Introduction
L'ASME (American Society of Mechanical Engineers) publie une série de codes pour la conception et la construction des tuyauteries. Deux codes dominent les projets internationaux : ASME B31.1 Power Piping pour les tuyauteries de production d'énergie, et ASME B31.3 Process Piping pour les tuyauteries de procédé.
Ils diffèrent sur de nombreux points techniques : contraintes admissibles, marges de sécurité, coefficients d'intensification de contrainte (SIF), pressions d'essai. Cet article détaille ces différences.
Domaines d'application
ASME B31.1, Power Piping
ASME B31.1 couvre les tuyauteries des centrales électriques et installations de production d'énergie : centrales thermiques au charbon ou au gaz, géothermie, chauffage urbain, ainsi que les parties non classées de sûreté des centrales nucléaires.
ASME B31.3, Process Piping
ASME B31.3 couvre les tuyauteries des installations de procédé : raffineries, pétrochimie, chimie, pharmacie, agroalimentaire, traitement des eaux.
Tableau comparatif : 19 points techniques
| Paramètre | ASME B31.3, Process | ASME B31.1, Power |
|---|---|---|
| Domaine d'application | Installations de procédé, chimie, pétrochimie | Centrales de production d'énergie |
| Contrainte admissible (A106 Gr. B à 250 °C) | ≈ 132 MPa (plus élevée) | ≈ 118 MPa (plus faible) |
| Marge sur Rm | 3 | 3,5 |
| Flèche admissible | Non spécifiée (≈ 15 mm couramment admis) | 2,5 mm, base des portées recommandées |
| Portées entre supports | Non fournies | Tableau 121.5-1 |
| SIF sur réductions | 1,0 (non traité) | Jusqu'à 2,0 |
| SIF sur soudures bout à bout | 1,0 | Jusqu'à 1,9 |
| Approche SIF | Dans le plan / hors plan | SIF unique |
| Valeur max de Sc et Sh | 138 MPa (20 ksi) | 138 MPa si Rm ≥ 480 MPa, sinon annexe A |
| Contrainte occasionnelle admissible | 1,33 × Sh | 1,15 à 1,20 × Sh |
| Calcul d'épaisseur | Formule valable pour t < D/6 | Pas de limite, limite sur P max |
| Module de section Z (charges permanentes) | Épaisseur réduite (corrosion, tolérances) | Épaisseur nominale |
| Matériaux sous −29 °C | Règles détaillées | Pas de règles spécifiques |
| Facteur f (cyclique) max | 1,2 | 1,0 |
| Dépassements occasionnels autorisés | +33 % / 10 h max, 100 h/an, ou +20 % / 50 h max, 500 h/an | +15 % / 8 h max, 800 h/an, ou +20 % / 1 h max, 80 h/an |
| Durée de vie visée en pratique | 20 à 30 ans | 40 ans ou plus |
| Réaction de soupape de sûreté | Pas d'équations spécifiques | Équations fournies (annexe II) |
| Pression d'épreuve hydraulique | 1,5 × P × (ST/S) (§ 345.4.2) | 1,5 × P (§ 137.4.5) |
| Pression d'épreuve pneumatique | 1,1 à 1,33 × P (§ 345.5.4) | 1,2 à 1,5 × P (§ 137.5.5) |
Analyse des différences clés
1. Marge de sécurité et contraintes admissibles
La différence la plus visible concerne la marge appliquée à la résistance à la traction : 3,5 pour B31.1, contre 3 pour B31.3. B31.1 appliquait historiquement une marge de 4 ; elle a été ramenée à 3,5, comme pour l'ASME Section I.
ASME B31.1 reste plus conservatif : les installations de production d'énergie fonctionnent en continu pendant des décennies, avec des conséquences lourdes en cas de défaillance.
ASME B31.3 est plus économique : les installations de procédé laissent davantage de souplesse de conception. Dans l'exemple ci-dessus, la contrainte admissible selon B31.3 est environ 12 % plus élevée que selon B31.1.
2. Coefficients d'intensification de contrainte (SIF)
ASME B31.3 distingue des SIF dans le plan (ii) et hors plan (io), pour une analyse plus fine de la flexion des coudes et des tés.
ASME B31.1 utilise un SIF unique, plus simple et plus conservatif. Sur les réductions, B31.3 retient 1,0 tandis que B31.1 va jusqu'à 2,0.
3. Flèche admissible et supports
ASME B31.1 base ses portées recommandées (tableau 121.5-1) sur une flèche de 2,5 mm entre supports. ASME B31.3 ne fixe pas de limite : la pratique admet couramment jusqu'à 15 mm, et c'est à l'ingénieur de définir les portées adaptées.
4. Module de section
Pour les contraintes dues aux charges permanentes et occasionnelles, B31.3 déduit la surépaisseur de corrosion et les tolérances, tandis que B31.1 utilise l'épaisseur nominale. B31.3 est donc plus conservatif sur ce point, ce qui compense en partie sa marge plus faible.
5. Durée de vie
En pratique, les tuyauteries B31.3 sont conçues pour 20 à 30 ans, les tuyauteries B31.1 pour 40 ans ou plus. Cette longue durée impose une attention particulière au fluage des lignes haute température.
Implications pour le calcul de flexibilité
Sous Caesar II ou Pipestress, le code choisi influence directement :
- les contraintes admissibles Sc et Sh ;
- les SIF de chaque composant ;
- les facteurs occasionnels (1,33 contre 1,15 à 1,20) ;
- les modules de section et l'épaisseur prise en compte.
Il faut donc paramétrer le bon code dès le début du modèle. Une erreur conduit soit à une surconception coûteuse, soit à une sous-évaluation des contraintes.
Quel code choisir ?
ASME B31.1 si :
- votre installation produit de l'énergie (vapeur, électricité) ;
- vous travaillez sur une centrale thermique ou la partie conventionnelle d'une centrale nucléaire ;
- vos tuyauteries transportent de la vapeur haute pression ;
- la durée de vie visée est de 40 ans ou plus.
ASME B31.3 si :
- votre installation est une raffinerie ou une usine chimique ;
- vos tuyauteries transportent des produits de procédé ;
- vous avez des fluides cryogéniques ou à basse température ;
- votre projet relève de l'Oil & Gas ou de la pétrochimie.
Particularités françaises et européennes
En Europe, ASME B31.1 et B31.3 ne sont pas des normes harmonisées au titre de la directive Équipements sous pression (DESP). La présomption de conformité est obtenue avec EN 13480 ; CODETI, sans être harmonisé, reste très utilisé en France.
La DESP n'impose cependant aucun code de calcul. Les codes ASME peuvent être utilisés en Europe, à condition de démontrer que les exigences essentielles de sécurité sont satisfaites (par exemple sur les matériaux, les coefficients de soudure ou la pression d'épreuve). Ils restent très répandus sur les projets internationaux Oil & Gas et pétrochimiques.