La formule derrière l'épaisseur de tuyau API 5L
Le calcul de l'épaisseur de paroi d'un tuyau API 5L suit généralement les directives de conception de pression établies par l'American Petroleum Institute et reproduites dans les codes de pipeline qui adoptent API 5L comme spécification de tuyau. La relation de base pour l’épaisseur de paroi minimale requise est :
t = P x D / (2 x S x E x F)
| Symbole | Signification | Comment il est établi |
|---|---|---|
| t | Épaisseur de paroi minimale requise | Le résultat du calcul |
| P | Pression de conception interne | Défini par la conception du processus ou la pression de fonctionnement maximale |
| D | Diamètre extérieur du tuyau | À partir de la taille de tuyau sélectionnée |
| S | Limite d'élasticité minimale spécifiée du matériau du tuyau | D'après le tableau des nuances API 5L, par exemple 360 MPa pour L360 |
| E | Facteur articulaire longitudinal | 1,00 pour les tubes sans soudure, moins de 1,00 pour les tubes soudés selon le type de joint et le code |
| F | Facteur de conception | Défini par la classe d'emplacement et les conditions de service, et attribué par le code de pipeline applicable |
Dans sa forme la plus simple, avec les facteurs d'assemblage et de conception fixés à l'unité, c'est la relation de Barlow. Les codes de pipeline introduisent ensuite le facteur de joint pour tenir compte du joint longitudinal et le facteur de conception pour tenir compte des conséquences d'une rupture à l'emplacement du pipeline. Le résultat du calcul est une épaisseur de paroi minimale pour le boîtier sous pression uniquement ; ce n'est pas encore une épaisseur de paroi qui peut être commandée.
De l’épaisseur de conception à l’épaisseur de commande
Trois autres tolérances doivent être prises en compte avant de fixer l'épaisseur de paroi commandée.
Allocation de corrosion ou d’érosion. Dans un environnement corrosif, le métal perdu au cours de la durée de vie de conception doit être ajouté à la paroi calculée, sinon le tuyau tombera en dessous du niveau de pression avant la fin de sa durée de vie.
Tolérance de fraisage. API 5L autorise une tolérance négative sur l'épaisseur de paroi, et les valeurs autorisées dépendent du type de tuyau et de la bande d'épaisseur de paroi, de sorte que le fournisseur peut livrer un tuyau légèrement plus fin que la paroi nominale. Les concepteurs ajoutent donc une tolérance pour la tolérance négative applicable.
Allocation mécanique. Le filetage, le rainurage, le pliage et autres opérations de fabrication enlèvent ou amincissent la matière, la paroi doit donc être suffisante après ces opérations comme avant.
L'épaisseur de paroi commandée doit également être vérifiée par rapport à la série d'épaisseurs de paroi standard afin de sélectionner une taille disponible dans le commerce. La sélection du prochain mur disponible au-dessus du chiffre calculé est une pratique normale, à condition que le mur résultant ne dépasse pas la limite à laquelle l'hypothèse de paroi mince de la formule reste valide.
Grade, limite d'élasticité et effet sur l'épaisseur
L'épaisseur de la paroi est inversement proportionnelle à la limite d'élasticité utilisée dans le calcul, de sorte que la nuance sélectionnée a un effet direct sur la quantité d'acier requise.
| Qualité API 5L | Limite d'élasticité minimale MPa | Effet sur l'épaisseur de paroi requise |
|---|---|---|
| L245 | 245 | Paroi la plus épaisse pour une pression et un diamètre donnés |
| L290 | 290 | Réduction modérée |
| L360 | 360 | Réduction appréciable, largement utilisée pour les conduites moyenne pression |
| L415 | 415 | Réduction supplémentaire, courante dans le service de transport |
| L450 et L485 | 450 et 485 | Paroi la plus fine, mais exigences de soudage et de ténacité les plus élevées |
Le passage à une nuance supérieure réduit l'épaisseur de la paroi et donc le poids de l'acier, mais renforce également la procédure de soudage, les exigences de ténacité et les contrôles de construction sur site. Pour de nombreux projets à pression moyenne, la réduction de l'épaisseur de paroi obtenue en passant de L290 à L360 en vaut la peine sans la charge de construction supplémentaire d'une qualité à haute résistance.
Tolérance et vérification de l'épaisseur de paroi
API 5L spécifie les tolérances autorisées sur l'épaisseur de paroi qui dépendent du fait que le tuyau est sans soudure ou soudé et sur la bande d'épaisseur de paroi, et la tolérance négative autorisée est la raison pour laquelle une tolérance de tolérance est ajoutée au mur de conception. La paroi nominale indiquée sur le bon de commande n'est pas un minimum garanti, le calcul et les spécifications d'achat doivent donc être lus ensemble.
L'épaisseur calculée doit également être vérifiée dans la pratique. Un tuyau commandé sur une paroi calculée est normalement vérifié par mesure de l'épaisseur de paroi par ultrasons sur toute la longueur, et la valeur minimale mesurée est comparée au minimum requis après application de la tolérance autorisée. Lorsque la conduite sera soumise à un test hydrostatique après la construction, le test confirme l'intégrité de la pression de l'ensemble du système mais ne remplace pas la vérification de l'épaisseur des parois des joints individuels. Pour un service à haute température, la contrainte admissible utilisée dans le calcul doit être prise à la température de conception plutôt qu'à température ambiante, car la limite d'élasticité de l'acier diminue à mesure que la température augmente.
FAQ
Q : Quelle est la formule de base pour l’épaisseur des tuyaux API 5L ?
L'épaisseur minimale de paroi est calculée comme la pression de conception interne multipliée par le diamètre extérieur, divisée par deux fois le produit de la limite d'élasticité minimale spécifiée, le facteur de joint longitudinal et le facteur de conception.
Q : Qu’est-ce que le facteur conjoint E ?
Il représente la couture longitudinale. Les tuyaux sans soudure se voient attribuer un facteur de joint de 1,00, tandis que les tuyaux soudés se voient attribuer un facteur inférieur à 1,00 en fonction du type de joint et des règles du code de pipeline applicable.
Q : Quel est le facteur de conception F ?
Il s'agit d'un facteur de sécurité appliqué à la limite d'élasticité pour tenir compte de la classe d'emplacement et des conditions de service. Les codes attribuent différentes valeurs en fonction de la distance entre le pipeline et les zones peuplées et du produit transporté.
Q : Pourquoi l'épaisseur calculée n'est-elle pas l'épaisseur commandée ?
Parce que le calcul couvre uniquement le cas de pression. Une tolérance de corrosion, une tolérance de fraisage et une tolérance de fabrication telle que le filetage ou le pliage doivent être ajoutées avant de sélectionner l'épaisseur de paroi de commande.
Q : Une qualité supérieure signifie-t-elle toujours un pipeline moins cher ?
Pas nécessairement. Une qualité supérieure réduit l'épaisseur de paroi et le poids de l'acier, mais elle augmente également les exigences en matière de soudage et d'inspection. L’argumentaire économique doit comparer le coût total installé, et pas seulement le coût par tonne de canalisation.
Q : Comment l’épaisseur de paroi calculée est-elle vérifiée ?
Par mesure de l'épaisseur de paroi par ultrasons le long du tuyau, comparée à la valeur minimale requise après application de la tolérance autorisée, ainsi qu'une inspection dimensionnelle et un test de pression requis par les spécifications d'achat.
