La tuyauterie est un élément complexe mais très important pour le domaine des procédés. Au cours de cet article je vais tenter de vous présenter les différents types de tuyauterie, leurs classifications ainsi que les différentes normes utilisées ? Les tuyauteries fait l’oeuvre d’une spécialité à part entière aussi je serai très superficiel.

 

1. Fabrication

La tuyauterie est fabriquée par de grands groupes sidérurgiques tel que PONTICELLI ou NORDON. Il existe plusieurs techniques pour concevoir des tuyaux mais les principales techniques sont les suivantes :

-          Le laminage (à chaud ou à froid)

-          L’expansion des tubes

-          La méthode du roulé / soudé

 

1. Le laminage à chaud

Le laminage est une technique qui utilise les propriétés élastiques du matériau pour le déformer. L’acier arrive sous forme de lingot puis il passe dans des rouleaux qui imprime la forme du tube. Le lingot doit être chaud (proche du point de fusion). Cette technique permet de faire des tuyaux de section circulaire ou carrée.

2. Le tube expansé à chaud

Le tube expansé est fait à partir d’une barre d’acier qui est percée. Le trou percé est agrandi par un poinçon jusqu’au diamètre recherché.

3. Tube roulé / soudé

Le roulé soudé fait intervenir un laminage des tuyaux sous forme de plaque. Les plaques sont roulées puis soudées afin d’en faire un tuyau. Le roulage / soudage, à partir de bande laminée à plat, fournit des tubes en acier, en aluminium, de diamètre compris entre 10 mm et 2 m. Il est possible de descendre beaucoup plus bas, en dessous du millimètre de diamètre, par des étirages successifs.

Le défaut de ce genre de technique repose sur le fait que les tubes sont soudés et par conséquent un peu plus fragile qu’un tube expansé ou laminé. L’avantage est la simplicité à mettre en oeuvre et la facilité d’obtention de tuyau de grand diamètre.

2. Les classes et les rating

Deux tuyaux d’un même diamètre pouront appartenir à différentes classes. Un tuyau se choisit en fonction du couple Pression / Température pour une utilisation optimale. Il est important de noter que le choix du matériaux est particulièrement important car il devra prendre en compte différents critères en plus de la pression et de la température (acidité du milieu, abrasion...).

Voici un exemple de classe de tuyauterie. On y retrouve le couple Pression / Température, le matériau, la classe, le rating...

Figure 1 : Exemple de tuyauterie

3. Les normes

Il existe trois normes traditionnellement utilisées :

-          La norme américaine ASTM (American Society for Testing and Material)

-          La norme Européene

-          La norme GOST pour la Russie.

Il existe des tableaux de correspondance pour chacune des normes qui sont accessible chez les constructeurs de tuyauterie pour la plupart.

J’espère que cet article vous aura été utile. Si vous avez des questions, laissez vos commentaires...

J.M.

Les tuyaux dans les unités de procédé sont très nombreux et leur cheminement est souvent complexe. Du fait de leur nombre, le poids qu’ils représentent sont nécessaire au calcul de la structure métallique. La création d’iso pour chaque tuyauterie permet un calcul plus précis des pertes de charges. Cet article a pour objectif de présenter les plans isométriques et mieux en appréhender la construction ou leur lecture.

 

1      SYMBOLISATION

1.1         Lignes directrices

Afin de monter les tuyauteries correctement, il faut connaître leur orientation. Il est donc nécessaire de se référer à une direction repère qui doit obligatoirement figurer sur tous les plans isométriques. Cette direction repère est représentée par le biais d’une « rose des vents ».

Par convention, toutes les perspectives isométriques sont établies avec seulement le Nord placé en haut et à droite du plan.

1.2         Traits des lignes

Tous les traits des lignes et épaisseurs sont dessinés en conformité avec les « procédures d’études CAO ».

En général, les traits les plus utilisés sont :

 

 

1.2.1        Ligne isométrique principale

Les lignes isométriques principales sont les seules dessinées en continue et en gras.

1.2.2        Lignes auxiliaires

üLes lignes connectées à la ligne principale sont dessinées en pointillé.

üLes équipements sont représentés et situés par ses axes. Si c’est nécessaire, le piquage peut être dessiné en pointillé.

üToutes les files sont représentées avec le même style de traits que les axes

 

1.2.3        Tronçons des lignes à supprimer

En ce qui concerne les lignes existantes modifiées, les parties à supprimer sont tracées en pointillé pour les différencier de celles qui sont à conserver. Il est aussi possible d’ajouter des croix dessus des tronçons à démonter pour les rendre plus visibles.

1.2.4        Plans auxiliaires:

Ils servent à définir les contours situés sur des plans qui forment des angles quelconques par rapport aux plans de référence. Il s’agit d’un triangle rectangle formé par le tube oblique et ses projections sur les axes principaux. Dans ce triangle il faut indiquer l’angle droit et l’hachurer verticalement pour les plans auxiliaires verticaux ou horizontalement pour les horizontaux.

1.3         Accessoires de tuyauterie

Voici un extrait des symboles plus utilisés :

 

Les accessoires de tuyauterie sont standardisés et leurs dimensions peuvent être consultés dans le livre « Trouvay & Cauvin –Piping Equipement ».

Par conséquent, les cotes des plans de tuyauterie peuvent être facilement vérifiables. Ces dimensions doivent être comparées avec celles des fournisseurs. Il se peut que les dimensions des fournisseurs ne correspondent pas aux standards.

Les soudures existantes doivent être toujours représentées sur le plan.

1.4         Robinetterie

Il est nécessaire d’indiquer clairement les changements de diamètre nominal de la ligne représentée dans l’isométrique. Par conséquent, toutes les réductions, tous les réduits et bossages ont cette précision. L’ajout des types de bossages est optionnel.

1.5         Instrumentation

Tous les instruments doivent être placés et repérés dans le plan isométrique, même si le montage de l’instrument n’est pas représenté puisqu’il se trouve dans le document « standards de montage des instruments ». Par conséquent, les vannes d’instrumentation n’apparaissent pas dans l’isométrique ni dans la nomenclature de matériel. Elles sont considérées dans les standards de montage des instruments.

1.6         Références

Tous les plans isométriques doivent être placés par rapport aux files des plans d’implantation de l’installation. Cela permet de situer les lignes correctement dans l’installation et vérifier s’il y a des interactions avec d’autres lignes ou la structure.

Concernant la cotation des lignes en fonction des références, soit elles sont cotées par rapport aux files, soit les lignes sont connectées à des équipements dont les coordonnés des axes sont spécifiés et, ainsi, elles sont cotées en fonction des équipements.

1.7         Supports

Les types de supports primaires ou standards sont indiqués dans le plan isométrique. Ils se distinguent par différents symboles, existantes dans la bibliothèque d’Autocad (voir « procédures d’études CAO » pour plus de détails). Une légende montrant l’équivalence de ces symboles doit être incluse dans le plan ou page de garde. Voici un extrait:

 

Chaque plan de support secondaire doit inclure tous les numéros de lignes impliquées avec leurs numéros d’item correspondants. Ces numéros permettent d’identifier les différents supports dans les plans isométriques et nomenclature de matériel.

1.8         Limites

1.8.1        Tie-In

Les tie-in montrent les raccordements entre la tuyauterie nouvelle ou modifiée et celle existante. Il est nécessaire de les indiquer dans le plan isométrique. Si le projet l’exige, une liste de tous les tie-in, incluant leurs coordonnées, est émise.

1.8.2        Limite de batterie

Les batteries limites identifient avec précision les limites des fournitures, services et responsabilité des parties à un projet. Elles sont indiquées clairement dans le plan isométrique moyennant le symbole ci-contre. Si la tuyauterie existante en dehors du BL est connue, elle peut être aussi identifiée sur le plan.

1.8.3        Changement de classe

Tous les changements de classe dans la tuyauterie, doivent doit être représentés sur le plan isométrique. Dans le symbole, les deux classes doivent être indiquées.

1.8.4        Limite de ligne

Si les caractéristiques du projet l’exigent, les limites de chaque ligne de tuyauterie seront représentées dans le plan. Le symbole ci-contre est alors utilisé.

1.9         Cotation

La définition des origines et la répartition des cotes sont déterminées suivant les indications du plan d’ensemble.

Afin de ne pas avoir d’erreurs concernant la cotation, quelques recommandations à prendre en compte sont à considérer :

üEcarter la cotation du tracé de la tuyauterie qui sera ainsi plus apparent pour la lecture du schéma.

üLe cumul de cotes doit être fait en prenant en compte du déroulement de chaque phase de fabrication ou montage.

üLes cotes relatives à un tronçon contenu dans un plan de référence seront groupées et tracées suivant les directions de ce plan.
üEviter de croiser les cotes contenues dans deux plans différents

üCotation d’éléments obliques :

§  S’il s’agit d’un seul plan, indiquer les cotes du déport sur un triangle projeté dans un plan parallèle contenant l’élément oblique.
§  S’il s’agit de deux plans, indiquer toutes les cotes nécessaires à la détermination des éléments droits de tubes ainsi que les angles de cintrage ou courbes à souder.

üLa cotation des épaisseurs des joints est exclue de la cote. Néanmoins, elle peut être aussi contenue dans la cote si c’est nécessaire.

 

Pour plus de détails sur les règles et styles de la cotation, voir le document « Procédures d’études CAO ».

La tolérance dans la cotation est de ± 1 mm. Si besoin, les distances sont toujours arrondies à l’unité supérieure.

Si la cote est approximative, le mieux est de l’indiquer sur le plan.

1.10     Autre symbolisation

1.10.1    Révision

Les indices de révisions sont représentés au moyen d’un triangle avec le numéro de révision correspondant inséré. Il est recommandé, pour plus de précision, de créer aussi des nuages qui encerclent les éléments nouveaux ou modifiés.

1.10.2    Sens du fluide

Le sens du fluide  doit être toujours indiqué au moyen de flèches.

 

1.10.3    Pente

Si la tuyauterie est en pente, cela doit être spécifiée avec le pourcentage d’inclinaison ou équivalent avec le symbole tel que représenté ci-contre.

1.10.4    Connexions à la ligne principale

üLes tuyauteries connectées à celle représentée dans le plan isométrique ont comme repère leur propre n° de ligne. Les lignes existantes peuvent être spécifiées comme tels en plus de leur numéro de ligne.
üConcernant les équipements, il est important d’indiquer leur nom et axes ainsi que leur coordonnées. S’il est nécessaire, noter le nom de la tubulure en question.

üDans le cas où la tuyauterie finit dans un égout ou équivalent, représenter l’élément en question de manière similaire au PID et le coter.

 

2      RECOMMENDATIONS GENERALES

A l’heure de vérifier les plans isométriques, il est recommandé prendre en compte :

Voilà avec ces informations, vous êtes normalement capable de mieux appréhender les Isos...

J.M.

Les hydro-cyclones sont des équipements qui sont utilisés pour séparer des solides du liquide. Ils sont ainsi utilisés pour enlever l’eau des boues dans les stations d’épurations ou plus généralement dans le traitement des boues pour récuperer l’eau qui pourra ailleur.

Un hydrocyclone est présenté ci-dessous :

Figure 1 : HydroCyclone

La boue alimente l’hydrocyclone tangentiellement aux flux de sortie. Les boues tournent le long du cylindre pour sortir en bas (underflow) tandis que l’eau sort en haut (over flow).

Les hydrocyclones fonctionnent pour des particules estimées entre 40 µm et 400 µm.

I. Etapes du dimensionnement

Dans un premier temps il convient de faire un bilan matière des entrées et sorties sur les solides et le liquide.

Il faut ensuite déterminer l’efficacité de séparation du cyclone que l’on souhaite obtenir.

Ces points déterminés, il faut trouver la relation d’avec le D50c (base) de l’overflow grâce au tableau suivant :

Tableau 1 : Facteur multiplicatif en fonction des particules passantes

 

Ainsi, pour des particules passante à 80% de 149 µm, le facteur multiplicatif est de 1.25. le D50c(base) requis devient alors 1.25 * 149 = 186 µm.

Le calcul du diamètre du cyclone « D », se calcule avec la formule suivante :

D50c(base) = 2.84 * D^(0.66).

Note :Le diamètre du cyclone est alors donné en cm.

Cette formule est applicable pour les conditions suivantes :

-                                 - L’eau doit-être à 25°C,

-                                -  La densité des solides est de 2.65

-                                - La concentration en solide est inférieure à 1% en volume

-                                - La perte de charge est de 69 kPa.

-                                - Le cyclone à une géometrie classique typique de la figure 1.

Trois facteurs correctifs doivent donc être pris en compte pour que la formule soit valable.

-         -  C1, correction de l’influence de la concentration :

o   C1 = ((53 – V)/V)^(-1.43),

§  V = Pourcentage de solide en volume dans l’alimentation de l’hydrocyclone

-         - C2, correction de l’influence de la perte de pression :

o   C2 = 3.27*dP^(-0.28)   

§  dP = Perte de pression kPa

- -      -  C3, correction de l’influence de la specific gravity :

o   C3 = ((1.65/(Gs – Gl))^(0.5)

§  Gs : Specific gravity des solides

§  Gl :Specific gravity des liquides (environs 1)

La formule de calcul du diamètre de l’hydrocyclone devient alors :

D50c(application) = D50c(base) * C1 * C2 * C3

 

Un cyclone ne peut traiter qu'un débit maximale de fluide suivant son diamètre. Le nombre de cyclone se détermine pour un débit déterminé se lit grâce à la figure suivante :

Figure 2 : Perte de pression

Pour determiner le nombre de cyclone, il suffit de diviser le débit à traiter par le débit maximal que peut traiter le cyclone (valeur en ordonnée) pour une perte de pression donnée (valeur en abscisse). La perte de charge de l’hydrocyclone fait parti des hypothèses de base.

 

Enfin pour le diamètre de sortie underflow, il faut utiliser le graph ci-dessous.

 

Figure 3 : Taille de l’apex

Le débit maximal que peut traiter un cyclone étant connu, il suffit de lire l’apex en pouce.

Ces données connues, le cyclone devra respecter les proportions suivante pour avoir une dimension optimale. La plupart de ces dimensions prennent le diamètre du cyclone pour référence.

                Surface de la section d’entrée = 0.05 * D²

                Longueur du cyclone = D

                Angle du cone : Entre 10° et 20°

 

 II. Exemple de dimensionnement

Nous allons désormais traiter le cas du dimensionnement d’un hydrocyclone. Il s’agira de déterminer la taille et le nombre d’hydrocyclone pour le circuit suivant :

Un nouveau circuit de traitement de boue est crée. Il traite 250 mtph (Metric ton per hour) de solide. L’ancien circuit ainsi que le nouveau se rejoignent pour alimenter les cyclones.

L’overflow est de 60% avec des passant de 74 µm. Il y a 40% de solides en poids minimum.

L’underflow alimente l’ancien circuit. La specific gravity est de 2.9, avec une capacité de chargement de 225%.

 

1.       Bilan matière

Overflow

MTPH solide = 250

MTPH eau = 375

MTPH boue = 625

% solide (poids) = 40%

Specific gravity (slurry) = 1.355

Débit slurry (l/sec) = 128 (2030 USGPM)

 

Underflow

MTPH solide = 562

MTPH eau = 187

MTPH boue = 749

% solide (poids) = 75%

Specific gravity (slurry) = 1.966

Débit slurry (l/sec) = 106 (1676 USGPM)

 

Débit total

MTPH solide = 812

MTPH eau = 562

MTPH boue = 1374

% solide (poids) = 59.1%

Specific gravity (slurry) = 1.632

Débit slurry (l/sec) = 234 (3706 USGPM)

% solide en volume = 33.2

 

2.       Calcul du D50c

Suivant le tableau 1, le facteur multiplicatif est de 2.08. Ainsi D50c(application) = 2.08 * 74 = 154 µm.

3.       Calcul du diamètre du cyclone

En premier lieu il convient de calculer les facteurs correctifs C1, C2 et C3.

-          C1 = 4.09

-          C2 = 1.1 (nous prendrons comme hypothèse que le cyclone a 50 kPa de dP)

-          C3 = 0.93

Avec l’équation suivante, il est possible de calculer le débit du cyclone :

D50c(application) = D50c(base) * C1 * C2 * C3

154 = D50c(base) * 4.09 * 1.1 * 0.93

D50c(base) = 37 µm

Grâce à la formule suivante le diamètre du cyclone est estimée à 20 pouces ;

D50c(base) = 2.84 * D^(0.66).

 

4.       Nombre de cyclone nécessaire

Selon la figure 2, pour un diamètre de 20 pouces, le débit maximal qu’un cyclone peut traiter est de 40 l/sec pour une dP de 50 kPa. Ainsi pour un débit total à traiter de 234 l/sec, il est nécessaire d’avoir 6 cyclones en opération.

5.       Calcul de la taille de l’apex

Le débit total de l’underflow est de 106 l/sec. Pour 6 hydrocyclone le débit devient 18 l/sec. Selon la figure 3, la taille de l’apex est de 3 ¾ pouce soit 9.5 cm.

 

III. Conclusion

Le dimensionnement d’un hydrocyclone est relativement simple. Un fichier Excel est disponible ici (hydrocyclone). Laissez vos commentaires si vous avez des questions/remarques, elles serviront j’en suis sur...

 

J.M.