "vacua~ion SA IGNËE D'EVACUATION

210

fig .7

1$0

P~.B. cai"cbo~il

I~. dallagë

J.O.

,

/

~

0 0

...,.

c:

galvanise largeur

E 0

-

If)

200 min

PLANCHE 9

NIV. Ii phon

REPRISE

DES ËGOUTTURES

DISPOSITlONS"-==

f~.l

If

DE POMPES

==;1•

j RJ::CUPËR.AT ION DE PURGES . "LlMENTATION SOUS PRESSION

fig . 3

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!>IPHQH SUA COLUCTfU A

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Cl[

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RE PAISE

(.) GUO! O'UU ~

100

PLANCHE 10

'-.;:. ' . ' . , ~.'

(dl

COURS DE T EC HNOL OG IE DE DESS IN

Représent ations symboliques: - Extrait des N . F. concerna nt les tuyauteries : Les symboles à porter sur les plans d'ins tallation doivent indIqu er schématiquement l a forme générale de chaque pièce et le type des extrélllités (variable avec la série et les besoins de l'installation - (il n'y a pas de règle absolue ) - ils préc i sent certaines valeurs nu mériques nécessair es a leur identification (exemple: longueur des tuyaux, en particulier si elle est spéciale; angle s de déviatlOn des coudes, etc. ). Le di arnètre de la canahsation doit être rappelé en symbole le long du tracé, a ussi fréquemment qu e l'exige la lecture facile du plan, en parti culier au départ des branchements. Le tableau ci - apl'ès dOlme quelques exemples de ces symboles; on en trouvera d'autres dans les planches 3 à 10 et planche Il). TUYAUTERIES FONTE - SYMBOLES NORMALISES Symboles

Désignation

Symboles

'<

Tuyau "uni"

•

1 1 ----1 :J

J )

Tuyau à brides vissées, série: "BR" Tuyau à brides, coulé en sable, série: " B R"

f

f-

Manchettes: à recouper, ou il brides

:1l

,

0

et "GG"

1

w

Série standard "ST"

I,J

-r

, 1

•

Cônes. Extrémités selon série

1

-~

~

Tés et croix. 'Extrémités selon • serre Plaques pleines

1

r,

r-

f em ell:J-

'.0

lE

•

,

1

I~

.-...'"

>'

Courbes. Extrémi· tés selon série

.

Série express

E Série express "GS"

V

Désignation

L 1

.

2;,

-

",âleo

Bouchons Culottes à 45°

- Les extrémités des accessoires ne sont pas précisées sur le tableau, elles sont en général, sauf demande contraire, fournies femelles, mais peuvent varier selon les désirs du client. - Pour les joints de dilatation on indiquera en nota: il est prévu un joint plastique (asphalte par exemple) autour de toutes les fondations et des tuyauteries traversant le dallage. - Pour les divers équipements on trouvera des symbolisations dans les planches 3 à Il. 128

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COU RS DE TECHNOLOGIE DE D ESS IN

Cotation et repérage (voir standards et planche Il) ndications habituelles à tous les plans de tuyauteries: repérage des --'du terrain; cotes d'implantati o n des fondations supportant les appareils. i nécessaire, indiquer l e niveau de ces fondations . .......--I1yter les implantations de tous les équip ements (puisards, murettes, , tulipes d e rejet, etc.). oter l'implantation des tuyauteries. ~ bréviations

utilisées pour l e repér age des tuyauteries

'" réseaux sous pression Eau Eau Eau Eau

réseaux gravitaires.

EG

brute de service d'incendie de refroidissement

EH EN PR

Egout-eaux non huileuses Egout-eaux huileuses Eaux sanitaires Récupération de purges

Symboles: Niveau point haut du dallage. Niveau point bas du dallage. Niveau supérieur (puisards, murettes, massifs sans réglage, etc.). Niveau inférieur. Niveau fil d'eau.

Niveau axe.

Cl SL (+2~)

Niveau siphon. Ni veau béton brut. Réglage en millimètres. Epaisseur du dallage en millimètres.

ID 11!> ] Numéro d'ordre massif sur dallage.

Nota: Les symboles de niveau sont suivis sur les dessins du nombre indiniveau sauf pour les dallages où les niveaux haut et bas sont constants.

Détails de construction des équipements (voir standards) 'Ne seront dessinés que s'ils ne sont pas couverts par une norme ou ~~ .pas l'objet d'un plan type. our les équipements couverts partiellement par des normes, on exédes cr:oquis faisàrit référence à ces normes et portant seulement les aHons complémentaires.

. ANTONELLI et F. RANCHOUX

129

TUYAUTERIES

SOUTERRAINES ET DALLAGES_ SYMBOLES_ TUYAUTERIES

fONTE

Jr-----

Jt-------1[

SIPHONS

WNOR ME

-.

,

NORME U 99700

_.-,---"

TRANCHËES ËLECTRIQUES 'il?? >ZIZI/Ill/Il/Zr

-

Il, ' 7Z2 JI 72/222777

,-

-

/

~ZZl7ZZZ7ZZ 'l ZZ7Z2p "

r ZZZZlZzaZZ

1---1 i ·

NIV. __ _

..

~

--

PUISARDS EAUX HUI L EUSES EAUX PLUVIALES r~------------~A~------------------------~,~~~==~1 A ___________,

___

SIMPLE

À

DOUBLE

(j

RILLE

NORMAL

N° DE LA ·NORME

.

-- ---- -- ---!:::. ----~- H=_ -NIVEAU SUPÉRIEUR DU PUISARD

TYPE DE COUVERTURE

HAUTEUR DU PUISARD

ËVENTS

-- -

NIVEAU DE COUPE

--, ,

-. - - -----~-tkr- -- . --,

-- - 1

--

1

----------

FOSSES A VANNES

i-

ARRÊTE'

-

FLAMME~ 1 N°

1

•

RËCUPÉRATION

DE

PURGES

NORME, TYPE-

SIPHON SUR

----

COLLECTEUR ..J

DE REPRISE DE PURGES

N°NORME _

.

PLANCHE ,1'

NORME_I

--

0 __ _NIV.

COURS DE TE CHNOLOG IE DE DESSIN

3. Remarques et calculs relatifs aux fondations

2.5. 3 . 1 . \' érifi catio n d e l a stabilité de la fondation d'un échangeur

L'éc hangeur est lié rigid emen t a u supp ort c ôté b o1te de distributi o n écrous des boulons de scelleme nt bloqués ), et lib r eme nt (éc r ous non blo ués) côté ani"t'e,

=F -

r

axe du Faiscea u D =--

---'"

-

, -

1

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A•

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V ve nt

,

-

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7

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Cl:)

Cl:)

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,

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1 ,

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a ,

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='= ,

, ~1

-

"

,

,

,

~

Cfiiiges considérées F

= e ffor t

Pl

= poids semelle + fat

d'extraction du faisceau

= poids

du faisceau

+ 1/ 2 longrine + terre

E

= effort v ertical dO. à un couple de renversement -

Pv

= poids

total à vide

= PI

F x BI

D

+ E + 1/2 échangeur vide

P vI = Pl + 1 / 2 échangeur vide Pp

=

p oids 1/ 2 échangeur plein + PI'

. ANTONELLI et F. RA NCHOU X

131

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Calcul simplifié ne tenant pas compte des effets sismiques 1. Contraintes longitudinales :

,

- Contrainte limite admissible sur le sol: (iï

-cri

p ~

P

A - aire de la semelle.

A

Contrainte en opération . (J'

p (J' -

P A

,•

on doit avoir (J' < (J'.

Contraintes pendant l'extraction du faisceau: Semelle l :

p vI

<1' --

A

I

-

<1' +(J'< <1' I 2

où <1' 2

-

F. BI D.A

Semelle II:

F. BI

-

où

D.A

- Stabilité pendant l'extraction :

(2 - coefficient de sécurité).

- Dimensions de la longrine : h = (k

M) b

+5

M en centimètres daN ,. b en centimètres

où:

132

M = F. H k, varie avec les · taux de contraintes <1b et <1a'

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHr-+QLC)GIE OE DESSIN

2. Contraintes transversales: • PI ... 1/ 2 échangeur vide · charge à la balle du mallSif

" PI + 1/ 2 éehangeur pleIn - charge fi. la base du massif M M

e " ex ce ntricitl! "

'"

P

selon 11;' cal!

P

avec:M-V . B, .

., .' '

2

Contrainte .... u r le p A

•

•

-5P

". '" L

(1 •

)<

'0'

;

~h an geur

vide ou en opl!ration :

ar P

60 l , 0

p

selo n le cas.

L

____, .!'cPc,____ 51<7 < 0, prendre <7; ~ . < 01,

2

3 (;-

_ el 1

- Contr aint e sur Je sol . en sécurité : On remplacera, dans Jell r elations précédcntCIi e par 8

(liait l, 15

ou 1, 15

"

p

S

-I, 15e

lIelon le ca li ),

p

Artn de c o mpenser partiell ement cette a ugme ntation de e , on remplac e raU' par 1, 15 g;. Nota: Ce calcul réduit ne considère pas le .. cas oil un eUet sismiqul> est possible (voir Cour.. spécial d e rl!slstance des mal é r iaux et de lit ablli té des fondations). _ Contr a inte lIIur le

SO I.

en s écurité :

On remplacera , daM les relations précédentes 8 par

e,, · , ,15 8

(soit '. 15

ou 1, 1:)

C- AN1DNElll et F, AANCHOIJX

selon le cas).

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Afi n de compenser partiellement cette augmentation de e, on remplacera cr' par 1,75 (Jl. :-Jota : Ce calcul réduit ne considère pas les cas où un effet sismique est possible (voir Cours spécial de résistance des matériaux et de stabilité des fondations ). 2.5 . 1 . 2. Fondations pour récipients ve rticaux 1'rnhlème

le plus fréquent dans la construction des r affine ri es.

Les colonnes cylindriques sont fréquemment de hauteur impor tante avec un go r'and rapport d' élancement . Sont généralement supportées par une jupe d'acier à base circulaire pos ée sur le béton de la fondation. Elles sont maintenues par des boulons d'ancrage passant à travers la base circulaire (avec ou sans chaises). - Charges: a. Poids mort à vide (corps, plateaux, isolation, échelles, plaCharges teformes, tuyauteries attenantes). verticales b. Poids du liquide dans la colonne en opération. . c. Poids d'eau dans la colonne pleine pour essais . Charges d. Pouss ée du vent. latérales 1 e. Effets sismiques.

Charges diverses

f. Poussée des tuyauteries (effet de la dilatation) à considérer parfois pour grandes colonnes, négligeable pour les autres. g. Efforts sur les fondations - pendant le montage pour les gran des colonnes (appui des mâts de charge). h. Poids de la fondation en béton - à considérer dans la détermination de la pression maxi. sur le sol et du dessin de la plaque de base.

Le poids vide" a", compos é .avec la charge latérale, permet de déterminer l'effort maximal de soulèvement auquel doivent résister les boulons d'ancrage. Le poids en opération, a + b, composé avec la charge latérale, per met, en général, de déterminer la base elle-même. Le poids en essai, a + c, donne fréquemment le maximum de pression sur le sol. .

Charge latérale due au vent (en toutes directions horizontales) : Pour une surface rectangulaire plane :

134

C. ANTONELLI et F. RANCHOU

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

p = 0,0038 V 2 l' "-.. Is .ft vitesse du vent miles / h

F = P . Al :.YIDt és) .

ou .

p = 0,09 V2 -

,1 daN/m 2

mis

- A 1 = surface rectangulaire plane (en m 2 ou en sq. ft selon

Pour un cylindre on prend les 0,55 de la surface frontale projetée (soit """"'.,( 0 V2, soi t 0,05 V 2 , selon les unités, pour P). Le ~ de 1<1 toUl' est augmenté de 20 % pour tenir compte des accessoi.fi">é-chelles, plateformes, tuyauteries, etc.). sur les tours, piles, etc.

Deux types de forces : verticales . poids, horizontales . . . s'il y a lieu les effets sismiques.

vent; on y

!Pour les constructions de très grande hauteur, on calcule l'effort dO. vent par fractions de la hauteur en tenant compte de la variation de la vidu vent avec cette hauteur. Action du poids :

P (1' - - 1

A

Action de Q : Flexion dans le tronçon considéré M

=

Qh.

- Contraintes dues à la flexion

D

[

En A : extension

(1

G

Q

2

=-

M !/v

-

Qh !/v

• En B : compression

h

(1' = + M = + Qh 2 !/v !/v

C B

A p

R

- Contraintes résultantes En A:

(1 =(1' +/(1/ a 1 2 Co

~NTONELLI

et F. RANCHOUX

P

A

:..

Qh

!/v , 135

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

En B : compression maximale P <1' = <1' + <1' = 1 2 S b

+

Qh 1

I/v

Les attaches ou simplement les forces de frottement dans l a section AB doivent résister en outre à l'effort tranchant Q. Massifs en béton et en maçonnerie. - Il faut que les dimensions soient telles que les effor ts d'extension soient faibles, ou mieux qu'il n'y ait que compression. On démontre que toute la section est comprimée quand le centre de pression C (point d'intersection de la résultante des forces extéri eu res appliquées au corps au-dessus de la section considérée, et du plan de la section) se trouve dans le noyau central.

P Pc

Ceci dans le cas de pièces assez courtes pour que tit devant l'unité - Pc (charge critique).

soit très pe-

- Cas de quelques sections courantes :

Rectangle évidé:

Rectangle plein:

a

L

Cl ~

-

e

-d' -

c'~( /';. .:~ e" :.<: ~~ ' ,. ',;..J.. r'..' ..' f"

-

-

/;

-

~; l:'"

,a

•

d'

cl

. " .~ " . '. ...... . . .. • l' ' .. . '.. . '" -:. ~':~~'" :/ . ,' '.~ ;.-

. ... .......

.cl"

e' -

.

c"

1/

'

L.

(J' -

a Gc' : Gc" = -.:::-6

Gd' = Gd" -

136

b.

6

Gc' = Gc" =

1 6

-

,2 a (1 + _a~2-) a

Gd' - Gd" =

C.ANTONELLI etF. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGt E DE DESSl N

Cercle plein

G,

Cercle é vidé

,

,

0-

Caracteristique s du projet (voi r fi gure p . 13 9) On au ppOJiu.' que le pl an de la colonne a éte dea a lnéaupara vant. Lep roj e t comprend 3 polntli prlnclpaUl: : Le massl! ou !:Iode La semelle ou plaqu e de ba se

Les boulollll d 'ancrage . On a {Pl + (Fl "' (R)

Pe .. Fh

Pel "' Fh l • p " a Fh 2 Pe 3 "' Fh3

{e • ex centr lcitel. Vérlncatlon!:l de la s ta bilité et

dCIil

boulolllil d'ancrage

_ Donnéell p réliminalre ll Forme de la semelle et du Bacl e: o ctogona le ([ / v "' 0, 1 D3). On déter mine la hauteur totale ri de la rondation par la eonsid t'; ralion de la ligne de gel maximale e t du bon sol.

On prend une épaisseur de 8e m e lle éga le à H/ 3 en vi ron (à vé rifier ave c les charge!:l). La balle de la s e me ll e sera à environ 0, 300 m au_des_ sous de la ligne de gel maximale.

E n première approximation le diamètre de la semelle pourra ê tre pris e gal au double de c elui du lIocle. C ANTONELll '" F. RANCHOUX

137

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

r_e nombre de boulons, leur diamètre et le diamètre axial sont donnés p a r le plan de la colonne. ,

1. Stabilité On vérifie que, avec vent colonne vide, on a : (e3 doit tout d'abord être < D / 2 coefficient de sécurité = 2) _ Fh

3

P

toute la base est en compressIon

si e3 <0,125 D e3 < D / B

•

2. Pression sur le sol a) Sans vent

= <1

' " 1

p A

(colonne en essai hydrostatique).

b) Avec vent, colonne vide: 11 2

:: +

M I/v

(M = moment de renversement) contrainte . totale sur le 'sol

(1'

::

p + M A I/v

M = Fh

3

(P = poids mort = tour + calorifuge + eau + poids tuyauterie + échelles, plateformes + poids béton + poids terre). 3. Boulons ; méthode approchée (suffisante pour les cas courants) D = ~ de la jupe Db = ~ axial des boulons.

Dt; D

•

r~9 ~!:'----_ comprjm~e

On peut prendre dans les calculs Db ~ D. N = nombre de boulons Pl = poids colonne vide. - Contrainte, dans la jupe, due aux charges verticales; 138

axe neutre

f C.ANTONELLI etF. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

p

r

1 ~ O,300m

0.000 !~

wm//,«~

H

1

socle e1 semelle environ O,300m sous la ligne de gel maxi. tI

t.--_o_c~_o9one : D/plars

Nota; Le rapport k ~ H/3 n'est valable que pour les colonnes de di....-. enslOns moyennes. M.L:>U~ NELLI

et F. RANCHOUX

139

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

0"' = l

par unité de longueur de la jupe (en pouces ou en millimètres). ,

- Contrainte due au moment de renversement: Fh

0"2

+ TT

D 4

l

-

2

Ml + TT

D 4

par unité de longueur de jupe (p o uce s ou millim ètres) .

2

- Contrainte totale par unité de longueur de jupe : 0"1 + 0" 2 0"

(1) 0"'

-

( 2) 0" -

1 - 0" 2

côté sous le vent côté au vent

4 Ml

Pl

TTD +

TT

n

2 si (2) < 0, les boulons doivent résister au , soulèvement.

4 Ml . 2

Pl

+ TTD

TTD

S'il yaN boulons répartis sur TTD, chaque boulon est intéressé par

TTD N

et chaque boulon su'p porte :

(3) T = (3)

= (2) • -

•

TTD N

d'où une section nette du boulon: A

140

T

B

=-.;::.-


C,ANTONELLI etF,

RANCHOv ~

TECHNOLOGIE

1. TU YAUTERIES

a) ROll: et fonctions Le l'Ole: la conduite de fluides d'un appareil à un autre, d'un appareil à un rhervoir ou d'un réser"Volr à un appareil au cours d 'opératio ns de fa . brlcsUon de tran.sformation ou de IItockage d'un produit.

FonctiolUl : Etanchéité Réalatance aux conditions de travail (P et T) Réalstance à l 'oxydation Résistance aux agents corrosifs Conduite du fluide ave c le minimum de pertes thermiques et de pertes hydrodynamiques (pertes de charge). (Vi · tesses des fluides: 1 à 5 m / s.l b) Constitution générale Organes presseurs Organes Organes Organes Organe.

de mise en mouvement du fluide : pompes, éjecteurs, com _ de conduite des fluides ; tubes et leurs compl éments d'arr/! t el de réglage: robinets, organes d'obturation de sécurité de mesure. de con trOle. de régulation.

c) Types: tuysuteries aériennes tuyaute ries souterraines. dl Principaux organismes spécialisés. Codes. Normes. Spécifications

ISO

CECT

International Organizatlon for StondardizaUon Co mité Europ éen de la Chaudronnerie et de la TOlerle .

• AUlt Etats·Unis

ANS I A$l\1.E

API ASTM AWWA MSS

Na Uonal Standard. Im.Ulute Society of Mechanical EngineeI'8 Petrol 1ll8titute Society for Telltlng Materialll Wa ter Warka ASllociation M~facturers Stondardlzation Society o f the Valves and tittlngs lndustry. American American Amerlcan American American

C. ANTO NE"lUel F . AANCHOUX

.

,

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- En France: .-'\.FNOR Association Française de Normalisation SNCTT I Syndicat National de la Chaudronnér-ie, de la Tôlerie et de la Tuyauterie Industrielle. Il exist e des organismes similaires ou des filiales des précédents dans la plupart des pays industrialisés ou en voie d'industrialisation. L 'I SO effectue des travaux de coordination des diverses normes natio nah;::; e n vue d'établir des documents internatio naux. Le code ASTM définit les matériaux et les essais. Le code API établi par les sociétés de raffinage concerne toutes les tuyaute ries en acier ordinaire utilisées dans l'industrie du pétrole. Le code ANSI couvre toutes les tuyauteries et leur mise en œuvre; le chapitre ANSI B 31 concerne les tuyauteries pour hydrocarbures. Les codes et recommandations du CECT et du SNCTTI donnent des méthodes de calcul et des règles d'installation et de montage des tuyauteries. Les normes AFNOR (classe A: A 36, A 38, A 48 ; classe E: E 29, E 49J précisent les matériaux utilisés, les dimensions des tubes et des accessoi~ res de tuyauteries ainsi que les règles ) d'emploi en fonction des pressions et des températures. Les normes AFNOR "Pb" (classe M 87), spéciales pour l'industrie du pétrole, sont en accord avec le code ANSI B 31. Les divers codes,normes et documents diffèrent surtout par les mé · thodes de classification, mais leurs prescriptions sont très voisines et des documents de correspondance ont été établis. e) Note relative aux normes AFNOR "tuyauteries" Pressions et températures - Généralités - Extraits de la NF E 29 - 002. Cette norme donne des définitions et des valeurs des pressions et des températures s'appliquant de façon générale à tous les éléments d'une tuyauterie, Elle précise la notion de gabarit de raccordement (GN). Elle est complétée par des normes particulières (divers éléments et matières) . Elle ne concerne que les installations terrestres. 142

C. ANTONELLI et F. RANCHOU~

COURS DE TE CHNOLOGIE DE DESSIN

Pression nominale - PN - Pression effective (en bars) qui a servi de base à la dé te rmination des dimensions de l'élément de tuyauterie considéré à une tempér at ure de base tB = 20° C (sauf indication contraire des normes concernant l'élément). Les dimensio ns de l'élément sont bas ées, en principe, sur les caractéristiques que les f i atiè res effecti veme nt utilis ées poss èdent à la températur e tE. Le graphique ci-après montre les positions relatives des divers es pressions et tempé ratures prises en considération par la norme qui en donne les défi ni tions .

PN

pression nominale

PS

prtss,on en service

.

P bar PN

.

PMS

pression maxi. en suvlce

PMA

prtssion maxi .admissible

tB

lemp~rature

fmA

tempér. mini. admissible

de base

..

---

-r-

.

'mS

lempér . mlnt. en service

fMS

hmpér. max 1. en service

'MA

tempér. mni.admissible

.

C

PMA PMS PS

.

r T fmA

fB

'mS

tMS !MA

Si les caractéristiques de fluage prévues ne sont pas prépondérantes, on doit avoir PMS < PMA pour la température en service au moment considéré. Si ces caractéristiques sont prépondérantes, on peut avoir éventuellement PMS > PMA pour la température considérée et pour une durée limitée. - Pressions nominales normalisées; PN 2, 5 - 6 - 10 - 1 6 - 25 - 40 - 64 - 100 - 1 60 - 250 - 320 - 400 - 640 - 1 000 - Pressions d'épreuve hydraullque et pression d'essai; 1,5 PN, valeur arrondie à l'unité supérieure - pour les éléments dont la PN est définie à une température tB <E;; 110° C. - Pour les autres cas, les pressions d'essai d'étanchéité, les matériaux spéciaux, les tmA, tMA, PMA, se référer aux normes particulières. f) Note relative au matériel suivant normes américaines ANS! Le matériel est défini par une "classe" normalisée (150 - 300 - 600 900 - 15'00 - 2500 - et parfois 3000 - 6000). C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

143

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

A l'intérieur de chaque classe (qui n'est qu'un numéro d'ordr e a na lo gue à la PN) on a établi une gamme de pressions maximales admissi b le s en fonction de la température de service et cela pour des "groupes" d' acie rs (au nombre de 23) admettant ces pressions et ces températures et aya n t un mode commun d'élaboration (matériel forgé, coulé - tôles - tubes - ba rr esprofilés) . Les spécific a tions indiquent le "grade" des aciers: il corr espond aux c a ractéristiques mécaniques, chimiques et au mode d'élabor a tion. Ainsi pour des aciers ASTM, a u c a rbone, A 53 par exemple, l e g r ade B a des qualités mécaniques supérieures à celles du grade A , mais l e pri~ es t de ce fa it plus é lev é (4 à 7 %).

1.1. TUYAUTERIES AERIENNES a) Conditions d'utilisation: fluide, preSSlOn, température. b) Matériaux: aClers au C et aciers alliés, aciers inoxydables, vres, laitons, cupronickels, alliages légers, matières plastiques.

•

CUI-

1.1.1. Tuyauteries acier

Seules utilisées dans les industries pétrolières pour les hydrocarbures liquides. 1. Tubes

a) Types: Laminés à chaud sans soudure Etirés sans soudure (à chaud ou à froid) Soudés par recouvrement (par résistance ou à l'arc) Soudés par rapprochement (par résistance ou à l'arc) Si ~ > 24", tôles roulées et soudées Tubes en tôles roulées et soudées en hélice (hélicotubes). Le choix de la nuance d'acier tiendra compte: • De la résistance mécanique à la pression et aux températures enV!sagées (résistance à la rupture et au fluage) - De la résistance à la corrosion - De la résistance à l'oxydation.

144

C. ANTONELLI et F . RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOG IE DE DESSIN

D'une façon gén~Tal e les tu bes sans soudure, l aminés 11 c ha ud ou étlr é8 , s eront e mployé8 dafUI tous les cali de condlti ofUil .. évèrelfi de lierv ice ( raffine l'tes de p étro le, inthnltries c himiques, centrales thermiques, ma _ rine , e tc,). Aux pre8slo ns et te mpé ratures alliéil, p ou rront être utilisés pour la hydrocarbures: _ nuance .. américaine s AS l' l\.1 , _ nuances fra nçalse8 A FNOR e x e mpl e .

moyennes, les aciers au carbo ne,non plupa rt deI> nuldes non corrOliHs et des A53, A83, A 106, A PI5 L, etc, TU 37 a e t b , TU 4 2 b , TU 48 b, par

Au x températu res élevées on utîliserades nderll au moly bdène (à 0, 5 10) ou au chrome -molybdène (0 , 5 à 1 .,. Mo et 0,5 11 5 ,.. Cr). E xe mples : _ nuances ASTM A ! 61 , A 199, A 200, etc. -nuances A FNOR: T U 37c, TU42c. T U 48c, 150 3 , 15 CO 2- 05, el c, Aux pressions et te mp éra tu res é!evéea, les aciers fo rte m ent alliés , nuance 18/ 8, seront employés, Dan!!' le c as ool la corrosion H l'oI y dntionseront à craindre , o n pourra utiliser des ad ers à haute teneur , a u c hrome ou a u TÙckeJ-chrome, Ces de rni e r s présente nt en o ull'e d'eIcellentes qualit és de rélilis t ance mécanique; leur emploi peut s'éte ndre a ux basses températures bien que d aIUI ce cas on leur préfère souvent des aciera fi de chrome d e pr ix moins élevé et de qualités mécaniques Iquiv alentes,

9'"

Coefficients d ' indice de prix dea a cie ra Acierli Aciers Aciers Acie rs Acierll b)

ordinaires Cr - Mo (5 " - 0, 5 'l'o ) Mo (0,5 "') et C r _Mo (0 , 5 'l'o -O, 5 'fol C r -Mo ( 12 'fo· O, 5 'fo) C r _Ni ( 18 "/0- 8 ,..)

1

2,5 1,8 2,3 8, 5

Car actérill ti quell et norm aliS Mion

Suivent o::odes .m6riCllins 1) Diamètre no minnl. - Définit le tub(> (c'esl un numéro d' o rd r e) ; a ce diamètre nominal correspond un d iamèt re e xtérieu r constant ,

Ç.

A,NTONELL I el F, RANC>iOUX

'"

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

2) Epaisseur. - Calculée d'après les conditions de fonctionnement.

PD t -

t P

Do S C y

k E

o

2 SE + 2 yP

+C

k ,

épaisseur pression intérieure 11> extérieur contrainte admissible dans les conditions de marche (P et TO) surépaisseur de corrosion + profondeur de filetage ou de gorges s'il Y a lieu coefficient dépendant de la nature du métal et de la température d'utilisation coefficient d 'ovalis ation et tolérance de fabrication (en général: coefficient de soudure.

1

O. 875)

Valeurs de y Température oF

.r;;;

900

950

1000

1050

1 100

;;. 1150

Aciers ferritiques

0,4

0,5

0, 7

0, 7

0,7

0, 7

Aciers austénitiques

0,4

0,4

0,4

0,4

0,5

0,7

La surépaisseur de corrosion est prise égale à 1,5 mm dans les cas normaux, elle peut atteindre 3 mm dans les cas spéciaux. P - pression de calcul" p. de la soupape de stlreté + 10 % T - température de calcul" température de service + 1 0° C (ou 5 O' FJ _ contrainte de rupture . E S - contrainte admissible 4

Valeurs de E Type de tubes Etiré sans soudure Soudé par recouvrement Soudé par rapprochement Soudé par résistance électrique Soudé par fusion électrique

146

E 1 0, 6 0,80 0,85 0,85 1

1 seule soudure et radio totale soudure à,vec reprise à l'envers et radio totale

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COU RS DE TE CHNOLOGIE DE DESSIN

TUBES LISSES

TUBES

FILETË5

HAUTEUR

ËPAISSEUR

MINIMALE

FI LETAGE CONIQUE NPT _BRIG&S CONIQUE

conicité: 6,25%

Tube lisse ,

Epaisseur minimale (t - c) 1 /2 " 3/4" 1" 1 1/2" 2" et 3" 4" 6" et 8" . 10" 12" et au-dessus

, 1

,

0, '7" 0,07" o, 08" o, Og" o, 1" 0, 12" o, 15" o, 18" 0; 1 g"

Tube fileté 0; U3" 0, 04" 0, 045" o, 057"

,

,

,

.

, ,

) Schedule (S. N. = schedule number). - Définit approximativement épaisseur pour un diamètre nominal donné et pour un type d'utilisation déterminé (P et TO) :

l''''""''-~-

L..-_

•

S.N. = 1000

si gage

=

pl'

pSlg

S , ~pSi

pression relative).

,

Des abaques permettent de vérifier le scheduleen fonction de la presion et de la température . . ANTONELLI et F. RANCHOUX

147

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Il faut bien remarquer que le schedule n'est en quelque sorte qu'un numéro d'ordre; la détermination de l'épaisseur est faite par le calcul et c'est à cette épaisseur calculée qu'on fera correspondre une épaisseur standard et un schedule. , Les schedules, les 9> nomInaux, les 9> extérieurs et une séri e co rrespondante d'épaisseurs sont normalisés. 4) Désignation. - Par le schedule ; le

9> nominal; la pression de ser -

vice en lbs; la température de ser vice. On indiquera le code utili sé et le grade. Remarque. - Le diamètre extérieur est égal au diamètre nominal à partir de 14". Le ·schedule remplace peu à peu les anCl.ennes désignations API Standard (S. T. ) Extra-strong (X. S.) Double extra-strong (X.X.) Exemple: 9> nominal 1" sch. 40 80 160

sch.

30 ou 40 60 ou 80 160 ou 200.

9> extérieur 33; 39 e = 3,38 e = 4,55 e - 6,35

S. T.e - 3, 38 X. S.e - 4,45 X.X.e = 9,09

Remarque. - En cas de divergence entre les codes API et ANS! c'est ce dernier qui doit être pris en considération. Les tubes utilisés normalement en industrie pétrolière sont en acier étiré ou laminé à chaud, sans soudure, jusqu'à 24", en tôle roulée et soudée par rapprochement au-dessus de 24". Les extrémités sont d'équerre pour les 9> < 2", chanfreinées pour les 9> ~ 2", ou filetées selon demande. Tuyauteries suivant codes français et normes AFNOR

1) Diamètre nominal (D.N.).- Simple numéro servant à classer en dimension les éléments de tuyauterie. Il correspond approximativement au diamètre intérieur dans le cas des tuyauteries à faible pression, mais il peut en différer sensiblement quand Paugmente car les diamètres extérieurs des tubes étant ~ixés par les normes indépendamment de P c'est l'épaisseur qui varie et par suite le diamètre intérieur.

148

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS De TECt-lNOlOG IE DE P ESSIN

. - Ca.lculée d ' aprèll les conditions de fonctionnement. La

q,.

PD E

eoc

D

2 :+ P + C pour les partie.lll droite.lll e m1ni calculée " - o.P 2 r~ P • p re.lllsion de c al cul, e n bars D • di a mètre extérie ur donné par les normes, en millimè t res r • contrainte ad mi ssible pour le ma térI au. en new tons pa r millimèt re carré z • coefficient de joint C • !!urépal.s e ur pou r co rro.ion é ventu elle . en millimètres a • épaisseur.i\ adop ter , prise dans les normes, en millimètres . On doit a.v olr :

."

m

100 100 - x

x • tolér ance de fabric a tion su r l' ép a ifilseur en pour - c e nt. Elle es t en général d onnée par les normell. La formwe donnant em ne tient pail compte de fil majorations éventuel-

les pour compensation des contraintell de llaillon, de!! con traimes thermique s, d e celles due ll aux variationll de P e t de T , de la fle xibilité, de la di _ l a t a tion (ancrage., supportages, etc,l, de l' affaibliss e ment du tube par suite des opérations de formage , d 'usinage, etc. Remarque •. • l'rèl! s ouvent la formule dell c odes am éricairUi e st utlli . aée c oncurremmentavecla préc éde nt e qui n'e st pas donnée par une norme obligatoire . Le tableau précédent donnant les coefficients de joint ea t applicable. L a surépalase u r de corrosion est variable (voi r plus avant). Elle peut . dans ce r tains cu où 11 y a certitude a bsolue de non corrosion, Nre nulle.

,)

l"'p."'"

- Les tubes sont dé signés par le dlamèlre exté r i eur et l'Indice de la norme .

Ex emple: tube de 16_2, NF A 4 9 - 210. Comme dans la normalisation américaine \ell III nominaux. les p ex_ térieurs e l de s Béries correspondantes d'épaiss eurs BOni normalisés. Dans le c a a d'extrémités fi letées on utillfile soi l le filetage ea z 6ulvanl la norma lisatio n française, 1i01l le NPl' (figure page suivan te).

C. ANTONE LLI el F. RAi'/CI.ouX

149

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

SANS ~TANCHËITË DANS LE FILET

NF E 03-004

27'30'

NF E 03-005 27"30' 1

27' Cf

AVEC ËTANCHtlTt DANS LE FILET 27"30'

,.~~

filetage conique . taraudage cylindriqu~

,

'

"/ p

... /

.,

• 1

filelage .el taraudage cylindriques.

- - - "a-

r

----i>!

pla~;-j

conicité : 6,25'1.

rJauge

f)d>;:h~~

FILETAGES "GAZ·

•

Remarques applicables aux deux cas. - Longueurs normales d'utilisation: 6 m ; de fabrication: Il à 12 m - pour hélicotubes on dépasse 20 m. Selon la demande, les extrémités sont d'équerre pour les ~ < 50 mm, chanfreinées pour les ~ ;;. 50 mm ou filetées. Il. Jonction des tubes

Soudage, raccords soudés ou vissés, brides (voir standards). a) Soudage : utilisé pour les joints courants des tuyauteries partout 01l. il n'y aura pas de nécessité de démontage.

E

E

co

EXTRËMITI:S À SOUDER POUR TUBES ET ACCESSOIRES DE TUYAUTERIES

150

= +1 '-D

~

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

b) Raccords et manchons à souder ou à visser Sont fabriqués jusqu'à 4" ou 100 mm. S'utilisent surtout pour !1S ~ 50 mm ou 2" en industrie pétrolière. Les raccords français ne dépassent pas PN 100 ; au-dessus, les raamér i cains sont utilisés. Les l'accords américains sont exécutés dans les séries 2 000, 3 000 et

rati è res : Aciers ASTM : A 105 ou A 182 - A 350 - (divers grades) AFNOR: XC 18 S ; 18 / 8 ; Z 20 CD 5 ; 20 N 14, etc. Fonte malléable (pour les raccords filetés). En industrie pétrolière, les raccords ' fonte malléable sont à éviter; r forgé est toléré sur les conduites d'eau de refroidissement, d'eau d'air comprimé. Seuls les raccords américains en 3 000 et 6 000 lbs :....!:i,.LI. "', é s . Manchons et raccords soudés (fig. 1 a à j). - Sont du type "emmanché é ' (socket) . Principales pièces standard: manchons (a), demi-manchons (b à el, ~c~ ou~ai::.es (fl, tés (g), croix (i), bouchons femelles (hl, raccords "union" (j).

d

c

a

60°

fig .1

f

8

h

•

J

Les demi-manchons sont utilisés pour le branchement de petites lignes ur des lignes de plus grand diamètre. Les raccords union se font aussi" à souder" en bout. Il existe aussi des "brides union" .

C.ANTONELLI et F. RANCHOUX

151

iw snn

:Pt

COU RS DE TECHN OLOGIE DE DESSIN

Raccords vissés (fig. 2.1, aàm). Le filetage normal de fabrication pour les raccords acier est le file tage NPT (Nationa l Pipe Taper) ou "Briggs".

,

Etanc héité par contact direct, métal sur métal. On pourra obtenir le filetage "gaz" (C) sur demande. Pour les raccords fonte malléable, c 'es t le filetage "gaz" qui es t utilis Reluarques.- Filetage "gaz" . Deux var iantes : - Pas d'étanchéité dans le filet par contact direct. Taraudage et filetage cylindriques . Etanchéité par filasse, ruban PTFE, etc., d'où limita tiori aux faibles pressions. - Avec étanchéité dans le filet par contact direct. Taraudage cyli ndri que, filetage conique. (Voir figures p. 15 0) . Principales pièces standard: ont les deux extrémités femelles sauf indication contraire: manchons (a), demi-manchons (b à el, coudes (f), tés (g), croix (i), bouchons "femelle" (m), bouchons "mâle" (1), raccords "union' (i), réductions (j), etc.

~

~ % 1

;

.

1\

v

c

b

e

6r:J'

filetages Brig9s ou·G"

-, ~

Mouf

7>-.

'L

oz:

,/+V

f

1/ ,

9

--

Jll

h

fig.2.1

t~te

no!duclionM-M

Qou H

1t

1 •

~~~J

1 ,

l

se fait aussi M-F etF-F

Raccor,d s di vers - Dérivés du raccord union (fig. 2. 2, a à e) . Très nombreux. Certains sont normalisés. DN de 4 à 32. Utilisables jusqu'à 100 ou 200 bars selon le modèle. 152

C. ANTONELLI etF. RANCHO

COUAS DE TECHNOLOGI E oe DESSIN

Matéri aux: bronzes, laitons, m3i1lechorts pour tubes cuivre , cupronickel , laiton, etc, ; aciers pour lubell acier, Simple (b) ou doubles (Il). E xt rém ité ll : sation,

m ~\lell

(Il et d) ; feme lle (e) ; mill e.femelle ; selon utili.

Etanchéi t é par portages: plafUI (a) av e c coUel rabattu ou bague 80Udée ou brasée, coniques (b), IIphérlques (c l. fi couteaux (d).

d

b

Fi!;l.2.2. cl Brides (fiange s ) C'es t le cas le plus fr équent au . dessus de

p

50 mm (ou 2") ,

Types utiHso"1I ;

brides américaines - codes ANSl ct API b ride s f r ançailles AFNOR type "Pe" _ classe 1\1 87 Autr es usages: b r ides AFNOR _ cl as se E 49 . Hydrocarburell

Bridei lUX norme-s '''''ô'''ônes ANS I B 16-5 et AFN OR " Pe"· M 87 Caracté ristiqu es : Forme, classe (150 , 300, 400, ilOO, 900. 2500), face de joint.

1 500,

Ainsi qu'il a é t é indi qué préc éd e mme nt , la class e d éfinit les Ihnltes d'utilisation en fonction de lu pression et de la temp ér atur". . L 'abaque d-s pr llll (fig. 3) a Hé I! ta bll ( à titre i ndIcatif) d'a prh l e ta _ bleau de ' p res slons e t tempéra tu res donné par l'ANSl pour les a ci ers du groupe 1- 1 (a e lerlil fo rgés: A I 05 - A35 0 LI" 2 -A350 LI" 3). Alnlll, daml l n elall s e SOO par e xe mple la P MA pourra être de 46,3 baril l 100' C mais elle ne devrs pas dépallser 34, 3 bars à 400· C,

C. ANTQNELLI

e1 F. RANCHOUX

!53

CO UR S DE TE CHNO L OG I E DE DESSIN

Pt1A

bars

45 0 ........

40 0

~

"- ~

-

35 0

'"

classe 2500 30 0

~

1

~

"J

\

25 0

'" 20 0

~

,

classe 1 500

1\,

15 O'

10 0

,classe 900

.......

cl asse 600 i

50

.

.....

1

classe 400 ..! .C'1.asse 300

\

\

\

~\J, \"

~\, ~~~

-a'5se 150 100 200 1:

0

~

300

4 0

500

TY:

Fig. 3. Aciers du groupe 1-1.

154

C. ANTONELLI et F . RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

La classe détermine la pression maximale d'épreuve. . chaque classe correspond une norme dimensionnelle. [ ype s de brides ; Ilrides courantes

37·30·~2·30:;,t(f.X~~1-

NECK

.N

16

ou 1

3O'

+5

SOCKET

-0 selon conlral

WELDING

S.w

fig .6

1 •

THREADED LAP JOINT

fig.5

fig.7

L.J

fig.8

- Bride "Welding Neck" (W. N.) (fig. 4 a et b) Pour 9i ;;. 2". Soudée en bout. La plus utilisée. Fixation peu onéreuse (une seule soudure). La plus résistante. Convient aux services les plus durs. L'épaisseur du collet correspond au schedule du t1,lbe . - Bride "Slip-on" (S.O.) (fig. 5) Pour 9i ;;. 2" . 2 cordons de soudure. Néanmoins, faible prix de revient (il est établi que dans l'ensemble les prix des brides S. O. et W. N. mises en place sont équivalents). Convient pour des services modérés en T et en P. - Bricj.e "Socket Welding" (S. W.) (fig. 6) 1

Pour 9i ,; ; 2" . Utilisée en général pour pressions élevées. C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

155

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- Bride "Lap Joint" (L. J.) (fig. 7) Utilisée avec embout à souder à l'extrémité du tuyau. Pas de nécessité de repérage des trous pour boulons. Utilisée de préférence avec tuyaux en alliages• non ferr'eux et dans les emplois de fluides très corrosifs; il est possible d'employe r des embouts en matériaux de haute qualité tout en conservant des bl'id e s en aCier au C moins onéreuses, d'où économie. Utilis ée dans les tuyauteries en matières plastiques. Utilisation possible dans des parties de tuyauteries Ol! d es démonta ges fréquents pour inspection et nettoyage sont nécessaires, éd l ' elles facilitent ces démontages. Toujours à face plate. - Brides taraudées (Threaded) (fig. 8) Pour ~ .. 2", filetage Briggs. Doivent être évitées de façon générale, sauf nécessité absolue . Cas où le soudage ne peut pas être utilisé, quand par exemple le traitement après soudage ne peut pas être effectué pour des alliages à haute résistanoe. Brides spéciales Bride plaquée (fig. 9) -----------En général s.a. Pour fluides corrosifs, addition de métal spécial sur les parties à protéger; la bride elle-même étant en acier ordinaire. N'offre d'intérêt que pour les grands diamètres (prix moins élevé). ?.!!g~'p'I!l!l]~J!Jl~I!.c!.!!.~~eJ (B.P. ou B.F.) (fig. 10)

En bout de ligne ou pour fermeture d'un orifice. Bride de réduction ----------------Concentrique, B.R. (fig. Il) Excentrique, B.R.E. (fig. 12, p. 157). - Brides à orifice (fig. 13, p. 157) Pour prises de pression en amont et en aval d'un diaphragme. Elles sont du type W.N. ou s.a. Série minimale 300 lb. PLAQUEE

RtOUCTION CONCENTRIQUE 1

fig.9

~

156

1/.

~ 1

•

l

1

V1

B.R

•

f'ig.10

PLEINE OU

1

'Sll NO'

~ ,;~

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COUAS DE TECHNOLOGIE DE DESS I'"

IIlDUCTION

UC[lIt~I QU~

IlR1C f

i

ORifiCE

BR'

_ Paces de joint Wange faein gs ) (fig. p . 1:> 8) Brid es li fac e pi nte ( na t fn ce) (P. F. ou F'. P.) (fig. 14) --aülfs-k-s-sûï--(on"te et m é taux non fer~ux . Le joint devrn occuper tou te la surfa ce d e la bride. !l;!~I.:!_~!l!ç:I1.s_u_~~!!J_é~_t~~.!'~p _~a_.::.eJ (R . F. ou F . S . ) (Cig. 1:J)

Ulllle (limoot h finillh) (fig. 16 al. UtiHsée avec joints plats e t joints " spiral" Glacée (colU wnt er fini sh) ( fig. 16 bl. P ou r joint méta lliur métal Conccntric serra ted (ng . 16 c) à r ai.nures concentriques Spiral s er ra ted (fig. 16 c) il. rainures spiraléeli il. fond anguleux Stock rinillh (fig. 16 d e t e l il. r ainure s spiral tell à fond a r rondi. Avec ces t rob dernières faces, on u tilise dell jointll de ty pe v a ri a _ ble, selon les co nd itionll de travail impOlléell : joinls p l a ts , joints mé taJlop lastiques claslilque s, jolntli " spiral" , joints méta lli quell, etc . . Face R, T. J. ( r ing t ype joint (fig. 17, p. 1:> 8)). Utilisée pour les conditions de tra va i l lell p lull dures, a vec joi nt métallique to rique, ,~"m,, ", m~ll'

e t femelle (smail m a le a nd fe-

A simple g r and e mbo1tement mâle et femelle (large m a le and female ) (fig . 18 bl A double pe tit embo1tement m;tle et fe melle (IImaU tongue a nd groovel (rii. 19 a) A double grand embo1tement mill e e t femelle ( lar ge tongue and g r oo ve) (fig. 19 b). Ces bri des pe rmettent d'ut iliser et de mainterùr co nvena bleme nt des joints métalliques ou métalloplafiltlques de faibl e largeur. Not a : Sauf indi catio n cont r aire du client , lell b rides "lap jOint " sont livrées Il fll c e li pla teli ; lell lIutres typ es 1I0n t li v rés ~ face suré lev ée av e C C_ A Nl QNE LL I et F. ~A"'C..oU)(

'"

COURS DE TECHNOLOGIE DE DE SSIN

stries "stock finish" pour les séries 150 lb et stries "stock finish" ou gorge pour joint annulaire au -delà de 150 lb selon demande., Pour l'état de surface voir les valeurs AFNOR page 165. fACE

PLATE

F. F ou F. P

R .F ou F.5

fACE 5URÉLEVÉE

-'"

FACE RJ.J

fig .17

fig.1?

'"

fig.H5MOOTH

CONCENTRIC SERRATEo ET SPIRAL 08 SERRATEo

FI NI5H

(c

1,'!fhô8-1.

/'id ( a)

mgl.tl urondis

.. o

fig .16

STOCK FINISH

(d 1

0<12" COlo WATER FINISH

d

1

.~

//~

~ ES

(b)

12 .

.

. 2

1e 1 ~

FACES A EM80lTEMEHT

(b 1

SIMPLE

0

oc

.... .....

__ . fig.

.... C>

oc '

::lI

•

1....

(al

(bl

.. u

oc

DOUBLE

...J

fig:19

(al

• 1 •

1•

Matières Aciers au carbone forgé, cas général; aciers alliés, aciers plaqués. Spécifications ASTM ; A 181, acier au carbone forgé, pour service général; A 105, pour hautes températures; A 182, aciers alliés, pour hautes températures et pressions élevées; A 350, pour basses températures. Choix d'une bride; tient compte des conditions d'utilisation P et TO (impératif) ; des abaques permettent de déterminer rapidement la série (fig. 3,p. 150).

158

C. ANTONELLI et F. RANCHOU~

COURS DE TECI-1NQlOGIE DE DESSIN

Notll : Le" diamètre. limitatifs indiqués pour quelques types de brides n'ont rien d'absolu, ce ne .ont que des Indication. d'emploi habituel, Tou te . le. brides se fabriquent l partir de 1/ 2" jusqu'l 36" e t méme 42" pour certaines. Dana le. ca. particull era (dimension .. spéciale .. , conditions particu liêres de service, métaux t r è!:l onéreux , etc.) les brides devront être c al_ culées selon les règles ad mille •. Les bride. pour calandre. d'échangeur s sonl normali s ées par le T E MA dans un nombr e limité de diamèt res et de séries. 8ride!

lUX

normes n-,llÇfIises AFNOR N F E 29

Remargue préliminaire, _ La norme NF E 29 _002 introduit l a notion de gabarit de r accordement G N , C'est l' e n .. emble dell dimensions pe r mett a nt de réaliser un assemblage à brides , Il ellt désigné parunepression nominale P N et un diamètre nominal. Exempl e ; Gabarit PN 10, ON n" 50, NP E 29-201. Si un élément de tuyau terie de PN donnée a le ml!me gabarit de r a ccordement qu'une bride normalisée de PN lIupérieurc mais ne peut rhister à c ette pression, il doit être désigné à la fols : par sa pression nomina le P N _ par son gabarit de ra cc ordement GN suivi de la P N de 1110 bride nor_ maUllée de même gabarit _ par I>on ON , Exemple ; Robinet _va nne PN 6, GN 10, n" 150, NF E 29_ 40 3 . Extraita des normel! : Les brides sont déterminées par la nu anc e d'acie r utllillée pour la_ quelle est définie une pre.llion maximale P .M A, admissible,

La PMA pour chaque nuance d'acier est égale à la PN tant que la température maximale en aer vice t MS ne dépasse pas 110' C, Quand I MS

> 110'

C, PMA est donnée en fon ction de t MS et de P N ,

La P N définit les limites d'utilisation en fonction de P1HA e l de t1\\ S,

Caractéris tiques : forme, P N, face de j oint Les tableaux établis par la normall. a tlon donnent, pour une nuance déte,rmlnée d'aci e r; pour une PMA et une temp érature donnéell, l a PN à utiliser.

C. ANTQNELl I " F. RANCHOUX

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COURS

ex: TECHNOLOG IE DE DESSIN

Des ab aques, du type de la figure 20 ci-ap r ès, peuvent être établis d'aprè8 ces tableaux. On Y remarque que pour l'acier A42, la série P N6 4, par exemple, peut être utilisée pour P l\I A 64 bar.!! si T" 110' C et seulemen t pour P MA 52 bars si T" 300' C.

Pour une Pi\lA de 100 baril et une tem pérature d e 250' C on utillsera la série P N 160. Aux PN corre spond ent des normell dimensionnelles . A ces P N correlipondent aUlisi dell prelislonll maximales d'épreuve à fr oid. Indicatio n. générales d'utilisatioll; CCiii données aont lIeuh.' men t Ind i catlvea (d'aprèS norme NF E 29-002) pour tous nuides . Pressions maximales a dmissi bles en servi ce (en baNd

PN

2,5 6

10 16 25 40 64 100 160 250 320 400 640 1 000

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120' C
300' C < t MS " 3:;0" C

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19, 6 31 , 3 39,2 62, 7 98 155

39 62,5 98 155 245

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627

980

245

Au _dessus de 350' C et jusqu ' à 42S"C il y a lieu d'adop ter la P N immédiatement supérl eureetde vérifier les coefficients de lIécu rl té. L' adoption d ' une PN ne préjuge en rien du ty pe de joint à utiliser de la matière de l a bride.

C. .... NTONELLI .t F. RANC!-<-OvX

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COUR S DE TECHNOLOGI E DE DESS IN

Acie r au C non allié ' A 4-2

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C, ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

A partir de PN 25 et en particulier pour les produits dangereux, on les brides à embottement. L'acier utilisé est en général A 37 ou A 42, qualité soudable, mais des ons particulières (corrosion par exemple) conduiront à l'utilisation alliés ou d'alliages spéciaux. Types de brides : - Brides courantes (fig. p. 164) Remarque. - Les PN et les DN indiqués pour les brides ci-après sont en fabrication courante mais tous les types prévus par les normes nt être exécutés sur commande. ides à souder : Brides plates (fig. 21 a) : PN 6 et PN PN 16

la -

DN de - DN de

la la

à 1000 à 600

- Très utilisées pour services peu sévères - Prix de revient faible. •

\ Brides à collerette, emmanchées (fig. 24 a) : PN 6 à PN 16. Mêmes • DN que les précédentes - Très utilisées. Services moyennement sévères - Prix plus élevé (2 cordons de soudure). Brides à collerette à souder en bout (fig. 22 a et b) - Analogues aux brides "Pétrole", type "welding neck", françaises ou américaines - Fabrication courante : PN 6 à PN 160 et en DN variables selon PN - Utilisées pour tous services, mais particulièrement pour les plus sévères - Très résistantes - Fixation par une seule soudure - L'épaisseur du collet correspond à celle du tube. Brides tournantes (fig. 23 a à d) . Brides plates tournantes à collets plats à souder (fig. 23 a)

--------------_._---------------------------- Fabrication courante PN la - pour DN de la

à 1 000 mais

·normalisées jusqu'à PN 40 - Pour services peu sévères, à faible pression. ~ ANTONELLI et F. RANCHOUX

163

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

, - Fabrication courante : jus qu'à PN 40 'pour DN de 10 à 1 000 - Pour P et T moyens. Utilisation: voir brides

"lap joint", page 15 6.

Nota: Les brides plates tournantes, à collets plats à souder peuvent être montées aussi avec collets emboutis à souder, et dans certains cas avec collet rabattu sur le tuyau (fig. 23 c et d). Brides v issées: Brides plates filetées (fig. 21 b et c) pour PN 6 - Ovales ou rondes. Utilisées de préférence pour de petits dia· mètres ( .. 50) et pour des services peu sévères.

Fig.210

Fig. 21

(b) ronde

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Fig.23 b ente 8"1.

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164

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C. ANTONELLI et F. RANCHOU

1

COURS DE TECI' NOlOG IE DE DESSIN

Brides à collerette ,

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{fIg. 24 bl

_ Ovales ou rondes pour PNB à P N 16 _ ON de 10 à 15 0. - Comrl.efUlent à des "'ervleu p('u /,;év~rell cn P e l T . L'étanchéit é des brides vhlséelii pt'u! être renlol'cée pa r un c or don de soudure (',,(érieu r. Le file t age C!il ! solt Je flletage " GAZ" , $olt le "NPT" se lon de mande. Brides spéciales ;

_ Pas de normes A FNOR . - Le", brides 8cron! (a ites à la dem .. nde d'aprèli les types nor m aux

existant . - Voir le ll ty pe" d onnés page

1 ~6 .

Face' de joint el état de surface ; Les normes AFNO R n'indiquent que 2 fa ce.lll de joint ; _ Faces plates 61mplell

_ Faces lIurélevées

{

a vec embal lement simple ou doub le avec logement pour joint annulaire

Remarqucli sur lei, emb.rtlemenl6 : - La normalhla t"\on ne prévoit qu'ulJe ",cule lar geur d'cmbolterncntll . - Sur le", tUy llu t erles les embo1tcments sont mtllesenamont cOt é ~ n le, femelles en a va L _ Sur les appareilS touS les emb
PN PN <16 25
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Em bo1temenl simple

Joint onnulaire

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~ANCHOU X

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COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSI N

Pour Pour Pour Pour

utilisation utilisation utilisation utilisation

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joints joints joints joints

élastomères on prendr a métalloplastiques et spil'ales métalliques spéciaux et annulaires

Rt 100 Rt 40 Rt 16 Rt 6,3

Matières: - Cas général aciers au carbone, forgés AF .p-:2 ; p a r exemple p u tous services généraux. - Aciers au carbone pour basses températures tel r\ F 50 - 2 . - Aciers alliés pour cas spéciaux, services tr ès sé':0 1'CS , cas de fo corrosion, etc. : 25 D 5; 15 CD 4.05; Z 15 CD 5.05 ; Z 2 CN 18-10, etc - Aciers plaqués. - Choix d'une bride: tient compte impérativement des conditions d service. Les abaques tels que celui de la page 162 permettent de déterllLU1 ner rapidement la PN. III. Eléments accessoires de tuyauteries

Ces éléments se font avec embouts à souder, malS ils existent auss' à brides. Ils permettent : - Les changements de direction: coudes à 90°, 45° et 180° (peu utilla

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:~ ,

--+---+- Les changements de diamètre : réductions concentriques et excen· triques (a) - Les branchements ou dérivations sans ou avec changement de dia· mètre: tés (b)

(a)

166

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(b)

C. ANTONELLI et F. RAr~CI:±Q!!

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- L'obturation en bout de ligne: caps, calottes ou fonds à souder (c). l existe d'autres accessoires, peu utilisés en raison de leur prix et .... es difficultés d'approvisionnement; les coudes de réduction (d), les croix

-

el. Par contre, les embouts pour brides tournantes sont plus usités dans "'e":r+": ta1:ines industries où ces brides sont adoptées (f).

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(F)

- Série "Pétrole" aux normes américaines: Elle comporte tous les éléments ci-dessus. Il n 'y a pas d'éléments à brides. Les coudes de changement de direction se font à rayon de courbure : 1, 5 56, ou réduit: 1 56. - Série AFNOR: Ne comporte que les coudes ou "courbes" de changement de direction, s réductions concentriques et les fonds à souder. Elle ne comprend pas d' éléments à brides. Les courbes comportent deux séries: une série normale (56 de 17 à 9 mm), une série "gaz" (56 de 1/2" à 4"). La série normale comprend 3 gammes de rayon moyen de courbure: mo èle "2 d" : R moy . '" 1 DN; modèle "3 d" : R moy .,... 1,5 DN ; modèle "5 d" : R moy . ,.. 2, 5 DN. . La série "gaz" comprend 2 gammes dites "2 dg" et "3 dg" . Les courbes sont fournies à 180° ou 90° en tous modèles et à 45° seu.."...ent en "3 d" et "3 dg" . ' Remarques: .

- Les changements de direction p~uvent se faire par cintrage du tube, s si pour les petits diamètres ce procédé reste valable, il n'en est pas même p01,lr les grands diamètres où le prix de la mise en œuvre dépasse :ernent celui du coude et de sa mise en place. De plus, la nécessité d'avoir rayon minimal de cintrage de 5 56 donne au coude cintré un encombrement .ANTONELLI etF. RANCHOUX

167

COUR S D E TE CHN O LOGIE DE DESSIN

souvent incompatible avec la place relative ment restreinte dont on dispose . Dans les cas courants, le coude standard sera donc adopté, sauf si la nécessité de réduire au maximum les pertes de cha rge , imposait le cintrage. •

Le cintrage est effectué à froid p our 9S ,,; 3" et à chaud pour 9S ;;. 4" . Pour l e s di a m ètre s égaux ou s u p érie u rs à 14" , l es coud e s à s egments chaudronnés pourront ê t r e a d m is pour tous réseau x, s auf ceu x d e procédé (ma is des e x c e ptions pe u vent êtr e e nvi sagées, pour des gaz liquéfi é s par e xempl e ) . COUDES EN ËLËMENTS SOUDËS •

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- Les branchements se font normalement à 90° ; les piquages obliques sont utilisés seulement pour 'les tuyauteries de purges pétrolières ou d'eau condensée pour lesquelles ils peuvent être avantageux. Il existe des branchements préfabriqués à 45° mais leur approvisionnement est en général difficile. a) Si le branchement a un 9S .. 1 1/2" sur un collecteur de grand diamètre, il se fera par l'intermédiaire d'un demi-manchon soudé au collec teur et de même métal que celui-ci, l'assemblage pouvant être soudé avec pénétration (a) ou vissé (b).

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1

b} Dans les autres cas, il se fera' .:. Par piquage simple (c). Ce procédé convient à toutes les tuyauteries à pression et températurè• modérées (s érie 150 # ou PN .. 16). C'esl le plus rapide et le moins onéreux (fig. p. 169). 168

C, ANTONELLI et F . RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- Par piquage avec renfort (calculé d'après ANSI B 31 ou SCNTTI), si ~es conditions de travail l'exigent (d). pour calcul pr~cis du rE.'nfort voir codE.' ASME

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- Par tés (fig. b, p. 166). Ce procédé a l'avantage de convenir à tous les cas et d'être d'une mise en œuvre facile. - Par "weldolets". D'emploi facile, d'encombrement radial -réduit, assurant une bonne répartition des contraintes.

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Les "weldolets" se font en tous diamètres pour branchements égaux ou réduits, avec embouts à souder, et aussi pour les 9S .. 10" en "socket welding", ou avec filetage Briggs femelle. ,

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ANTONELLI et F. RANCHOUX

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169

COURS DE TECHNOL OGIE DE DESSIN

- Par piquage direct avec selle renfort (e). - Par selles encastrées (f).

( p. 1 69 )

,

Le choix du procédé à utiliser dépendr a du pri x de revi e n t , des conditions de trav ail, de l'empla cement du br a nche m e n t et souvent d es fa cilités d'approvisionnement de ce s accessoire s.

IV. Joints (gaskets)

Il s ' agit ici seulement des joints "sta tiques". A très haute température, le joint est réalis é "mét a l sur métal". Il existe un très grand nombre de variétés d e joints . Le type à choisir et ses dimensions dépendent d e l a nature du travail demandé; les éléments intervenant dans le choix s o nt : - La pression de service - La température de service - La nature du fluide - Le type des faces de contact des brides avec le joint - L'effort de serrage possible. ,

Les éléments propres au joint : - La résistance mécanique - L'élasticité - La charge minimale nécessaire d'écrasement chéité - La résistance aux agents chimiques. Dans la pratique, la connaissance des facteurs relatifs au service de mandé permet de choisir le joint d'après les indications du fabricant (t et dimensions). Dans les cas particuliers, le joint sera calculé d'après les du code ASTM ou des codes français. Trois catégories : . Joints plastiques: A base d'amiante et amiante - caoutchouc (klingérite). Sont très utilisés. Ils sont en général vendus en feuilles et découpés à la demande. 170

C. ANTONELLI et F. RANCH

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Le caoutchouc est du caoutchouc synthétique. De nombreux élastomè nt aussi entrer dans la composition de ces joints, en pa r ti cu lier le le viton. Lt:

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joint amiante-caoutchouc est limité à la série ANS! 150, soit à une de service de 19 bars à température normale et de 10 bars à 250 0 C

Sa résistance à la traction dans le sens des fibres est de l'ordre de ~aN / cm2.

L'amiante se réduit en poudre au-delà de 370 0 C ,. à 700 0 C l a pulvériest instantanée. La présence du caoutchouc permet de conserver la résistance du joint 'à 450 0 C, mais avec de faibles pressions. Si les brides sont soumises à des vibrations ou à des efforts de flexion, a risque de rupture du jciint, de même si P > 4 bars avec T > 450 0 C.

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Ces joints sont utilisés dans la majorité des ·cas sur brides d'échan~ de colonnes, de ballons.

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Le pourcentage de caoutchouc doit être faible afin de conserver la ré-

aux solvants.

Autres matériaux utilisés pour fluides divers: Caoutchouc naturel et caoutchoucs synthétiques purs; caoutchoucs enr = ou armés; amiante armaturée ; carton d'amiante; fibres végétales, liège, etc .

. Joints métalloplastiques: utilisés pour séries jusqu'à 300 #, soit pour des pressions de service o bars à température normale et 40 bars à 260 0 C maximum pour les classiques et 420 0 pour les joints spiralés. Constitués par enveloppe métallique enrobant un compos é amianté formant l'âme du joint. La partie métallique de ces joints est toujours en contact avec le fluide transporté dont la nature imposera la qualité du métal: fer ARMCO ; acier doux ; aciers inoxydables ; métal Monel; aciers 6 % de Cr ; l'aluminium sera utilisé pour les basses températures à ,;;;;;.;.lte pression.

. NTONELLI et F. RANCHOUX

171

COURS DE TE CHN OLOGIE DE DESS IN

Autres matières pour fluides divers: cuivre, laitons, cupronickels . Joints métalliques: Utilis és pour températures et pressions élevées (dans les cra,,_ par exemple) pour les séries> 300 # . , Formes: . Joints toriques RTJ : en aciers de toutes nuances e n fonction de rature et des fluides . . Joints plats, à faces liss es, striées ou cannelées: en tous métaux pou fluides di vers . Types de base (planche 13)

-------------

1. J oint plat (fig. 1) Amiante comprimée agglomérée avec un faible pourcentage de caou chouc ou d'élastomères divers. Us age très fréquent. Brides à faces lisses ou striées, séries 150 à 300 lbs, ou PN .;; 40. Large gamme de pressions et de températures. Résistance suffisante à de nombreux produits pétroliers. 2. Joint métallique ondulé (fig. 2) Acier doux. Usage fréquent là où le joint précédent n'a pas donné satisfaction. Brides à face plate. N'est jamais utilisé en raffinerie sans un revêtement (amiante) et jamais si P > 4 bars. Autres matériaux: Acier inoxydable . Monel ou acier à 4/6 % de chrome Cuivre ou laiton Aluminium recuit.

•

3. Joint métalloplastique ondulé (fig. 3) Acier doux, amiante. Le plus généralement utilisé avec les brides à faces plates. Convient aux joints soumis à des mouvements importants. Autres matériaux : (Voir paragraphe 2, ci-dessus).

172

C. ANTONELLI et F. R.... ",

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

4. Joint spiral métalloplastique (fig. 4 a, b, c et d) Constitué par une bande métallique nervurée (en forme de V) enroulée n spirale avec insertion entre chaque spire d'une matière de remplissage; es points de soudure électrique maintiennent l'ensemble. Les matières sont: . Pour la bande métallique: Fer ARMCO, acie.r inoxydable 18 / 8, acier inoxydable au titane, aciers inoxy dables à très haute résistance, Monel, nickel pur, titane, etc . . Pour le remplissage: Amiante, téflon, amiante-caoutchouc, et dans certains cas, plomb ou alumiIÙum à 99,8 %. Très utilisé avec tous types de faces de brides, à condition que les "==r""' le=-=s d'usinage ne dépassent pas 0,04 mm de profondeur. Températures de service de 0 à 600 0 avec pressions pouvant aller jus'à 50 bars. Convient à tous fluides. Formes: Ordinaire pour brides à embo1tement (fig. 4 a) Avec anneau de guidage (fig. 4 d) pour les pressions ~ 28 bars et 95 < 300. Avec bague extérieure de centrage (fig. 4 b), (la bague fait en outre office de jauge de serrage). Avec bagues extérieure et intérieure (fig. 4 cl, (la bague intérieure empêche en particulier l'étalement du joint et réduit les turbulences dans l'es~;;. ace compris entre les deux brides). 5. Joint plat métalloplastique (fig. 5 a, b et c) Acier, amiante, enrobage total. Brides à face plate, à embo1tement. Très utilisé pour joints d'échangeurs, de colonnes, réservoirs, réciients sous pression et partout où la largeur des faces de joint ,:st faible. Ces joints peuvent être enrobés partiellement. . . Autres matériaux (voir paragraphe 2, page précédente). Inconvénients : .Détérioration possible du sertissage, d'où imprégnation du remplissage t fuite. Modifications : emplacement du sertissage par soudure électrique continue sur collerette extérieure (fig. 5 d et e - planche 13) et par soudure totale (fig. 5 f). , , Les pressions de service peuvent atteindre 1 300 bars avec les joints enveloppe soudée . . ANTONELLI et F. RANCHOUX

173

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COURS DE TECHNOLOG IE OE DESSIN

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C. ANTONELLI et f . RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Ils éliminent la détérioration du sertissage extérieur, des causes de ~ centrages défectueux. 6. Joint annulaire (R.T.J.) (fig. 6) Acier doux ou inoxydable. Aciers alliés (4 à 6 % C r et 1,2 % Mo). Très hautes pressions et températures. Brides à face spéciale R. T . J. Section: ovale, la plus utilisée (moins chère) ; octogonale: donne d e ......,~ ille s résultats pour les services durs en P et TO. emar ue : Certains types de joints dérivent des précédents . . Joint plat métal (fig. 10 a et b) Tous types de brides. Métaux divers (voir paragraphe 2 précédent). Les faces du joint peuvent être lisses ou striées. 8. Joint acier cannelé avec ou sans enrobage métallique (fig. 7) Brides à face plate et à face surélevée. nrobage (voir paragraphe 2 précédent) . 9. Acier étiré garni d'amiante (fig. 8) Faces plates seulement. 10. Joints toriques (fig. 9)

En téflon et divers élastomères synthétiques. Section circulaire. Pression de service jusqu'à 500 bars. Normes AFNOR: La constitution des joints est la même que pour les es donnés préc édemment. 0..:..:.-_ - Joints plats (fig. 1) : Pour brides et collets à embo1tement. - Joints spiralés (fig. 4) : · Pour brides et collets à FP et FS. · Pour embo1tements (e : à la demande). - Joints métalloplastiques (fig. 5 a et b) : • Pour brides à FP ou FS( e = 3). · Pour embo1tements (e = 2,5 et 3). - Joints à jaquette (fig. 5 c) : · Po;ur brides à FP et faces striées. · Pour embo1tements (e = 2 ou 1, 5) . - Joints métalliques striés (fig. 10 b) . ANTONELLI et F. RANCHOU X

(e - 3,) . 175

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

V. Boulons de liaison des brides

On emploie, en général, des tiges filetées (ou lacets) à deux écrou hexagonaux. L'acier utilisé normalement est de l'acier a u car,b one. • Pour les h autes pressions et les températures élevées, les acie rs sp.fJ ciaux seront employés. Les codes ou les normes définissent dans chaque cas les boulons utiliser. Les boulons normaux à tête H sont quelquefois e mplo yés .

1.1.2. Tuyauteries matières plastiques NF T 54 et T 57

Non utilisées en installations pétrolières pour les hydrocarbures. Elles ont pris une importance notable dans de nombreux autres sec teurs industriels pour le transport de fluides très divers. a) Principaux tubes et matières utilisés 1. Tubes simples (fig. 1 a) en thermoplastiques

1 ueurutile:1

fig .10 - Polychlorure de vinyle rigide non plastifié (PVC) - Polyéthylène basse densité (PE BD) - Polyéthylène haute densité (PE RD). 2. Tubes mixtes ou armés (fig. 1 b) En général 3 parties: tube primaire (intérieur), PVC, PE ou parf métal, béton, ciment, ou encore résines thermodurcissables chargées non de matières pulvérulentes inertes (kaolin, silice, etc.). Ame : composite comportant obligatoirement un produit en verre textile. Eventuellement: entre les deux une couche d'accrochage tement intérieur. 176

C, ANTONELLI et F. RMKI:K

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Une couche de protection extérieure de fHs de verre ou élastomère.

résine appropriée armée ou non

3. 1'ubes composites (Cig. 1 c et dl Simples; fils de verre solidarisés par résine char gée ou non (le nombre de couches et l'orientation des fils sont fonction de la résistance dé _ sirée) . Ssndwiches : _ Simples: 2 couches de composites identiques ou différents svec inte r médiaire servant de remplissage ou de renCort _ Multiples: couches a lternées de composites aimples et d'inter _ médlaires. Revê tement extérieur d ans tous les cas. ROle de protection suivant service. S'il compor te des tibres de ve rre il est entièrement enr obé de réaine. Classltication : d'après le procédé de fab r ication, le matériau de l ' Ame, les matériaux des par ois.

f'3'1c

flg.1b

fig.id

b) Propriétés générales 1. Tubes simples - PVC el PE Légèreté: masse vol. 0,9 à 0, 95 pour PE ; 1,2 à 1,5 pour PVC. Jmperméabilité. Très faible conductibilité élect rique et thermique. Faible r ésistance lia chaleur: 70 l 90' C. Faible résistance l la traction: 2,5 à C. ANTONELLIII1 F. RANCHOUX

m

COURS DE TECHNOL OGIE DE DESSIN

5 daN/mm2, au choc. Allongement de ruptur e imp ortant: Q,! 75 %. Coeffi. cient de dilatation élevé: 5 à 9 . 10- 5 m / m ;o C . Rés istance mécanique dlcroissante avec l'élévation de la température. Grande inertie chimique (S:éIIIII aux solvants). Bonne résistance à l'abrasion. Pertes de charge faibles 2. Tubes mixtes à primaire en PVC ou PE Meilleures qualités de résistance mécanique. 3 . T ubes composites Amélioration de toutes les propriétés. Ainsi la résistance à la traction peut atteindre 20 da N / mm2 ; des températu res admissibles de 90° a el continu et de 120° C en discontinu peuvent être admises. Inertie chimiqueeJ. térieure et intérieure presque totale. même dans le temps. Insensibilit~ aux courants vagabonds. Aucun dépôt n'y adhère. Masse vol. 1,6enmoy Pour les 3 types, prix de revient nettement inférieur à celui des tériaux traditionnels, y compris celui de la mise en œuvre.

!ÏÏI.

c) Utilisation 1. Tubes simples Transport d'eaux de toutes natures (naturelles, industrielles, thermat.. usées, potables, etc. ),de fluides alimentaires, de fluides peu corrosifs Il des températures ne dépassant pas 60 à 70° C). 2. Tubes mixtes et composites Transport de très nombreux fluides industriels ; eaux chargées, flüI. des alimentaires, fluides chimiques; acides, sels, hydroxydes, liqueun diverses, corps gras, eau oxygénée, produits fluorés, eau de Javel, certains carbures et produits pétroliers, et.c. d) Caractéristiques dimensionnelles Diamètre extérieur nominal . Epaisseur théorique Longueur utile = longueur totale -embo1tement . - Longueurs totales usuelles ; très variables selon SIS, utilisation, ture des tubes.

Il1o

Tubes PVC : 4, 6, 12 m pour tubes droits à bouts lisses tulipes d'assemblage (pour PVC seulement). 18 m et multiples sur demande. 178

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Couronnes de 50 m et 100 m pour ~ < 125 (ou ~ 160 sur demande). Tubes armés et composites - longueurs courantes 6 m - malS possibilités de longueur plus faibles. Avec bouts lisses ou dispositifs d'assemblage par embo1tements. Diamètres: très variables aussi selon qualités, pressions, utilisation, client et fabricant. Tubes PVC et PE : de 20 à 1 400 mm. Tubes armés et composites: 60 à 1 000 mm (pos sibili té jusqu'à 5000 mm sur demande). - Les normes AFNOR indiquent les longueurs, ~, PN, températures de service et emplois préférentiels. Jonction des tubes

Très nombreux dispositifs, souvent analogues à ceux utilisés pour les bes acier et fonte. Leur choix est fonction: du type et de la nature des éléments à unir, ~ diamètre, des conditions de service (P, T, nature du fluide) et aussi du abricant et du client. ,i2lD! ~orique

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ANTONELLI et F. RANCHOUX

179

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Principaux types : a) Embo1tements (fig. 2, p. 179) Joint torique - Simples (a) : tuyauteries PVC ou PE sans pression. • élastomère. - Collés: à tulipe (b) pour PVC, (h) pour PVC armé, (j-) pour compo sites. - A joint à lèvre élastomère (e, f, g) pour PVC et PE sans pressio!!. fixes (e) ou avec chambre de dilatation (g, h). Remarque. - Le PE ne se colle pas. b) Soudage en bout Pour PVC (soudage à l'air chaud). Pour PE (soudage par chauffage électrique) .. c) Brides (fig. 3) - Tournantes plates (a) avec embout long, à souder ou à coller. Matières : acier, PVC rigide, stratifiés. - Emboitées (b), en fonte, pour pve pression. Joint élastomère. - Fonte, avec embout à coller. Joint élastomère (c).

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1 ........_ d 'aprh docum.nts ~F; PONTAM-CHIMIE , SADAC, SEPEREF. FRANS-BONHOMME

180

fig. :) C. ANTONELLI et F. RANCRO

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- A collerette (d). A coller ou à souder. Pour tous tubes. - Pivotantes, démontables, orientables (e). En fonte "GS" avec emcollet battu en PVC. - Tournantes (f). En fonte, acier ou stratifiés. Avec embout à coller IPVC armé. - Fixes à tulipe (g). A 'coller, pour PVC armé. - Orientables, démontables (h). Fonte GS époxydée ou PRV. d) Frettage

- Pour tubes polyester ou époxyde renforcés. - Enroulement de tissu et de feutre de verre, imprégnés de résine ~!!Y ' de ou polyester, sur les tubes bout à bout. - Epaisseur doublée au droit de la coupure, avec dégradé de part et re. Longueur totale ~ 2 Di. el Joints mécaniques (fig. 4) - Joints "GGS". Pont-à-Mousson (a) pour PCV. Brides et entretoise nte "GS". Bagues élastomère. - Joints "Pontam-Chimie" (b). Pour composites, collets en alu épofixés par collage. Brides fonte "GS" époxydée. Joint suivant nature ~... u,ide.

~. fig ..3h

fig ,4.

1

b

•

·-1 li d'op,.. docum.ntl PONTAI4, CHII4IE

f) Mp.nchons et raccords ".

- Formès...et types similaires de ceux employés en tuyauteries méques. - En général çS ~63 mm mais certains jusqu'à 160 suivant types et ricants. . . - Matières: pve, PERD, polypropylène (PP). "' .• Coudes à 90°. Courbes à grand rayon (au 1/4, au 1/8, au 1/ I6 e ). Coudes en éléments soudés en PE. Tés égaux ou réduits. Tés à

~-;-.

ANTONELLI et F. RANCHOUX

181-

COURS OE TECHNO LOG!E OE OESS! N

45", Croix, Réductions diverses, Bouchons, Raccords unive r sell, Racco r ds flexibles, Manchollll, Raccords " Union", Les embouts sont, soit l coller ou è. souder, avec embaltements milles ou femelles (PE, PVC, PP). soit l souder e n bout (PEI, soU filetés males ou femelles av ec diverses possibilités (MM, MF, FFI, • P ou r les tubes P VC Il existe une série " écoulement" et une Série "pr esJilion" , • Les raccords du type "Union" peuvent comporter des parUes en lai ton ou en fonte malléable pour adaptation SUr robinets, appareils ou tuyau _ teries (fig , 5 l,

f i9' 5

Semblables l ceux utilisés pour les a utres typea de tuyauteries. al Tuyauteries P VC _ Cour bes formées: l grand r ayo n ( ... 5 \l:I i nt.), au 1/ 4, a u 1/8 , a u 1/ 16e . A coller, • Tés è. tubulures égale. ou Inégales. - Réductio ns co ncent r iques ou exce ntrées. • Culottes li 45" ou à 87" 30 ', à tu bulures égal es ou non. Ces élé mentl! se font à e mbol tu res femelles, maJes ou mixtea, à fixation par collage, Deux séries: " é coulement" ou " pression" , - Collie r . de prise en cha rge (fig. 6 a l ) _ Colliers de réparaUon (fig , 6 bl

Pour P" 10 ba r . l T" 20· C,

bl Tuyauteries plastiques a rmés et composites Coudes à 45" e t à 90" Fou r nis avec manc hons d ' assem. Tés à tubulu res é gales ou non bIage OU brides, collés } Réductions co nc ent riques _ Collie r s de pr ise en cha rge (rIg. 6 cl _ Raccords de réparaUon (fig. 6 d l .

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C. ANTONELU Il F. RANCHOUX

•

COURS IX TECItNOlOG IE Of: DESSIN

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III. Joinl$

En élastomère approprié sux conditions de service et à la nature dell produitll véhlculo!s. Fo r m es ; Joints platlli Jointlli toriques il section ronde, carrée, re ctangulaire ou IIpédale (trapé zoldale , comple xe , etc,)

1,2. TUYAUTERIES SOUTERRAINES 1.2.1 . Tuy.,.-_ Kier 81 fonte 1. Tubes

Tube, acte r e n 150 Kou PN 6 à 25, a ) Tubes en ac ier au C d'usage cou r ant (avec diverlliell protections ex~ térleures), étirés lIans soudure, soudés électriquement (soudures longitudi~ nale s ou héllco'1dales). C ANTON ELl l .t F. RANCHOUX

'"

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

b) Tubes acier revêtus intérieur eme nt (mortier de ciment centrifug~ résines diverses, plastiques spéciaux, etc.), p01.lr conduites d'eaux diverses, à us ages domestiques ou industriels. Sur tubes ordinaires les branchements se font par piquages directs à 45 0

•

Tubes fonte - Voir catalogues des fonderies spécialisées (Pont-àson S . A. par exemple) et normes AFNOR, classes A38 et A48 Fontes utilisées: - Fonte grise mécanique classique (pour mémoire), mais n'est prat! quement plus utilisée . - Fontes à graphite sphéro'idal ou fonte ductile ("GS"). Elles possè dent, outre les caractéristiques traditionnelles des fontes grises, des c ractéristiques mécaniques très intéressantes: · Résistance aux chocs et à la traction · Allongement important · Haute limite élastique. Les tubes sont coulés en sable, ou centrifugés, soit en moule sable soit en coquilles métalliques. Ils sont livrés (sauf pour les conduites de gaz) revêtus intérieureme d'un mortier de ciment ou, selon demande, de vernis spéciaux ou encore simplement huilés ou bitumés. L'extérieur est verni ou zingué. L'AFNOR classe les tuyauteries de fonte grise mécanique en 4 séri d'après le système de liaison ou la destination: Série Série Série Série

"BR" à brides "Standard" dite "ST" "Express" dite "EX" "Salubre" dite "SA"

séries à embottement, mais pouva être aussi à brides, en particulier po les accessoires.

L'adoption des fontes "GS" a conduit à ajouter cette abréviation a désignations ci-dessus. Les tubes sont fabriqués en général à 1 embo1tement ou 1 bride et une extrémité lisse dite bout "uni" . Les tubes à brides peuvent être à 2 brides. On peut aussi avoir des tubes à 2 bouts "unis". Longueurs utiles des tubes courants : 4 m pour DN 40 et 50 6 m pour DN de 60 à 1 000 7 m pour DN de 700 à 1 000 au-delà de DN 1000 : 7 et 8,215 m.

184

C. ANTONELLI et F. R

cotIRS DE TECHNOLOGIE DE DESSI N

TUYt./J EKPRESS '(;5'

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M<>USSOOO

Il. Jonction des tubft

Par bride& Par embo'l:tementll IIpéciaux (cas le plus fréquent). 1) Jonction par brides

_ Rapport~1I viII sées (fig. 1 a ) _ Moul~s avec le tube (fig. 1 b) _ Orientables pour p > 200 (fig . 1 cl.

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C. ANTONELLI

e' F. RANCHOVX

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, COURS DE rEOiNOLOGIE DE DESSI N

2) Jonction par embo1:te m enta (Cig . 2)

P r incipaux type "" ;

a ) Joi nt " Exp r eu " clas t ique, non ve r r oui llé . ON de 60 li. 1 200 mm. b l Joint "Expr ess " verrouillé . Réais te au débo1.tement SOUB poussée dy flui de . Perm e t d'évite r l e. butées. O N de 60 è. 1 200 mm . e) J oi nt "Standard " O N de 60 l 1000 mm et de 1 000 à 1600 m m . d) Joi nt " Matie " pOur g rands dia mètre s , O N de 140 0 à 1 600 m m .

e} Pou r mémoire: J oi nt " St andard" au plomb . N' es t pratiquementpl48 , u tlUs é ,malg ré d e t rè. bonnes qualit és d' étanc h éité , à c a uae de

8'

mise en plac e plus longu e et plus onéreus e . 3) Joint "péetsl de dé m ontage et d e répar a Uo n pour ca na lisstlolUl He lÇpre•• iI et " sta nd ard " . O N de 400 à 600 m m .

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c. ANTONELL I ., F. RANCHOUJé

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COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

nt dû à des pentes élevées (20 à 25 %), qui ont pour co ns équence le ~= nt des assemblages. s accessoires sont en principe à embo1tements femelles ou à brides. 'ouverture des embo1tements doit être placée, a utant que possible, ::.aIr'" ens du fluide (fig. 3 ci - apr ès) .

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Fig. 3

:AlJcessoires Ce sont les accessoires habituels de tuyauteries : - Coudes à 2 embo1tements, dits au 1/4 (90°), au 1/8 (45°), au 1/16 ft'jOil30'), au 1/32 (11 ° 15'). Pour les DN ~ 1 200 il n 'y a pas de coudes au 32 - Tés à 2 embo1tements et 1 bride (côté branchement) - Culottes à 45° à 3 embo1tements - Cônes à brides ou à embo1tements ou 1 bride + 1 embo1tement - Manchettes: à brides ou àembo1tements, 1 bride + 1 embo1tement, 1 ae + 1 bout uni - Brides pleines - Pour les DN ~ 1 200, les tés sont à 3 brides et il existe des croix à ""'-::"'des, les cônes sont à brides.

- Canalisations "Express", avec revêtements et joints appropriés: ort de fluides très divers (toutes eaux, gaz, He liquides, etc.) et de e==n. res pulvérulentes (cendres, schlamms, etc.) - Canalisations "Standard" : réseaux d'eaux diverses et assainissement. ONE LU et F. RANCHOUX

187

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

1.2.2. Tuyauteries béton (consulter les catalogues de la société Banna)

1. Tubes Types principaux (fig. 4) . Tuyaux "Bonna" à âme en tôle, avec double revêtement béton armé (a). Se font en çS de 200 à 3200 mm. Assemblage: slip joint soudé à l'arc et béton. Joint autoclave par corde caoutchouc (b) . . Tuyaux "Bonna-Rocla" en béton armé et joint par corde caoutchoUéi pour 300.;;; çS .;;; 1 600 (c).

(0) Jl5 >1600

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Fig. ~ d 'op," docu...~t1 St~ BONNA

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188

C. ANTONELLI et F. RANCHO~

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

. Tuyaux "Bonna Cao" en béton armé, pour faibles pressions pour 400 <; ~ <; 1 600 (d).

D'autres types existent en béton armé précontraint.

1

$Soires et jonctions

- Coudes, tés, cônes de réduction; se font en corres pondance avec r.r.'..·erses catégories de tubes. - Des accessoires spéciaux se font sur commande. - Des jonctions à brides peuvent être exécutées pour permettre l'in......- de vannes, de soufflets de dilatation, etc. (e) .

. Tuyauteries matières plastiques

Constituées des mêmes éléments que les tuyauteries aériennes de = m-=-enature (voir 1.1.2, p. 176). Les tuyauteries armées et surtout les composites résines + verre résentent d'excellentes caractéristiques par leur résistance à de très nomreux agents agressifs tant intérieurs qu'extérieurs et par leur très bonne a ion thermique et électrique.

Remarques. - Dans le cas de tubes PVC emboîtés et collés, le déboît n'est en général pas à craindre sous la poussée du fluide. Néanmoins des butées seront mises en place aux extrémités des canaiitroniS (plaques pleines), aux changements de direction ou de diamètre cOne), à une dérivation (té),quand ces éléments sont situés au voisi,,__ 'une bride à emboîtement. Des ancrages seront aussi o:-r::-::e-=s saires quand la canalisation musifs de terr une pente de l'ordre de 25 %pour 8 canalisations enterrées et de 0% pour celles posées en caniLorsqu'on courbe un tuyau =ur ~ changer de qirection sans racords, la courbure doit se situer utre deux joints avec une partie roite de 0, 75 environ de part et 'autre de chacun d'eux. La courre sera bloquée par trois masifs de terre damée.

ANTONELLI et F. RANCHOUX

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h varie de O,94m pour DE 63111m " 0,19111

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189

CO URS DE TECH N')L(JL,I E DE DESS IN

Pour les composites, les effets de fo nd n on a nnulés par un remblal seront par des butées placées au con tact des p l a ques pleines, coudes, tés cÔnes, etc., ou par un enroulement, su r 6 à 25 c m de p a rt et d'autre du plan de joint, d'une bande de tissu de ver r e bidir ectionnel de 12 à 50 c (selon 12», imprégnée de résine polyeste r. Les de ux méthodes peuvent etr employ ées conjointement (pour les bu tées voir T uyaut e ries fonte). 1.3. TUYAUTERIES DIVERSES 1.3.1. Tuyauteries acier revêtues intérieurement de ci men t

Tubes acier soudés E 24 (ex A 37 ). Soudure longitudinale ou en hélic Revêtement e n mor ti e r de ciment C . II. P . , ce ntrifugé . Epaisseur va.... rl,.. ble a v ec 12>. DN de 80 à 600. Longueurs courantes 9 à 12 m selon 12>, minimales Propriétés générales : - Bonne résistance à la flexion au cho c . caoutchouc IIrnt ID!!i!c.e ~oxy - Résistance à l'écrasement sup coIlIolo rieure à celle du tube nu ou revêtu d'a tres matériaux '. - Résistance du revêtement à de vitesses d'eau> 10 m. -'-----+l-It+----~r__-- . -_+_ Mortier insensible aux variatio de température entre - 40° C et 65° C. - Masse volumique> 2, 3. Utilisation: - En canalisations aériennes, en terrées, ou en galeries. - Eaux de toutes provenances, toutes qualités, traitées ou non, usées ou naturelles, à l'exception des ea.l!i de chaudières traitées. - Etude spéciale pour eaux minérales, séléniteuses et saumures. Assemblage: -

Normalement par embo1tement à tulipe. Soudure en bout pour 12> .. 45~ avec préparation spéciale des extrémi Soudure à clin. Raccords mécaniques sur demande.

Accessoires : Viroles de 200 mm; coudes au 1/8, au 3/32, au 1/16, au 1/4, au 1/3 réductions; tés à 3 embo1tements, ou 2 embo1tements + 1 bride. 190

C. ANTONELLI et F. RANCHOU

COURS DE TECHNOLOG lE DE DESSIN

~ev êtements

extérieurs:

Ve rnis bitumineux ou peinture; revêtements spéciaux pour canalisa-

.,.".,,,..-oïf:: N...:o:::t7a. - Le revêtement ciment peut être remplacé par de l'endoplast ou ces résines époxy sur demande et après étude des eaux à véhiculer,

u .z:.::T r luyauteries sou pies ou flex ibles

Importance: en progression croissante par suite du développement o tinu des ci rcuits d'asservissement des machines hydrauliques et pneuati ues, Utilisation: des plus variée. Arrosage, Incendie, Manutention de produits pulvérulents ou granu~".,.... Décharge ou remplissage de pétroliers en rade ou à quai. Ravitaillede navires en mer et d'avions en vol. Commandes hydrauliques ou ~e:;;w~n atiques de machines. Laboratoires, etc. Pressions de service admises: jusqu'à 800 bars pour les très hautes

,

SlOns,

Températures .de service: entre - 180 0 Cet + 600 0 C selon constitutypes et diamètres. Avantages par rapport aux tubes métalliques rigides: résistance aux rations et aux coups de bélier ; adaptation aux circuits sinueux. Inconvénient majeur: la pression admissible diminue très rapidement quand le diamètre intérieur augmente. Ainsi, pour un tube métallique flexionduleux "Transflex", en acier inoxydable (Z 3 CND 18 -12 - 316 L) avec ~~ sse de renfort inox. !2S 1/4" : PSA 85 bars ; !2S 6" : PSA 8 bars. Types principaux de tuyaux:

•

a) Tuyaux métalliques, agrafés, avec ou sans joint dans l'agrafage. forcement extérieur par 1 à 3 tresses métalliques. Matières: Acier galvanisé, laiton, bronze, aluminium, acier inoxyable. b) Tuyaux métalliques homogènes à parois ondulées, en laiton ou acier !iiii5ix, avec ou sans tresse extérieure (tissée en fils de même nature).

,ANTONELLI et F. RANCHOUX

191

, COU RS DE TECHNOLOG IE Of oeSSIN

c l T uyaux en é las tomeres ou en p las üques di ven : caoutchouc s y n thé _ tique, PVC, téno n, nylon, e tc . • simpleg ou renforcés par c ou c hes liuper._ posées de truses et de tin us en rils d'acier inoxyda ble. d) T uya ux tisséli en rUIi divers : coton, jute , am i ante, mé ta ux, verre avec i mpe r m é abilisRtlon e t enduits 8péciau x .

U s tuyaux pou r hauteli pressions (25 fi. 200 bars) lion! co nsti tuéS P~ un tu be p rimai re en caou tcho uc s y nt hétique re vê tu d'u ne t r eue coton, d'qp. t1u u de fils d 'acie r à tr è4i hau te réll istance et prot ég é p a r une lai ne e xU'l rieure en forte I r eSlie de cable coton noyée dans un mélange ré s is tant il. l'huile , !lux moilH ilsure8, fi. la flamme e t à l'abrasi on. Les t uyaux pour t rès hautes pressions 80nt consti t ués de l a même fa ç o n m ai s avec plu sieurs t r essefi et tissu", alte rnés.

1.4. ROS IN En ERI E ( voir no rmes e t s ta ndardll) Robinets

Il

clapets

Hôle : arrNer , per mettre o u r égle r la ch'cula tio n d 'u n n ulde d aM les tuya ut erie" . Foncti onl!l à a uurer : E tanchéité Résistan ce mécanique Réll Îs tance chimique . Types p r incipaux

1 1

sont donnés sous fo rme sché matique (planche 14)

Iili compor tent toujours u n o btur a teur .

:,,

Le s r o binets so nt à obtu rateu r comm andé. Le li clapets sont â obturateur libre (", a u! v ariante", exce ptionne lle s) .

La r obinette r ie g éné r a le e81 soumise 8\lX règles AFNOR. 1.<1 r obine tterie " pétr ole" su it lee code s ANS! et APl.

1..1 ro binetterie "lIa peur" suit l 'une ou l 'au tr e de ces norma li ll ation8. La r obinetlerie " pét r ole" e5 t clas s !';e suivant le i ml!me s " s !';r le8" les brides.

L.a robi ne tt e rie A F NO R est c lassée d'aprè s le", PN.

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C. ANTONE LLI 81 f . AANCHOUV;

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COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

OBTURATEURS _ Schémas de principe

VANNES

tJ si~ges obliÇJues

a,nublloc ou Il 1 mp e opercu e

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CLAPETS guidé

articulé

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PLANCHE 14 C, ANTONELLI et F. RANCHOUX

193

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

1.4.1. Robinetterie courante Robinets à vanne, R. V. (gate valve), dits "robinets - v annes" Robinets àSbupape, R.S. (globe valve) , Robinets à pointeau, R. P. (needle valve) Clapets de retenue, R. C. (check valve) Robinets à tournant, R. B. (plug cock) ; R . d'équ e rre E . Cons titution générale: - Un o btur ateur - Un corps pouvant être lié à la tuy auterie et contenant l'obturateur - Un dispositif de manœuv re de l'obturateur, sauf pour les clapets, 1. Robinets-vannes (R.V.) (planches 15 a à 15 e)

Organes d'arrêt. N'ont pas de fonction de réglage pour sz5 .;; 8" . Passage direct, d'où pertes de charge faibles. Types . Robinets-vannes à tige fixe et à vis intérieure (planche 15 a) . • Robinets-vannes à tige montante et vis extérieure (planches 15 et b). Dans le second type, le volant de manœuvre porte l'écrou où se la tige de manœuvre; il n'a pas de déplacement en translation. Il existe aussi des vannes à tige montante dans lesquelles le volaD déplace avec la tige, Corps : moulé en général, mais certains fabricants le construise par soudage pour les vannes acier. Forme générale méplate ou cylindrique. Liaison à la tuyauterie par brides, soudage, vissage (fig. 2 a à d, planche 15 d). Bossages pour purges à la partie inférieure. . Dans certains cas, pour les grands diamètres et les fortes pre sions ou les hautes températures, le corps .est muni d'un by-pass de 1'0 turateur. Ce by-pass permet d'équilibrer les pressions de part et d'au! de l'obturateur ou de réchauffer l'appareillage situé en aval (fig. 3 a, che 15 d), 194

C. ANTONELLIet F.

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TYPES

(0)

DE

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FORGÉ :;OUDÉ

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TYPES DE SYSTÈMES D'ACCROCHAGE

Fig _2

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TIGE INTÉRIEURE

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TIGE INTÉRIEURE

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PLANCHE 15 c

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

(0)

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DE

ORGANES · OIVERS

F~ . 3

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l'OUf! cotIOUITfI

1

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VANNES Â

VIS

INTÉRIEURE

-Fïs." l'II r»l-G.IUI NIf VII r

(0)

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l'I.AHCHIE 1' "

C. ANTONElll

ft F. RANCHOU

CQURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

bturateur ou vanne: ou opercule

1 - Monobloc ou L - Double.

à coin unique

planche 15 c donne quelques types d'opercules et leur liaison avec ~.'" de manœuvre (fig. 2). Sièges du corps : usinés dans la masse, vissés, sertis. P e uvent ê t r e s ou p a r a llè les (fig. 1 a à d, planche 15 d). Le portage peu t être u s iné da ns l a m as se ou r a pport é pour l e s g r a nds oIl.lll',,-,r es (fig. 1 e à g, planche 15 d).

En général, un dispositif à rainure et languette assure le guidage de e (fig. 1, planche 15 b).

Couvercle: -

Assure la fermeture du corps Guide la tige de manœuvre . Porte le presse -garniture de sortie de la tige Porte l'arcade dans les vannes à tige extérieure.

Le chapeau est vissé pour les petits diamètres, à brides dans le cas i!ral. Tige: - Reçoit la vanne à sa partie inférieure - Porte un filetage pour la manœuvre - Reçoit le volant de manœuvre pour certains types. Presse -garniture : - Le corps en est porté par le couvercle du robinet-vanne - Il comprend un fouloir .et un chapeau de serrage (viSSé ou boulonné) - Il peut comporter: un joint hydraulique, une bague de drainage, une ambre de condensation (voir divers détails planches 15 a, b, d). Manœuvre: -

Volant à manœuvre à main Volant à manœuvre à chaine Volant avec manœuvre à distance par tringlerie Moteur électrique (avec ou sans réducteur) pouvant être télécom-

andé - Types particuliers de commande rapide (figure ci-après).

ANTONELLI et F. RANCHQUX

199

CO UR S DE TE CHNOLOG lE DE DESS IN

par rotation

o

lev~Q

directe par poignée

o

o

levier

créma illère

. -~

.;

+

La servocommande est utilisée sur les grands et moy ens diamètre - dans le cas de manœuvres très fréquentes - si l'effort à exercer est important en raison de la différence des pressions entre amont et aval - si une commande à distance est nécessaire - si la durée du temps de manœuvre est imposée. Note sur les robinets-vannes "pétrole" (planche 15 b) Sont du type à tige montante à filetage extérieur. La vanne est monobloc pleine formant coin et guidée longuement, e porte une rainure en té pour l'accrochage. Pas de bagues de vanne pour 9S " 4", à partir de 6" elles seront soi effiIl)anchées à force, soit soudées, soit vissées et freinées de façon per manente, soit rapportées par soudure. Le corps do"ït se rapprocher le plus possible de la forme cylindriqu "

Les brides du couvercle sont à faces plates ou à emboltement, ou e • core RTJ (si l'utilisateur le désire) pour les séries" 300 et RTJ au-dessUSI de 300. Le regarnissage en marche du presse-garniture doit pouvoir être e fectué, robinet grand ouvert et sous pression grâce à la bague d' étanchéit et à l'épaulement chanfreiné de la tige. La tige, enune seule pièce, comporte un tenon pour accrochage de la va Le fouloir peut être plein avec douille rapportée (fig. 4) ou en de1Il!l pièces (fig. 1). 200

C.ANTONELLI et F. RANCHOU

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

fig . \

uftllct IIft.I I~r 114tll

f~ . 4

f~ . 3

'LAHCHE1&, C. ANTONElll .. F. RANCHO\.IX

''''

, COURS DE TECHNOLOGIE

[}E

DESSIN

nobinets _vannes particuliers (planche 15 e) Vannes destinées soit l des installations de produits chimique'S t r ès corrosifs, BOit à des usages spéciaux,

Vannef:l à papillon (fig. il; faible étanchéité, mais pertes de charge peu éle vées; manœuvre rapide. Se fonl en tOU8 orifices de 2" il 60" avec ou sans brides. Températu _ rea admi .. es - 40·C à 200·C pour vanne s étanchea . e t jusqu ' à 600·C pour va nnu non étanches. Prenions de service jU8qu'à 30 ban. Les garnitures souples 80nt en ténon, viton, néoprène, etc.

J Ou ides co rroslf8

Vanne s à m embrane (fig. 2)

Vannes à manchon sana pre8se-garrutu re (fig . 3)

Va nnefi de mesure à diaphragme (fig. 4) Vannes à rev êtement Intérieur en alliages apécla\lx .

Vannes en matières plastiques. Vannes à double paroi pour réchauffage li. la vapeur. II. Robinets li soupape (R.S.) (planc hes 16 a e t b ) Organes de réglage uniquement. p de 3/ 4" à S" . Constitulion générale ana10gue li. celle des vannes. Siège: plat ou conique

p ... 2".

linéaire

p ..

1 1/ 2" .

Portage de soupape; plan. conique, "phérlque linéaire. Toujours à tige mo nta nte. à vis ex térieure ou inté r ieu re. III. Robinets li pointeau (R. P.1 (planche 16 h) Mê mes caractéristiques que les robinets à soupape. Pol;I1 / 2". Contact linéaire. Serve n t d'organe" d'obturation pour de petits appareils (appareils de mesure par exemple) ou comme o r ganell de régl age pour de" tuyauterlell de faible diamètre. Le co rps peut être moulé. mais le plus souvent il est en acier (orgé

pour les hydrocarbures et les fluides à prellsion et températu re élevéell. IV. Clapets de retenue (R.C.) (planches 17 a e t b) Org a nes d'arrê t automatique au retour é ventuel du fluide. C. ANTQNELLI el F . RANCHOUX

1 1

1

-; 0 Z

ROBIN°E-TS

).

500 FA-P-El

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À TIGE MONTANTE ET VIS EXTÉRIEURE

À TIGE MONTANTE ET VIS

...

INTÉRIEURE

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PLANCHE 16 a

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

-

SOUPAPE A

-

SOUPAPE A

POINTEAU

BILLE

(b)

(a)

(c) /

/

MODES

DE

RACCORDEMENT

BRIOE ABOUT TARAUDÉ

ABOUT

FILETt

(a)

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RACCORD

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A

OI!MONTABLE

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(d)

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EN BOUT

SOCKET

0< 2" PLANCHE 16 b

204

C. ANTONELLI et F. RANCHO

COURS DE TEC HNO LOG IE DE DESS IN

CLAPETS

DE

(a)

ANL TOUT

NON-RETOUR

Fig.1

(b)

-

A SOUPAPE_

CONDUITES

(c)

(d)

CONDUITE~

fig.2

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HORIZONTALE~

~~~~~ À

BILLE

VERTICALES

-,

A DOUBLE BATTANT A FERMETURE RAPIDE TOUTE!> CONDUITES

.

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EXTRA-PLAT . TOUTE!> CONDUITES

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PLANCHE 17 a """",-,,-,ONELLI et F. RANCHOU X

205

, COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

C!..APf.T~ A FERM~URE RAPl OE

(a)

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(b)

CI. APET MULTIPLE . 0'01lOI

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DIVERS

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PlA,NCHE 111>

,

c. ANTONElli et F. RANCHOUX 1

COURS DE TECHNOLOGIE OE OESSIN

N' ont, en p rincipe , aucun o r gane de manœuvre. Peuvent toutefois, dans certains css , être munis d' un dispositif de blocage aUI positions ouve r t ou fe r mé. On les appelle sussl clape t s de non- re tour .

Typell ; Clapels Clapets . Cla pe ts Clapets Clapeta Clapels Clapets

battants pou r toutes conduites jlI ... 2" (flg. 1 s). à soupape guidée . Conduites hO riz ontales s6 > 2" (fig . 1 b) . à ll oupape gui dée . Conduites verticales !li > 2" {rIg. 1 cl. à b1lle. Conduites verticales p .. 2" (fig . 1 dl. il double battant (duo check). T outes conduitell jlI >2" (fig. 2). plats (wafer check valve) . Tou tes conduites (fig. 31. li fermeture rapide (planche 17 b) .

Les clapets utilisés couramment pour les hydrocarbures aont les clape ts battanta (!lg. 1 a), lea clapets à bille, et les clapets à double battant (planche 17 a, ng. 2) qui ont l'avantage de prése nter un faible encombrement en h auteur. oes clapets de guidée .

p '"

1 1/ 2" peuvent êtr e aussi cons truits avec soupape

V. Robinets' tournant (R.B. ) (fi gures ci-deuoua et planche 18)

A B OISSEAU

""""'"

TOURNANT

C. ANTONELLI el F. RANCHOUX

A BOISSEAU

'ONC'

INVER SE

""

(OU RS DE TE CHNO LOG I E DE DESSIN

MONTAGE

DU

TOURNANT

SANS PRESSE-GARNITURE

~

a chapeau visse

bride

,

AVEC PRESSE-GARNITURE a chapeau vissé

DISPOSITION

boisseau ~ 2 tubulures droites tournlnt _ 2 lumières

DES

TUBULURES

,

ET

bride avec dlSIPPSllll de sécurill

DES

boisse~u ~

3tu bulures d'équerre

!! z

~

a bride

LUMIËRES

boisseau

a3

ou 4 tubulures

d' ~querre

! 1,

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~

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:/.: 'L/

tournant -

tournant ~

120· ~

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boisnn ~ 3 tubulures ~

en T

.

tournant 4 2 lumières d'équerre

a 3 lumitl'd

-

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t\

3 lumières

1

120·

boisseau a 2 t ubuluro d'équerre tournant d~fonc' 1 1umière

a

~ ~ PLANCHE 18

208

C. ANTONELLI et F. RANCHO

COURS DE TE CHNOLOG lE DE DESSIN

Organes d'arrêt, mais peuvent être utilis és comme organes de réglage . Le plus ancien et le plus simple des robinets. Permettent une manœuvre rapide. Tous 16, toutes pressions. Températures jusqu'à 650°C.

~ ),

Types: Droits, inverses, à boisseau foncé, à boisseau lubrifié (page à une voi e droite ou d'équerre, à plusieurs voies.

Le boisseau traditionnel est conique, mais il existe aUSSI des bois aux cylindriques ou sphériques. Le boisseau sphérique (fig . 1), qui permet un passage direct et sans déformation de la veine fluide est très utilisé.

fig .1

ligne de

Note sur le robinet à boisse a u lubrifié (fig. 2 ci -apr ès ) Deux types de base :

Robinet standard à boisseau • coruque Robinet invers é . L'ensemble couvre une gamme de pressions allant jusqu'à 700 bars pour une série de diamètres allant jusqu'à 500 mm.

ROBINET A BOISSEAU SPHÉRIQUE TYPE "CAMERON~

Le couvercle maintient le tournant dans le corps même en l'absence du chapeau de presse-garniture. Ce dernier, par l'intermédiaire de la garniture et du diaphragme, assure la position correcte du tournant.

La garniture assure l'étanchéité le long de la queue de manœuvre ; lOîï élasticité est suffisante pour permettre un lé&"er déplacement du tourIIlUlt et faciliter la· formation d'un film plastique de lubrifiant. Le diaphragme protège la garniture et concourt à l'étanchéité. La rotation est limitée à 1/4 de tour par une butée. Le lubrifiant spécial (sealant) est injecté à la partie supérieure de la Qjieue du tournant; il emplit les réserves du corps et les rainures du tournant ; il forme un siège plastique constamment entretenu. ,--"",TONELLI et F. RANCHOUX

209

COURS DE TE CHNO LOGIE DE DESSIN

Le tracé des réserves du corps et des rainures du tournant est lorsqu'une rainure traverse la lumière pendant la rotation, elle est is ~ du circuit de lubrifiant sous pression, ce qui évite l'introduction de lubr' fiant dans la conduite. Dans le robinet à boisseau inversé, la position de ce dernier est glée soit par ressort ou rondelles Belleville pour les pressions faible ( or;; 4 bars), soi t par vis de réglage agis sant sur une bille. Il faut noter que la pression du lubrifiant doit toujours être supéri à celle régnant dans la conduite.

ROBINET À BOISSEAU LUBRIFIE: SYSTtME ·AUDCO - ROCK WELL'

,, 1

TYPE

STANDARD

IT

t-+-l

VU!

F

,, 1 1

LUBRIFIANT

coupe c·c du corps s!ctlon B-B

fig.2

Remarques sur l'utilisation des robinets à boisseau. - Très utilisé pour les hydrocarbures légers, les gaz et de nombreux produits corrosifs Ils sont toutefois d'un usage plus restreint que les vannes. 210

C.ANTONELLletF.

RANCI~(

COURS DE TECHNO LO I ; I , Ot r)ESS IN

Les plus utilisés sur les conduites d'hydrocarbures sont les robinets """",i sse au lubrifié et les robinets à boiss eau sphér ique. On leur reproche: le manque de visibilité de l'ouverture ou de la ferefure, la nécessité des boisseaux lubrifi és pour parfaire l'étanchéité, 'obligation de les fixer rigidement pour les petits diamètres, la possibilité e blocage par gelée . Néanmoins, les pertes de charge qu'ils provoquent restent faibles; ........ ont intéressants pour les liquides visqueux et pour les gaz . l\Ianceuvre : par leviers pour petits diamètres, par volants et pignons our grands diamètres, ou par moteurs électriques . Matériaux utilis és e n robinetterie couran te (à titre indicatif) Variables suivant: fluides, tMA, PMA, diamètres et spécifications. Fluides

Corps et chapeaux

Contacts

Tiges

Cupronickel ; fonte; bronze

Cupro-Ni ; fonte, bronze; inox 13 % Cr

Laiton HR laiton marine bronze d'AI inox 13 % Cr

XC 18 S, 20 CD 5

Z 12 CF 13 Z 20 CF 13 stellités ou non

Z 12 CF 13

12 CD 9-10

Z 12 CF 13 ou Z 2 CN 18-10 ste Il ités

Z 20 CDV Nb 12

Fluides cryogéniques (T ~ - 45 0 Cl

XC 18 S calmé

Z 12 CF 13 Z 20 CF 13

Z 12 CF 13

~mures ; H2 S04 dilué

Z 2 CND 17-12

Monel

ElYides corrosifs

Z 2 CND 17-12

Z 2 CND 17-12, ou Monel, ou Hastelloy

Eau (T .;; 1200 Cl ; vapeur d'eau (T" 150 0 Cl gaz neutres; HC ; huiles; ai r

-

Eau (T ... 375 0 Cl ; air; gaz; HC, llIi1es, vapeurs d'huile (T .;; 450°C vapeur d'eau (T .;; 525 0 Cl ,Ylpeur d'eau (T .;; 570 0 Cl

Robinetterie utilisée en raffinerie. Limite d'utilisation des matériaux (

c~s

La robinetterie pour hydrocarbures est toujours en acier dont les nuanseront définies par les conditions d'utilisation. Eau : fonte et bronze Hydrocarbures liquides et gaz

( C.~NTONELLI

et F. RANCHOUX

acier forgé . !2S ~ l 1/2 ". acier moulé . !2S ~ 2. 211

•

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Les vannes .. cier moulé de p ~ 2" pou rront l'! u ' e u ti lisées à parti r de 400' C e l p a rfois au.deuous s 'I! y a r lll"que de cor rosion .

Les van ne s ;)cie r au C r - Ni seront u tHiliées en tr e 400'C e t 550"C . Les vannes de

p ..:

1 1/ 2'" e n Séries 60 0 et 900 se r ontud lisées fi 4 7S·C .

Les vnnnes en fonte se r o nt u tUlséeli jusqu 'A 18 0'C pour inc e ndie et réfr igération s eulement . Les robi ne ts à soude r en bout

p ..

2" pou r l e s vapeurs vives.

Les robinet $ 11 boisseau lubr ifié seront uti lisés à 250' C et lo r sque les flui des ne dissoud r o nt p as le lubri fia n t. Les co r ps Cl les o btu r a teu r s Solll soumis A des ess ai s de p reli siQn norm alisés . 1.4.2. Robi ....u 5péci..... 1. Soupape, de ru reté (... fety v~lv", ou ,. Iiel valvl<'S ~ (fig . 1 et 2' • planche 19)

Fo nctions . Con~1I 1 u ti6n générale.

Types

s i mpl es 1 jumelées,

Les corp" se r on t e n a cle r s au cll l'bo ne ou alliés (la tonte N le bronze s ont PI'OSCri lfi "au ! cas spéciaux). Le s ga r ni lu re H s e l'o nt e n ac ier" inox ydable". E lles sont obligatoires (au nomb r e de 2) sur tous leli appareils el ,'4c i pielll s sous preaslon e t Sur les refoulements des po m pes IIol umét rlquea, En génér al , les de ux s ou papes d'un m(! me a ppa "e l 1s on t rnOllt ~s SUI' line tu bulu r e en Y pc r mCUa nl le r ac corde ment p a l' un seul or ifice à s ection dou$le, L.es s ou pape" d e sécu ri té dol ye n t ,'épond,'e fi. c ertaine s conditions: Retour c o rrect et prog r essif du c lape t SUI' le siège . Eta nché ité du clapet sur son s i ège. Rema r que: le disque de ruptur e (ruptu re dl s c) ( ng , 3, pl anche I !I) efit u tilisé quelquefoi s: Soit en parallèle Illlec la s oupa pe de sOre té, pour p r é ll eni r , da ns c ertalncs réactions, u ne mont~ t r ès r api de et I m po r tn nte de p r essi on à laquelle la soupa pe ne réagi r a it p as allec a s se .... de r a pidité . • Soit en prote c tion de la s o upape, e n le plaça n t e n t l'e celte de r ni èr~ el le récipient , pour é \'ite r le <:o nt aet de ho soupape a lle c de s pr aL duits t '·ès cor"os\fs OU susce pti bles de c ris talli satio n. La fa c e amo n t du dis que peut pl a c(! dans la salle de con tr Ole , 2 t2

~ l re

re li ée à un Ind ica te ur de pres9 i Ol)

c. ANTONELLI Il F, II ANCHOlJX

,

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

f~ . 1

PLANCHE 19

C. ANTONELLI el F. RANCHOUX

QUELQUES TYPr: :,~L;'SSIQ UE S DE ROBINETS ( Vues exlèrieuresJ ROBI NET S À VANNE

II commande 1 par servomot 'par vérin élect rlq""ut... -~

-

r ROBINETS - SOUPAPE

J

IClAP~TS DE RETENU~ ROBII'IETS À TOURNANTj

SOUPAPES DE

PLANCHE 20

strRETË

-

,

COURS DE TE CHNOLOG1L 'JE DESSIN

Le disque présente une étanchéité t otale, un tarage précis, un encomréduit; il est pratiquement insensible à la viscosité, aux variations ~~ mpérature ; son prix de revient est peu élevé, mais son remplacement parfois incommode. annes de contrôle (control valves)

l'

-

Fonctions: Réglage d'un débit, d 'une te mpérature, d'un niveau, d'une ion, par action automatique sur le débit d'une conduite. Elles comprennent: - La vanne proprement dite (app elée improprement vanne puisque l'obturateur est en général une soup ape) . - Le servomoteur . . Le servomoteur (voir Cours d'ins t rumentation) A membrane, utilisant l'air comprimé; c'est le plus utilisé A piston A moteur. . La vanne proprement dite Types principaux: à 2 voies (fig. 1 a et b) ; à 3 voies (fig. 2.1 a et b). Divers: à opercule, à boisseau, à membrane, à papillon, etc. AIR ~

,

,

VANNES A 2 VOIES

VANNES A 3 VOIES

Fig.2.l ~ ~

fig .1

(b

(a)

--

)::....-.-...::

..........

simple portage

1

(b

J' (

à double port age

à simple portage

à double port'age

, . A simple portage (fig. 2.2 a) ou simple siège} . A double portage (fig. 2. 2 b) ou double siège p. 216. ""-'-' TONELLI et F. RANCHOUX

215

COURS DE TECHN OLOG IE DE DESSIN

Vannes à 3 VOles . 1. A seulement, 2. A qu'à 100 %

simple siège (fig. 3 b). Les deux entrées . doivent se faire à sinon la soupape se détériore. double siège (fig. 3 a). On peut admettre tout pourcentage, ju du débit, d'un seul côté sans nuire au fonctionnement.

(0) Fig.3

commande

(b)

(0) Fi g .2.2

(6)

Les vannes à simple porta sont plus étanches et moins ('n,nt", Celles à double portage sont p sensibles, évitent les vibrations, m elles sont moins étanches et plu teuses. Les soupapes affectent des f mes diverses (fig. 4, p. 217). Ces formes cor·r espondent caractéristique désirée pour le (linéaire, exponentielle, à ouver rapide, etc.).

216

C. ANTONELLI et F. RANCH

COURS OE TECHNOLOGIE OE OESSIN

Matl!riaux : COrp8 : aciers au C ou alllés (mou l é ou fo rgé) Arc::.de : fonte Sièges: Inox (Cr NI Mo) ou s tellite l'Ige de comma nde : inox au Cr Ki 1'110 à 18 .,.. C r. Bo1tier du di a ph r agme: ac ier au carbone Diaphragme : néoprène ou similaires P lateau du diaphragme : fonte Ressor t : acier au Si il 7 " de Si. I..a fome et le bron ze s ont Interdits pour le corps dans les clr<:uils d'hy drocarbures. - Pri ncipe d'Ins t allation {fig. â )

Ulilisation e t momage de c ontrôle: Soupape il 2 voies (fig. 6 a) Soupape à 3 vol es (fig. 6 b) - en mélangeur {combinl ng) (fig. 6 c) _ en dis t ribu teur {dlvcrt.ingl.

c. ANr ONEll l

.t

F. RANCHOUX

217

, 'i

l, '"JE: 1EC HNOLOGIE DE DESS IN

(rRê

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(b)

-

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Fig. 6

Vanne papillon : Utilisée lorsqu'il est néces saire d'av oir de faibles pertes de charge. Remarques. - Dans ce s v annes de contrôle le ressort du servomoteur peut agir vers le haut ou ve rs le bas. La vanne doit rester ouverte ou fermée par suite d'un manque d'air; le ressort devra donc ramener l'obturateur à sa position limite quand la pression d'air devient nulle. La vanne à ouverture par ressort convient : aux circuits de trop plein ou de décharge pour éviter les engorgements ; quand elle sert de déverseur pour éviter une surpression en amont. La vanne à fermeture par ressort convient: aux circuits de détente de gaz ou vapeurs pour éviter une surpression en aval; quand elle est placée entre deux circuits à pressions statiques différentes afin de les isoler en cas d'incident. 5ERVOMOTEUR DIRECT

5ERVoiMOTEUR INVERSE

•

Ilr

le resso ri 19 i t vers le hlut

218

Ile ressort igil • vers le bu

C. ANTONELll et F. RANCHO

COURS DE TE L rl \J

1

) j lL

[JE DESSIN

Vanne système "Camflex" : à clapet pivotant (fig. 7 a) Commande par servomoteur pne um:1tique (fig. 7 b) ou électrique. Un positionneur permet un positi o nnement précis et une réponse ra. Il contient le pilote et les manom èt res . Elle convient à toutes les temr ératu l'es de - 200 0 C à 4 00 0 C . Poids et encombrement rédui ts. S 'insère entre deux brides. Moins compliquée que la vanne de cont rôle classique, elle est aUSSI rix plus bas.

, 1

,

( a)

bague nylon

SERVOMOTEUR PNEUMATIQUE

oint n

(b)

r~ne

,

ANTONELLI etF. RANCHOUX

219

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Elle permet 4 positions (fig. 8). La commande peut être invers ée.

---DISPOSITIONS POSSIBLES

500

1 1

L.,..J 1

Y commande manuelle

y

•

1 •

l'~ • écrou de blocage

butée fin de course

\

r'-

~'-' -j

L._

1

1.5. ACCESSOIRES

Filtres dits temporaires Obturateurs réversibles J oints de dilatation Détendeurs de vapeur Silencieux de turbines

Séparateurs de vapeur Purgeurs et accessoires Ejecteurs Divers

1. Filtres temporaires (strainers) (fig. 2 a à e) (voir standards)

Il ne s'agit ici que de filtres de protection des pompes. Ils s ont montés sur l'aspiration des pompes, entre celles -ci et la vanne. Ils évitent l'introduction de particules solides dans la pompe au démar. rage; ils peuvent être enlevés par la suite pour réduire les pertes de ch Un index indique leur présence dans la tuyauterie. En fonction des produits, les filtres sont dimensionnés par rappotll aux brides. Les figures ci -après représentent quelque/? types de filtres; les a et b sont à éviter, leur démontage est difficile, surtout si les tuyaut"rllC ont été soumises à des températures assez élevées. Les types c, e, f 220

C.ANTONELLI etF. RANCH

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

pe r mettent de retirer le filt re lII anlll a u t re démo nta ge que celui de 8a br ide de v isite . Ce s on t ces types qu ' U es t préférable d'utiliser. On re m arque r a que l' envelo ppe de ce. fUtres e .t c ons titu ée d'él é me nt8 a t and ar diaéa.

f1 9 ·2

1b 1

.

~/ 1d 1

cou,. !!:

1

10..10.

cou,.!!: a· a

Le. filtres s o nt ca ra ctérisé. par leur coefficie nt d e pas.age :

••

s ur fac e r ée lle de paasage s e ction dr oite lnto!r leure d u t ube

Il va rie de 1.25 à 3. 5 s elon les diamètre. et les s é r ies:

type a d e 1. 25 à 1.8 type b de2. 5 A3,5 type c de 2. 4 l 3.3 C. ANTONELLI.I f . RANCHQU X

typ e f de 2 à 3. 9 ty pee de 2.8 A 3. 5.

'"

Jl ci:' DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

2. Obturateurs réversibles (fi g . :3 a ) ou platines réversibles (spectacles blinds) Employés en cas de marche intermittente et lors'q ue l'étanchéité dOl être absolue. Certains de ces obtu r itte urs sont constitués comme des vannes, ave un dispositif de manœU\Te. I.e ur prix est élevé et leur encombrement im::3 portant; leur prétendu e commodité d'emploi ne justifie pas leur utilisatio tout au moins dans les in s la llations courantes. Néanmoins, certains type s (Ramer par exemple), à 3 boulons, son: simples et utilisés en p a r tic ulier sur les lignes de mouvement dans les stockages (fig. 4).

( a)

JOINT HHAMER"

- - 4-

faces selon cont a t

Fig- 3

(b)

fig_4

Les faces des platines correspondent à celles des brides qui les ser Emploi Aux limites d'unités sur tuyauteries d 'hydrocarbures et de produit chimiques _ Sur tous tronçons de tuyauteries d'hydrocarbures susceptibles d'êtr isolés _ Pour tout isolement de machines et d'appareils. Sur les tuyauteries de vide-vite et de décharge des soupapes à la tie des unités. 222

80

C. ANTONELLI et F. RANCHO~

COURS DE T E(H'IULOG IE DE DESSIN

Les platines seront toujours placées à l'abri d'une vanne, sauf en ce les tuyauteries de blo\I' -down et de décharge des soupapes. Des vis de décollage faciliter ont l' uti lis ation de ces platines (fig. 3 b,

:::::2.:21) • mtsdedilatation (fig. 5a, b, c, d, e)

( a)

'O~~P~O~U~Ry!GR"'ND~ DIA

PRE~~~Ni

~

(b)

(c )

(d)

fig.5

(e)

La dilatation peut être absorbée, soit par la flexibilité naturelle du soit dans certains cas par l'utilisation de joints de dilatation. L'emploi de ces joints de dilatation doit être évité. Ils seront utilis és entre appareils très rapprochés, lorsqu'il n'est 'pas ssible d'obtenir un tracé présentant la flexibilité voulue, et aussi sur de n es tuyauteries, en fosses trop étroites, ou posées sur des terrains suets à des déformations. Le dispositif utilis é doit permettre ' - Une grande capacité d'absorption des dilatations, sous le plus faie espace possible, avec les plus faibles contraintes possibles pour le tuyau. NTONELLI et F, RANCHOUX

223

COURS DE TECHNOLOGIE DE DE SS IN

,

- Les joints de dilatation sont soit en acier au Cr-Mo traité (A % = 16R - 45 daN /mm 2 ), soit en acier allié 18-8, si T > 400°C. - Ils ne conviennent pas pour les très hautes températures. 4. Détendeurs de vapeur (ou d'air comprimé) (fig. 6)

Permettent d'obtenir de la vapeur ou de l'air à une pression plus bass que celle du fluide en provenance directe du générateur.

VIS DE

~-=- RËGLAGE

Fig. 6. RESSORT DE RtGLAGE

CANAL BP

au repos, 1 est fermée par son ressort 1 2 est détendu et maintient 3 ouverte par l'intermédiaire de 7. Quand la vapeur HP arrive. elle passe dans le piston et ouvre 1 d'u ne cert aine quantité. Si la pression cOté BP devient trop élevée elle agit sur 7. en passant par 8, et 3 se referm'e i la pression décroft dans la chambre du piston et 1 tend Il se refermer ... ,

....-...,"'/ SOUPAPE PILOTE

E HP """"":7:/ CANAL HP

~~~~~~

~~,..,

/'.:/ SOU PAPE PRINCIPALE

HP

... pour un réglage dét@r· miné de 2 il s'établit une posi tion d'équilibre telle 3 assure la poussée nêces! s ur le piston pour l' OU ver . désirée de 1

5. Silencieux de turbines (fig. 7)

En acier coulé ou soudé. La section de sortie est fonction de celle d'entrée et de la vitesse.

224

C. ANTONELLI et F. RANCHOU

CO URS DE TECHNOLOG I E DE DESSIN

~rateurs

de vapeur et d'eau (fig . 8 )

Sur circuits de vapeur saturée. La vapeur ar ri vant dans l' appa reil rencontre une paroi verticale et chicanes qui a rrêt ent les particules d'eau en suspension. Une purge mie l'e au du fond de l ' appareil.

Fig.7

Fig.8

1 CONDfNSATIONS rgeurs (steam traps) (planches 24 à 27) (voir standards. d'installation)

Rôle: Eliminer automatiquement l'eau condensée, l'air et éventuelement certains gaz incondensables (C02 par exemple) des circuits et corps utilisant la vapeur d'eau soit pour le transport de calories, soit our la transformation de l'énergie thermique en énergie mécanique. Conditions à remplir: Evacuation de l'eau condensée sans perte de a eur, donc nécessité pour les appareils (purgeurs) de distinguer 'l'eau de a vapeur, et même parfois dans certains cas de distinguer les buées ou la apeur humide de la vapeur sèche, quelles que s oient les variations de preson et de débit. Pourquoi éliminer l'eau condensée: Sa présence diminue sensiblement rendement thermique des installations par perte de calodes. Pourquoi éliminer l'air: C'est un mauvais conducteur de la chaleur, présence retarde la mise en régime des corps de chauffe, elle peut même • ovoquer un blocage partiel des circuits, elle peut aussi provoquer des oups de 'b élier . "ANTONELLI et F. RANCHOU X

225

CO URS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Types prin cipaux de purgeurs: ou ve rt · A flott eur fe rmé

directs 1 inve rs és (fig. 1 - planche 21) (fig. 1 - planche 22)

· A impu lsi on (p lanche 23) · Thermodynamiques (fig. 2 - planche 21) · Therm ostatiques ou à dilatation

l

à soufflet (fig . 2 - planche 22) à bilames (fig. 1 - planche 24) .

Il existe de nombre ux autres types dérivés pour la plupart des p cédents. Les purgeurs thermostatiques à soufflet (fig. 2 - planche 22) sont . équilibrés lorsque le soufflet contient un liquide susceptible de se vaporise dans les conditions d e marche. La pression de cette vapeur s 'opoosera celle de la vapeur à purger.

~

Remarques: · A l'exception des purgeurs thermostatiques, la plupart de ces aaP-.. reils ne peuvent fonctionner que sur conduite horizontale. · Les purges se font soit à l'air libre, soit dans un collecteur de lmJ:3 ges (purges avec récupération) selon leur importance. · Il faut absolument monter un purgeur par point à purger. · En principe la purge s'opère par gravité; les purgeurs seront do placés au-dessous du point bas des corps de chauffe à purger. · Il est prudent de prévoir un filtre (fig ~ 2 - planche 24) sur l'arriv au purgeur, mais la plupart des purgeurs possèdent un filtre incorporé .

T ,

,,,

FILTRE

PURGEUR 1 1-- _'---

RV

. Un contrôleur de .c.; Q;;;.J (fig. 3 - planche 24) ser prévu sur les conduites de-..r.... tour si le purgeur n'en porte pas.

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on ~ 4(

226

AV

,

, 1

. Lorsque plusieur purgeurs seront branchés sur un même collecteur 1 sera prévu des clapets de non-retour pour éviter les . contre -pressions et le chau fage par les retours.

C. ANTONELLI et F. RANC "" 0",,,

COU RS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

flg.1

au rlflOl:dl'lt ounrt.dkh .. r.... d. ,gd....'tig.:r!1II d, tondu.. t i,ft ICCUI'IUIH dt'll ln ioIllIll. Ijoft. ,UII du PU'9t11t d.nI 1., colltel""" dl p
...11 "ptll, i MOi_ 1. cloche, chuu rlla rt '1IIIphl ,II clochl 1111961 tllIIOnt. Il f.n.. 1. cl.p.t ... l'.i t .1 1.. 9" 'ftcondtnnblu

... 1. "P"' ru." pl.. reftlll,l.,lf. IDIt 1. cloch.

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'LANCHE 2 \ C. A.NTONELU., F. RANCHOUX

'"

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Fi9 1 ~~~__ p'urgeur d'air thermostatique

au repos : purgeur vide, clapet fermé . au démarrage : l'eau accumulée dans les corps de chauffe et dans ll"s tuyauteries passe dans le purgeur. "

,

... soulève le flotteur . Ie clapet s'ouvre; la vapeur arrive ensuite et chasse l'eau, le flotteur redescend, le clapet se referme.

• MONTAGE DU LEVIER A 2 APPUIS

fig.2 au repos: purgeur ouvert . au démarrage : l'eau de condensation. poussee par la vapeur remplit le pur. geur et s'écoule . /J. mesure que les condensats s'échauffent le thermos. tat .ferme la soupape .Quand la va. peur arrive la soupape se ferme

fig .3

,

PURGEUR D AIR

compl~tement .

La vapeur contenue dans le purgeur se condense, le refroidissement provoque l'ouverture de la soupape .

PLANCHE 22

228

C. ANTONELLi et F.

"l"''''

COURS OE TECHNOLOGIE OE OESSIN

... •

n d'lIurr'g" l'.it ft I.s condnllh poll1lh per 1. "plllt nriunt lU pU~fUt J le prn,ion • n A IUglllllll1 rlst. bUll ln 8 . l. clep.t .'ouwr"I' . ir.t ln cond,nuls l ', · CDIII,nl p.t l'orifici principii E' , UM ptlitt qulntil. P"" III 8 ...

,.n.

.. . Ils condlnuls I l ' Irn.tSlnt 1. pur· geur n i,is d, CDnd,nll11 trh Chluds, 1. t'mpf' r.tur ••" 1.", Il prn,ion III A lit fI_ , .n • tlt tlltote buse 1ft B; l, cllptt est DUnt! ...

COIIOEM$.ITS TRts CHAUO~

... In COndtM~1I tth chlUds sonl lIIi.is d. "peur , itt,la prnsion n A est fI,,",r. pttnion .n 8 IOIgmtnl.. pu .uitt dt l, ..pori. ntion j""ltntenft proto~"" danl c.ttt lon, pit ffl'fllion d. le tlmptrltUtt et ptt l'i nsurriunci d. l'orifict C, 1. dlplt H ftMII . ...

. .. l'taIIIllmflll continue ,.u C, Il t,mpftlturt b.• ill. trIS l'g.rem'lIl, il p!vs dl ,.p.ri••

Il''

110ft ln 8 o~ 1. pt...ion d'II'n .. ,1.o prul'o" "" A nt tI'fft, 1. cI.pel "OUIrt • noU1't1U ...

PLANCHE Z3

C. ANTONELLI el f . RANCHOUX

no

CO UR S DE TECHNOLOG I E DE DESSIN

LAME À FORTE DILA TATi ON C_

-.l

fi9 .1

LAME A FA IBLE DIL ATATION 1 J

BIMËTAL OBTENU PAR LAM INAG E

disques

ilames

fROID

e

CHAUD

[

,

DISQUES MONTÉS PAR PAIRES EN OPPOSITION 7

3 au démarrage : purgeur froid,soupape ouverte ; seule fort agissante : la pression i l'eau et l'air sont chassés pidement ,,' ' ,' les condensats chauds suivis de vapeur ar vent, la température s'l!lève les bilames se défi men~ J la force qu'ils opposent li la pression rapidement supérieure a celle- ci ,la soupape va s 1

fermer " . détendent leur force diminue devient infl!rieure . rouvrir , . , . 1

a

la température va baisser, les bilame celle due à la pression: la soupape Ya'~

fig_ 2

fig.3

~ , .

~',

PLANCHE 24

230

C. ANT ONELLI et F. RANCfiÇ

cov~)

)1

rfC HNO LOG IE DE DESSIN

, Il sera prévu une purge manuelle avec robinet d'arrêt et quelquefois - ass du purgeur, en cas de panne de l'appareil. Le schéma page 220 donne un principe d'installation d'un purgeur, 'ecteurs (fig, 9)

Appareils statiques dans lesquels un fluide sous pression Pm (fluide = . ) provoque l'aspir ation d'un a utre fluide et lui transmet une partie de ,....,.énergie, Le mélange C,,;( ['"foulé à une pression Pr < Pm,

lu

p. 0rte t uY-,,-,-,;

mel

r

Pm

L~

,1

Po < Pr
,1

ASPIRA

Po

onctionnement : Tuyère motrice: Transformation partielle de l'énergie potentielle du uide moteur en énergie cinétique (vitesse de l'ordre de 1000 mis à la rtie) . Mélangeur: Dépression provoquée par la sortie du fluide moteur, le de à aspirer est entra1né, Il Y a homogénéisation des deux veines fluides, Diffuseur: Ralentissement du mélange et augmentation de la pression s u'à une valeur Pr ; (Pa < Pr < Pm), F uides moteurs: Eau, air ou gaz comprimés, vapeur d'eau (la plus utiliée - vitesses de détente jusqu'à 1300 m/s), luides as irés: Eau, air et gaz, vapeur d'eau, liquides divers, solides en us ension (boues), etc, onctions: Production du vide (distillation, condenseurs de turbines à vaeur, coulée de métau){, évaporation, concentration), Mélange de gaz, de quides, Refoulement de gaz, vapeurs, liquides, etc. Condensation de vaeurs, Désurchauffe de vapeur cl 'eau,

""-,,,,-.TONE L LI et F, RANCHOU X

231

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Avantages principaux: Simplicité (pas d'organes mobiles). Faible brement, peu d'entretien. Indépendance du réseau électrique. Mise en vice instantanée. Usure négligeable. Performarioes stables. Matériaux: Tous métaux et alliages usuels ou spéciaux, PVC, polypr.::J0r,u lène, graphite, selon nature des fluides. Industries utilisatrices: Raffineries de pétrole, pétroléochimie, sidérurgie, huileries, papeteries, centrales thermiques, etc. Utilisation pour production du vide (fig. Il)

Fluide moteur: vapeur d'eau (légèrement surchauffée pour évite corrosion de la tuyère). Un éjecteur seul (I étage), refoulant à la pression atmosphériy~,., .... donner à l'aspiration des pressions absolues de 76 à 80 mm de Hg. Avec plusieurs éjecteurs en série (2 à 5) on pourra avoir des plus poussés. Ainsi pour 3 étages, la pression absolue à l'aspiration pourra l à 25 mm de Hg.

Remarques. - L'utilisation d'éjecteurs (à un ou plusieurs étages) parallèle peut permettre une marche plus souple. Un éjecteur donné ne peut être utilisé que dans les limites de sa ;;;:::;;:: téristique "Vide -Débit". Son débit ne peut être augmenté que par alés col et augmentation de la pression de vapeur. Condenseurs ; Précondenseurs ; A installer si le mélange à extraire contient peurs condensables ; la charge de l'éjecteur sera réduite, à condition l'eau de refroidissement soit suffisamment froide pour assurer la sation (pour obtenir un vide industriel de 20 mm de Hg, il faut di:sp'osl~~î!ii à moins de 22° C). lntercondenseurs ; Placés entre étages pour condenser la plus partie des gaz d'extraction et de la vapeur d'eau provenant de l'étagepr dent, d'où économie de vapeur. Condenseur final: Travaille à la pression atmosphérique. Il n'a aUC1 fluence sur la consommation de vapeur. Il est utilisé si les vapeurs e~ t ­ restants ne doivent pas être renvoyés à l'atmosphère. Types de condenseurs utilisés: - A contact ou à mélange (transfert excellent, pertes de charge - Tubulaire ou par surface si on doit récupérer les condensats. 232

C. ANTONELLI et F.

COURS DE TEC HNOLOGIE DE DESS IN

t olonne s b a r omét r iqu es et r ése r voir s à ni veau con stant Le s conde n sats sont évacu és d a ns ervoi r à ni veau con stant (fig , 10 a ) un tube (colonne baromét riqu e ), La ~u~eur indiquée évite les remontées en s de marche s ans as piration, Le t u be Olt êt r e vertical autant que poss i ble mai s dis position (b ) peut être admise , Au débit maximal, la vitesse du noe nsat ne doit pas dépas s e r 0, 5 mi s le t u be , La capacité du r é s e r voir ~:; ' ~ê t r e au moins égale au dou ble de ce lle nsemb l e d e s tubes qui y a boutissent ~ce:::c~i:"pour évi te r de d écou v rir les è xt ré'lés des tubes au démarr a ge et par suite es rent r ées d' a ir),

-7\- conden seur

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colonne DU -: jambe ba roml!lrique

llm MI N.

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-

-

récipient ~

-- ::1 niveau constant . L..

1 évacuallon des condensals

La fi gur e Il ci-dessous donne l'enble d'une installation de mise sous ...,..-;'de d'une colonne de distill a tion comport 2 étages, Le condenseur terminal est ~~ .........Pression atmosphérique,

fig .10

elU

i ncondensables..

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colonne sous vide

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consUnl

éncuallon condensal

IC.-ANTON EL t. 1 et F. RA NCHOUX

233

CO URS DE TECHNO LOGIE DE DESSIN

9. Divers

ANNEAU

DE

PURGE

40 TOUTES

OU DE PRISE DE PRESSION

160

FACES SA

FACES RTJ

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TOUTE LA LARGEUR 510~2'

A. I

.A GAINES DE

POUR PR ISES

TEMPËRATURE

S!CTlO" A-A

SECT 10" A.A ·

28

41

{25 1'1

0'95

22

NPT .

13

MONTAGE A BRIDE

-

~25

1.6. ANCRAGES, SUPPORTS, GUIDES (voir standards)

"

,

....

1.6.1. Flexibilité des tuyauteries. Effets de la dilatation

Sollicitations auxquelles sont soumises les tuyauteries , - Poids propre et poids du liquide contenu (éventuellement) - Pressions intérieures - Effets de la dilatation.

234

C. ANTONELLI et F. RANCHO~

!

COUfb c)[ fEC HNOLOGIE DE DESS IN

Contr a int es cr é é es Tuyauteries hori zontales

cont raintes dues à la flexion cont raint es de torsion co nt r a int es due s à l a pression.

Les co nt r ai ntes de tO l' s i o n sont, en gén é r al , n égli geabl es . Les con t r a intes dues à Iv pr'essio n so nt d e s c o nt r a inte s d' extensi on. Les contraintes dues au poid s dépendent du tracé d e la tuyauterie et "-,,,,-dis positi on des appuis. La contrainte de flexion en un point A d e la

M l v

La pression crée, en c e même point A, deux ontraintes 0'2 et 0'3 .

0'3 -

#

(0'3 - cont r a int e longitudinale, 0'2 - contr a inte transversale).

En A, 0'3 et 0'1 sont de même sens et s'ajoutent:

t on doit avoir :

La contrainte limite est donnée par le code utilisé (ANSI B 31). Elle ~ fonction de la température et de la matière. Règles empiriques pratiques :

1. Portées pour tuyaux froids : L = ~ en

11

+ 2 m

L'épaisseur du tube interv ient. Il faut considérer qu'à épaisseurs voiines ou égales, un tube d e f a ible diamètre est plus flexible qu'un tube de grand dia m ètr'e ,. ANTONELLI etF. RAN CHOU X

235

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Flèc hes a dmises . E n principe: f ~ 3 mm / m en unités f ~ 6 mm/m hors unités. Il ne d oit pas y avoir de flèches créant des poches importantes per

mettant la formation de résidus et pouvant favoriser la corros i on . 2. Pour tu yau x chauds :

Les portées seront calculées en fonction de l a fl èc he admise (maxl mum < 15 % du diamètre intérieur du tube) et des contr a intes a dmissib à la température cons id érée . Le tableau de la page suivante donne quelques flèches calculées p des tubes au schedule 40. 5 pl4 Flèches calculées suivant f = -::"-<-'-==-=384 El f Si encastrement aux appuis f' - . 5

.

Note : A vide la flèche varie peu avec le schedule. - Majoration pour température :

TOC

20 1

100

200

300

400

500

1, 13

1, 20

1, 25

1,45

- Dans le cas des tuyauteries verticales, le poids du tube créera contraintes de traction s'ajoutant à 0"3.

1.6.2. La dilatation

(voir cours spéciaux)

Le tuyau libre se dilate normalement sous l'effet de la températur Si le tuyau est lié à ses deux extrémités, et en particulier s'il e encastré, la dilatation sera la cause de déformations provoquant l'appa tion de couples aux encastrements et de contraintes. Les contraintes créées ne doivent pas être cumulées avec celles au poids et à la pression qui sont permanentes.

236

C. ANTONELLI et F. R

I}>" z -l

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Flèches e n mm

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(Tuyau v id e - contr a int e <3 daN / m m 2)

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Poids au mètre

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8, 2

2

4, 2

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6"

28, 5 18, 6

2

3, 5

8"

3

11

12

13

14

15

16

20

21 21

5, 9

9, 7

14 , 7

42,8 32, 2

3, 4

5, 6

8, 5

ID"

61, 2 50, 9

2, 2

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12"

79,6 72, 1

2. 6

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17, 5 11, 5 16

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5

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10

12 , 5

5, 6

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123

114

2, 5

18"

156

144

2

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179

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254

259 "

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10

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13

3, 2

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10

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2, 2

4, 2

7

17

8

COURS DE TECHNO LOGIE DE DESSIN

Problèmes pos és : Â

r-------------r--------i C '

A

C !:lY

!:lX

· Tenue du tuyau sous l' forces produites par les écarts u"-,,,,, pérature. · Réactions des tuyauterie l e s appareils. · Il faut noter que les réact permises sur les appareils sont: difficiles à connaltre (silence des --: tructeurs sur ce point) ou à éva uer soit très faibles.

y

o

x

t\r-- ____ l::déformée 1'A

-- - -

1 1 1 1

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1

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\

,y

. Pour réduire les contrain deux solutions possibles :

c

- Utiliser des éléments Ht:,U' soufflets, compensateurs divers, su ports et guides. Ces organes sont en général d'un élevé, et peu rigides.

Iy

- Assouplir la ligne par un tra convenable de son profil avec des d'ancrage choisis judicieusement de ne pas créer des contraintes s"'u",....,. plémentaires dans le tube. Ce proc est le 'p lus commode et le moins o~'" reux. Il faut toutefois éviter les grandes lyres encombrantes. . Des calculs de résistance des matériaux permettent la détermin tion des efforts, des moments et des contraintes. Le système constitué lé tuyau et ses attaches est hyperstatique. Les calculs assez complexes facilités par l'utilisation des ordinateurs. La connaissance du tracé de la déformée permet dé placer convena blement les supports et guides nécessaires. Remarques: . On constate que la tuyauterie "s'adapte" aux déformations dues la dilatation ,et que les contraintes diminuent avec le temps jusqu'à deve très faibles après un temps suffisant de service continu. Ces contraintes dues à la dilatation, ne seront donc pas considérées comme permanentes, elles ne sont en général très importantes qu'au début de la mise en te pérature. 238

cr un) DE TECHNOLOG IE DE DESSIN

, Du fait de l'ad aptation de la tuyauterie, elle prend une forme interiaire entre la form e à froid et celle qu'elle aurait eue si la dilatation = it pas été gênée; elle aura donc, après refroidissement, une position rente de celle qu'elle avait au montage; ceci provient du fait que le mé----.été amené dans des conditions de déformation plastique, transition en~"'a déformation élastiq ue et la déformation permanente, Le code ANS! B 3 l donne comme contrainte limite SI "

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C, ANTONELLI et F. RANCHOUX

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239

COU RS DE TECHNOLOG IE DE

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'1.6.3. Matériel de supportage, anc:ra guidage (voir standards) 25 a à 25 i)

Remarques préliminaires]

Les organes de guidage, supportage ou d'ancrage ne peuvent pas, et ne doivent pas, être dispos é sans précaution; ils ne doivent pas, ce qui se produit trop souvent, êtr 240

C. ANTONELLI et F. RANCR

(OURS DE: rEC HNO LOGIE DE DESSIN

e l'augmentation des contraintes existantes ou même de la création ,!.V"H"'S contraintes soit dans le tube, soit dans les appareils ou dans ctures servant d'appui s . Ce n'est qu'avec la connaissance du sens et de l'importance des déllilPents des divers points d'une tuyauterie, donc de sa déformation, de :gJ?2-rtition des contraintes, du diagramme des moments fléchissants, ra déterminer de façon cor recte les points où la mise en place lpp,ort, d'un guide ou d'un ancrage sera utile.

U est certain que le dessinateur averti doit arriver à avoir le sens de ~~~nla1tioln

du tuyau et de l a position à donner à ces organes, mais le devra confirmer ces déterminations provisoires.

Œ3ien qu'on ait, autant que possible, normalisé un grand nombre d'éléles dispositifs de supportage, d'ancrage et de guidage sont extrêmevariés. Cela tient en partie aux nombreux cas qui peuvent se présenter. Les planches 25 a à i ne donnent que quelques types. Dans chaque ca, les détails de construction et les dimensions sont fonction des charsollicitations diverses, des dimensions de la tuyauterie, de la préde calorifuge, etc. On remarquera que les patins en T ou en U ont une hauteur uniforme -....~ mm j que deux portées (maxi et mini) sont indiquées pour les con-

Deux types d'éléments

Inhérents à la conduite (pattes -patins -clips -colliers, etc.) Supports proprement dits (consoles -portiques, etc.).

a) Ancrages (planches 25 a, b et d) Liaison rigide ou semi-rigide d'un tuyau chaud avec un appareil ou .::chairpeIllte . Cette liaison constitue un point fixe (encastrement), où agiront les actions et moments dus aux efforts de dilatation. Elle impose un sens favorable à la dilatation de la tuyauterie. Elle permet, quand elle est située à proximité d'un point fixe du tuyau nction par bride sur un appareil), d'absorber les réactions qui seraient ortées normalement par la bride et par la tubulure qui la porte.

NTONELLI etF. RANCHOUX

241

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESS IN

Types généraux ,

Le choix du type d'ancrage dépend des efforts à supporter et auss la position de la ligne (horizontale ou ve rticale, ainsi que du massif d' crage : sol, charpente métallique ou béton, colonne, etc.). Eléments inhérents à la conduite, fixés par soudage: patins, pa profilés (T ou U), chandelles. Eléments de support age : massifs ou charpentes béton; charpente fer; chandelles; clips, consoles, po rtiques, etc. b) Appuis et guidages (planches 25 a, b , d, g et h) - Appuis simples : But: soutenir une tuyauterie soumise seulement à son poids en de réduire les flèches (tuyaux horizontaux) ou les contraintes de tract·Tio """n" les flexions des brides sur appareils, etc. (tuyaux ve rticaux}, tout en Rer mettant la dilatation s'il y a lieu. - Appuis avec guidage: But: ce sont les mêmes que ceux des appuis simples, mais doive =-.. en outre éviter le déplacement latéral des tuyauteries sous l'effet des di tations, de l'action du vent, des vibrations, etc. T,ypes généraux Le choix dépend uniquement du diamètre et du poids de la tuyauterie et du calorifuge s'il y a lieu, pour les appuis simples ; il tiendra comp e aussi des efforts latéraux dans le choix des guides. . Eléments inhérents à la tuyauterie, sont soudés à la tuyauterie: l'a,lns, profilés, tôles nervurées, etc.

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Eléments de support age et de guidage: charpentes diverses; co les, potences, clips, profilés; colliers et étriers de guidage; ronds d'a~ pui et de glissement; rouleaux; bottes à ressort. c) Pendards Pendards (planche 25 c) Pendards à ressorts (planches 25 g et i) Pendards à portance constante (p. 252).

242

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

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COUR S DE TE CHNO LOGIE DE DE SSIN

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246

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COURS DE TECHNOLOG IE DE DESS IN

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247

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

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PLANCHE 25 i

C. ANTONELLI et F. R,A, NCHOUX

251

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Les pendards soutiennent une tuyauterie située à une certaine di sous une charpente , et à laquelle elle est simplement suspendue, d'où certaine liberté de déplacements pour cette tuyauterie dans trois plans, , Le pendard à ressort convient à des déplacements faibles ou moyens (25 à 30 mm), Dans ce dispositif, la réaction du ressort varie avec l'écrasement a 10r'5 que la charge reste constante, ce qui peut créer, si les déplacements sont importants, des contraintes supplémentaires,

r ,e pendill'd à portance constante (figures ci -après), grâce à une binais on ressort + leviers, permet d'exercer une force porté quelle que soit la position de la tuyauterie, Il est a un prix dc rC',ient beaucoup plus élevé que le pendard convient d'ailleurs à la plupart des cas courants, Il est placements importants (plus de 40 mm) ,

SUPPORT

égale au poids évident que ce à ressort simple utilisé pour le

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Eléments inhérents à la conduite: clips, profilés soudés au tuyau tourillons, 252

C.ANTONELLI etF . RANC

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DE TE CHNOLOGIE DE DESSIN

Eléments de sU PIJonage : tiges filetées, écrous ordinaires, écrous à rnes, colliers, p o le n c e s , consoles, bo1tes à ressort, etc. Nota: Dans certains cas , d es supports par câbles, poulies et contrepoids été utilisés, maÜi bi e n qu e leur service soit excellent, leur encombre, en particulier, limite l ' e mploi. Des essais sati sfa i sa n ts ont été faits en faisant reposer les patins lissants sur des pl aques de !n a lièr e s pla stiques à base de téflon ou simiires, dans le cas d e poid s l rès importants.

1.7. CALORIFUGEAGE ET PROTECTION (voir standards de mise en oeuvre)

La protection doit être assurée: Pour le personnel à partir de 70° C Contre le froid extérieur Contre la perte de calories. a) Calorifuges Nécessité: réduire au minimum les échanges thermiques avec l'extérieur pour conserver les qualités du fluide transporté, et dans certains cas protéger le personnel. Les pertes se font simultanément .par convection, par conduction et ar rayonnement. et propriétés générales Physiques Coefficient de conductibilité (doit être très faible) Coefficient de dilatation Chaleur spécifique Poids spécifique (doit être faible: surcharge des conduites) Résistance à la chaleur Résistance mécanique aux chocs, aux vibrations, à la fatigue Dureté Insolubilité à l'eau Résistance à l'humidité Résistance au feu.

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c. ANTONELLI

et F. RANCHOUX

253

COURS DE TEC HNOLOG IE DE DESS IN

,

Chimiqu e s Composition Action c orr osiv e A ction chimique sur l e s tu yaux et r é cipie nt s. D' ins tallation Toxic it é Actio n s u r l a peau Facilité de mis e en œ u v r e . Quelques éléme nts d e base Air au repos. - Excellent (le meilleur), d e ce fai t les variétés corn merciales ont leur efficacité basée sur le volume d'air qu'elles empris Amiante. - Silicate double h y draté de chaux et de magnésie. Utilisé soit seul, soit mélangé a vec d'autres substances. Par addition de liants on peut le façonner en forme de papiers, cartons, en bandes plates ou ondu lées avec lames d'air (résistance convenable jus qu'à 200 0 C). Par addition de particules spongieuses, de matériaux cellulaires, peut l'obtenir sous forme feutrée (résistance jusqu'à 500 0 C). ----' On l'ajoute aussi à la magnésie dans les calorifuges à 85 % de Kieselguhr. - Mélange de terres d'infusoires et d'amiante. La terre d'infusoires débarrassée de matières organiques a un très haut point de Cu sion (1 600 0 C). Excellent calorifuge entre 350 et 1 100 0 C. Carbonate de magnésie. - Le produit sans doute le plus utilisé (jusqu "" 350 0 C) en mélange avec 15 % de fibres d'amiante qui lui donnent de la sistance et permettent la mise en forme. Excellent, prix économique à de la durée, mais fragilité. Utilisé aussi en mélange avec la terre d'infusoires. Ces matériaux contiennent souvent 90 % de leur volume d'air, ce qui fait baisser le coefficient de conductivité. Laine de verre Laine de laitier

bons calorifuges (jusqu'à Très utilisés.

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Béton cellulaire ou mortier de ciment. - Mélangé à une mousse ciale contenant de multiples petites bulles d'air (0,5 à 0,8 m 3 d'air par tre cube). Résiste jusqu'à 450 0 C avec Portland, jusqu'à 800 0 C avec fondu. Varech. - Ininflammable, imputrescible mais se c arbonise vers 300·C 254

C. ANTONE LLI et F.

COURS DE TECHN O LOGIE DE DESSIN

Déchets de soie. - Se décomposent vers 100° C. Feuilles d'aluminium. - e - de 0,005 à 0,5, espacées de 10 mm par ses d'amiante. Liège granulé et aggloméré. - Entre - 110° C et + 180° C. Polystyrène cellulaire. - Entre - 110° C et + 110° C, excellent.

-

Il existe un très grand nombre de produits calorifuges, le choix est é par les conditions de travail. Ils sont soit fibreux , soit granuleux, soit cellulaires, ou réfléchissants. La forme commerciale est assez variable: Cartons, papiers, bourrelets, fibres pour l'amiante Coquilles, plaques, etc. pour la magnésie Granulés ou coquilles pour le liège Coquilles ou fibres pour les laines minérales Coquilles ou blocs pour le ciment cellulaire Pâtes plastiques (C03 Mg + kieselguhr + argile + fils de jute ou amiante) . Les coquilles de magnésie sont posées avec sous-couches de kieselguhr température est élevée; elles sont très liées par du fil d'acier galvaé, jointées avec un enduit de liaison, bandées et peintes ou recouvertes d'aluminium.

Les bourrelets (gaines de jute ou en amiante garnies de déchets, soie, oils ou kieselguhr, magnésie, liège, laine de verre, selon la température) ont posés à spires jointives, serrées, lissées, bandées et peintes ou reouvertes d'aluminium. Les calorifuges plastiques sont posés sur treillis métallique galvanis é t enduits au ciment (e = 10 à 15 mm). Les brides et boulons doivent rester accessibles; ils restent à nu dans ertains cas, ou sont recouverts de coquilles spéciales facilement démontables. Les coquilles préfabriquées sont utilisées jusqu'à sus blocs plats chanfreinés.

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Pour la robinetterie : blocs plats découpés ou calorifuge plastique selon le diamètre. •

Les supports ne sont pas calorifugés. b) Protection contre les intempéries Tôles d'aluminium e = 8/10 pour tuyauteries calorifugées ou "300 ; e = 10 1,1 0 pour les autres tuyauteries. C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

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total

255

CO URS DE TECHNOLOGIE DE DE SS IN

On utili se a USSl dans les mêmes cas la tôle d'acier galvanisé (6/10 • 8/ 10) .

r.cs tôles d'aluminium sont lisses ou ondulées. ,

1.8.

RECIL~I)Fr-AGE DES

TUYAUTERIES (voir standards )

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ce rtaines lignes de procédé, a insi que les organes divers de ces li gne s (robinetterie par exemple) à la température nécessaire pour assurer la circulation du produit qui serait trop visqueux à la température norm a le , ou même solidifié ou cristallisé. Dans certains cas , d'ailleurs, ce réchauffage est impératif, pour........... taines matières plastiques dont la solidification est irréversible. Modes de réchauffage : A la vapeur: - Par tubes dits traceurs, placés contre la ligne à réchauffer, le calorifuge et parcourus par de la vapeur à 4 bars : ins à prix de revient modéré. Utilisé à l'intérieur des unités. - Par tubes à enveloppe de vapeur (jacket) ; utilisé surtout en trie chimique. A l'huile: - Procédés de circulation identiques aux précédents. Installation, similaire à un chauffage central à eau chaude, ave pompe de circulation. Prix de revient assez élevé. La température est plus constante qu'avec la vapeur. Utilisé en industrie chimique. Electrique : - En unités: réchauffage appareils de mesure. - Hors unités et pour de grandes distances. Prix de revient assez élevé. Difficultés de mise en place des circuits . .

Réchauffage à la vapeur, dit "traçage à la vapeur" (planches 26 a - Le plus utilisé en raffineries.

256

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PLANCHE 26 a

COURS DE TECHNO LOGIE DE DESSIN

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TUYAUTERIES HORIZONTALES

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TUYAUTERIES VERTI

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PLANCHE 26 b

258

C_ ANTONELLI et F.

COUR S DE TE CHNO LOG I E D E DE SS IN

- T ubes tr a ceurs acier de 1/ 4" à 1 1/ 2" suivant les lignes à réchauffer, au nombre de 1 à 4. Autour des appareils de robinetterie le tube pourra être en cuivre pour épouser les formes plus compliquées. - Les tubes sont allongés sur les tuyauteries à réchauffer et liés à ce s de rni è r e s par des colli e rs guides et des colliers d' a nc rage s oud és . - Des ly r es d e dilatation

seront disposées à inter valles réguliers

(25 à 5 0 m).

- L'ins ta ll ation comprend le ou les collecteurs de vapeur à 4 bars ; des sous -collecteurs alimentant les postes de traçage constitués par des clarinettes portant les départs nécessaires avec vannes de sectionnement; ces clarinettes, de 3" en général, alimentent les traceurs soit directement (cas d'un seul, ou de 2 traceurs), soit par l'intermédiaire d'une nourrice à 3 ou 4 départs, placée le plus près possible de la ligne à réchauffer. - Les retours se font suivant un schéma identique, mais avec un purgeur sur chaque retour à la clarinette de récupération; les clarinettes sont reliées à un collecteur des condensats (s'ils sont importants et non pollués). - Les condensats peu importants, isolés ou pollués, seront renvoyés à l'égout. - Les nourrices et les clarinettes seront, s'il y a lieu, purgées ou munies d'évents selon leur position. - Les nappes de traceurs alimentant des nappes de tuyauteries seront groupées sous un même calorifuge sur le plus long trajet possible. - Le diamètre des nourrices est de 2" ou 3" selon celui des traceurs ; l'alimentation des nourrices a un diamètre de 3/4" à 1 1/2" ; la sortie des nourrices de récupération est de 3/4".

2. COLONNES DE DISTILLATION 2.1. GENERALITES La distillation est un procédé de séparation en continu très utilisé dans 'industrie pétrolière et pétroléochimique permettant, à partir d'un mélange, -. Ile fabriquer deux ou plusieurs produits de qualités différentes. Ce procédé est mis en œuvre dans des colonnes ou tours de distilatian encore appelées colonnes de fractionnement dont lesdimerisions sont C.ANTONELLI et F. RANCHOUX

259

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

très variables : hauteur de 10 à 50 m ; diamètre de moins d'un mètr 9 mètres . , On distingue 2 catégories de colonnes: - les colonnes à 2 produits: l'alimentation de la colonne est frac née e n deux: un distillat ou produit de tête et un résidu ou de fond. - les colo nnes à soutirages: en plus des produits précédents, lo nnes comportent des soutirages latéraux. On l es rencontre ..........; fréquemment en r affinage. Ce l"lains procédés sont très voisins de la distillation et utilisent près la même technologie. C'est le cas de l'absorption et du strippage.

2.2. PRINCIPE DU PROCEDE DE DISTILLATION

Le procédé consiste à réaliser une succession de contacts entre un flux vapeur qui circule naturellement de bas en haut dans la colonne et un flux liquide qui descend par gravité à contre-courant de la vapeur. A chaque étage de contact, les différents constituants du mélange fractionner se répartissent dans la phase vapeur et la phase liquide de nière spécifique. Il en résulte une séparation élémentaire qui répétée met d'obtenir la séparation désirée. Globalement, à partir d'un mélange de charge contenant deux ou sieurs constituants, la distillation permet, dans le cas d'une colonne produits, d'obtenir: - un distillat constitué principalement des constituants les plus - un résidu contenant essentiellement les composés les plus Ce procédé sépare donc les différents constituants d'un mélange leur volatilité traduite le plus souvent par leur température d'ébullition Les composés à bas point d'ébullition (volatils) sont recueillis en (distillat), ceux à haut point d'ébullition (lourds) en fond (résidu).

2.3. DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT D'UNE COLONNE DE DISTILLATION

(fig. 1 et planche 27 a) L'ensemble de l'installation se compose: - d'une virole, avec deux fonds soudés, à l'intérieur de laquelle culent la vapeur et le liquide. Les contacts liquide -vapeur 260

C.ANTONELLletF. HA

':O URS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

assurés par de s plateau x disposés horizontalement d a ns l a colonne ou par un ga r'ni ssage , On distingue généralement 3 zones: , la zone d e rectification comprise entre le niveau d'introduction de l' a lim entation de l a colonne et la tête de celle-ci , l a zone d ' é[Jui;;e ment ent r e a limentation et fond , l a zone d ' expansio n ou zone de flash où rentre l'alimentation, - de deux appareils d'échange the rmique: condenseur et reb ouilleur qui ont pOUL' rôle d ' engendrer les flux liquide et vapeur . La vape ur en ci r cul at i on dans l a colonne provient pour une partie d e l' a limen tation qu and elle est partiellement vapori sée et sur tout du rebouilleur dans lequel un fluide chaud auxiliaire apporte les calories n é cessaires à la revapo risation partielle du liquide du dernier plateau. Les vapeurs qui arrivent dans l a ligne de tête sont condensées soit totalement (condenseur total), soit partiellement (condenseur partiel) et une partie du liquide obtenu dans le ballon de reflux est renvoyé généralement par une pompe dans la colonne sous le nom de reflux amorçant ainsi le flux liquide. La partie non vaporisée de l'alimentation vient également contribuer au débit liquide. - des soutir ages de distillat au ballon de reflux et de résidu en fond de colonne. - d'un ou de plusie urs échangeurs alimentation-fond de colonne (solution fréquente).

4. CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT D'UNE COLONNE -

REGULATION

Pression de fonctionnement

Aux pertes de charge près, une colonne de distillation fonctionne à pression constante. Cette dernière est généralement régulée au ballon de eflux. Le système de by-pass du condenseur quand la pression a tendance à baisser et de dégazage quand la pression a tendance à monter, représenté sur le schéma,est une solution possible. La pression de marche d'une colonne peut être supérieure à la · pression atmosphérique: colonnes sous pression (de 1 à 30 bars) ou inférieure colonne sous vide (5 à 600 mm de mercure).

4.2. Températures

La température la plus basse est celle du ballon de reflux, la plus Iiaute celle du rebouilleur. Elle croit de la tête vers le fond de la colonne. ,

,ANTONELLI et F. RANCHOUX

261

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

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262

C. ANTONELLI et F. HM

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Le gradient de température correspond au gradient de composition puisqu'on trouve des produits de plus en plus lourds quand on s'approche du fond de la colonne. La température de fond de colonne est souvent maintenue par un régulateur de température agissant sur le débit de fluide chaud admis au reuilleur.

2.4.3. Autres régu lations

Le reflux est renvoyé dans la colonne sous contrôle de débit (FRej, le distillat et résidu sont soutirés sous contrôle de niveau (LRC). Par ailleurs la colonne poss ède également un certain nombre d 'indicateurs ou d'enregistreurs (indicateurs de température (TI), de pression (PI), etc.). Il existe,bien entendu,de nombreuses variantes du schéma représenté.

2.5. ETUDE DU CONTACT LIQUIDE-VAPEUR On utilise principalement les plateaux et les garnissages_

2.5.1. Les plateaux 2.5. 1 . 1. Fonctions du plateau Les plateaux ont deux fonctions principales : - Une fonction mélange afin d'obtenir un contact intime entre les deux phases. Le liquide, qui provient du déversoir amont, coule horizontalement sur le plateau. Un barrage de 4 à 8 cm, surmontant le déversoir aval, permet de maintenir un niveau liquide. La vapeur arrive verticalement sous le plateau et elle est distribuée dans le liquide par différents systèmes dont les plus utilisés sont: · les clapets (fig. 2 a à c) (plateaux à clapets) · les trous (fig. 3) (plateaux perforés) · les calottes (fig. 4) (plateaux à calottes). - Une fonction séparation des phases liquide et vapeur. La vapeur qui monte est en effet chargée d'un brouillard liquide et l'espacement entre plateaux doit être suffisant pour que les gouttelettes ne , C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

263

CO UR S DE TE CHNO LOG IE DE DESS I N

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soient pas entraînées et puissent retomber. L'écartement des plateaux se situe habituellement entre 0, 3 et 0,8 m. Parallèlement le liquide tombant dans le déversoir est chargé de gaz et son temps de séjour doit être suffisant pour que les vapeurs entraînées se séparent. 2. 5 . 1 . 2. Hydraulique du plateau Circulation de la vapeur : l'écoulement vapeur rencontre au passage du plateau deux obstacles principaux:

264

C. ANTONELLI et F. RANCHOU

COURS DE TECHNOLOG IE DE DESSIN

. Le di s pos iti f de distribution . La h au teu r d e liquide sur le plateau. Il en r ésulte une perte d e charge généralement compnse entre 5 et 20 gr/cm 2 par plateau . Circulation du liqui de La figure ;) représente l'écoulement du liquide sur un plateau à calottes à une pas se . J) u fa it des résistances à l'écoulem e n t il s'établitun ni veau dans le d éversoir amo n t . Appelons HT la hauteur totale de liquide clair dans ce déve rsoir.

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Cette garde liquide est due : - à la hauteur du déversoir hl - à la hauteur de liquide au-dessus du déversoir h2 - aux pertes de charge relatives à l'écoulement du liquide hL : • renversement en bas du déversoir amont . franchissement des rangées de calottes , C. ANTONELLI et F. RANCHOU X

265

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- à la différence de pression entre 2 plateaux ' consécutifs qui est 1 perte de charge vapeur hp.

On a donc:

Les plateaux sont dimensionnés de manière que HT, la hauteur comptée en liquide clair ne dépasse pas la moitié de l'espacement T ent 2 plateaux.

2.5.1.3. Conséquences Les plateaux sont le plus souvent à 1, 2, 3 ou 4 passes: figure 3, page 264, plateau à 1 passe; figure 6, ci-dessous, plateau à 2 passes. Le choix du nombre de passes est fonction du débit liquide. La longueur de déversoir qui croU avec le nombre de passes doit en effet être sur fisante pour assurer un écoulement normal et éviter une hauteur de liquide trop importante ·----Tsur le plateau. ....- - - - i ----1 Parallèlement, le diamètre du plateau, donc de la colonne, dépend principalement débit vapeur. En effet, pour limiter les de charge sur l'écoulement gazeux, il faut ser sa vitesse ascensionnelle, en particulier niveau des systèmes de distrïbution, donc menter l'aire de passage.

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2.5.2. Les Le contact liquide -vapeur en distillation ou en absorption est parfois obtenu par le plissage de la colonne d'éléments solides formes judicieusement choisies. Ce sont les .colonnes à garrussage ou "packed columns" .

Fig.6

266

Le garnissage est disposé sur toute la section de la colonne soit en vrac, soit ordonn6 en une ou plusieurs fractions.

C. ANTONELLI et F.

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Les phases liquide et vapeur circulent à contre-courant, le liquide ruisselle sur les éléments du garnissage formant un film qui est léché par la phase gazeuse. Les garnissages présentent des pertes de charge moins élevées que es plateaux,par contre leur souplesse de fonctionnement est faible. Ils conviennent surtout dans les cas suivants : - Grande différence entre les débits vapeur et liquide - Produits très corrosifs - Petites dimensions (laboratoires, unités pilotes). Il existe une gamme importante de garnissages qui diffèrent par la forme et les matériaux de construction. Les plus employés sont représentés sur la figure 7.

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. Fig.7 Le tableau ci -après donne leurs principales caractéristiques dont la surface spécifique (surface de contact par unité de volume garni en mètres carrés par mètre cube) et la fraction de vide (en pourcent du volume total) • •

c. ANTONELLI

et F. RANCHOUX

267

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Dimension

Anneau Raschig - Céramique Anneau Raschig - Céramique Anneau Raschig - Acier Anneau Lessing - Céramique Anneau Lessing - Acier Anneau Pail - Céramique Anneau Pail - Acier Selle de Berl - Porcelaine Selle Intalox - Porcelaine

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2,5 6,5 1,2 9,5 1,2 5 1

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64

75 94 68

93 78 95 77

75

Il existe parallèlement d'autres systèmes de contact liquide -va eur qui s'apparentent soit aux garnissages, soit aux plateaux: - Les Ripple tray (fig. 8) et les Turbogrid (fig. 9). Ce sont des la teaux sans déversoirs. 1 0000000000000

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fig.8

fig.9

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268

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ANTONELLI et F. RAN

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COURS DE TEC HNO LOG IE DE DESS IN

,..- - Les gI' i lle s Glitsc h , qui ressemblent davanta ge à un garnissage 10). Elles sont su r tout utilis ées dans les colonnes de distillation sous à c au se de leur fa ibl e p e rte de charge. L -_

5.3. Autres équ ipements

Ce r t ai ne s c olo nnes so nt équi pé es de m atel a s m ét a lliques (mesh) dont le but est d e r ete nir le s goutte l ette s liquide s e nt r a înées d a ns l e flux vap eu r Jus te au - dessus cie l ' e nt rée de l a c h a r ge .

2.6. DETAILS DE CONSTRUCTION (pla n c hes 27 a à c ) (voir s tandards) 1. L a v irole : co rps c y lindrique en tôles d' a cier soudées. Acie r s u tilis és: a cier au carbone, A 285, grade C a ciers spéciaux et inoxydables (ac. à 13 % de Cr ou acier 18-8) aciers au carbone plaqués ou chemisés avec aciers spéciaux, acier inox ou métal monel. L'épaisseur de la virole est calculée d'après les règles en vigueur pour les récipients sous pression et elle doit en outre lui permettre de résister aux efforts dus aux vents et aux charges verticales ; elle n'est, en ériéral, jamais inférieure à 10 mm. 2. Les fonds: formes diverses (fig. 11) (a) elliphque

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( e) roricon iqu e

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et F. RANCHOU X

269

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Les fonds utilisés couramment sont les fonds elliptiques à 1, 9/ 1 (fig . , Il a}, et les fonds hémisphériques (fig. Il b). A égalité de résistance et de diamètre, les fonds sphériques sont épais que les elliptiques. Les fonds elliptiques sont livrés emboutis jusqu'à 3 m de diamètre Les fonds sont soudés à la virole; toutefois, dans certains cas parti culiers, et pour des diamètres ne dépassant pas 1,50 m, le fond supérieu pourra être rapporté avec bride boulonnée. Le métal des fonds est le même que celui de la virole. 3. La jupe Prolonge la virole à sa partie inférieure. Cylindrique ou faiblement tronconique. Elle est soudée dans le prolongement de la virole ; hauteur variable selon le type de fondation (massif ou charpente béton). Elle est en tôles d'acier au carbone soudées, et d'épaisseur rela~:.: ment faible puisqu'elle n'est soumise à aucune pression. Remarque. - Les colonnes de hauteur inférieure à 6 m entre L. T peuvent être supportées par des pieds en profilés L, l ou U. Accessoires. - La virole reçoit : - A l'extérieur:

------------

Des trous d 'homme si !2S > 900, des trous de tête ou de poing si li> < les trous d 'homme ont un diamètre de 18" et 20". Les divers piquages pour branchements de tuyauteries. Les prises pour appareils de mesure et de contrOle. Les goussets pour attaches d'échelles. Les clips pour support de tuyauterie. Les goussets d'attache des passerelles. Les supports de calorifuge. Des clips, oreilles ou tourillons d'enlevage. Des raidisseurs s'il y a lieu. Les supports pour une potence de démontage à la partie supérieure. Tous ces accessoires sont soudés sur la virole. - A l'intérieur :

-----------

Les plateaux et leurs déversoirs (planches 27 a et b) . Les supports de plateaux (planche 27 c). Diverses cloisons, chicanes, pots de soutirage, cuvettes, des tuyau teries intérieures (planches 27 a, b, c). 270

C. ANTONELLi et F. RAN'

COURS DE TE CHNOLOGIE DE DESS IN

POTENCE

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'PLANCHE 27 a C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

271

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déversoir fixé par crapauds barrage aVec plaque He d1étanchéili caloHe de barborogt cheminécl pos~ Slr It plateau et étrier œ

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__ poutre trapboïdole

""U'apres- dOcùment B.S.t.: PLANCHE 27 b

272

C.ANTONELLI etF. RANCHOU

COURS DE TECHNO LOG IE DE DE SS IN

6

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2 1. Poutre principole 2 . Poutru .. concllir.. 3. O~versoir fiif p.r crap.uds • • 4. ~.rr.ge .. ec pl.qu·ettes d ~bnch~IU 5. Couronne support de p.lüuu et .ccrochages de pl.teaux •

6 . P.rti. dfmonuble pour visites 7 J oint.s d. plat. aux

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8 .Accroch.g. des poutres ".r cr.p.uds sur couronnes supports 9. Seuil r~gl.ble

PLANCHE 27 c

c. ANTONELLI

et F. RANCHOU X

273

coune;

DE TEC HNOLOGIE DE DESSIN

Des poignées au-d essus des t rous d'homme. Des barreaux sou s le trou d'homme inférieur s'il est à plus de 1, .;....;.....; du fond. La jupe reçoit (planches 27 a et b) : Un anneau ou bride de base . Des trous d' accès ronds ou ovales . Des trous d' évent . Des orifices de pass age de tuyaux . Des chaises de fixa tion soudées sur la jupe et sur l'anneau de base . Les orifices sur jupe sont bordés par un tube ou par une tôle, débordant de 50 mm à l'intérieur et à l ' extéri eur ; le bord intérieur de ces est arrondi pour les trous d'accès ou de visite . 4. Les plateaux Trois types usuels : - Plateaux à clapets - Plateaux à calottes - Plateaux perforés (à dé v ersoir). Généralités (voir planches 27 a, b, c et fig. 2 à 4, p. 264). Epaisseur variable selon le poids supporté et le diamètre . .

Constitués d'éléments, en bandes de 400 mm de largeur, permettant leur passage par les trous d'homme ; ces bandes sont coupées transversalement suivant un diamètre du plateau; elles sont assemblées sur une poutre principale et sur des poutres secondaires perpendiculaires à cette dernière, Des panneaux démontables permettent les visites (300 x 400). Les plateaux reposent sur des couronnes supports soudées àla virole avec joint d'étanchéité. Les déversoirs, démontables, sont fixés par crapauds. Les plateaux sont en acier au carbone, en aciers spéciaux ou inoxydables ou en métal monel; les poutres principales et secondaires seront en métaux similaires ainsi que la boulonnerie. Plateaux à clapets (valve tray) (voir fig. 2 a, b, c, p. 264) L'ouverture autoréglable des clapets permet le maintien de la vitesse • des vapeurs à sa valeur optimale. Le circuit de vapeur très court réduit les pertes de charge. , Pour réduire encore les pertes de charge, les orifices sur peuvent être en forme de venturi (fig. 12). 274

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

CO UR S DE TE CHNOLOGIE DE DESS IN

Des essais ont été faits avec des clapets doubles, superposés, l'un d'eux joua nt le rôle de t are (fig . 13 ) m a is les résultats n'ont pas donn é lieu à une génér a lisati on du syst èm e , l e s cla p et s si m ples permetta nt des pe rforma n ce s au moins é gal e s.

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Le s clapet s sont en m é taux inoxy dables, en tôle de 12 à 15/ 10 de mm d'ép a isseur; ils sont obtenus p a r découpage et cambrage. Le diamètre des orifices est de 38,9 mm, le pas triangulaire équilatéral est de 3", (parfois 4, 5 ou 6") en quinconce. Les plateaux à clapets remplacent de plus en plus les plateaux à calottes. Ils constituent un compromis entre ces derniers et les plateaux perforés.

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Fig .12

Fig .13

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La sortie de vapeur horizontalement au ras du plateau diminue l'entraînement de liquide. Il Y a autonettoyage de la surface des plateaux ; il n 'y a pas de zone morte favorable à la formation des dépôts. L'usure mécanique est insignifiante. Le prix de revient et le poids sont nettement plus faibles que pour les plateaux à calottes. Le temps de montage est .plus court. .. .

La section réduite à la sortie donne une turbulence favorable à l'efficacité. Le fonctionnement est correct à des allures très différentes . .

La hauteur de soulèvement des clapets est

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10 mm .

•

Plateaux à calottes (bubble cap tray) : Encore très utilis és . Les calottes ou cloches, de formes variables (cylindriques, hexagonales, reétangulaires), recouvrent les cheminées (fig. 4 et 14) soudées au plateau' ou faisant corps avec lui. C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

275

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Elles sont munies de fentes ou d' échancrures de formes di elles sont constituées des mêmes matériaux que les plateaux, leur fixation est variable.

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Les calottes sont disposées soit en carré, soit en triangle. La sition en carré réduit les résistances au passage du liquide, celle en gle assure un meilleur contact liquide -vapeur et évite les chemins rentiels. Des calottes trop serrées favorisent la formation de dépôts.

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Les plateaux à calottes assurent aux colonnes un bon fonctionnement à toutes les allures de marche, une conduite facile et une grande souplesse Le contact liquide-vapeur est très bien assuré par le barbotage et par le nombre élevé de calottes par plateau; le rendement est élevé, le souti. rage de produits bien déterminés est facile, On peut reprocher à ces plateaux un poids assez important, un revient relativement élevé et des pertes de charge appréciables. Remarques. - Ne pas placer les calottes trop près de la paroi de la colonne, mais, pour éviter une circulation périphérique du liquide, on placera des chicanes radiales soudées au plateau (fig. 15, p. 277).

276

C. ANTONELLI et F. RANCHOUlI

COUR S DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

La dernière rangée sera placée z loin du bord du déversoir pour lviter les entralnements de vapeur le liquide.

chicanes

Fig .17

La disposition en quinconce per~-~'éviter les chemins préférentiels. Les conduits de trop plein doien être calculés largement pour évier les engorgements. Les plateaux seront bien horizontaux et sans fuites; ils seront munis trous de vidange pour évacuer tout le liquide à l'arrêt. Il en sera de d'ailleurs pour les pots de soutirage, cuvettes, etc. Diamètre des :8àl0mm. Plateaux perforés à déversoir (sieve tray) (fig. 3, lp. 264) Utilisés depuis très longtemps. Prix de revient faible. Performances valables seulement pour de très faibles variations de débit autour de la valeur calculée optimale. Danger de passage du liquide dans les trous réservés, en principe, à la vapeur. Autres types : .

- Plateaux à jets directionnels (jet tray) (fig. 16)

-

•

•

-

•

fig .16

Dans le plateau sont découpées des languettes relevées' d'un angle inérieur à 45° par rapport au plateau; l'inclinaison est dans le sens de l' écouement du liquide sur le plateau; la composante horizontale de la vapeur aide le liquide à traverser le plateau. I"es pertes de charge sont inférieures à celles du plateau à calottes, la simplicité eli)t plus grande, le poids plus faible ainsi que le prix de rev.ient. C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

277

,OU RS DE TE CHNO LOG IE DE DESS IN

Ils permettent l a d iminution du di amètre de s c olonnes ou de l'esp.acement d e s plateau x ou le s d e ux à l a foi s . L 'éc ono mi e ré a li sée peu t varier d e 1 2 à 45

%.

Mai s i ci l a gard e hy draulique, ass ur ée p a r l e s clo ches ou l e s clapet n' exis te pas, l a soupl esse es t moins grande, l ' efficacité à bas r égime de vapeur est faible, en fin G U~ \·ite sses é le v ées le primage est i mportant. P l ateaux sans d é\·e r· soir du t y pe perforé P rix pe u élevé. Cir culati on à c o ntr e - courant du liquide et des vapeurs par le s orific e s.

lll!;ê

Ces plate aux présent ent les mêmes incon véni e nts qu e l es plateau perforés. Plat eaux Ripple t r ay (fig . 8) Plateaux Turbogrid (fig. 9)

p. 268

Grilles Glitsch (fig. 10)

3. APPAREILS D'ECHANGES DE CHALEUR 3.1. GENERALITES

Les procédés des industries .pétrolières, pétroléochimiques ou miques demandent que l e s fluides traités soient réchauffés ou refroidis ou sans changement de pha se au cours des diverses opérations on les soumet. La chaleur mise en œuvre représente une importante dépense d' gie dont il est nécessaire de récupérer la plus grande quantité possible permettant, par exemple, à un fluide chaud de transmettre sa chaleur à fluide froid. Les appareillages utilisés en dehors des fours et chaudières sont ap pelés "échangeurs de chaleur". . L'étude de ces appareillages devra être extrêmement poussée afin d'obtenir le meilleur rendement. Le projet complet d'un échangeur est rarement le fait de l'ingénieur de procédé ou du projeteur d'ingénierie ; un tel équipement est, en génér étudié et réalisé par un spéci a liste qui en assure en out re la garantie. \

278

C. ANTONELLI et F.

NA

COURS DE T ECI-iNOL UGlt DE DESS IN

•

, Photothèque Groupe Total.

,Photo Caulthard.

Raffinerie de Flessingue. Unité de distillation. Echangeurs de chaleur.

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

279

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Le projeteur d'ingénierie doit cependant conna1tre les méthodes projet et de fabrication des échangeurs afin de pouvoir, s'il y a lieu, pérer avec le constructeur, d'où possibilité de gain de temps et d' Terminologie L'échange de chaleur peut se faire avec ou sans changement de de l'un ou (et) l'autre fluide. Bien qu'il n 'y ait pas de véritable normalis ation concernant le voca bulaire à adopter, la terminologie utilis ée renseigne généralement sur la fonction de l'appareil. Echangeur : Réchauffe un fluide du procédé et en refroidit un autre. Réfrigérant, cooler: Refroidit des liquides ou des gaz (sans condens par circulation d'eau.

"'-"

Intercooler, aftercooler : Termes plutôt réservés aux réfrigérants de comprimés aux divers étages de compression. """;;:......1 .

Aéroréfrigérant : Le fluide réfrigérant est l'air. Chiller : Refroidit un fluide du procédé par évaporation d'un fluide

f,..;

Réchauffeur, préchauffeur : Réchauffe un fluide du procédé par la d'eau ou un fluide éhaud de procédé . •

Condenseur: Assure la condensation totale ou partielle des vapeurs ou complexes par circulation d'eau ou d'un fluide du procédé ment froid. Aérocondenseur : A la même fonction que le précédent en utilisant l'air comme fluide froid. Supcooler : Assure simultanément la condensation de vapeürs et le refroi. dissement de condensats généralement par circulation d'eau. Vaporiseur : Assure la vaporisation totale ou partielle d'un liquide du pro cédé, l'apport de calories étant fait par de la vapeur d'eau ou un fluide chaud de procédé éventuellement en condensation. Bouilleur, rebouilleur : Vaporise tout ou partie des produits de fonds lonnes pour les renvoyer au fractionnement.

280

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Générateur de vapeur : Produit de la vapeur par récupération de la chaleur contenue dans des fluides de procédés, des fumées de fours ou des lits catalytiques. Evaporateur: Concentr e des solutions aqueuses par évaporation d'eau. Surchauffeur: Augmente la température d'une vapeur au-delà de sa température de condensation . Quelle que soit leur foncti on, le principe de fonctionnement de tous ces appareils est celui des échangeurs de chaleur par surface interposée entre deux fluides; il est bas é sur les lois de transfert de chaleur qui vont être abordées succinctement pour permettre une meilleure compréhension des solutions technologiques adoptées .

3.2. NOTIONS SIMPLES DE TRANSFERT DE CHALEUR

La chaleur est une forme' particulière de l'énergie; au niveau des molécules constituant un corps, elle se traduit par un état d'agitation plus ou moins intense selon que le corps se trouve à une température plus ou moins élevée. L'énergie calorifique ne peut se transmettre d'un corps à un autre que s'il existe entre eux une différence de température jouant le rOle d'unpotentiel sous lequel s'établit le courant de chaleur. Les mécanismes du transfert de chaleur sont complexes ; on se contentera de donner ici quelques idées simples à propos des 3 modes de transmission habituellement différenciés bien qu'ils soient très imbriqués dans la plupart des cas. Conduction (ou conductibilité) Chacun sait qu'en chauffant l'extrémité d'une barre de fer, la chaleur gagne l'autre extrémité jusqu'à ce que l'équilibre des températures soit réalisé. En fait, on a réalisé un état vibratoire intense qui se propage progressivement le long de la barre jusqu'à ce que toutes les molécules aient atteint le même état vibratoire, c'est-à-dire la .même température. Le transfert qui se fait par contact entre les molécules voisines d'un solide est l~ transfert par conduction (ou conductibilité). Il concerne aussi les échanges de chaleur en phases fluides quise font à l'occasion des chocs entre les molécules, le nombre de chocs dépendant de l'agitation moléculaire, donc des conditions de température pour les liquides! de température et de pression pour les gaz. ,

C.ANTONELLI etF. RANCH OUX

281

JU RS DE TE CHNOLOG IE DE DESS IN

C onvec tion La c h a l e u r est transportée par d es mol é cule s e n mou ve ment nent s e ré c h au ffer au co n tact d 'un co r ps c h aud et véhicule nt ce tte calorifiqu e pour la c éde r' à un cor ps fr oi d . Ce mode de [t ' ans fort impli qu ant un mou veme n t n e concerne que les fluid e s. Le d éplacement de::; filets fluides peut se faire de façon nature ; c'est le cas pour les couches d ' a i r qui s' échau ffe nt au co ntact de l a paroi d'un radiateur et s'animent d'un m ou ve m e n t a s ce nda nt e n r a ison des différ e nce s d e d e n sités entre air chaud et a i r fro i d . Les cou c hes d ' a ir chaud légères sont alors r empl acée s p a r d e s cou c hes d' air froid et ainsi de les mouvements sont dits de c onvection e t l e t r a nsfert s e fait pa r conve naturelle ou libre. Le mouveme nt pe u t êtr e communiqué par un app a reil extérieur tel qu ventilateur dans le cas de r a diateurs soufflants ou une pompe "in line" célérateur) forçant la circulation d'eau chaude d'un chauffage central. transfert se fait alors p a r convection forcée avec des v itesses de circlll généralement supérieures à celles rencontrées en convection naturelle Rayormement (ou radiation) Tout corps, même placé dans le vide, émet de l'énergie qui se met sous forme d'ondes et tout autre corps placé sur leur trajet absorbe ou partie de cette énergie. On peut parler d'ondes "thermiques" de même nature que les ondes mineuses ; si notre œil est sensible à l'incandescence de la résistance radiateur électrique, n otre épiderme est sensible à la réception de l'énergie calorifique émise. L'énergie rayormée est d'autant plus grande que la température source émettrice est élevée; l'énergie solaire est particulièrementHl,,~ ....... tante pour une température superficielle du soleil de l'ordre de 6 000· C

Lois du transfert

Oh

considère seulement le transfert en régime permanent pour les paramètres sont constants dans le temps.

282

C. ANTONELLI et F, R

COURS DE TE CH'JULOGIE DE DESSIN

Loi

énérale La loi générale des

transfert~

flux -

se traduit par: potentiel r é sistance

compte tenu des définitions sui va nt es : Définitions

Symbole s

Unités usuelles

.

Quantité de chaleur

q

ki localorie

British Thermal Unit

Débit de chaleur

Q

BTU/h

Surface d'échange

S

kcal/h m2 kcal h . m2

BTU h . ft2

oc

oF

Flux de chaleur ou taux de transmission Potentiel de température boa



=

a - a 2 1

2

Résistance au transfert

h. m • oc kcal

R

ft2

h

•

ft2

•

oF

BTU

a loi de transfert s'écrit :

Q

- ---"'- -

S

boa R

le flux de chaleur étant le débit de chaleur par unité de surface d'échange. Elle exprime bien que le flux de chaleur ou taux de transmission est proportionnel au potentiel de température et inversement proportionnel à la résistance au transfert qui reste à définir selon le mode de transfert et les caractéristiques du système considéré. On remarquera l'analogie avec la loi d'Ohm (U = RI) et on retiendra simplement que le débit de chaleur est d'autant plus grand que : - la surface d'échange est grande - la différence de température est grande - la résistance au transfert est faible. Conduction . ,

On se ' contente d'exprimer la résistance au transfert à travers une paroi plane homogène : C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

283

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

e -.\

R-

e : épaisseur de la paroi exprimée en mètres ou feet À. : coefficient de conductibilité du matériau . kcal constituant la paroi, exprlmé en h oC ou (h

BTU •

ft

•

.m .

....:....1

oF)'

est la caractéristique du matériau traduisant s a faculté à transmettre la chaleur.

À.

L'examen des valeurs moyennes suivantes montre les différences selon les matériaux et leur état physique. Matériaux . Métaux

Cuivre Aluminium Acier

Isolants

Amiante Laine de verre Polystyrène

330 180 40 0, 15 0,05 0,03

Glace dteau à

0° C

2

Neige

à

0° C

0,40

Eau liquide à

0° C

0,49

Eau vapeur à 100° C

0,02

Rechercher un bon transfert de chaleur par conduction conduit à c_=...1 sir un matériau bon conducteur avec la plus faiblè épaisseur possible. On fera bien évidemment le choix inverse lorsque le but est de limlte le transfert ; c'est le cas par exemple du calorifugeage. Cônvection Les lois du transfert par convection sont très complexes ; elles font intervenir la géométrie du sys.tème, certaines caractéristiques du fluide en mouvement et principalement la façon dont s'effectue l'écoulement. Très grossièrement, on peut dire qu'en régime dit "laminaire", couche de fluide est immobilisée au voisinage de la paroi et se COIrl{: )l·t, comme une résistance au transfert par conduction entre la paroi et les .'=-=de fluiQe eux-mêmes en mouvement sans déformation.

284

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

En régime dit "turbulent", la couche laminaire est très réduite au ina.ge de la paroi et la turbulence permet un plus grand "brassage" du qui augmente le nombre de chocs entre molécules se trouvant à des aux de température différents. L...._ On retiendra simplement que la résistance au transfert par convection st d'autant plus faible que : . - le fluide est meilleur conducteur de la chalèur et moins visqueux - la vitesse d'écoulement est plus grande. Il est d'usage courant d'utiliser la loi: ~

_ Q S

n remplaçant R par son inverse

h

_

~e

R =

~,

soit :

~ = Q = h ~e S

est appelé coefficient de convection ou coefficient de film. Il s'exprime en kcal (BTU . ) h . m 2 . oC ou h. ft 2 . OF . Quelques ordres de grandeur : Air en convection naturelle Air en convection forcée Eau en convection naturelle Eau en convection forcée Liquides pétroliers : • • Vlsqueux . fluides en convection forcée

h =

5 25 100 1000

à à à à 5

20 à

40 80 500 000 50

600à1500

Rayonnement L'énergie émise pendant l'unité de temps par une surface solide S portée à la température absolue el est donnée par la loi de Stefan-Boltzmann : 4 Q=SE<J

100

est la température absolue en degrés Kelvin.

c. ANTONELLI

et F. RANCHOUX

285

COU RS DE TECHNOLOG IE DE DESS IN

k cal cr e s t une co nstan t e = 4 , 96 2 h. m (OK )4 E e st l e pou voi r émissif glob a l (ou émissivité) c a r actéristique con s id ér é ; sa valeur va rie e ntre et 1 ; e lle e s t fa ible pour les faces poli es (e xemple: 0 ,0 4 e n vi r o n pour l' a r gent poli) et de 1 p OUl' les co rps n oirs (exemple : 0,9 à l pou r l es suie s).

°

Le rayonnemcnt l' éci proque entre 2 surfa ces portées à des te mpératur es absolu es di ffé r c n te s 8 et 8 est dir ecteme nt p r oportionn e l au tie l

8~

-

8~

1

2

; i l d é pe nd égal eme nt d e s fo r mes géomét ri qu es, des pouvOlrs

émissifs de s 2 corp s et de l e urs pou voirs absor bants qui me surent la part d'éne r gi e r eçue et t r a n s formée e n chaleur . Le principe des four s t ubulair e s c onsis te à vé hicule r un fluide à chauffer ou à vaporis e r d a ns des tubes expos és au rayonnement d'une à haute t e mpér atu re ( 1 5 00 ° C e nv iro n) e t d e s p a rticules c onstituant les fu mées.

3.3. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES ECHANGEURS DE CHALEUR PAR SU

Un fluide chaud, à refroidir, cède de la chaleur à un fluide froid, à réchauf fer, à travers une paroi métallique.

t

t FI

Fluide chaud

uide Froid

al: Température du fluide chaud

a': Température de la paroi cOté 1

coefFicien~s 1 de films

fluide chaud

a'2

: Température de la paroi cOt fluide froid

a2

: Température du fluide froid

Loi du transfert local ,

.

Le débit de chaleur se transmet fluide chaud au fluide froid en renc les 3 résistances suivantes en série:

......

I RI - ....,.:'-h ' I

R

286

e p

À

résistance au transfert par convection entre le sein du fluide chaud à a I et la paroi à al;

, résistance au transfert par conduction à travers la paroi

C,ANTONELLletF, RAN

COURS DE FCHNOL OG IE DE DESSIN

l

h2 '

r é sis tance au transfert p a r conv ection entre la paroi à 8 e t l e s e in du fluide froi d.

2

Le tr a ns fert s e fait ainsi sous le pote ntiel global 8 l - 8 en rencon2 rant une résis tan ce g l obal e : + R

l

- - -

2

e

+

À

hl

Le c h oi x d'une fai ble ép a isseur de la par o i mé t allique, comp a tible touavec l e s conditi on s d e ser vice (tempér a ture , pression, corrosio n), qu e la r é sist a n c e R est génér édeme n t nég li geable. L es c o effici e n t s de p hl et h seront d'autant m e illeurs que les vitesses de circulation se2 grandes. Les vitesses a d m i ss ib le s sont t outefois limitées pour éviter pertes de charges prohibitive s et é ventuellement des risques d'érosion de vibrations. ""'La loi du transfert local s ' é crit :

if? =

Q -

S

8

l hl

+

1

- 8

e À

2

+

l h

-

L'l8

R

- U L'l8

2

U, inverse de la résistance globale, est appelé coefficient global de ~ransfert et s'exprime comme un coefficient de film en :

kcal

ou

BTU

(--~--)

h . ft2 . oF L'encrassement éventuel de la surface d'échange introduit une résisance supplémentaire appelée résistance de salissement ; elle augmente bien entendu la résistance globale, diminue le coefficient de transfert global ainsi que le flux ou taux de transmission. Modes de circulation. Schémas de principe

Circulation à cocourant (ou courants parallèles) et circulation à contrecourant Les 2 fluides circulent soit dans le même sens (fig. 1 a), soit en sens contraires (fig. 1 b) de chaque côté de la paroi.

ANTONELLI et F. RANCHOU X

287

COURS DE TEC HNO LOGIE DE DESSIN

fluide T chaud •

• 72

fluide

• Ij

Froid

•

t

T •

~

.

t.

1

72

------~-------+----

T-t

-t

12 1:.1

(a)

fig .1

(b)

Les températures des fluides évoluent tout le long de la surface d'échange, de même que le potentiel de température. Un examen comparé des profils de température montre une meilleure répartition du potentiel température dans le cas de l'échangeur à contre-courant, donc un moyen supérieur lui permettant d'assurer des performances meilleures. particulier la température de sortie du fluide chaud peut être inférieure à température de sortie du fluide froid, ce qui est impossible dans le cas la circulation à courants parallèles. La réalisation technologique peut se faire; Soit par des appareils tubulaires dits; . double tube ; 2 tubes concentriques, un fluide s'écoulant dans tube intérieur, l'autre dans la section annulaire;

';;;;;"";;.:;0

----- - ------

-+--fig- 2

288

C. ANTONELLI et F.

HAr~!!!!

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

• à faisceau et calandre: un fluide passe à l'intérieur des tubes pa-

rallèles constituant un faisceau logé dans une calandre cylindrique, l'autre passe à l'intérieur des tubes.

o ,

~_

0

0.0

0

-1-0__ 0

o

0

o

0

Fig .3 Soit par des appareils à plaques ou lamelles (4 a) ; les plaques peuvent être formées en spirale (4 b).

sor~ie

/// Fluide froid

./'

./ ./'

t

fluide froid

sorhe • fluide

chaud

( b)

( a) fig.4.

•

Circulation utilisant simultanément le cocourant et le contre-courant Ce type de circulation est réalis é dans des appareils tubulaires à faiseau et calandre : - à 1 p'asse côté calandre; 2 ou 4 ou 6, etc. C. ANTONELLI et F . RANCHOUX

passes côté tubes 289

COURS D E TE CHNOLOGIE DE DESSIN

Ainsi, d a ll ~ l ' a pp a reil représenté schématiquement ci-dessous, le fluide côté tub es éc h a nge de la chaleur simultanémel1t sur 2 passes, l'une • à contre-cour ant ave c le fluide côté calandre, l'autre à cocourant. Cet app a r' ei l e s t dit 1 - 2 (1 passe calandre, 2 passes tubes).

r---- enl ree

flu ide cM
calandre

tsorh e

0

(

.~

Fluide célr
..

\.

1

0

0'0

0

0

0

0

0

' - - - -- - - ------<_ sorhe

~

0

0 •

0

Fi9' '7

Le potentiel moyen de température est compris entre celui du cocou rant et celui du contre -courant. Toutefois les performances obtenues sont souvent supérieures les du contre -courant (pour une géométrie et des débits de fluide identi en raison d'un meilleur coefficient de film côté tubes dl1 à une plus vitesse de circulation, ce qui entra1ne par ailleurs une perte de charge grande et pose le problème du choix économique. Tant que la perte de n'est pas prohibitive on peut augmenter le transfert à l'intérieur des en multipliant le nombre de passes côté tubes, soit 4, 6, 8, un nombre de passes permettant des solutions technologiques plus aisées. - à plusieurs passes côté calandre La circulation à plusieurs passes côté calandre est réalisée par la mise en place de cloisons longitudinales .

......

-

•

~

./

• Fig .6

290

•

~ ,

•

~ C. ANTONELLI et F. RA

COUH,

I) r

Tf ClIN OLOG IE D E DESS IN

L'obligation de pré vo it' u n Je u e ntre cloisons et calandres fait qu'une partie du fluide passe à l a p é riph é rie de la calandre, ce qui diminue la performance, Le nombre p a ir d e passes tube s est supérieur au nombre de passes calandre, sinon on es t r ame n é à la c irculation à contre-courant.

t

"'II Il

..

Vr<5 \1

Il

...::::

,

----

]14~

1 ,'

"7

l' [l;J' t ~

apparei 1 2-2

appareil 2-4-

Fig. 7

Chacune des 2 parties de 11 appareil 2-4 fonctionne comme un appareil 1-2, les 2 parties étant dispos ées en série pour les 2 fluides. Les performances thermiques du 2-4 sont supérieures à celle du 1-2 de même surface mais ceci au prix d'une augmentation des pertes de charge. Il en est de même des performances du 4-8 par rapport au 3-6 et du 3-6 par rapport au 2-4. Circulation à courants croisés Llécoulement des 2 fluides se fait dans 2 directions perpendiculaires. La réalisation peut se faire : - soit par des appareils tubulaires

o

0

0

000

0

0

o

0

,

0

o

000

0 0 0 0 0 ';, 0

o

0

o

0

o 00

Fig.8 C. ANTONELLI et F, RANCHOUX

291

COURS DE T ECHNO LOG IE DE DESS IN

- soit pa r des appar e ils à pla qu e s (a l é ve ntuelle m e nt spiralées (b

•

"

• 1

//

( a)

'/

b

fig. 9

3.4. ECHANGEURS TUBULAIRES ET MULTITUBULAIRES

3.4.1. Echangeurs à double tube (dôuble.pipe heat exchanger) (fig. 10 et 11)

.

Constitués par deux tubes concentriques. Un débit fluide passe le tube intérieur et l'autre dans l'espace annulaire. Ils sont en dispos és en épingle à cheveux (hairpins), la longueur de ces épingles de 12, 15 ou 20 ft de longueur effective; au-delà le tube intérieur fléchit modifie l'espace annulaire créant ainsi des perturbations dans la dist tion du fluide. Avantages: facilité de construction en partant d'éléments standards. Prix de revient peu élevé. Inconvénients: faible surface d'échange pour un encombrement i portant. Nombreux points susceptibles de fuites (selon le montage). et dépense, nécessaires pour les démontages et nettoyages péri sez importants.

292

C. ANTONELLI et F. RAN

COURS DE T EC HNO LOG IE DE DESS IN

14

3

2

13

1

12

7

4

a

"

5

Fi 9 .10 1 _Ca landre = Shell 2 _Tube" ailettes=Fin pipe 3_ Bride jumelle = Twin flange 4_Pièce d'extrt!milt!=Shell end piece 5_ Coude = Relurn bend 6_Couvercle de calandre = Cover shell 7_Bride de tubulure = Nozzle f1ange a_Ecrou du cône mâle= Cone plug rot

9 •

•

9 _Cone male = Cone plug 10_Raccord = Stra ight adaptor 11 _Ecrou union = Union nul 12.5upport mobile = Moveable shell support 13_Joinl = Shell cover gasl:et 14_Event ou purge = Venl or drain

Le montage soudé (fig. 11-) constitue une simplification appréciable mais rend impossible le nettoyage entre tube et calandre.

SUPPORTS 1 •

coupe A-A

1

fer rond) sou ~es sur

J

,

1

A

coupe

B-B

Fig .11

int~rieur

.-_ .. _-

C. ANTONELLI et F. RAN CHOU X

293

CO UR S DE TE CHNOLOGIE DE DESSIN

Ces éc h a ngeurs sont surtout intéressants pour des unités de sur inférieure à 5 00 s q. ft ('" 5 a m 2) ; l'utilisation courante se situe entre 100 200 sq.ft ; m a i s i l y a encore un avantage d'économie au-dessous de 1 sq.ft. Utili s és pour produits sales, très chauds et à faible débit. Le d é sir de co nserver les avantages de ces équipements, tout en mentant l e u r su dace de contac t , a conduit à l'utilis ation de tubes à longitudin a l e s (moins gênantes que les autres pour l'entretien; le prix revient es t a u gme n té ; les a ilettes favorisent l'encrassement et conlpliq1 le nettoyage) (fig . 1 2) .

fig.l2 Tubes utilisés:

Extérieur

Intérieur

2"

2 i /2"

1 1/4" 1 1/4"

3" 4"

2" 3"

Montages: ils peuvent être groupés en série, en parallèle ou en ries parallèles. 3.4.2. Echangeurs multitubulaires (voir standards et TEMA)

- Constitution de principe (fig. 13) Le faisceau tubulaire est droit ou en U ; dans ce dernier cas, il n' a qu'une seule plaque tubulaire. Les chicanes transversales .favorisent l'échange par la vitesse et de la turbulence dans la calandre (augmentation du c de film externe, donc du coefficient ..• _, -global de transfert) .

,

/

• ,

/ \.

1

\

~ 1 1

_'-Y

/ )

294

1

-'.

.4 1)

1. Corps cylindrique = c.l.ndre (,hell) 2. Tubes= r.iscnu lubul.ire(lub. bunatiJ 3. PI.ques tubul.ires (tube ,heet) 4. Boîtes de distribution (ch.nn.1 ) et couvercles (shell cov.r) 5. Tubulures (nonles ) 6. Chicanes ( b.ffles )

(5) C.ANTONELLI etF . HA

COLJC,S OF TE CHNOLOGI E DE DESS IN

r~e

Les bo1tes d e di stribution et la cal a ndre portent les tubulures d'enet de sortie d e s fluides . - T y p e s de b a s e: 1. Ec h a ngeur s à plaqu e s tubul a ir e s fixes (fig. 14 a, b et c)

Le fa isce au e st entièrement e n fe rm é . Ils ne p e u ve nt ê t r e utilisés qu 'en c e pro pr e . Rien n'étant prévu pour compe nser les dilatations, ils ne pourront être utilisés que pour d es températues relativement basses. L e nettoyage ne p e u t ê tre e ffecfig.140 tué que par lavage. Le double couvercle (fig . 14 b et c) facilite grandement l'inspection et nettoyage du faisceau.

111111.

1 \1.1 1 \1.1 l '1/

(b)

•

(c)

fig.14

2. Echangeurs à tubes en U et plaque tubulaire mobile (fig. 15 a et b) La dilatation des tubes est libre. Le faisceau tubulaire est indépendant de la calandre. Le nettoyage des tubes est difficile.

(0)

fig .15

(b)

3. Echangeurs à ·tête flottante (fig. 16) Les plus utilisés en chimie du pétrole.

c. ANTONELLI

et F. RANCHOUX

295

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

,

fig.16

Plus coûteux que les précédents, mais les tubes peuvent se dilater librement. La visite des bottes, couvercles, plaques, faisceaux, et leur sont cOlnmodes. Dans le cas de simple courant, la tête flottante est prolongée par u tube à travers la botte, avec un presse-garniture; les fuites sont alors pas sibles par la garniture et il n'est pas conseillé, pour des raisons de sécu rité, de faire circuler des fluides inflammables dans la calandre (P, S, T W - planche 28 a).

fig .17 •

La planche ~ti a aonne les alsposHlons types des constituants des geurs et leurs symboles normalisés par la "TEMA" (The Tubular ger Manufacturers Association). Les planches 28 b et c représentent les schémas de principe d'échan geurs types (extraits de la TEMA) : Planche 28 b : Fig. 1 : Echangeur 2-4 à tête flottante Fig. 2 : Rebouilleur (Kettle Type Reboiler) Fig. 3 : Echangeur 1-1 à plaques tubulaires fixes .

Planche 28 c :

296

1 : Echangeur à tubes en "u" • .Fig. 2 : Echangeur à écoulement divisé avec presse-garm ture et détecteur de fuite. F~g.

C.ANTONELLI et F. RANCHO

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESS IN

FONDS DE ET TETES

-

CALANDRES

DISTRIBUTEURS

CALANDRES FLOTTANTES

-.... L ~

E A

1-

IDENTIQUE AU DISTRIBUTEUR TYPE A(1)

CALANDRE A UNE PASSE DISTRIBUTEUR AVEC COUVERCLE DEMONTABLE

J,L'------'-------

T ---------_ ... -

IDENTIQUE AU DISTRIBUTEUR

TYPE B (1)

IDE NT/QUE AU DISTRIBUTEUR

TYPE C(1)

F B

CALANDRE A DEUX PASSES AVEC CHICANE LONGITUDINALE

:: f;~

N

é!...J,..~

OIST~IBurEUR

À fOND SOUDË

G

--

--------

p T~Tf FLOTTANTE AvEC PRESSE ETOUpE EXrËRIEUR

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TE TE FLOTTANTE AVEC ANNEAUX DËMONTABlES

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PLAQUE FIXE ET COUVERCLE DËMONTABLE DISTRIBUTEUR INTËGRË À UNE PLAQUE TUBULAIRE AVEC COUVERCLE DËMONTABLE

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TETE FLOTTANTE

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DISTRIBUTEUR SPËCIAL POUR HAUTE PRESSION

FLOfTANT 1 1 1 1

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TUBES EN ·U·

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REBOUILlEUR

PLANCHE 28 a

297 C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COU9$ DE

TECH~!OLOGIE

DE DESSIN

22,

9

rype AES

fig.1

25

24

type

fig.2

AKT

type SEM

fig.3 I_Calandre

13 _Tubulures de bolte de distribution

2 _Couvercle d@ .calandre

14 _Tirants et entretoise!>

3_Brlde d@ calandre côté boite

15 ..chicanes transversales _150: Plaque SUDoor

4 _ Bride de calandre côté couvercle

16.Déflecteur

5 _ Tubulure sur calandre

17_Clolson de séparatiOn

6_Plaque tubulaire flottante

18.Prlse d' ~vent

7 _CouverCle de tête flot tante

19.Purge

8_Brlde de tête flol tante

20.Prlse pour appareil de contrôle

9 Couronne de fixation

du couvercle de tête

flottante

des passes

21. Supports 22. Oreilles de levage

lQ Plaque tubulaire· fixe

23_ Tubes

1LBoite de dlstri bullo" ou tête fixe

24.Clolson

12.Couvercie de bolte de distribution

25. Prises de niveau

PLANCHE 28 b 298

C.ANTONELLI etF.RANCHO

U)U~lS

oc TECHI\:J LOG:C DE DESS If\:

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fig.2

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type BEM

(partl~ ln{trl~ur~)

fig.3

fig.4

type AEP (côté plaque flottante)

PLANCHE 28 c

c. ANTONELLI

et F. RANCHOUX

299

COURS DE TECHNOLOG IE DE DESS IN

MODIFICATIONS POSSIBLES DES DISPOSITIONS TYPES

I~hangl dejC\i , " dIrectIon de. posit~ DISPOSITION TYPE

FAISCEAU

DISPOSIT

ITUBULAIRE

INTÉRIEURES

DÉSIGNATION

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PLANCHE 28 d

300

C, ANTONE Lli et F, RANCHOllll\J

COURS DE TE CHNOLOGIE DE DESSIN

L "

r

19 . 3 : Ech a n geur 1-1 à plaques tubulaires fixes et à souf-

flet de dilatation sur calandre. Utilisé en montage vertica l sur colonne de dilatation comme rebouilleur fonctionnant en thermosiphon. Pig. 4 : Ech a n geur 1-1 à tête mobile et à presse-g a rniture. Côt é oÙ doi,' e n t c ir culer les fluides dans l'échangeur Il n' y 0 p
C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

30 1

COURS DE T EC H NOLOG I E DE DESS IN

Mét a u x employ és Tubes : a cie rs au carbone, a cie rs fai b l e m e n t a lliés , acie rs alliés h au te t e n e ur , a lum inium et alli ages l égers (cas s péciau x ). Tôles : aciers a u carbone, aciers faiblement alliés, aciers alliés haute teneur, et, pou r les cas spéciaux: cuivre, nickel, aluminium el .l.!.i.l.Uo; alli ages . Bri des de calandre: type WN, plates ou à s i mple embo1tement, s t riées, d e m ê me m é tal qu e l a c a l a ndr e . P i quages : avec brides S . O. ou tubulures forgées monobloc W:-\ . Couvercles - T êtes flottant es Mêmes mat ériaux que pour l e s cala ndres, m a is ces pi è ces peuve n être moulées. Epaisseur minimale des cala ndres et des couv ercles: •

aClers au carbone

9S

intérieur .

a"

-

12"

13" - 29"

tube sch. 30

3/a"

tôle .

.alliages /

l/a" 3/a"

3/16"

30" - 39"

7/16"

1/4"

40" - 60"

r /2"

5/16"

Boltes de distribution (fig. la) Construction soudée en général, mais peuvent être moulées.

DE SËPARATION PAS

L'épaisseur est calculée suivant les codes API, ASTM ou TEMA:. Mêmes matériaux que pour leI calandres.

fig .18

302

Les orientations des tubulure. peuvent varier si la tuyauterie l' mais l'orientation standard est plus utilisée (fig. 19).

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COU RS DE TEC HN OLOG I E DE DE SS IN

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Fig .19

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Montage des têtes flottantes - Anneaux de serra ge Les têtes flottant es sont montées soit par boulonnage direct sur la platubulaire correspondante (fig. 20 cl, soit par serrage avec un anneau en parties (fig. 20 a et b). Les anneaux de serrage sont en acier forgé. Une couronne en acier forgé peut compléter le montage.

fig .20

W'c""o uv e r c le

caland •

v~plaque -+-+-- ____-fOV:M-'t~u bu1air e

•

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tete flottante

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(b)

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1

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couronnl~e~-~~

t êt e

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plaque tubulaire

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anneaux de serrage

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C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

303

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Plaques tubulaires L'épaisseur est calculée par les formules de résist a nce des matériaux , mais en aucun cas elle ne sera inférieure au 11> extérieur des tubes (co rrosion comprise) . •

Maté riaux utilisés: acier au carbone, aClers alliés (acier au Cr- M à 5 % de C r), inox 18-8, nickel et alliages, monel, alli ages légers, cuivre et alliages, laiton amir auté inhibé à l'As. Fixation des tubes: par dudgeonnage (fig . 2 1 a ). Le mandrinage aur lieu sur 9 / 10 de l'épaisseur de la plaque avec au maximum 2 1/ 2" de long ueur. Pour certains cas particuliers, et en cas d'utilisation de métaux 1.... gers ne supportant pas le dudgeonnage, on pourra utiliser la soudure, et aussi lorsqu'une étanchéité absolue sera imposée. Dans certaines industries, pour des raisons de remplacement plu facile des tubes, des presse-garniture sont parfois substitués au dudgeonnage (fig. 21 b).

cOté chambre et fond flottant

(a)

T T<25 0=6 T>25 0=8

( b) ,

fig.21

Tubes . Longueurs .standards : 8 -10 - 12 - 16 et 20 ft. Diamètres couramment utilisés: 3/4" et 1" (O.D.); mais il peut fait usage des 11> 1 1/4" et 1 1 / 2" dans des cas particuliers. Les tubes sont caractérisés par leur 11> extérieur, le mingham Wire Gage), leur épaisseur.

lli

B.W.G. (Bir

Exemple pour 11> 1" : B. W.G. = 8, on a t = 0,165" B. W.G. = 12, on a t = 0,109" B.W.G. = 18, ona t = 0,049". La tolérance de fabrication est très serrée sur le 11> extérieur.

304

C. ANTONELLI et F. RANCHOU

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Ma té r iau x u tilisés: de même nature que la plaque, aciers au carbone, ciers inoxy d a bles , cupronickel, monel, aluminium et alliages, nickel et !liages. Dis pos iti o n des tubes: P as: distance e ntr e les centres de 2 tubes consécutifs; pas minima l mis :

1, 2:)

cl

(O . D . ) .

Le s tuues peu ve nt ê t re disposés en carré ou en triangle. Disp o s it i o n e n carré (fig. 22 a) : c'est celle qui sera utilisée de prénce en r a ffinerie. Le passage de nettoyage sera de 1/4" au minimum. pertes d e c ha rge sont moins élevées qil'avec les autres dispositions. 1•

pas triangulaires droits

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1Sl II")

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( 0)

( b)

pas carré droit

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O. D.

Dispositions en triangle :

carré incliné

triangulaire incliné

1. au pas de "" 1, 25 s6 extérieur (fig. 22 b) : difficultés de nettoyage. Pertes de charge plus élevées, mais on peut placer plus de tubes (10 % environ) dans une surface égale. Cette disposition sera utilisée en service très propre.

2. aupasde~ 1,5 ~ extérieur (fig. 22 c) : le nettoyage est plus commode. Les pertes de charge sont moindres que dans le cas précédent, mais il y a moins de tues pour une surface égale.

fig.n,

Dispositions en carrés ou en triangles inclinés : donnent un meilleur ~ntact, mais une légère augmentation des pertes de charge (fig. 22 d) .

. ANTONELLI etF. RANCHOUX

305

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Dans le cas de plusieurs pass les tubes sont groupés en nappes ( 23) correspondant aux diverses p .....:..ses. Chicanes transversales, tira entretoises, plaqu e -s upport, déflecteur Il a été indiqué (paragr<tphe l. que les chicanes transversales tent d' augmenter la vitesse, donc turbulence, et, par suite, le Cv""u. cient global de transfert; elles risent donc les échanges. Elles tribuent en outre à la rigidité du faisceau. - --

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Ag .26

,

Elles sont espacées régulièrement (pas du chicanage : B). Le pas dé· termine la vitesse du fluide; cette vitesse ne dépend pas ainsi uniquement du ~ de la calandre (fig. 24). 306

C.ANTONELLI etF, RANC

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

En général, le pas est compris entre re (avec un minimum de 2" si

s!I et s!I intérieur de la calan5

s!I < 2").

5

Le type le plus utilisé est le segment circulaire coupé à environ 25 0/0 de la calandre (fig. 25). Les figures 26 montrent d'autres types moins tilis és . Les coupures ou segmentations (fenêtre de la chicane) sont, en généal, disposées horizontalement, verticalement ou à 45° (fig. 25 a, b, c) seon les positions des entrées et sorties sur calandre, suivant qu'on véhicule es produits plus ou moins chargés et qu'il peut y avoir, ou non, condensaion dans la calandre. Des plats longitudinaux, formant déflecteurs, disposés verticalement et soudés aux chicanes transversales dans la partie supérieure du faisceau, au nombre de 2, 3 ou 4, évitent la formation de courants périphériques ; ils raidissent aussi l'ensemble du faisceau (fig. 27 a).

a)

fig .27

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calandre

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~CHANGEURS A-TUBES EN U . ,

~CHANGEURS À TÊTE FLOTTANTE

. .

Deux plats disposés de même, mais à la partie inférieure, débordant de 2 ou 3 mm les chicanes transversales, facilitent le glissement du faisceau lors du démontage. Dans le cas d'échangeurs à tubes en U, donc sans plaque tubulaire arrière, ces chemins .de glissement peuvent être portés par la calandre (fig. 27 b).

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

307

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Des chicanes horizontales sont disposées quand le fluide de la calandre doit faire plusieurs passages. Les deux plaques tubulaires et les chicanes sont reliées et maintenues à l'intervalle voulu par des tirants supportant des tubes entretoises.

p-Ioqu .. tubu loir .. lottont ..

sB

tubu If i X"

fi9·28

Les tirants sont filetés aux deux extrémités, ils sont vissés s plaque tubulaire côté botte par l'une de ces extrémités et reliés par éc à la dernière chicane rencontrée ou à une chicane spéciale appelée pl ..=.......... support, à l'autre extrémité.

fig.29

La plaque-support a en général un diamètre légèrement supérieur à celui des chicanes; elle peut être circulaire avec une ouverture centrale, ou être constituée par un segment circulaire intéressant 3 ou 4 tirants au moins. Son épaisseur elt en· général le double de celle des chicanes normales.

Au droit de l'entrée du fluide dans la calandre les tubes seront protégés par une plaque, soudée aux entretoises supérieures, formant déflecteur. Les chicanes portent en général à la partie inférieure une encoche en V facilitant la vidange et le nettoyage. Trous de passage des tubes dans les chicanes: si la portée des tubes est.;; 36", les trous sont percés à O.D. + 1/32" ; si la portée des tubes e8 >36", les trous sont percés à O.D. + 1/64". S'il Y a des vibrations, il y aura lieu de diminuer ces jeux.

308

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COU RS DE TECHNOLOGIE D E DESS IN

Epaisseur des chicanes Distance entre chicanes : d

~ int r c a L:lllUl' e

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8" a 1 -1- " l ,)r:: 11 _

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8 11

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12" < d < 18"

18"
24" < d < 30"

d ;;. 30"

1/ 8"

3 / 16"

1/4 "

3 / 8"

3 / 8"

3 / 16"

1/ 4"

3 /8"

3 / 8"

1 / 2"

1 ,/ 4"

5 / 16"

3 / 8"

1 / 2"

5 / 8"

1 /4 "

3/8 "

1 / 2"

5/8"

5 / 8"

Les chicanes longitudinales auront une épaisseur de 1/ 4". J e ux entre ch'l canes et ,calandre

III int r

calandre

Jeux

40" _ 5 4"

a, 100" a, 125" a, 15 a" a, 175" a, 225"

;;. 54"

0, 300"

,

8" a 1 3" 14" _ 1 7" 18" - 23" 24" _ 39"

Tirants

~ nom. calandre

~

Nombre

8" a 15"

3/8"

4

16" _ 27"

3/8"

6

28" _ 33"

1 / 2"

6

,

-

34" _ 48"

1 / 2"

8

;;. 49"

1/2"

la

Pour les plaques -supports, ces jeux seront réduits. Nota. - Les tirants sont en général constitués par de la tige filetée du . 'Commerce.

III a.D.

Portées maximales des tubes à la température maximale oF

tubes

Ac. au C et alliés à haute teneur Ac. faiblement alliés Nickel-cuivre Nickel Ni-Cr-Fe 3/4" 1" 1 1/4" 1 1 / 2"

,

,

,

[ ANTONELLletF, RANCHOUX

60" 74" 88" 100"

750 800 600 850 1000

, , ,

Aluminium et alliages Cuivre et alliages

.

52" 64" 76" 87" 309

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Matières: les chicanes et supports en alliages ferreux d e q u alil p7C~:9 -------merciale, ou non ferreux de même qualité. Les tirants et entr etoises même qualité que les chicanes. Boulons: ils auront un ç) ;;. 3/ 4". ------Not a . - La c ala ndr e et la b ol te de dis tribution p or te r o n t des Jl t'lB purges et évents. Il sera prévu sur les tubulures d'entrée et de sorti e d es raccord s p our pris e s de pression et de te mpér at ur e . Il sera prévu les raccords pour soupapes de sÛreté dema ndée s par règlements ainsi que pour tous appareils de contrôle demandés par le c illÎ~ des charges. Les plaques tubulaires fixes porteront des trous taraudés pour d'enlevage ; les calandres, boltes de distribution, couvercles de têtes llilt' tantes, etc., porteront des pattes ou des pitons d'enlevage. Joints : joints métalloplastiques en une seule pièce (fig. 30 a et h) ----- . sur produits pétroliers: acier-amiante sur vapeur d'eau: Cu-Ni-amiante ; .

si P > 20 bars ou 300 # sur eau: idem ou laiton amiante si P < 300 # sur eau : joint plat amiante caoutchouc de 2 mm. Largeur des joints à la périphérie: 3/8" si ç) nom. calandre ~ 23'''''~ 1/2" si ç) nom. calandre >23". Largeur des barrettes séparant les passes : ~ 3/8" (pour joints de bottes et de têtes flottantes).

(c)

-

(0)

(b) Fig.3D

310

C.ANTONELLI etF. RANCHOU

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Sur têtes flottant es, il pourra être utilisé des joints R. T .J. La couture des joints métalloplastiques ne sera jamais placée côté bride (fig. 30 c). Supports des échangeurs Jusqu'à 24" de diamètre de calandre, les pieds - en tÔle soudée - sont conformes à la figure 31 ci - après .

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130

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•

fig.31

1 11'!. 'V 1 _

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1

les trous oblongs correspondent au pied glissant

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Remarque.- Dans les échangeurs multitubulaires, on admet des pertes de charge de l'ordre de 0, 2 bar à 1 bar. Ces pertes de charge sont très variables selon le type d'appareil et la qualité des fluides.

3.6. VAPORISEURS TUBULAIRES

2 types : a) bouilleurs ou chaudières b) échangeurs -vaporiseurs . Chaudières

L'appareil tubulaire .est chauffé directement et convertit l'énergie d'un combustible en chaleur latente de vaporisation. Echangeurs vaporiseurs (voir standards)

Non chauffés directement. Ils convertissent la chaleur latente ou sensible d'un fluide en chaleur latente de vaporis ation d'un autre fluide. - Types principaux :' E:vaporateur : utilisé pour vaporiser de l'eau ou une solution aqueuse. ,

C,AN TONELLletF. RANCHOUX

311

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Rebouilleur : utilis é pour fournir la chaleur requise à un fond de colonne de distillation pour le vaporiser partiellement ou en totalité. Le plus commun des vaporiseurs est l'échangeur ordinaire 1- 2, ou une de ses variantes ; la vaporisation peut se faire dans la calandre ou les tubes. Si la vapeur d'eau est le moyen de chauffage, l'action corrosive de l'air contenu dans le condensat chaud fait choisir en général ava ntageusement la vaporisation dans la calandre. Le dégagement de vapeur peut être fait dans la calandre, mais cela nécessite un volume libre, donc une augmentation du diamètre de cette ca landre ; par ailleurs, dans le cas fréquent où le vaporiseur fonctionne à haute pression, cette augmentation de diamètre demande une augmentatiofil de l'épaisseur; dans ce cas, on préfère le dégagement hors de la calandre· il se fait souvent dans un ballon relié au vaporiseur ; dans ce ballons'effectue la séparation de la vapeur et du liquide entra1né. Dans les évaporateurs, . il est possible de vaporiser 100 % du fluide introduit, mais dans le cas de produits pétroliers, on n'atteint jamais ce pourcentage à cause des résidus qui en résulteraient et pour lesquels il serait nécessaire de prévoir une évacuation au vide-vite, ce qui entra1nerait la perte de produits de valeur. Par ailleurs, si le flux d'alimentation était vaporisé complètement, il en résulterait un encrassement rapide de la surface des tubes. Dans le cas du rebouilleur, il faut éviter aussi que les tubes supérieurs soient en contact avec la vapeur, ce qui produirait une surchauffe qu'il faudrait réduire et on constaterait alors une baisse du rendement de la colonne. La règle est que le fluide à vaporiser ne le soit jamais Le maximum de 80 % appara1t comme le plus favorable. - Circulation du fluide: forcée ou naturelle (ou en thermosiphon) Les avantages de l'une ou de l'autre sont soit économiques, soit fonction de l'encombrement. La circulation forcée requiert l'emploi d'une pompe et la dépense de force motrice permanente nécessaire à son fonctionnement, ainsi que celle de l'entretien de cette pompe. Mais le taux du courant de recirculation peut être contrôlé avec précision. Son utilisation est préférable pour les petites installations et il y a réduction de l'encombrement de l'installation.

312

C.ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

f ,a c irculation naturelle permet une économie, relative à la pompe,

à a d é pe nse de force motrice permanente et à l'entretien, mais elle demande ne p lus g rande élévation de la colonne par rapport au vaporiseur, et le contl 'ô l e du taux de recirculation est moins précis. Rebouilleurs: Le dégagement de vapeur se fait dans l'espace compris ellltT le lÜ., eau d e liquide en fond de colonne et le plateau inférieur. L'appar e i l do i t toujours être plein pendant l'opération. On a pp e ll e taux de rebouillage le rapport:

Quantité vaporisée Quantité soutirée

•

.

Circulation forcée (fig. 1) - avec appareil 1 - 2. Le liquide de fond de tour sera recyclé autant de fois qu'il sera économiquement faisable; si le pourcent vaporisé devient trop faible, le fond de tour sera évacué. Utilisée pour petites installations, en général, et lorsque le liquide trop visqueux entra1ne des pertes de charge rendant impossible la circulation naturelle.

''-1---....., ,r L+V

Fig. l

rebouilleur

fond J--

d~

~our

Circulation naturelle. La plus employée (fig. 2) - avec appareil 1- 2. Le soutirage se fait en fond de colonne. Le fluide circule autant de fois que la différence de charge hydrostatique entre ZI et Z3 le permet. La charge motrice: g [P Z - (P Z + P Z )] doit permettre de 1 1 m 3 2 2 vaincre les diverses pertes de charge (à l'entrée de la tuyauterie, dans le rebouilleur et en ligne) et d'assurer un débit correspondant à l'énergie perdue à la sortie (Pm est une masse volumique estimée). C, ANTONELLI etF, RANCHOUX

313

,

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESS

Les tuyauteries seront les plus directes possible" sans changeme nt de direction inutile et sans poche. Si la charge motrice est insuffis ante, on peut l'augment e r pal' di ve rs procédés. L'un d'eux consiste à opérer le soutirage au nive a u du pr e mier plateau (fig. 3), d'où augmentation de Zl, mais il y a plus d e recil' c ulation

1,2b 6m

L

1tJ1,5m

•

On peut aussi: - augmenter le taux de vaporisation, d'où diminution de P2, mais on perturbe le régime de la ,colonne - supprimer des chicanes, d'où diminution de la perte de charge l'appareil, mais il y a diminution de l'échange - augmenter le diamètre des tuyauteries, ce qui diminue les pertes de charge, mais le résultat est insuffisant et le prix de revient est au menté - relever la colonne ou baisser le rebouilleur, ce qui augmente Zl et Z2 mais aussi le prix de revient - augmenter Zl mais on est limité par ·le niveau à glace et par la position de la réinjection. Autres dispositions : Rebouilleurs à simple écoulement (split ,flow) et à double (double split :flow) (fig. 4 et 5) 314

écoulem~

C. ANTONELLI et F, RANCHOU

COURS DE T ECHNOLOG IE DE DESSIN

Ecoulement séparé

Double écoulement

fig.4

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Même principe que les appareils précédents, mais la div ision du flui de ans la calandre permet d'avoir une plus faible perte de charge. Ce sont des appareils de petites dimensions, avec un faible diamètre et une grande longueur. Ils doivent être calculés avec un grand sOin, une trop grande perte de charge pouvant réduire considérablement la circulation. On supprime en général les chicanes transversales. Kettle -rebouilleur (fig. 6) Peu utilis é . Employé pour les grands débits de vapeur (80 %). Le dégagement se fait dans la calandre où les tubes n'occupent que 60 % de la calandre (du diamètre) ; la cloison assure le recouvrement des tubes par le liquide. L'appareil ne dépend pas du niveau dans la colonne. Il est collteux. A éviter pour services durs et sales, et pour liquides visqueux; mais le plus convenable toutes les fois qu'il ne peut pas y avoir assez de différence entre le niveau dans la colonne et celui du vaporiseur en circulation naturelle pour obtenir un pourcentage élevé de vaporisation.

fig.6

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C.ANTONELLI etF. RANCHOUX

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315

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Montage vertical (fig. 7) Type 1-1, vaporisation dans les tubes. Les appareils peuvent se fixer directement sur la colonne. Il y a réduction des pertes de charge à l'entrée et à la sortie. La circulation est déterminée par la différence entre les charges hydrostatiques dues à la hauteur de liquide correspondant à la Ion eur des tubes et le poids du mélange liquide + vapeur. Ce montage nécessite soit une entrée inférieure avec presse-garniture formant joint coulissant, soit un soufflet de dilatation sur la calandre Cas d'emploi limités. 3.7. AUTRES TYPES D'ECHANGEURS

Nombreux. Diffèrent des précédents soit par la disposition générale, soit par le système d'échange, soit par les matériaux utilisés. Ils sont souvent spécialisés pour une industrie déterminée et pour ----' conditions particulières de travail. Il n'en sera donné que quelques exemples. a) Echangeurs du type multitubulaire - à.tubes soudés (fig. 1). La soudure des extrémités des tubes remplace les plaques tubulaires (forme nid d' les), tubes serrés d'où difficultés nettoyage côté calandre. Pour P ..::;....:"", bars et T z 800 0 C.

Fig.1

- à "balonnette" (fig. 2). dilatation des tubes. Possibilité tériaux très nobles côté calandre .

•

316

C.ANTONELLI etF. RANC

c.

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- à faisceaux tubulaires non métalliques (graphite, fluorocarbone , l'elTe, etc .),

b) Ec hangeurs compacts - à faisceaux de tubes à ailettes trans \'er sales (sur circuits extérieurs gazeux)

détail d'un canal

- à plaques et ondulations

- à lames - à plaques gaufrées (fig. 3 et 4), formés de paquets de plaques (fig. 3 a) dont le gaufrage forme les canaux d'écoulement (fig, 3 b) assurantla turbulence ; simples, peu encombrants ("" 1 m 3 pour 200 m 2 de surface d'échange) ; possibilité de traiter plusieurs liquides simultanément par l'emploi de boîtes de distribution intermédiaires; interchangeabilité des plaques.

II!lRXX::;W: •

LIQUIDE A RECHAUFFER LIQUIDE A REfROIDIR

d'après

'lLJOIHTS (I!LASTOlottRE)

dacum.nts ALFA-LAVAL

fig.3

. COMMUNICATION AVEC

l'ArMOSPH'"

Fig .~

DE SERRAGE


C.ANTONELLI et F. RANCHOUX

317

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Conviennent surtout aux échanges liquide -liquide, 1)

:W bars.

nl
- à spirales (fig. 5). Le corps est constitué par deu x tôles (acier ino x ydable) enroulées en deux spirales concentriques. L'un des Ci l' C UitS p'eu être alimenté en une seule passe (fig. 5 c). Conviennent aux échanges liquide-liquide (fig. 5 b) et à la condensatio ') de vapeurs (fig. 5 cl. p" 15 bars; T"", 400°C; S" 250 m.-, Le fluide chaud entre par le centre et sort à l a périp hérie ; le fluid froid suit un parcours inverse (fig. 5 a).

fluide à

r~chauffer,

(Q)

U

fluide refroidi

fig.7 (b)

SCHËMA DE PRINCIPE

(coupe transversale)

rà condenser

t

(c

•

.eau

chaud

•

froide

•

~tle

fluide réchauffé

e fluide

chaud

froid tCHANGE ENTRE DEUX LIQUIDES

CONDENSEUR

c) Echangeurs divers Réchauffeurs d'air (tubes acier ou verre). Récupérateurs de sidérurgie. Condenseurs de turbines à vapeur (enveloppe non cylindrique). Serpentins, etc.

3.8. AEROREFRIGERANTS ET AEROCONDENSEURS But et intérêt

Utiliser l'air atmosphérique pour la réfrigération ou pour la sation des fluides et par conséquent économiser l'eau. Ils sont de plus en plus employés et de plus en plus grands. Ils constituent avec les fOlfrs la seconde grosse masse d'équipements dans les raf fineries. / 318 .

C,ANTONELLI etF. RANC~OU ~

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Principe

L'air ambiant est soit forcé, soit induit, par un ventilateur à tra ve r s un faisceau tubulaire parcouru par le fluide à refroidir (fig. 1 et 2).

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3.8.1. Généralités Constitution

Dispositif d'échange Système de ventilation Dispositif de canalisation de l'air Structures

CD et son caisson parallélépipédique CD CD

·'Faisceau tubulaire Boîte de distribution Boite de retour @ { Ventilateur

®

Gaine annulaire ou anneau de ventilation ,6;,..0...,. Conduit ou caisson pyramido-tronçonique 7 Charpente métallique { Passerelles. Echelles, etc.

Accessoires. Protecteurs. Ecrans. Apparei.1s, de contrôle, de mesure, de régulation. C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

319

COUR S D E TE CHN OLOG IE DE DESSIN

•

1

Toute la construction est en acier soud é . Disposition des faisceaux: Elle est surtout foncti o n d e la place disponible. Néanmoins la disposition horizontale est la plu s habitue lle en raffine ri e (fig . 1 et 2).

(a)

(b)

(c )

f====='=9 (dl

fig.3 On recommande pour les puissances élevées la disposition inclinée en toit (fig. 3 a) qui occupe moins d'espace (aérocondenseurs de turbines ou de tête de colonnes) ou en V inversé (fig. 3 b).

t (

(e)

Pour les faibles puissances on pourra utiliser les dispositions verticales: plane (fig. 3c), parallélépipédique, ou polygonale (fig. 3 d) plus esthétique. La ventilation est soit mécanique (cas général), soit naturelle (effet de cheminée) pour les tours de réfrigération (fig . 3 e). ,

Comparaison avec les appareils à refroidissement par eau Avantages: -

Air disponible en quantité illimitée Risques de gel supprimés Risques de corrosion très faibles Encrassement pratiquement nul Pas de limitation à la température de sortie de l'air Prix de revient de la fabrication, de l'entretien et de 1 'exploitation en général nettement inférieur.

Inconvénients : - Encombrement plus grand à égalité de performances - Difficultés sérieuses de refroidissement du produit chaud à la sortie, en été et dans les pays chauds, d'où nécessité d'humidifier l'air jusqU'à saturation pour gagner quelques degrés 320

C. ANTONELLI etF . RANCHOU X

COURS DE TECHNOLOGI E DE DESSIN

- Diminution du coefficient de film par condensation à l'extéri e ur des t ubes - Au point de vue de la sécurité: possibilité d'attiserun feu, donc évite r a u-d essous les équipements pouvant fuir facilement (pompes, éc hangeurs, etc.) ou prévoir un hourdis de séparation (béton armé ou paroi métallique fermée). irage forcé ou tirage induit

Tirage forcé . - Ve ntil ate ur disposé sous le faisce a u t ubulair e . L'air _st poussé à tra ve rs le faisceau. Puissance requise théoriquement plus petite, mais les diamètres relath-eme nt faibles utilis és sont cause d'une consommation plus élevée d' é n e rgle. L'air passant dans le ventilateur étant à une température relativement faible a une plus forte densité, et l'appareil étant à volume constant, la masse d' air déplacée est plus importante, il y a donc avantage pour la puissance. Ve ntilateur plus bas d'où charpentes moins coûteuses. Mais: - Répartition moins bonne de l'air - Risques plus grands de recirculation d'air chaud et de remous - Faisceau moins protégé contre les intempéries et les brusques variations de température. Tirage induit. - Ventilateur disposé au-dessus du faisceau, et aspirant l'air à travers ce faisceau. Le moteur peut être en-dessous. Meilleure distribution de l'air, moins de remous, moins d'air chaud en recirculation. Meilleure protection du faisceau contre les intempéries et les changements brusques de température. Plus grande possibilité d'installer d'autres équipements en-dessous, mais en tenant compte des règles de sécurité (pas de tuyaux très chauds, pas de pompes, pas · d'échangeurs, etc.). L'air aspiré étant plus chaud, la masse en est moins grande que dans le cas précédent, il y a donc désavantage pour la puissance. Ce dispositif est, en principe, réservé aux condenseurs. Combinaison air-eau Quand la température de l'air ambiant est trop élevée pour obtenir le refroidissement désiré ou quand l'emploi de l'air seul conduit à des frais trop élevés, on peut combiner l'action de l'eau et celle de l'air: a) Par utilisation de réfrigérants classiques à eau et de réfrigérants à air agissant successivement sur le fluide à refroidir b) En refroidissant l'air aspiré par le ventilateur avant son passage dans le faisceau. Ce refroidissement est obtenu par évaporation d'eau ,

C. ANTONELLI et F_ RANCHOUX

321

COU RS DE TECH NO LOG 1E DE DESSI N

pulv érisée dans l'air a spiré. Des chicanes de v ron t empêcher l'ent ra1nemen de particules d'eau à travers l e faisceau (fig. 4) .

fig.4

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Définitions

Section: Ensemble monobloc comprenant un faisceau tubulaire raccordé à deux bo1tes de distribution (ou collecteurs) et un caisson ou châssis parallélépipédique contenant le faisceau. Unité: Ensemble pouvant fonctionner isolément constitué par une ou plusieurs sections desservies par un ou deux ventilateurs et supportées pa~ une structure commune. Appareil (planches 29 et 30, p. 323 et 324) : Ensemble comprenant une ou plusieurs unités (ou parfois des parties d'unités différentes) et assurant un service déterminé. •

3.8.2. Détails de construction (voir standards, TEMA) Les figures 6 et 7, p. 327 et 328, ne donnent que des dispositions de princi • Tubes et faisceaux tubulaires Les tubes sont normalement des tubes à ailettes, mais les tubes lisses peuvent être utilisés dans certains cas. Le tube le plus utilis é est le tube de 1" O. D. (25, 4 mm). 322

C.ANTONELLI et F. RANCHOUX

•

•

COURS DE TECHN OLO GIE DE DESS IN

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324

C.ANTONELLI etF. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE D ESS IN

5" 5" L a hauteur d e s aile ttes est de à 16 8 ne de 5 à Il par pouce (200 à 400 par mètre).

; le nombre d'ailett e s va-

Des tubes d e 1 1/ 2" peuvent être utilisés pour des fumées ou pour des huile s visqueus e s. Le r a p po r t e nt r e l a s urfa c e e xt é rie ure du tube li sse et la s urface d é ve loppée e s t d'environ 7 à 20. Lo ngu e ur de s t ube s: 8, 10, 12, 15 , 20, 24 ft . On utilis e n or mal e m e nt 30 ft e n r affi n e ri e s d e pétr o l e , s auf impossibilit é. Le s faisceaux comportent de 3 à 30 rangées de tubes. Le faisceau standard est d e 8 r a ngée s d e t ube s. Les tubes s ont dispos és au pas triangulaire de 2" à 2 1/2". Ils sont soit dudgeonnés dans les plaques tubulaires, soit soudés, soit dudgeonnés et soudés. Le dudgeonnage suit les indications de la TEMA (voir page 304). Après

o

m a ndrinage les tubes dépasseront de 3 - 1,5 mm la plaque tubulaire. Matériaux: dépendent du service demandé (fluide, T et

Pl

Aciers: au carbone; faiblement alliés; inoxydables, etc.; laiton amirauté inhibé à l'arsenic ; cupros -alliages ; cupronickel ; monel, etc. ; cui _. v re ; aluminium, nickel et alliages. Epaisseurs minimales; B.W.G. 14 (aciers au C et faiblement alliéil) B. W. G. 16 (inoxydables et cupros -alliages) B. W.G. 9 ou 10 pour hautes pressions. Ces épaisseurs sont prises à fond de gorge pour les tubes à ailettes encastrées. Ailetages : en aluminium en général. Obtenus par extrusion pour les tubes aluminiums (T < 300 0 C) ou rapportés (fig. 5, p. 326) pour les tubes acier. Les extrémités des tubes sont lisses pour permettre leur insertion dans les plaques tubulaires (maxi : 80 mm). Les faisceaux tubulaires sont prévus pour former un tout rigide. Ils doivent pouvoir se dilater indépendamment de la charpente. Ils sont 'supportés par des rateliers en plats et profilés qui assurent aussi le maintien de l'écartement des tubes évitant les affaissements et les déplacements latéraux. .

,

C.ANTONELLI etF. RANCHOUX

325

. ,)

CO URS DE T ECHNOLOG I E DE DESSlf,

Des tubes en U pourront être utilisés dans cerlains cas (refroidissement de gaz à très haute pression par exemple).

,;; 80 Il 100'C

T,;; 120'C

T';;250 ' C

si doubl!! moletage : ~ 175'C

RUBAN ENROULE EN TENSION

RUBAN ENROULE EN TENSION TUBE MOLETE OU STRI E

RUBAN ENROULÉ EN TENSION

Type "L"

AILETTES SERTIES DANS RAINURES

Type "G"

• TUBE Alu .,A AILETTES EXTRUDEES, ENFIL~ SUR TUBE ACIER MOLET~

TUBE MOLETÉ

Boltes de distribution ou collecteurs F-rincipaux types : - Boites à bouchons (fig. 6, p. 327) (P jusqu'à 120 bars) - BoUes à couvercles (fig. 7, p. 328) (P .;;; 30 bars) - BoUes cylindriques - à bouchons et à tubes soudés - pour très hautes pressions (fig. 8, p. 328). Matériaux utilis és : dépendent du service demandé - Aciers au carbone; aciers alliés - Alliages Ni-Cu (monel) - Tôles plaquées laminées: aciers alliés, monel, etc. La section de passage entre chaque passe sera aumoins égale à 120 % de la section d'écoulement des tube~ équipant chacune dl elles. La construction moulée peut être envisagée dans certains cas mais llemploi de la fonte est prohibé sauf pour les ebndenseurs de vapeur.

326

C.ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE T ECHNOLOG I E DE DESS IN

TUBES à ailel tes LIBRE, GUID ËE dans

SECTION de la boite .de ' dlstrlbutlon

T

Trous de ne\\oygg~

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COUPE ~

BOITE DE DISTRIBUTION

de

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EN

bolte de retour

NON OËMONTABI E

RATELIER

Fig- 6

sect ion totale = de la section de la passe

écartement des tubes)

Les bo1tes à couvercle amovible seront utilisées lorsque le coefficient d'encrassement côté tubes sera trop élevé. Le décollage des couvercles sera obtenu soit par vis de décollage, soit par l'aménagement d'un chanfrein sur les bords de ces couvercles. Les tiges filetées de serrage des couvercles auront un 11> ;:. 20 mm . . Dans le cas de passes multiples les collecteurs pourront être exécutés en plusieurs parties indépendantes : - chaque fois que les efforts dus aux différences de dilatation entre les nappes de tubes l'exigeront - lorsque la différence entre les températures à l'entrée et à la sortie d 'un même collecteur sera > 94° C. . ,

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

327

COURS DE TECHNOLO GIE DE DESSIN

Trous pour

TI

SECTION de la boIte de distribution

ËES

PLAQUES IRES

(avec ~ barrette)

(sans barrette)

de

Fig.7

DISTRIBUTION FIXE DÉMONTABLE

DES PASSES

Cloisons de séparation des passes: Epais s eut' minimale 10 mm (corrosion prise) . Soudées sur toute la longueur des lignes de contact, sauf indications particulières. L'une des deux bottes de distribution sera du type flottant (et guidée) pour permettre la dilatation du faisceau. Des pattes d'amarrage seront prévues sur les sections pour permettre leur manutention.

fig.8

Tubulures Forgées monobloc (type collerette à souder) si DN ;;. 2", ou dans le cas d'aciers non alliés tube sans soudure avec bride à souder à collerette.

328

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNO LOGIE DE DESS IN

Pour \ZÎ 2" et 3" : série minimale 300. Pas de piqu a ges de \ZÎ < 2" . Si DN > 6", possibilité de tubulures moulées. Pu r ge s , é v ents, puits thermométriques Minimum p a r boite : 1 purge et 1 év ent : - avec boss ages soudés si e tôles < 20 mm (obligat oires sur c ondenseur s ) - p a r t a r a ud age direct si e tôles ;:. 20 mm. Atte n te s pour prises d e p ression: p a r r a ccords 3/4 " ou à brid e s (2") sur tubulures de \ZÎ ;:. 3" (boss ages obligatoires). 1 seule par faisceau. Attentes pour puits thermométriques : par raccords (1") ou à brides (2"), soit sur tubulures de \ZÎ ;:. 4", soit sur bottes (boss a ge obligatoire). 1 seule par faisceau. Pour tous les bossages: taraudage NPT. Série 6000. Caissons de ventilation En général du type pyramido-tronçonique ; parfois parallélépipédique. Epaisseur des tôles: 3 mm. Ils seront indépendants dans les unités comportant deux ventilateurs pour éviter toute recirculation quand un seul fonctionne. L'épaisseur des tôles pourra être ramenée à 2 mm s'il y a un renforcement convenable ou un nervurage évitant toutes vibrations et toute déformation au transport. Ils répartissent l'air sur le faisceau et modifient sa vitesse. La hauteur de l'anneau de ventilation et le jeu à l'extrémité des pales influencent directement le débit. Des joints évitant au maximum les pertes d'air seront placés aux raccordements entre faisceaux, caissons et charpentes. Ventilateurs et moteurs Les ventilateurs sont à courant axial, à grand débit et à faible pression, ils ont 4 ou 6 pales, leur diamètre est égal ou légèrement inférieur à la largeur du fais ceau. Il Y aura normalement deux ventilateurs par unité (exception pour les unités à tubes courts: 1 seul ventilateur).

C. ANTON E LLI et F. ' RANCHOUX

329

COURS DE TECHNOLOGI E DE DE SS i ' ,

Vitesse maximale en bout de pale.;; 50 mi s ( 1 2000 ft/ mn), m s • limiter si possible à 40 mis à cause du bruit, ex cept i o n fa i te pour les- Y ventilateurs fixés directement en bout d'arbre. Diamètre des ventilateurs.;; 5 m (ç6 .;; large ur fa isceau). Pales: - en alliages légers, quelqu e fois e n 8ciel 'S (au C ou inox):::J; en monel - e n résines polyesters armées en fibr es de ve rre - seront réglables au moins à l'arr ê t , Vitesse de l'air à travers le faisceau: de 1, :JO à

~3 ,

5 0 m / s.

Moteurs : moteurs électriques ou turbines à ','ap eu r , m ais utilisa i possible de moteurs hydrauliques, de moteurs à gaz ou à essence, etc. Liaison moteur -ventilateur : - par attaque directe pour petits diamètres (ç6 .;; 1,52 m) - par réducteurs à engrenages : cas des turbines à vapeur et des teurs de P;;' 31 ch - par courroies trapéz01dales (2 au moins) pour P < 31 ch. Fixation des groupes : - au sol: sur massifs béton ou sur trépieds métalliques - dans les structures : par suspension à ces structures - sur l'anneau de ventilation dans le cas du tirage induit si ç6 < 12' et si T ~ 70° C. Distance entre faisceau et ventilateur: de ventilateur) .

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La hauteur de l'anneau de ventilation et le jeu à l'extrémité des pales influencent directement le débit. Les ventilateurs assurant le tirage forcé seront munis d'une grille protection fixée à l'anneau de ventilation. Charpentes En profilés. Doivent éviter toute vibration et résister aux efforts du vent et aux effets sismiques. Hauteur libre minimale: - en tirage forcé: 2, 100m sous l'anneau de ventilation - en tirage induit: 2, 100 m sous faisceau. Des passerelles permettront la manœuvre des vannes et l'entretie • des faisceaux, dés moteurs et des transmissions .

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330

C,ANTONELLI etF. RANCHOU

COUR S D E TECHNOLOGIE DE DESSIN

Joints Sur bo1tes de distribution à couvercle: - pour hydrocarbures: métalloplastique double sertissage, Armco amiante; e = 3 mm. Epaisseur e de l'enveloppe: 0,61 mm - pour bo1tes en alliages spéciaux et services sévères la gai ne ser'a de même nat ure que les surfaces en contact avec le joint - pour v apeur : amiante comprimé ; e = 2 mm. J oints des bouchons: métalloplastiques ou métal m a ssif,

Persiennes ou volets réglables montés au-dessus du faisceau en tir age fo r c é le protègent des intempéries et permettent le réglage automatique ou m a nue l du débit d'air e t , par suite, le contrôle de la température du fluid e , Les lames doivent assurer en position ouverte les pertes de charge minimales (angle d'ouverture 90°). Il Y aura recouvrement partiel en position fermée. Réglage de la température du fluide à la sortie

3 actions

Volets réglables Variation d'orientation des pales Vitesse du ventilateur.

3.9. FOURS TUBULAIRES 3.9.1. Généralités Rôle: Fournir à un fluide, en totalité ou en complément, les calories nécessaires prévues par le procédé à divers stades de la mise en œuvre de ce dernier. Le fluide peut avoir subi un préchauffage dans un train d'échange par exemple (cas des installations pétrolières). Importance : Grande, tant par les services rendus que par les investissements représentés (20 % environ du prix de revient d'une unité de fabrication) et aussi par l'importance de la consommation de combustible (elle peut, dans certains cas, dépasser 95 % de celle de l'unité). Fonctions principales ' : Simple réchauffage du fluide traité avant ou durant le traitement (ExempIe: chauffage avant réacteurs pour atteindre la température nécessaire à C. ANTONELLI et

1=.' RANCHOUX

331

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESS IN

;

une réaction, réchauffage entre étages d'une réaction fortement endothermique pour compenser les calories perdues, etc.). Réchauffage avec vaporisation partielle (installations de distillation pétrolière: fours de charge, de rebouillage, etc.). Réchauffage avec réactions chimiques (fours de charge d'unités de craquage ou de r e formation, etc.). Il peut y avoir dans ce cas, pour certains procédés, présence d'un catalyseur placé dans les tubes du four. Principe: Fours à chauffage direct. Le fluide à réchauffer circule dans un serpentin ou dans un faisceau tubulaire chauffé par une série de brûleurs. Ils comprennent généralement .: - une "zone de radiation" (ou de rayonnement) formant chambre de combustion - une "zone de convection" située à la partie supérieure du four. La zone de convection peut ne pas exister (cas où le rendement du four n'est pas considéré comme un facteur prépondérant). Elle peut aussi être incorporée à la zone de radiation. Le transfert de chaleur se fait par radiation et par convection entre les produits de la combustion et les tubes, par conduction à travers la paroi des tubes, par convection dans les tubes. La conduction intervient pour les pertes à travers les parois du four. Combustion : Se fait dans un ou plusieurs brOleurs alimentés en combustible (liquide ou gazeux) et en air. Dans les fours de raffineries et de pétroléochimie, l'admission de l'air est obtenue par la dépression créée dans le four par le tirage de la cheminée. Principaux combustibles utilisés: gaz de ville; fuel-gaz de raffinerie, fuel-oils légers et lourds; résidus; essences; asphaltes. Types principaux (planche . 31) : 1. Four cabine à tubes horizontaux (fig. 1) ou verticaux 2. Four cylindrique vertical à tubes verticaux (fig. 2) ou hélico'ldaux.

332

C.ANTONELLIet F. RANCH OU X

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Fig .1 Q Q~

brûleurs

Fig.2 PLANCHE 31

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COURS DE TECHNOLOGI E DE 0':',') "

3.9.2. Constitution générale (fig. 3 et 4)

Un four tubulaire comprend : - une enveloppe métallique, prismatique ou cyl indrique supportant in térieurement un revêtement réfracta ir e et isolant - un faisceau tubulaire en zone de radi ation et a ussi, géné r al eme n en zone de convection

Fig.3

(a)

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(b )

analyseur de fumées

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de sole

- un équipement de chauffe comportant en particulier une série de brQleurs situés soit sur la sole, soit sur les parois - une chemInée située soit directement sur le four (évacuation directe des fumées), soit à proximité (évacuation par carneaux) 334

C. ANTONELLI et F.,RANCHOUX

-

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- des accessoires: souffleurs de suie, portes d'accès, po r tes d'explosion, regards, etc. - des appareils de mesure, de contrôle, de régulation, ainsi que diverses alarmes - une charpente supportant l'ensemble; des passerelles et des éc helles d'accès pour surveillance, entretien, etc.

emètre

fuel oil fuel fuel gas pilote

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fig.4 DG_ d4primomètr. _ DE, pris.. fA_ alarme d.blt bas PAS. _ pression basse TRA. _ temp4r.hout. (fum4es)

3.9.3. Equipement de chauffe

Fonction: Mettre en présence le combustible et l'air de combustion et libérer les calories contenues dans le premier . .

Constitution: - Les brûleurs qui Ém sont les éléments principaux avec leurs ouvreaux - Les tuyauteries avec leurs vannes de réglage et d'isolement - Les appareils de mesure, de contrôle, de régulation . •

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

335

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Types principaux de brüleurs : - Brüleurs à air induit, à tirage naturel - Brüleurs à air soufflé.

,

La plupart d es brüleurs peuvent fonctionn er a u gaz, a u fuel-oil ou e mixte. La pulvérisation de combustible liquide est soit mécanique, sOlt ave fluide auxiliaire (air ou vapeur) ou parfois mixte . La pul véris ation par vapeu rd' eau es t la plus utilis ée . Tous les brûleurs sont munis de pilotes facilitant l'allumage et assu r a n t le ré a llumage en cas d' extinction accidentelle. L 'air de combustion est introduit par des volets réglables, général, à la dépression qui règne dans le four. Le combustible arrive dans le courant d'air au centre d'un réfractaire qui assure la stabilité de la flamme par la chaleur qu'il rayonne Les brtlleurs ont en général deux entrées d' air facilitant un réglage la géométrie de la flamme: air primaire (allongement ou raccour,-~,) ~=.!!!:!
Fig. ~

VUE

F

,

•

gaz

huile

•

d'opr's document JOHN ZINk COMPANY

336

•

BRULEUR A AIR INDUIT PAR TIRAGE NATUREL FLAMME VERTICALE

C. ANTONELLI et F. RANCHO X

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

Les plus utilis és en industrie pétrolière : Simplicité de constitution et d'exploitation Prix de revient relativement faible Possibilité d'utiliser tous les combustibles rencontrés en raffinerie et de fonctionner avec un ou deux combustibles simultanément. La pulvér is ation est faite uniquement par vapeur d'eau. La pression du combustible liquide au droit des brûleurs est de 5 à 6 bars; celle de la vapeur de 1 à 1,5 bar supérieure; celle des combustibles gazeux ne doit pas dépasser 0,05 à 0,06 bar. Equipeme nt: arfois -

Le bloc brllleur en béton réfractaire pour hautes températures. La canne d'injection de fuel, le plus souvent en acier ordinaire mais en acier fortement allié (25 % Cr, 20 % Ni). Les registres dl air primaire et d'air secondaire. Le corps du brllleur avec le regard et le pilote ou son emplacement.

Brllleurs à air soufflé (pour mémoire). Voir ouvrages spécialisés: - à haute intensité, sans ou avec chambre de précombustion - radiants.

L'air est amené sous pression à travers des gaines à partir d'un ventilateur centrifuge. Un ensemble d'importance non négligeable d'appareillages annexes est rendu nécessaire par l'utilisation de l'air soufflé. Souffleurs de suie ou ramoneurs : Fonction: Elimination de la suie déposée sur les tubes de la convection. Ce dépôt limite les échanges et accr01t les pertes de 'charge sur le circuit dl évacuation des fumées. Ils sont, en principe, installés sur tous les fours à chauffage par combustibles liquides. Elément essentiel: une rampe alimentée en vapeur d'eau (12 bars légèrement surchauffée). 2 types: à rampe rotative (fig. 6) à rampe rétractile. La commande est manuelle ou motorisée pour les premiers, toujours motorisée pour les seconds. ,

Le rayon d'action est de L 50 m pour les deux types.

C, ANTONELLI et F. RANCHOU),(

337

COU RS DE T ECH NOLO GIE DE )tSSI N

L a longueur d'action est de 2 m à 2, 50 à 6 m pour la rétractile.

III

pour la r a mpe fixe e.J.....\ t

VAPEUR

fig .6 3.9.4. Régu lation

N'utilise que des principes habituels sans technologie particulière. L a régulation est généralemen du type pneumatique et répond au schéma de principe ci-contre (fig. 7). i.

Régulation de chauffe: la plus importante,

"UI!

Le débit de combustible est asservi à la température de sorti,.,., ' du fluide traité,

con...rU ••• ur

mV/p

vanne d. r4glage

fig.7

Le convertisseur le signal électrique émis par TE signal pneumatique (3-15 psig) re par TC et envoyé en signal modulé au servomoteur de la vanne de glage,

Un TRC peut être adjoint au TC et un TI placé à proximité de la vanne Régulation du débit du fluide traité: doit assurer, à 5 % près au plus une répartition à peu près égale dans chaque passe du four, soit par réglage manuel, soit, le plus souvent, par un FI C sur chaque passe. Les · autres régulations concernent principalement : - le débit çle vapeur de pulvérisation en fonction de celui du combus tible

338

C.ANTONELLI etF . RANCHOU

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

- la proportionnalité combustible -comburant - le débit calorifique.

Photo C.F.P.

Fours "PETROCHEM" HEURTEY. Raffinerie de Provence.

3.9.5. Note sur la constitution des divers éléments

al Dimensions des fours : Cylindriques verticaux: ~ de 1,50 à 12 m Hauteur de 2,50 à 25 m. Cabines à tubes horizontaux: L de 30 à 35 m h de 15 à 20 m.

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

339

CO UR S DE TE CHNO L OG I E DE DESSIN

b) Tubes, Faisceaux, Collecteurs, A ccessoires Tubes: en acier, sans soudure , ~ : 76,2 mm (3") à 203,2 mm (S"), parfois 254 mm (10"), ~ Epaisseurs variables (Ex, : 7 mm pour 3", 23 mm pour 5") , En radiation: - Tubes généraleme nt lisses, - Faisceau t ubula ire en tubes droits (sauf cas particulier des serpentins) parallèles aux parois. - Extrémités reliées par coudes à lS0° (for gés ou parfois moulés) ou par boltes de retou (moulées) . - A la base des faisceaux verticaux, on ut lise parfois des coudes avec bouchon de vidange. Boîte de retour

Liaisons :

- Soudage pour les coudes, - Dudgeonnage pour les boltes (l'abandon progressif du décokage mécanique pour le décokage eau-vapeur entralne celui des boltes de re;::"--' tour) , En convection: Tubés à ailettes ou à goujons (studs) disposés horizontalement, en quinconce ou en carrés, sauf dans le cas ou la convection est incorporée à la radiation. Les faisceaux peuvènt être à une ou plusieurs passes. Des supports soutiennent les faisceaux tout en permettant la libre dilatation. Ils doivent prévenir le flambage (tubes verticaux) et le fe!;ltonnage (tubes horizontaux). , t ance op t'lma1e {entre axes des tubes D lS , 1, S à 2 ~ entre tubes et parOls Z 2 D. Il peut y avoir deux rangées de tubes parallèles. Les extrémités des faisceaux aboutissent à des collecteurs extérieurs auxquels ils sont liés en général par soudage. Matériaux: Doivent résister aux efforts mécaniques, àla température de marche, à la corrosion extérieure (agressivité des fumées), à la corro...... sion intérieure (agressivité des fluides traités), Pour les tubes, collecteurs, coudes, Toutes nuances d'aciers compatibles avec les conditions de travail : aciers au carbon·e non alliés (T.;; 535° C), Aciers faiblement alliés au Mo e Cr-Mo (T ';;575°C), Au-delà de 650°C, inoxydables (lS-S, 25-20, etc.), 340

c. ANTONELLI et

F. RANCHOU

COUR S DE T EC HNOLO GIE DE DESS IN

Pour les pièces moulées: aciers non alliés, aciers au molybdène et au C r- M o, aciers à 13 % d e Cr e t aciers austénitiques. Pour les supports: mêmes nuances et font es au chrome. c) Charpe nte et env eloppe : E léments essenti e ls Doi v ent : - r é sis te r aux a ge nt s extéri eurs (at mosph érique s , effet s sismiques, et c.) - s u pporte r t ou s les a ut res él é m e nts du four - p ou v Olr se dil ater libreme nt sans e ffort s sur l e garniss a ge. Mat éri aux: accord E 24-2, -

Tôles d'acier au carbone, conformes aux normes françaises, en avec les règles de construction (N et V ; CM) - nuances E 26-2, E 24-1 '. Profilés du commerce en acier doux charpente.

L'enveloppe doit présenter une étanchéité suffisante pour s'opposer aux rentrées d'air parasites. d) Garnissages: Réfractaires, isolants, réfractaires et isolants - Assurent la protection de l'enveloppe, de la sole, des carneaux et de la base de la cheminée. - Ils limitent les pertes calorifiques. - Utilisés sous forme de briques ou de matériaux non façonnés (bétons), de panneaux pour les isolants. Des crochets, des agrafes spéciales et des grillages soudés à l'enveloppe facilitent la tenue de ces matériaux. Les garnissages ne doivent subir aucun effort mécanique résultant des autres parties du four.

4. BALLONS ,

Voir Cours de chaudronnerie, de soudure, de calcul des récipients, les normes, les codes ASME et S.C.N.T.T.I. Capacités constituées par une virole cylindrique terminée par deux fonds bombés. Rôle: Réservoir de liquide (cas d'une phase liquide unique). Sépara-

tion liquide -vapeur. Séparation de deux liquides non miscibles (l'un est en général de l'eau). •

C. ANTONELLI etF. RANCHOUX

341

COURS DE TECHNOL O(;l fc

'

lL;::'IN

4.1. TYPES PRINCIPAUX Ballons de reflux (fig. 1 a et b) Reçoivent la sortie du condenseur de tête d e s colonnes de distillation. Ils réalisent la séparation des phases e t ils accumulent du produit pour assurer un régime stable. Ils sont en général horizontaux. E n cas de prés e nce d'eau, le ballon compo r te un pot d'accumulation d'eau (fig . 1 b).

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horizontal

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Ballons décanteurs (fig. 2 a et b) Assurent la séparation en continu de deux liquides non miscibles. La figure 2 a représente le dispositif dit "vase florentin" .

alimentation

à--{fiC

1 phase tlégère

phase légère

\

phase lourde

( a) Fig.2 342

(b)

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESS IN

•

Ballon de récupération des condensats de tête des colollnes sous vide (fig. 3). Ballon de détente (ou de "flash") (fig . 4) Il s 'y effectue une séparation des phases liquide- vapeur .

On en rencontre dans les unités de distillation etde r'el"ormation catalytique. Dans cette catégorie rentrent aussi les ballons de pipd de torche et de vide - vi te.

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( b)

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, L C.ANTONELLI et F. RANC HOU X

343

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESS IN

Ce sont aussi des ballons de détente mais ils doi vent éviter absolument tout ent r a1nement de liquide dans la vapeur. A cet effet, on place sur la sortie d es gaz une couche de tamis métalliques, très fins, de 10 à 15 c d'ép aisseur. Les gouttelettes sont retenues par effet de choc . On l es renc ontre en particulier à l ' aspiration des compresseurs volumétriques, des pompes à vide . Ballons spéciaux Dessaleurs . Munis d'un appareillage électrique permettant l 'éli mination du sel contenu dans les bruts avant leur arri vée à la distillation atmosph érique.

4.2. CONSTITUTION GENERALE (fig. 6) (voir standards) Matériaux: tôles aci er au carbone, aciers spéciaux, inoxydables; tôles plaquées ; multilayers, etc. Viroles en tôles roulées et soudées. Fonds: elliptiques, emboutis, jusqu'à !2S .;; 3 mm sphériques, emboutis jusqu'à !2S .;; 1, 600 m et pour e .. 40 mm. En éléments soudés au-dessus. Les fonds elliptiques sont livrés avec une partie cylindrique de hauteur 50 à 120 mm selon leur épaisseur. - Proportions courantes P < 7 bars P> 7 bars

• •

L 2< D

<3

L 3< D

<5

L D

= =

longueur entre L.T. diamètre

- Distance entre axe des supports pour ballons horizontaux : L

2

en général

Dans des cas particuliers, les proportions ci-dessus seront souvent dépassées. - Soudures des viroles : Quand les ballons sont formés de 2 ou doivent être décalées d'une distance;;. 5 fois 2 viroles consécutives. Les croisements de s'ils sont radiographiés sur une longueur de 344

plusieurs viroles, les coutures l'épaisseur la plus forte pour cordons peuvent être acceptés 100 mm de chaque côté. C.ANTONELLlet F. RANCHOUX

COURS DE T ECHNOLOG IE DE DESS IN

La figure 4 (planc h e 33 , p. 35 2) d onne de s exe mple s d e soudur e s d e tô l es d'ép a is seurs diffé r e ntes .

fig.6 1

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Accessoires : -

Tubulures d'arrivée et de départ des fluides. Tubulures de départ des gaz s'il y a lieu. Event. Soupape de sÛreté. Prises de pression pour manomètre et pour contrôleur. Raccordements pour niveaux à glace et pour contrôleurs de niveau. Trous d'homme (planche 34) avec dispositifs d'enlevage du bouchon (bossoir ou potence) - Berceaux pour ballons horizontaux (fig. 7) ou pieds pour ballons • verticaux - Niveaux à glace (planche 36) - D'autres accessoires seront nécessaires suivant l'utilisation du ballon (serpentins de réchauffage, par exemple). 1200

1200

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fig.7 C. ANTONELLI etF. RANCHOU X

345

COU RS DE TEC HNOL' '-,

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5. REACTEURS CATALYTIQUES A LIT FIXE Remarque: Il ne sera donné sur c es a pp a reils que des indications très succinctes : , - d'une part leurs formes sont tr ès s i mples et ils se distinguent peu des autres appareils chaudronnés - d'autre pa rt l e urs amé nagemem s i :l' (' l'ieurs t r ès va riables avec les opérations à e ffectu er sont en général pro t é g (.s par des bre vet s.

5.1. GENERALITES

Réacte urs chimiques. Equipemen ts ayant pour objet la réalisation de transformations, à caractère chimique, d'él éme nts déterminés. Les opérations envisagées peuvent avoir lieu en mar c he continue ou discontinue; elles peuvent s'appliquer à des phases homogènes (un seul élément - gaz ou liquides) ou hétérogènes (deux ou trois éléments - gaz, liquides, solides). Dans le cas de présence d'une phase solide, celle-ci peut prendre part directement aux réactions ou n'agir que comme catalyseur (cas général dans les industries pétrolières et pétroléochimiques). Ces équipements doivent assurer une circulation correcte des fluides et résister à des conditions de service parfois très sévères: pressions pouvant atteindre 150 bars, températures dépassant parfois 500 0 C, actions corrosives ou abrasives des produits traités.

5.2. REACTEURS CATALYTIQUES D'après la mise en œuvre du catalyseur ils sont: - à lit fixe - à lit fluidisé - à lit mobile.

5.2.1. Réacteurs catalytiques à lit fixe Très utilisés industriellement et en particulier dans les industries pétrolières et pétroléochimiques. On les rencontre dans les unités de craquage, de reformation, de désulfuration, de synthèse de NH3, de fabrication d'oxyde d'éthylène, etc . .

Ils sont généralement à une phase fluide et une phase solide, et àmarche continue.

346

C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSI N

a) Dispositions générales

Les figures 1 a à 1 dl donnent quelques schémas de principe.

:L~<~ (entrée)

( a)

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• (c ) catal>,seur

D'après le sens général de circulation du fluide ces appareils sont dits: - réacteurs axiaux (fig. l a, b, c) (Exemple d'utilisation: hydrodésulfuration) - réacteurs radiaux (fig. 1 d et dl) (Exemple d'utilisation: reformage catalytique) . Ils sont constitués : - par une enveloppe sphérique ou cylindro-sphérique, enacier, contetant le ' catalyseur et comportant: C. ANTONELLI et F. RANCHOUX

347

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

,

. extérieurement, divers orifices, tubulures, piquages pour entrée et sortie du fluide, visites, vidange du catalyseur, prises pour instruments de mesure et de contrôle, supports de calorifuge s'il y a lieu . intérieurement, les dispositifs de supportage et de maintien du catalyseur : lits de billes d'alumine (y) 4 à 25 mm), grilles spéciales, plaques perforées, poutres, etc. - par des dispositifs de diffusion et de récupération du fluide à traiter: diffuseurs, collecteurs, tubes perforés, paniers, treillis spéciaux, etc. ; ces dispositifs sont doublés par des tamis métalliques s'opposant à l'entralnement du catalyseur. Tous les aménagements internes sont exécutés en matériaux inoxydables. Remarque : Certaines fabrications utilisent des réacteurs tubulaires semblables à des échangeurs classiques du type 1-1 où le catalyseur est placé dans une série de tubes réunis dans une calandre parcourue par un fluide d'échange thermique. b) Le catalyseur

Se présente en général sous forme de billes ou de cylindres de 1 à 10 mm de diamètre. Sa nature varie en fonction des opérations à réaliser. Ainsi l'industrie pétrolière utilise : - e~ hydrodésulfuration, des oxydes ou des sulfures métalliques (de Co, Ni, Mo, Fe, sur support d'alumine active; l'un des plus utilisés est un catalyseur au Co-Mo - en reformation catalytique, l'oxychlorure de platine (le plus employé) sur supports acides: silico-alumines par exemple.

Wr

Les catalyseurs sont très sensibles à la présence de certains corps ou "poisons" qui neutralisent leur activité: • - poisons permanents les mettant définitivement hors serVlce - poisons temporaires permettant une régénération. Exemple pour catalyseurs au platine: - poisons permanents: As, Pb, Cu, Hg, Mo - poisons temporaires: S, N, H20, halogènes, oléfines. Pour ces catalyseurs au Pt, la régénération se fait par un traitement à l'oxygène (P;:::: 5 bars et T < 500 0 Cl, soit en arrêtant la fabrication, soit en utilisant un réacteur supplémentaire si la régénération doit être fréquente.

348

C.ANTONELLI et F. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGI E DE D ESS IN

c) L'enveloppe

Récipient à parois résistantes ainsi qu'il a été indiqué précédemment. Formes : sphérique c y lindrique

à fonds hémisphériques à fonds elliptique s à fond inférieur t oriconique

Deux types: - à paroi chaude: virole cylindrique en tôle d'acier plaqué; placage inoxydable sur face interne, obtenu par laminage à chaud; épaisseur du placage: "" 3 mm ; matière utilis ée généralement pour le placage: acier Cr-Ni 18-8; ou en tôles multicouches, la tôle interne étant en inoxydable. - à paroi froide: virole composée de deux tôles séparées par une épaisseur de ciment réfractaire (fig. 2). La tôle intérieure est en acier inoxydable, massive (en général) ou plaquée. La tôle extérieure est en acier au carbone. Il n 'y a pas de calorifuge mais la face externe est couverte par une peinture sensible à une élévation de température (changement de couleurs). ,

réfractaire

fig .2

Détails de construction (planche 32, p. 350) La construction de l'enveloppe suit les règles admises pour les autres récipients chaudronnés. Piquages Nombre réduit au maximum: éviter les causes de fuites et l'affaiblissement de la paroi. Il n'y a pas, en général, de trou d'homme. Le diamètre de l'orifice d'entrée est prévu pour permettre les visites et la mise en place de catalyseur (fig. 3). ' Il n'y a pas, sauf nécessité (fig. 1 b, p. 347l. , de piquage sur la virole. Types variables selon les cas d'utilisation (fig. 3 et 4). Fixation

L

Les réacteurs reposent généralement sur unecharpentebétonpar l'intfrmédiaire de jupes analogues à celles , utilis ées pour les colonnes . •

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C. 'ANTONELLI et F. RANCHOUX \

349

COURS DE T ECHI'dcJ ;i'- Of' DE SSIN

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PLANCHE 32

350

C.ANTONELLI etF. RANCHOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DE SSlr,;

Ce s jupes sont soit soudées direc teme n t sur l a \- ir' o le (fig . 5 et 6), soit sur une ceinture soudée à la virole. Elles sont de di v e r s ty pe s (fig. 3, 5 et 6), coniques ou cylindriques, courtes ou longues. Uti lisation Le nombre de r éacteurs utilisés dans une série, selon l e caractère du traitement.

op é l a~i o n

e st d e 1 à 4, en

Dans le cas des réactions à g rand e endo t h ermi cié é , i l y a réchauffage e n tre chaque étape (reformation par exemple).

6. DETAILS COMMUNS AUX RECIPIENTS CHAUDRONNES (voir stand ard s) Les planches 33 à 35 représentent quelques-uns d e ces détails. Planche 33 : Figures 1 et 2 - Tubulures : hauteurs et positions relatives. Figure 3 - Détermination empirique des renforts. Renforts pour

12>

> 2" .

Recevront des trous d'évent de 12> 3 mm et des trous pour essai d'étanchéité, filetés à 1/4" Briggs{planche 35), Ces trous seront équidistants: - de 3" à 4" - 1 évent; 1 trou pour essai - de 6" à 8" - 2 évents; 1 trou pour essai - au-dessus de la" - 3 évents; 1 trou pour essai. Les évents seront obturés après soudure du renfort; le trou pour essais sera placé à la partie la plus basse du renfort. Figure 4 - Cas de soudures de tôles d'épaisseurs différentes. Planche 34 : Trous d'hommes pour récipients horizontaux et pour récipients verticaux, Potence pour colonnes, Planche 35 : Soudures types pour tubulures et renforts, Planche 36 : Niveaux à glace. Pour les grandes hauteurs de contrôle on place plusieurs niveaux côte à côte couvrant la hauteur désirée et de façon que les zones de lecture se recouvrent d'au moins 50 mm (voir figure),

C.ANTONELLI et F_ RANCHOUX

351

COURS DE TECHNO L OG I E DE DESS IN

Tubulures l2I

.

<12'

lE's cotE'S H sont prises sur virolE' . IE'S coles X seron~ arrondies si nEicesSOlrl'

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coïncidence des fi bres neutres

PLANCHE 33

352

C.ANTO NELLI etF . RANC HOUX

COURS DE TECHNOLOGIE DE DESSIN

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C.ANTONELLI et F. RANCHOUX

353

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RECIPIENTS PIQUAGE DES

DIVERS TUBULURES ,

souder ~ l'extérieur seulement et faire sauter la latte.

35·

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tubulures arasées

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tubulures pénétrantes

pour essol d ' élan ch é l ~p d u renfort muni après essai d ' un tube

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O<S" _ 2 évents

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trou pour essai 3/4"BRIGGS

Imprimé à l'INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE B.P. 311 92506 RUEI L MALMAISON CEDEX FRANCE

•

Dépôt légal : 2e trimestre 1982

Achevé d'imprimer en septembre 1982 NO d'ordre éditeur: 610

ET DES MOTEURS

Chartes Antonelli Fernand Ranchoux

et

à l'usage des de d'études Pétrole et ))

(1

,

ISSN0768-147K ISBN 2-1108-0311-7