ISO 14692-3:2017
(Main)Petroleum and natural gas industries — Glass-reinforced plastics (GRP) piping — Part 3: System design
Petroleum and natural gas industries — Glass-reinforced plastics (GRP) piping — Part 3: System design
ISO 14692-3:2017 gives guidelines for the design of GRP piping systems. The requirements and recommendations apply to layout dimensions, hydraulic design, structural design, detailing, fire endurance, spread of fire and emissions and control of electrostatic discharge. This document is intended to be read in conjunction with ISO 14692‑1.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Canalisations en plastique renforcé de verre (PRV) — Partie 3: Conception des systèmes
ISO 14692-3:2017 donne des lignes directrices pour la conception des systèmes de tuyauteries en PRV. Les exigences et recommandations s'appliquent aux dimensions d'implantation, à la conception hydraulique, à la conception de la structure, aux détails, à l'endurance au feu, à la propagation du feu et aux émissions et au contrôle des décharges électrostatiques. ISO 14692-3.2017 est destiné à être lu de pair avec l'ISO 14692‑1.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14692-3
Second edition
2017-08
Petroleum and natural gas
industries — Glass-reinforced plastics
(GRP) piping —
Part 3:
System design
Industries du pétrole et du gaz naturel — Canalisations en plastique
renforcé de verre (PRV) —
Partie 3: Conception des systèmes
Reference number
©
ISO 2017
© ISO 2017, Published in Switzerland
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ii © ISO 2017 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 3
4 Layout requirements . 3
4.1 General . 3
4.2 Space requirements . 4
4.3 System supports. 4
4.3.1 General. 4
4.3.2 Pipe-support contact surface . 5
4.4 Isolation and access for cleaning . 5
4.5 Vulnerability . 5
4.5.1 Point loads . 5
4.5.2 Abuse. 5
4.5.3 Dynamic excitation and interaction with adjacent equipment and piping . 6
4.5.4 Exposure to light and ultraviolet radiation . 6
4.5.5 Low temperatures and requirements for insulation . 6
4.6 Fire and blast . 6
5 Hydraulic design . 7
5.1 General . 7
5.2 Flow characteristics . 7
5.3 General velocity limitations . 7
5.4 Erosion . 8
5.4.1 General. 8
5.4.2 Particulate content . 8
5.4.3 Piping configuration . 8
5.4.4 Cavitation . 8
5.5 Water hammer . 8
6 Generation of design envelopes . 9
6.1 Partial factors . 9
6.1.1 Design life . 9
6.1.2 Chemical degradation . 9
6.1.3 Fatigue and cyclic loading . 9
6.2 Part factor, f .
2 10
6.3 Combinations of part factor and partial factors .11
6.4 Design envelope .11
7 Stress analysis .13
7.1 Analysis methods .13
7.2 Pipe stress analysis software .14
7.3 Analysis requirements .14
7.4 Flexibility factors . .14
7.5 Stress intensification factors .14
7.6 Modelling fittings .15
7.7 Allowable deflections .15
7.7.1 Vertical deflection in aboveground piping systems .15
7.7.2 Vertical deflection in buried piping systems .15
7.8 Allowable stresses .16
7.9 External pressure .19
7.10 Axial compressive loading (buckling) .20
7.10.1 Shell buckling .20
7.10.2 Euler buckling .20
7.10.3 Buckling pressure — Buried piping .21
7.10.4 Upheaval buckling pressure .22
7.11 Longitudinal pressure expansion .23
8 Other design aspects .23
8.1 Fire . .23
8.1.1 General.23
8.1.2 Fire endurance .24
8.1.3 Fire reaction .24
8.1.4 Fire-protective coatings .25
8.2 Static electricity .25
9 Installer and operator documentation.26
Annex A (normative) Cyclic de-rating factor — A .27
Annex B (normative) Flexibility factors and stress intensification factors .29
Bibliography .36
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Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 14692-3:2002), which has been
technically revised. It also incorporates the Technical Corrigendum ISO 14692-3:2002/Cor 1:2005.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore
structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 6, Processing
equipment and systems.
A list of all the parts of ISO 14692 can be found on the ISO website.
Introduction
The objective of this document is to ensure that piping systems, when designed using the components
qualified in ISO 14692-2, will meet the specified performance requirements. These piping systems are
designed for use in oil and natural gas industry processing and utility service applications. The main
users of the document will be the principal, design contractors, suppliers contracted to do the design,
certifying authorities and government agencies.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 14692-3:2017(E)
Petroleum and natural gas industries — Glass-reinforced
plastics (GRP) piping —
Part 3:
System design
1 Scope
This document gives guidelines for the design of GRP piping systems. The requirements and
recommendations apply to layout dimensions, hydraulic design, structural design, detailing, fire
endurance, spread of fire and emissions and control of electrostatic discharge.
This document is intended to be read in conjunction with ISO 14692-1.
Guidance on the use of this document can be found in Figure 1, which is a more detailed flowchart of
steps 5 and 6 in ISO 14692-1:2017, Figure 1.
Figure 1 — Guidance on the use of this document
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 14692-1:2017, Petroleum and natural gas industries — Glass-reinforced plastics (GRP) piping — Part 1:
Vocabulary, symbols, applications and materials
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ISO 14692-2:2017, Petroleum and natural gas industries — Glass-reinforced plastics (GRP) piping — Part 2:
Qualification and manufacture
ASTM D2992, Standard Practice for Obtaining Hydrostatic or Pressure Design Basis for Fiberglass (Glass-
Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin) Pipe and Fittings
ASTM D2412, Standard Test Method for Determination of External Loading Characteristics of Plastic Pipe
by Parallel-Plate Loading
AWWA Manual M45, Fiberglass pipe design
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms, definitions, symbols and abbreviated terms given in
ISO 14692-1 apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
4 Layout requirements
4.1 General
GRP products are proprietary and the choice of component sizes, fittings and material types can be
limited depending on the supplier. Potential vendors should be identified early in design to determine
possible limitations of component availability. The level of engineering support that can be provided by
the supplier should also be a key consideration during vendor selection.
Where possible, piping systems should maximize the use of prefabricated spoolpieces to minimize
the amount of site work. Overall spool dimensions should be sized taking into account the following
considerations:
— limitations of site transport and handling equipment;
— installation and erection limitations;
— limitations caused by the necessity to allow a fitting tolerance for installation (“cut to fit”
requirements).
The designer shall evaluate system layout requirements in relation to the properties of proprietary
piping systems available from manufacturers, including but not limited to the following:
a) axial thermal expansion requirements;
b) ultraviolet radiation and weathering resistance requirements;
c) component dimensions;
d) jointing system requirements;
e) support requirements;
f) provision for isolation for maintenance purposes;
g) connections between modules and decks;
h) flexing during lifting of modules;
i) ease of possible future repair and tie-ins;
j) vulnerability to risk of damage during installation and service;
k) fire performance;
l) control of electrostatic charge.
The hydrotest provides the most reliable means of assessing system integrity. Whenever possible, the
system should be designed to enable pressure testing to be performed on limited parts of the system
as soon as installation of those parts is complete. This is to avoid a final pressure test late in the
construction work of a large GRP piping system, when problems discovered at a late stage would have a
negative effect on the overall project schedule.
4.2 Space requirements
The designer shall take account of the larger space envelope of some GRP components compared to
steel. Some GRP fittings have longer lay lengths and are proportionally more bulky than the equivalent
metal component and may be difficult to accommodate within confined spaces. If appropriate, the
problem can be reduced by fabricating the pipework or piping as an integral spoolpiece in the factory
rather than assembling it from the individual pipe fittings.
If space is limited, consideration should be given to designing the system to optimize the attributes of
both GRP and metal components.
4.3 System supports
4.3.1 General
GRP piping systems can be supported using the same principles as those for metallic piping systems.
However, due to the proprietary nature of piping systems, standard-size supports will not necessarily
match the pipe outside diameters.
The following requirements and recommendations apply to the use of system supports.
a) Supports shall be spaced to avoid sag (excessive displacement over time) and/or excessive vibration
for the design life of the piping system.
b) In all cases, support design shall be in accordance with the manufacturer’s guidelines.
c) Where there are long runs, it is possible to use the low modulus of the material to accommodate
axial expansion and eliminate the need for expansion joints, provided the system is well anchored
and guided. In this case, the designer shall recognize that the axial expansion due to internal
pressure is now restrained and the corresponding thrust loads are partly transferred to the
anchors.
d) Valves or other heavy attached equipment shall be adequately and, if necessary, independently
supported. When evaluating valve weight, valve actuation torque shall also be considered.
NOTE Some valves are equipped with heavy control mechanisms located far from the pipe centreline
and can cause large bending and torsional loads.
e) GRP piping shall not be used to support other piping, unless agreed with the principal.
f) GRP piping shall be adequately supported to ensure that the attachment of hoses at locations such
as utility or loading stations does not result in the pipework being pulled in a manner that can
overstress the material.
Pipe supports can be categorized into those that permit movement and those that anchor the pipe.
4 © ISO 2017 – All rights reserved
4.3.2 Pipe-support contact surface
The following requirements and recommendations apply to GRP piping support.
a) In all cases supports shall have sufficient length to support the piping without causing damage and
shall be lined with an elastomer or other suitable soft material.
b) Point loads shall be avoided. This can be accomplished by using supports with at least 60° of
contact.
c) Clamping forces, where applied, shall be such that crushing of the pipe does not occur. Local
crushing can result from a poor fit and all-round crushing can result from over-tightening.
d) Supports should be preferably located on plain-pipe sections rather than at fittings or joints. One
exception to this is the use of a "dummy leg" support directly on an elbow or tee (or piece of pipe).
Consideration shall be given to the support conditions of fire-protected GRP piping. Supports placed on
the outside of fire protection can result in loads irregularly transmitted through the coating, which can
result in shear/crushing damage and consequent loss of support integrity. Supports in direct contact
with intumescent coatings can also alter the performance of the coating (i.e. prevent expansion of the
coating under fire). This may require application of intumescent coatings to the pipe support itself in
order to protect the pipe at the hanger or pipe support.
Pipe resting in fixed supports that permit pipe movement shall have abrasion protection in the form of
saddles, elastomeric materials or sheet metal.
Anchor supports shall be capable of transferring the required axial loads to the pipe without causing
overstress of the GRP pipe material. Anchor clamps are recommended to be placed between either a
thrust collar laminated to the outer surface of the pipe or two double 180° saddles, adhesive-bonded
to the outer surface of the pipe. The manufacturer’s standard saddles are recommended and shall be
bonded using standard procedures.
4.4 Isolation and access for cleaning
The designer should make provision for isolation and easy access for maintenance purposes, for
example, for removal of scale and blockages in drains. The joint to be used for isolation or access should
be shown at the design stage and should be located in a position where the flanges can in practice be
jacked apart, e.g. it should not be in a short run of pipe between two anchors.
4.5 Vulnerability
4.5.1 Point loads
Point loads shall be minimized and the GRP piping locally reinforced where necessary.
4.5.2 Abuse
The designer shall give consideration to the risk of abuse to GRP piping during installation and service
and the need for permanent impact shielding.
Sources of possible abuse include the following:
a) any area where the piping can be stepped on or used for personnel support;
b) impact from dropped objects;
c) any area where piping can be damaged by adjacent crane activity, e.g. booms, loads, cables, ropes
or chains;
d) weld splatter from nearby or overhead welding activities.
Small pipe branches (e.g. instrument and venting lines), which are susceptible to shear damage, should
be designed with reinforcing gussets to reduce vulnerability. Impact shielding, if required, should be
designed to protect the piping together with any fire-protective coating.
4.5.3 Dynamic excitation and interaction with adjacent equipment and piping
The designer shall give consideration to the relative movement of fittings, which can cause the GRP
piping to become overstressed. Where required, consideration shall be given to the use of flexible
fittings.
The designer should ensure that vibration due to the different dynamic response of GRP (as compared
with carbon steel piping systems) does not cause wear at supports or overstress in branch lines. The
designer should ensure that the GRP piping is adequately supported to resist shock loads that can
be caused by transient pressure pulses, e.g. operation of pressure safety valves, valve closure etc.
Reference [8] provides further guidance.
4.5.4 Exposure to light and ultraviolet radiation
Where GRP piping is exposed to the sun, the designer shall consider whether additional ultra violet
radiation (UV) protection is required to prevent surface degradation of the resin. If the GRP is a
translucent material, the designer should consider the need to paint the outside to prevent possible
algae growth in slow-moving water within the pipe.
4.5.5 Low temperatures and requirements for insulation
The designer shall consider the effects of low temperatures on the properties of the pipe material, for
example, the effect of freeze/thaw. For liquid service, the designer should particular pay attention to
the freezing point of the internal liquid. For completely filled lines, solidification of the internal fluid
can cause an expansion of the liquid volume, which can cause the GRP piping to crack or fail. For water
service, the volumetric expansion during solidification or freezing is more than sufficient to cause the
GRP piping to fail.
The pipe may need to be insulated and/or fitted with electrical surface heating to prevent freezing in
cold weather or to maintain the flow of viscous fluids. The designer shall give consideration to:
a) additional loading due to mass and increased cross-sectional area of the insulation;
b) ensuring that electrical surface heating does not raise the pipe temperature above its rated
temperature.
Heat tracing should be spirally wound onto GRP piping in order to distribute the heat evenly round the
pipe wall. Heat distribution can be improved if aluminium foil is first wrapped around the pipe.
4.6 Fire and blast
The effect of a fire event (including blast) on the layout requirements shall be considered. The possible
events to be considered in the layout design of a GRP piping system intended to function in a fire include
the following:
a) blast overpressure, drag forces and projectile impacts;
b) fire protection of joints and supports;
c) interface with metal fixtures;
d) formation of steam traps in piping containing stagnant water, which would reduce the conduction
of heat away by water;
e) jet fire;
6 © ISO 2017 – All rights reserved
f) heat release and spread of fire for piping in manned spaces, escape routes or areas where personnel
are at risk;
g) smoke emission, visibility and toxicity for piping in manned spaces, escape routes or areas where
personnel are at risk.
Penetrations (wall, bulkhead, deck) shall not weaken the division that they penetrate. The main
requirements are to prevent passage of smoke and flames, to maintain structural integrity and to
limit the temperature rise on the unexposed side. Penetrations shall therefore comply with the same
requirements that apply to the relevant hazardous divisions. This requires the penetration to have
been fire-tested and approved for use with the specific type of GRP piping under consideration.
5 Hydraulic design
5.1 General
The aim of hydraulic design is to ensure that GRP piping systems are capable of transporting the
specified fluid at the specified rate, pressure and temperature throughout their intended service
life. The selection of nominal pipe diameter depends on the internal diameter required to attain the
necessary fluid flow consistent with the fluid and hydraulic characteristics of the system.
5.2 Flow characteristics
Fluid velocity, density of fluid, interior surface roughness of pipes and fittings, length of pipes,
inside diameter of pipes, as well as resistance from valves and fittings shall be taken into account
when estimating pressure losses. The smooth surface of the GRP can result in lower pressure losses
compared to metal pipe. Conversely, the presence of excessive protruding adhesive beads will increase
pressure losses.
5.3 General velocity limitations
When selecting the flow velocity for the GRP piping system, the designer shall take into account the
following concerns that can limit velocities in piping systems:
a) unacceptable pressure losses;
b) prevention of cavitation at pumps and valves;
c) prevention of transient overloads (water hammer);
d) reduction of erosion;
e) reduction of noise;
f) reduction of wear in components such as valves;
g) pipe diameter and geometry (inertia loading).
For typical GRP installations, the mean linear velocity for continuous service of liquids is between 1 m/s
and 5 m/s with intermittent excursions up to 10 m/s. For gas, the mean linear velocity for continuous
service is between 1 m/s and 10 m/s with intermittent excursions up to 20 m/s. Higher velocities are
acceptable if factors that limit velocities are eliminated or controlled, e.g. vent systems that discharge
into the atmosphere.
5.4 Erosion
5.4.1 General
The following factors influence the susceptibility of GRP piping to erosion damage:
a) fluid velocity;
b) piping configuration;
c) particle size, density and shape;
d) particulate/fluid ratio;
e) onset of cavitation.
The designer shall refer to the manufacturer and consider reducing the velocity if doubts exist on
erosion performance.
5.4.2 Particulate content
The erosion properties of GRP are sensitive to the particulate content. The designer shall take into
account the likely particulate content in the fluid and reduce the maximum mean velocity accordingly.
For GRP, the maximum erosion damage typically occurs at a hard-particle impingement angle of
between 45° and 90°, i.e. at bends and tees. At low impingement angles (<15°), i.e. at relatively straight
sections, erosion damage is minimal. Further information on erosion can be found in DNV RP 0501.
5.4.3 Piping configuration
The presence of turbulence generators can have a significant influence on the erosion rate of GRP
piping, depending on fluid velocity and particulate content. The designer shall consider the degree of
turbulence and risk of possible erosion when deciding the piping configuration. To minimize potential
erosion damage in GRP piping systems, the following shall be avoided:
a) sudden changes in flow direction;
b) local flow restrictions or initiators of flow turbulence, e.g. excessive adhesive (adhesive beads) on
the inside of adhesive-bonded connections.
5.4.4 Cavitation
GRP piping is susceptible to rapid damage by cavitation. Cavitation conditions are created in piping
systems more easily than is generally realized, and the general tendency for systems to be designed
for high velocities exacerbates the situation further. Potential locations of cavitation include angles at
segmented elbows, tees and reducers, flanges where the gasket has been installed eccentrically and
joints where excessive adhesive has been applied.
The designer shall use standard methods to predict the onset of cavitation at likely sites, such as
control valves, and apply the necessary techniques to ensure that cavitation cannot occur under normal
operating conditions.
5.5 Water hammer
The susceptibility of GRP piping to pressure transients and out-of-balance forces caused by water
hammer depends on the magnitude of pressure and frequency of occurrence. A full hydraulic transient
analysis shall be carried out, if pressure transients are expected to occur, to establish whether the GRP
piping is susceptible to water hammer. The analysis shall cover all anticipated operating conditions
including priming, actuated valves, pump testing, wash-down hoses, etc.
8 © ISO 2017 – All rights reserved
If there is a significant risk of water hammer, the designer shall employ standard techniques to ensure
that pressure transients do not exceed the hydrotest pressure.
A typical cause of water hammer is the fast closing of valves. The longer the pipeline or piping section
and the higher the liquid velocity, the greater the shock load will be. Shock loading generally induces
oscillation in the piping system. Since GRP pipe has a lower axial modulus of elasticity than the
equivalent steel pipe, longitudinal oscillations are generally more significant.
A hydraulic transient analysis can identify the potential requirement for vacuum breakers to prevent
vacuum conditions and vapour cavity formation. The proper selection and sizing of vacuum breakers
(also known as air-vacuum valves) can prevent water-column separation and reduce water hammer
effects. The sizing and the location of the vacuum breakers are critical. The air shall be admitted
quickly to be effective and shall be sized to account for the substantial pressure that can occur due
to the compression of the air during resurge. Air removal is often accomplished with a combined
air-release/air-vacuum valve.
6 Generation of design envelopes
6.1 Partial factors
6.1.1 Design life
A shall be used to scale the long term envelopes to the design envelopes at design lives other than
20 years. A shall be defined by Formula (1):
A = (1)
((logltG)(−×og 175 200))
xx
where
t is the time expressed in h;
G is the gradient of regression line at xx °C;
xx
A shall not be greater than 1,0.
6.1.2 Chemical degradation
A shall be used to scale the long term envelopes to the design envelopes to account for the effect of
chemical degradation. See ISO 14692-2:2017, 4.5.2.
6.1.3 Fatigue and cyclic loading
A shall be used to scale the long term envelopes to the design envelopes and shall be calculated taking
into account Figure 2 and Annex A.
Key
1 fully static loading
2 fully cyclic loading
R cyclic loading ratio, =σ /σ
c min max
f cyclic long term strength factor (default value of 4,0), =σ /σ
c 100 000 (static) 150 000 000 (cyclic)
Figure 2 — A as a function of the number of cycles and the loading ratio
6.2 Part factor, f
The part factor for sustained loading, f , to be used in the assessment of sustained loads, shall be
determined taking into account operating conditions and risk associated with the piping system. The
value to be applied for specific piping systems shall be specified by the user. Recommended typical
values for f are
a) 0,67 for sustained loading conditions,
b) 0,83 for sustained loading plus self-limiting displacement conditions, and
c) 0,89 for occasional loading conditions.
Table 1 provides examples of loads experienced by a GRP piping system. The designer shall have
discretion in defining the load cases.
10 © ISO 2017 – All rights reserved
Table 1 — Examples of loads experienced by a GRP piping system
Sustained, f = 0,67 Sustained + self-limiting Occasional, f = 0,89
2 2
displacements, f = 0,83
Hydrotest and other occasional
pressures
Operating and sustained internal, Thermal induced loads, electric
external or vacuum pressures, MOP surface heating or other heat Water hammer or other pressure
(maximum operating pressure), P tracing methods transients
des
Pressure safety valve releases
Piping self-mass, piping insulation
Impact
mass, fire protection mass, trans-
Installed curve radius (roping)
Occasional vehicular traffic loads on
ported medium mass, buoyancy,
buried pipes
other system loads
Occasional inertia loads (e.g. motion
Sustained inertia loads (e.g. daily
during transportation, storms, etc.)
wave action, ship movement, in-
undation through high tides, other
Earthquake-induced horizontal and
Ring bending due to long term verti-
motions during operation)
vertical forces
cal pipe deflection in a buried system
Displacement of supports due to op-
Displacement of supports due to oc-
erational conditions (such as flexing
casional conditions (such as flexing
of the hull during operations)
during lifting)
Environmental loads, ice Soil loads (burial depth) Adiabatic cooling loads
Vehicular traffic loads on buried Wind (from occasional conditions
Soil subsidence
pipes such as a storm)
Encapsulation in concrete Blast over-pressures
Thermal induced loads due to upset
conditions
NOTE 1 Some cases, such as ice and snow, may be considered either sustained or occasional, depending on the local
environment.
NOTE 2 The sustained + self-limiting displacements column is meant to cover those load cases where both sustained loads
and self-limiting displacements occur simultaneously.
NOTE 4 Soil subsidence may be considered a sustained + self-limiting displacements load.
NOTE 4 In buried systems, the hydrotest load case may need to be evaluated in the open trench (i.e. not buried) condition.
NOTE 5 In buried systems, stable soils are required for loads to be self-limiting.
6.3 Combinations of part factor and partial factors
The designer shall determine the applicable combination(s) of loading cases.
For the field hydrotest loading case, A , A and A shall be 1,0 and f shall be 0,89.
0 2 3 2
6.4 Design envelope
Construct each design envelope based on the following formulae. The design envelope shall be based on
Formulae (2) through (7) and as graphically presented in Figure 3:
σσ=×fA ××AA × (2)
h,des,2:1h20 23 ,LT,2:1,xx
σσ=×fA ××AA × (3)
a,des,2:1a20 23 ,LT,2:1,xx
σσ=×fA ××AA × (4)
h,des,RRtest 20 23 h,LT,test,xx
σσ=×fA ××AA × (5)
a,des,RRtest 20 23 a,LT,test,xx
σσ=×fA ××AA × (6)
a,des,0:1a20 23 ,LT,0:1,xx
σσ=×12, 5 fA×× AA×× (7)
a,des,0:-1 20 23 a,des,0:1
where
f is the part factor for loading;
A is the partial factor for design life;
A is the partial factor for chemical resistance;
A is the partial factor for cyclic service;
σ is the long term envelope axial stress for an unrestrained, hydraulic (2:1) condition at
a,LT,2:1,xx
xx °C, expressed in MPa;
σ is the long term envelope hoop stress for an unrestrained, hydraulic (2:1) condition at
h,LT,2:1,xx
xx °C, expressed in MPa;
σ is the long term envelope axial stress for a pure axial loading condition at xx °C, ex-
a,LT,0:1,xx
pressed in MPa.
NOTE The design procedure in this document is based on the premise that the fittings and joints are at least
as strong as the plain pipe under any loading condition. The angle of reinforcement in the construction method
of some fittings and joints, however, can vary greatly from the typical 55° winding angle of filament wound pipe.
Thus, the theoretical shape of a long term envelope of a fitting or joint with equal amounts of reinforcement in
the axial and hoop directions can be closer to a rectangular shape or can even approach that of a square. The use
of these construction methods which differ from the pipe can have an effect on the long term envelope(s), design
envelope(s) and f factor. In some cases, the fitting or joint can be significantly stronger than the filament wound
plain pipe in the axial direction, but weaker in the hoop direction. In others, the opposite can be true. To satisfy
the premise that the fittings and joints are at least as strong as plain pipe may require additional reinforcement,
additional wall thickness or other means of improving the strength.
12 © ISO 2017 – All rights reserved
Key
1 long term envelope
2 design envelope
Figure 3 — Relationship between the long term envelope(s) and design envelope(s)
7 Stress analysis
7.1 Analysis methods
Either manual or computer methods shall be used for the structural analysis of piping systems.
However, the degree of analysis depends on the following factors:
a) pipework flexibility;
b) layout complexity;
c) pipe supports;
d) pipework diameter;
e) magnitude of temperature changes;
f) system criticality and failure risk assessment.
7.2 Pipe stress analysis software
All current pipe stress analysis software for pipelines and piping starts with an isometric “stick
drawing”. The hoop stress and axial stress from pressure are calculated separately, outside the analysis.
The analysis utilizes a “beam element” in order to calculate axial bending stresses from externally
applied moments and axial stress from externally applied axial forces. Global forces and moments are
translated to local axial forces and bending moments. Out of plane shear that is perpendicular to the
pipe wall is ignored since the stress values are low.
In an analysis of the piping system, the calculated stresses are all based on the pipe wall properties
using a beam element that models the properties of the pipe wall throughout the isometric “stick
diagram”. Calculated pipe response (stress and deflection) is then modified by the u
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14692-3
Deuxième édition
2017-08
Industries du pétrole et du gaz
naturel — Canalisations en plastique
renforcé de verre (PRV) —
Partie 3:
Conception des systèmes
Petroleum and natural gas industries — Glass-reinforced plastics
(GRP) piping —
Part 3: System design
Numéro de référence
©
ISO 2017
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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 3
4 Exigences relatives à l’agencement . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Exigences en matière d'espace . 4
4.3 Supports du système . 4
4.3.1 Généralités . 4
4.3.2 Surface de contact entre le support et le tube . 5
4.4 Isolement et accès pour le nettoyage . 5
4.5 Vulnérabilité . 5
4.5.1 Charges ponctuelles . 5
4.5.2 Surcharge . 6
4.5.3 Excitation dynamique et interaction avec les canalisations et les
équipements adjacents . . 6
4.5.4 Exposition à la lumière et aux rayonnements ultraviolets . 6
4.5.5 Basses températures et exigences en matière d'isolation . 6
4.6 Incendies et explosions. 7
5 Conception hydraulique . 7
5.1 Généralités . 7
5.2 Caractéristiques d’écoulement . 7
5.3 Limitations de vitesse générales . 8
5.4 Érosion . 8
5.4.1 Généralités . 8
5.4.2 Teneur en particules . 8
5.4.3 Configuration des canalisations . 8
5.4.4 Cavitation . 9
5.5 Coups de bélier . 9
6 Génération d'enveloppes de conception.10
6.1 Coefficients partiels .10
6.1.1 Durée de vie de conception .10
6.1.2 Dégradation chimique .10
6.1.3 Fatigue et charges cycliques.10
6.2 Coefficient partiel, f .
2 11
6.3 Combinaisons des coefficients partiels .12
6.4 Enveloppe de conception .12
7 Analyse des contraintes .14
7.1 Méthodes d’analyse .14
7.2 Logiciel d'analyse des contraintes de tubes .15
7.3 Exigences applicables aux analyses .15
7.4 Facteurs de flexibilité .15
7.5 Facteurs d'intensification des contraintes .15
7.6 Modélisation des raccords .16
7.7 Déformations admissibles .16
7.7.1 Déformation verticale dans les systèmes de canalisations en surface .16
7.7.2 Déformation verticale dans les systèmes de canalisations enterrées .16
7.8 Contraintes admissibles .17
7.9 Pression externe .21
7.10 Charge de compression axiale (flambage) .22
7.10.1 Flambage de virole .22
7.10.2 Flambage d'Euler .22
7.10.3 Pression de flambage — canalisations enterrées .23
7.10.4 Pression de flambage vers le haut .25
7.11 Expansion volumétrique longitudinale .25
8 Autres aspects de conception .25
8.1 Incendie .25
8.1.1 Généralités .25
8.1.2 Endurance au feu .26
8.1.3 Réaction au feu .27
8.1.4 Revêtements ignifuges .27
8.2 Électricité statique .27
9 Documentation installateur et exploitant .28
Annexe A (normative) Coefficient de réduction cyclique — A .30
Annexe B (normative) Facteurs de flexibilité et facteurs d'intensification des contraintes .32
Bibliographie .41
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien
suivant: http://www.iso.org/iso/fr/foreword.html.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 14692-3:2002), qui a fait l'objet
d'une révision technique. Elle inclut également le Rectificatif technique ISO 14692-3:2002/Cor 1:2005.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l'ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures
en mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 6, Systèmes et
équipements de traitement.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 14692 se trouve sur le site web de l'ISO.
Introduction
Le présent document vise à garantir que les systèmes de canalisations, lorsqu'ils sont conçus en utilisant
les composants qualifiés dans l'ISO 14692-2, satisfont aux exigences de performance spécifiées. Ces
systèmes de canalisations sont conçus pour être utilisés pour les applications des services procédé
et énergie dans les industries du pétrole et du gaz naturel. Les principaux utilisateurs du présent
document seront le donneur d'ordre, les maîtres d'œuvre de la conception, les fournisseurs chargés de
la conception en sous-traitance, les organismes de certification et les agences gouvernementales.
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NORME INTERNATIONALE ISO 14692-3:2017(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Canalisations en
plastique renforcé de verre (PRV) —
Partie 3:
Conception des systèmes
1 Domaine d'application
Le présent document donne des lignes directrices pour la conception des systèmes de tuyauteries en
PRV. Les exigences et recommandations s'appliquent aux dimensions d’implantation, à la conception
hydraulique, à la conception de la structure, aux détails, à l'endurance au feu, à la propagation du feu et
aux émissions et au contrôle des décharges électrostatiques.
Le présent document est destiné à être lu de pair avec l'ISO 14692-1.
Des préconisations concernant l'utilisation du présent document sont données à la Figure 1 qui présente
un logigramme plus détaillé des étapes 5 et 6 de l’ISO 14692-1:2017, Figure 1.
Figure 1 — Préconisations pour l’utilisation du présent document
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
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ISO 14692-1:2017, Industries du pétrole et du gaz naturel — Canalisations en plastique renforcé de verre
(PRV) — Partie 1: Vocabulaire, symboles, applications et matériaux
ISO 14692-2:2017, Industries du pétrole et du gaz naturel — Canalisations en plastique renforcé de verre
(PRV) — Partie 2: Qualification et fabrication
ASTM D2992, Standard Practice for Obtaining Hydrostatic or Pressure Design Basis for Fiberglass (Glass-
Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin) Pipe and Fittings
ASTM D2412, Standard Test Method for Determination of External Loading Characteristics of Plastic Pipe
by Parallel-Plate Loading
AWWA Manual M45, Fiberglass pipe design
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions, symboles et abréviations donnés dans
l’ISO 14692-1 s’appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http://www.electropedia.org/;
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse http://www.iso.org/obp.
4 Exigences relatives à l’agencement
4.1 Généralités
Les produits en PRV sont spécifiques, et le choix des dimensions des composants, des raccords et des
types de matières peut être limité en fonction du fournisseur. Il convient d'identifier les fabricants
potentiels dès le début de la conception afin de déterminer les éventuelles limitations de disponibilité
de composants. Il convient également que le niveau de soutien en matière d'ingénierie pouvant être
assuré par le fournisseur constitue un élément clé lors du choix des fabricants.
Dans la mesure du possible, il convient que les systèmes de canalisations privilégient l'utilisation de
manchettes de raccordement préfabriquées afin de réduire le plus possible la charge de travail sur le
site. Il convient de définir les dimensions globales des manchettes en tenant compte des points suivants:
limitations relatives au transport sur le site et aux équipements de manutention;
— limitations relatives à l'installation et au montage;
— limitations dues à la nécessité de permettre une tolérance du raccord pour l'installation (exigences
de «coupe à la demande»).
Le concepteur doit évaluer des exigences relatives à l'agencement des systèmes par rapport aux
propriétés des systèmes de canalisations spéciaux fournis par les fabricants, notamment:
a) exigences relatives à la dilatation thermique axiale;
b) exigences relatives à la résistance aux rayonnements ultraviolets et aux intempéries;
c) dimensions des composants;
d) exigences relatives au système d'assemblage;
e) exigences relatives au soutien;
f) mesures d'isolement pour la maintenance;
g) raccordements entre les modules et les ponts;
h) flexion pendant le levage des modules;
i) facilité de réparations et de raccordements ultérieurs éventuels;
j) vulnérabilité au risque de détérioration lors de l'installation et du service;
k) tenue au feu;
l) contrôle des charges électrostatiques.
L'essai hydrostatique constitue le moyen le plus fiable d'évaluer l'intégrité du système. Dans la mesure
du possible, il convient que le système soit conçu pour permettre des essais de pression sur des parties
limitées du système dès que ces parties sont installées. Cette mesure est destinée à éviter un essai
de pression final tardif dans les travaux de construction d'un grand système de tuyauteries en PRV,
lorsque les problèmes découverts tardivement risqueraient d'avoir un impact négatif sur le calendrier
du projet global.
4.2 Exigences en matière d'espace
Le concepteur doit tenir compte de l'enveloppe plus grande en matière d'espace de certains composants
en PRV par rapport à l'acier. Certains raccords en PRV ont généralement des longueurs utiles plus
importantes et sont proportionnellement plus encombrants que les composants métalliques équivalents
et peuvent être difficiles à héberger dans des espaces confinés. Le cas échéant, le problème peut être
réduit en fabriquant la tuyauterie ou la canalisation en tant que manchette de raccordement intégrée en
usine plutôt que de l'assembler à partir des différents raccords de canalisation.
En cas d'espace limité, il convient d'envisager de concevoir le système afin d'optimiser les attributs des
composants en PRV et des composants métalliques.
4.3 Supports du système
4.3.1 Généralités
Les systèmes de tuyauteries en PRV peuvent être supportés selon les mêmes principes que les systèmes
de canalisations métalliques. Cependant, en raison de la nature spéciale des systèmes de canalisations,
des supports de dimensions normalisées ne correspondront pas nécessairement aux diamètres
externes de tube.
Les exigences et les recommandations suivantes s'appliquent à l'utilisation des supports.
a) Les supports doivent être espacés de manière à éviter les affaissements (déformation excessive au
fil du temps) et/ou les vibrations excessives pendant la durée de vie de conception du système de
canalisations.
b) Dans tous les cas, il est impératif de se conformer aux lignes directrices du fabricant pour la
conception des supports.
c) En cas de tronçons longs, il est possible d'utiliser le bas module d'élasticité de la matière pour
s'adapter à la dilatation axiale et éliminer la nécessité de joints de dilatation, si le système est
correctement ancré et guidé. d) Dans ce cas, le concepteur doit reconnaître que la dilatation
axiale due à la pression interne est à présent limitée et que les charges de l'effort correspondantes
sont partiellement transférées aux ancrages.
d) Les vannes ou autres équipements connexes lourds doivent être supportés de manière adéquate et,
si nécessaire, indépendamment. Lors de l'évaluation du poids de la vanne, le couple d'actionnement
de la vanne doit également être pris en considération.
NOTE Certaines vannes sont équipées de mécanismes de commande lourds situés loin de l'axe du tube
et peuvent entraîner des flexions importantes et des charges de torsion.
4 © ISO 2017 – Tous droits réservés
e) Une tuyauterie en PRV ne doit pas être utilisée pour supporter une autre canalisation, sauf en cas
d'accord avec le donneur d'ordre.
f) Les tuyauteries en PRV doivent être correctement supportées pour s'assurer que le raccordement
de flexibles au niveau des stations auxiliaires ou de chargement, par exemple, n'entraîne pas une
traction de la tuyauterie susceptible de surcharger la matière.
Les supports de tubes peuvent être classés en deux catégories: ceux qui permettent le mouvement et
ceux qui ancrent le tube.
4.3.2 Surface de contact entre le support et le tube
Les exigences et les recommandations suivantes s'appliquent au support de tuyauteries en PRV.
a) Dans tous les cas, les supports doivent avoir une longueur suffisante pour supporter la canalisation
sans l'endommager et être recouverts d'un élastomère ou de toute autre matière souple appropriée.
b) Les charges ponctuelles doivent être évitées. Cela peut être accompli en utilisant des supports
conçus pour être en contact au moins sur 60° avec le tube.
c) Les efforts de serrage ne doivent pas entraîner d'écrasement du tube au niveau de leur application.
Un mauvais ajustage peut entraîner un écrasement local et un serrage excessif un écrasement total.
d) Il convient de placer les supports de préférence sur des sections de tube lisses plutôt qu'au niveau
des raccords ou des assemblages. La seule exception en la matière concerne l'utilisation d'un
support type «jambe factice» directement sur un coude ou un té (ou une partie de tube).
Les conditions de support des tuyauteries en PRV ignifugées doivent être prises en compte. Les supports
placés sur l'extérieur du revêtement ignifuge peuvent induire des charges transmises de manière
irrégulière sur celui-ci, ce qui pourrait entraîner des détériorations par cisaillement ou écrasement et
par conséquent, la perte d'intégrité du support. Les supports en contact direct avec des revêtements
intumescents peuvent aussi altérer les performances du revêtement (c'est-à-dire empêcher la dilatation
du revêtement exposé au feu). Pour parer à cela, il peut s'avérer nécessaire d'appliquer des revêtements
intumescents sur le support de tube lui-même afin de protéger le tube au niveau de la suspension ou du
support de tube.
Les tubes installés sur des supports fixes qui permettent le mouvement du tube doivent être protégés
contre l'abrasion à l'aide de selles, de matières élastomères ou de tôle.
Les supports d'ancrage doivent permettre de transférer les charges axiales requises au tube sans
provoquer de surcharge sur la matière de la tuyauterie en PRV. Il convient d'installer des brides
d'ancrage soit entre une rondelle de butée stratifiée sur la surface extérieure du tube, soit entre
deux doubles selles à 180°, assemblées par collage sur la surface externe du tube. Les selles normalisées
du fabricant sont recommandées et doivent être collées suivant des procédures normalisées.
4.4 Isolement et accès pour le nettoyage
Il convient que le concepteur prévoie l'isolement et un accès facile à des fins de maintenance, par
exemple pour l'élimination des dépôts et des obstructions dans les drains. Il convient que l'assemblage
à utiliser pour l'isolement ou l'accès soit représenté dès la conception et soit situé à un endroit où les
brides peuvent dans la pratique être déconnectées, par exemple qu'il ne se trouve pas sur un tronçon de
tube court entre deux ancrages.
4.5 Vulnérabilité
4.5.1 Charges ponctuelles
Les charges ponctuelles doivent être réduites au minimum et les tuyauteries en PRV doivent être
localement renforcées si nécessaire.
4.5.2 Surcharge
Le concepteur doit tenir compte du risque de surcharge sur la tuyauterie en PRV pendant la pose et le
service et de la nécessité d'une protection permanente contre les chocs.
Les sources de surcharge possible sont les suivantes:
a) toute zone permettant de marcher sur la canalisation ou utilisée pour l'assistance au personnel;
b) impact dû à la chute d'objets;
c) toute zone où la canalisation peut être endommagée du fait de l'activité d'une grue voisine, par
exemple flèches, charges, câbles, cordages ou chaînes;
d) projections de soudure dues aux activités de soudage voisines ou en hauteur.
Il convient que les petits raccords tubulaires (par exemple, circuits d'instruments et de mise à l'air
libre), risquant des détériorations par cisaillement, soient conçus avec des goussets de renfort afin de
réduire la vulnérabilité. Il convient que la protection antichoc soit conçue, s'il y a lieu, afin de protéger la
canalisation ainsi que tout revêtement ignifuge.
4.5.3 Excitation dynamique et interaction avec les canalisations et les équipements adjacents
Le concepteur doit tenir compte du mouvement relatif des raccords, qui peut entraîner une surcharge
des tuyauteries en PRV. Le cas échéant, l'utilisation de raccords flexibles doit être prise en compte.
Il convient que le concepteur s'assure que les vibrations dues à la réponse dynamique différente du
PRV (par rapport aux systèmes de canalisations en acier au carbone) ne provoquent pas l'usure des
supports ou une contrainte excessive dans les embranchements. Il convient que le concepteur s'assure
que la tuyauterie en PRV est correctement supportée afin de résister aux coups de bélier qui peuvent
être provoqués par des impulsions transitoires de pression, par exemple fonctionnement des soupapes
de sûreté, fermeture de vannes, etc. La Référence [8] fournit davantage de préconisations en la matière.
4.5.4 Exposition à la lumière et aux rayonnements ultraviolets
Si la tuyauterie en PRV est exposée au soleil, le concepteur doit tenir compte de la nécessité d'une
éventuelle protection supplémentaire contre le rayonnement ultraviolet (UV) afin d'empêcher la
dégradation de surface de la résine. Si le PRV est une matière translucide, il convient que le concepteur
tienne compte de la nécessité d'une peinture extérieure afin d'empêcher le développement possible
d'algues dans l'eau circulant à faible débit à l'intérieur du tube.
4.5.5 Basses températures et exigences en matière d'isolation
Le concepteur doit tenir compte des effets des basses températures sur les propriétés de la matière du
tube, par exemple l'effet du gel et du dégel. Pour le transport de liquide, il convient que le concepteur
accorde une attention particulière au point de congélation du liquide interne. Pour les conduites
complètement remplies, la solidification du fluide interne peut engendrer une dilatation du volume du
liquide, susceptible d’entraîner la fissuration ou la défaillance des tuyauteries en PRV. Pour le transport
d'eau, l'expansion volumétrique pendant la solidification ou la congélation est plus que suffisante pour
entraîner une défaillance des tuyauteries en PRV.
Il peut être nécessaire d'isoler le tube et/ou de l'équiper d'un chauffage de surface électrique afin
d'empêcher le gel par temps froid ou de maintenir l'écoulement des fluides visqueux. Le concepteur doit
tenir compte des points suivants:
a) charge supplémentaire due à la masse et à l'augmentation de section transversale de l'isolant;
b) vérification que le chauffage de surface électrique n'augmente pas la température du tube au-
dessus de sa température nominale.
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Il convient que câble chauffant soit enroulé en spirale sur les tuyauteries en PRV afin de répartir la
chaleur uniformément sur la paroi du tube. La répartition de la chaleur peut être améliorée en enroulant
tout d'abord une feuille d'aluminium autour du tube.
4.6 Incendies et explosions
Les effets d'un incendie (notamment explosion) sur les exigences d'agencement doivent être pris en
compte. Les événements possibles à prendre en compte lors de la conception de l'agencement d'un
système de tuyauteries en PRV destiné à fonctionner en cas d'incendie sont les suivants:
a) surpression de souffle, forces de traînée et impacts de projectiles;
b) ignifugation des assemblages et des supports;
c) interface avec des appareils métalliques;
d) formation de purgeurs de vapeur dans des canalisations contenant de l'eau stagnante, ce qui
réduirait l'élimination de la chaleur par l'eau;
e) jet enflammé;
f) dégagement de chaleur et propagation du feu pour les canalisations situées dans des espaces
occupés par du personnel, sur des voies d'évacuation ou dans des zones où la sécurité du personnel
peut être menacée;
g) dégagement de fumée, visibilité et toxicité pour les canalisations situées dans des espaces occupés
par du personnel, sur des voies d'évacuation ou dans des zones où la sécurité du personnel peut
être menacée.
Les pénétrations (paroi, cloison étanche, pont) ne doivent pas affaiblir la section qu'elles pénètrent. Les
exigences principales consistent à empêcher le passage de fumées et de flammes, à maintenir l'intégrité
structurelle et à limiter l'augmentation de la température du côté non exposé. Les pénétrations doivent
donc être conformes aux mêmes exigences que celles applicables aux sections dangereuses concernées.
Cela nécessite que la pénétration ait été soumise à essai d'incendie et approuvée pour l'utilisation avec
le type spécifique de tuyauteries en PRV à l'étude.
5 Conception hydraulique
5.1 Généralités
Le but de la conception hydraulique est de s'assurer que les systèmes de tuyauteries en PRV sont
capables de transporter le fluide spécifié au débit, à la pression et à la température spécifiés tout au
long de leur durée de vie prévue. Le choix du diamètre nominal de tube dépend du diamètre interne
requis pour atteindre le débit de fluide nécessaire compatible avec le fluide et les caractéristiques
hydrauliques du système.
5.2 Caractéristiques d’écoulement
La vitesse du fluide, sa densité, la rugosité de la surface intérieure des tubes et des raccords, la longueur
des tubes, le diamètre interne des tubes, ainsi que la résistance des vannes et des raccords doivent être
pris en compte lors de l'estimation des pertes de pression. La surface lisse du PRV peut conduire à des
pertes de pression plus faibles par rapport aux tubes métalliques. Inversement, la présence d'excédents
d'adhésif saillants excessifs augmentera les pertes de pression.
5.3 Limitations de vitesse générales
Lors de la sélection du débit du système de tuyauteries en PRV, le concepteur doit prendre en compte les
problèmes suivants, susceptibles de limiter les vitesses dans les systèmes de canalisations:
a) pertes de pression inacceptables;
b) prévention de la cavitation au niveau des pompes et des vannes;
c) prévention des surcharges transitoires (coup de bélier);
d) réduction de l'érosion;
e) réduction du bruit;
f) réduction de l'usure de composants tels que les vannes;
g) diamètre et géométrie des tubes (charge d'inertie).
Pour les installations classiques en PRV, la vitesse linéaire moyenne pour le transport continu des
liquides se situe entre 1 m/s et 5 m/s avec des excursions intermittentes jusqu'à 10 m/s. Pour le gaz, la
vitesse linéaire moyenne pour le transport continu se situe entre 1 m/s et 10 m/s avec des excursions
intermittentes jusqu'à 20 m/s. Des vitesses supérieures sont acceptables si des facteurs de limitation
des vitesses sont éliminés ou contrôlés, par exemple circuits de mise à l'air libre qui déchargent dans
l'atmosphère.
5.4 Érosion
5.4.1 Généralités
Les facteurs suivants influencent la sensibilité des tuyauteries en PRV aux dommages dus à l'érosion:
a) vitesse du fluide;
b) configuration des canalisations;
c) taille, masse volumique et forme des particules;
d) rapport particules/fluide;
e) début de cavitation.
Le concepteur doit se renseigner auprès du fabricant et envisager de réduire la vitesse en cas de doutes
sur les performances en matière d'érosion.
5.4.2 Teneur en particules
Les propriétés d'érosion du PRV sont sensibles à la teneur en particules. Le concepteur doit prendre
en compte la teneur en particules probable du fluide et réduire la vitesse moyenne maximale en
conséquence. Pour le PRV, les pires dommages dus à l'érosion se produisent généralement à un angle
de collision de particules compris entre 45° et 90°, c'est-à-dire au niveau des coudes et des tés. Aux
angles de collision faibles (<15°), c'est-à-dire au niveau des sections relativement droites, les dommages
dus à l'érosion sont minimes. Des informations supplémentaires relatives à l'érosion figurent dans le
document DNV RP 0501.
5.4.3 Configuration des canalisations
La présence de générateurs de turbulences peut avoir une influence significative sur la vitesse d'érosion
des tuyauteries en PRV, selon la vitesse du fluide et la teneur en particules. Le concepteur doit tenir
compte du degré de turbulences et du risque d'érosion possible lors du choix de la configuration des
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canalisations. Afin de réduire le plus possible les dommages potentiels dus à l'érosion sur les systèmes
de tuyauteries en PRV, les événements suivants doivent être évités:
a) changements soudains du sens d'écoulement;
b) restrictions locales d'écoulement ou déclencheurs de turbulences d'écoulement, par exemple
adhésif excessif (excédents d'adhésif) sur l'intérieur des raccordements par collage.
5.4.4 Cavitation
Les tuyauteries en PRV sont susceptibles de se détériorer rapidement par cavitation. Les conditions de
cavitation sont créées dans les systèmes de canalisations plus facilement que dans d'autres cas et la
tendance générale à concevoir des systèmes pour des vitesses élevées aggrave davantage la situation.
Les emplacements potentiels de cavitation comprennent les angles au niveau des coudes à onglets, des
tés et des réductions, des brides où le joint a été installé de manière excentrique et des assemblages
comportant un excès d'adhésif.
Le concepteur doit utiliser des méthodes normalisées pour prévoir le début de cavitation aux endroits
probables, par exemple des vannes de commande, et appliquer les techniques nécessaires pour s'assurer
que la cavitation ne peut pas se produire en fonctionnement normal.
5.5 Coups de bélier
La sensibilité des tuyauteries en PRV aux transitoires de pression et aux forces déséquilibrées
provoquées par les coups de bélier dépend de l'importance de la pression et de la fréquence d'apparition.
Une analyse complète des transitoires hydrauliques doit être effectuée, si des transitoires de pression
sont prévisibles, afin de déterminer si les tuyauteries en PRV sont sensibles aux coups de bélier.
L'analyse doit couvrir toutes les conditions de fonctionnement anticipées, notamment l'amorçage, les
vannes actionnées, les essais de pompe, les flexibles de lavage, etc.
En cas de risque important de coup de bélier, le concepteur doit utiliser des techniques normalisées
pour s'assurer que les transitoires de pression ne dépassent pas la pression d'essai hydrostatique.
Une cause habituelle de coup de bélier est la fermeture rapide des vannes. Plus la conduite ou la section
de canalisation est longue et plus la vitesse du liquide est élevée, plus la charge de choc sera importante.
La charge de choc induit généralement une oscillation dans le système de canalisations. Étant donné que
les tuyauteries en PRV ont un module d'élasticité axial inférieur à celui des tubes en acier équivalents,
les oscillations longitudinales sont généralement plus significatives.
Une analyse des transitoires hydrauliques peut identifier l'éventuelle nécessité de casse-vides afin
d'éviter des conditions de dépression et la formation de cavité de vapeur. Des casse-vides (également
appelés soupapes casse-vides) correctement sélectionnés et dimensionnés peuvent empêcher la
séparation de colonne d'eau et réduire les effets de coups de bélier. Les dimensions et les emplacements
des casse-vides sont décisifs. L'air doit pénétrer rapidement pour être efficace et doit être quantifié
de sorte à prendre en compte l'éventuelle pression substantielle due à la compression de l'air pendant
une nouvelle transitoire. L'élimination de l'air est souvent réalisée à l'aide d'une soupape combinant les
fonctions évacuation d'air et de casse-vide.
6 Génération d'enveloppes de conception
6.1 Coefficients partiels
6.1.1 Durée de vie de conception
A doit être utilisé pour transposer les enveloppes à long terme par rapport aux enveloppes de
conception pour les durées de vie de conception non égales à 20 ans. A doit être défini à l'aide de la
Formule (1):
A = (1)
((logltG)(−×og 175 200))
xx
où
t est la durée, exprimée en heures;
G est le gradient de la droite de régression à xx °C;
xx
A ne doit pas être supérieur à 1,0.
6.1.2 Dégradation chimique
A doit être utilisé pour transposer les enveloppes à long terme par rapport aux enveloppes de
conception pour prendre en compte l'effet d'une dégradation chimique. Voir ISO 14692-2:2017, 4.5.2.
6.1.3 Fatigue et charges cycliques
A doit être utilisé pour transposer les enveloppes à long terme par rapport aux enveloppes de
conception et doit être calculé en tenant compte de la Figure 2 et de l’Annexe A.
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Légende
1 charge statique totale
2 charge cyclique totale
R rapport de charge cyclique, = σ /σ
c min max
f facteur de résistance cyclique à long terme (valeur par défaut de 4,0), = σ / σ
c 100 000 (statique) 150 000 000
(cyclique)
Figure 2 — A en fonction du nombre de cycles et du rapport de charge
6.2 Coefficient partiel, f
Le coefficient partiel de charge permanente, f , à utiliser dans l'évaluation des charges permanentes,
doit être déterminé en tenant compte des conditions de fonctionnement et des risques associés au
système de canalisations. La valeur à appliquer pour les systèmes de canalisations spécifiques doit être
spécifiée par l'utilisateur. Les valeurs habituelles conseillées pour f sont les suivantes:
a) 0,67 pour les conditions de charge permanente;
b) 0,83 pour les conditions de charge permanente plus les conditions de déplacement
automodérateur; et
c) 0,89 pour les conditions de charge occasionnelle.
Le Tableau 1 fournit des exemples de charges subies par un système de tuyauteries en PRV. La définition
des cas de charge doit revenir au concepteur.
Tableau 1 — Exemples de charges subies par un système de tuyauteries en PRV
Permanente, f = 0,67 Permanente + déplacements Occasionnelle, f = 0,89
2 2
automodérateurs, f = 0,83
Essai hydrostatique et autres pres-
sions occasionnelles
Charges thermiques induites,
Pressions internes, externes ou dépres-
chauffage de surface élec-
sions en fonctionnement et permanentes, Coup de bélier ou autres transi-
trique ou autres procédés de
MOP (pression maximale de service), P toires de pression
des
réchauffage des tubes
Décharges de soupapes de sûreté
Impact
Masse propre des canalisations, masse
d'isolant de canalisation, masse de protec- Rayon de courbure mis en
Charges dues à la circulation occa-
tion ignifuge, masse du fluide transporté, place (enroulement)
sionnelle de véhicules sur les tubes
flottabilité, autres charges du système
enterrés
Charges d'inertie occasionnelles
Charges d'inertie permanentes (par
(par exemple, déplacement pendant
exemple, action des vagues au quotidien,
le transport, tempêtes, etc.)
déplacements de bateaux, inondation suite
Flexion annulaire due à la
à de forts coefficients de marée, autres
Forces horizontales et verticales
déformation de tube verticale
déplacements pendant le fon
...
Questions, Comments and Discussion
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