ISO/NP 13535
(Main)Petroleum and natural gas industries - Drilling and production equipment - Hoisting equipment
Petroleum and natural gas industries - Drilling and production equipment - Hoisting equipment
Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipements de forage et de production — Équipement de levage
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO/NP 13535 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Petroleum and natural gas industries - Drilling and production equipment - Hoisting equipment". This standard covers: Petroleum and natural gas industries - Drilling and production equipment - Hoisting equipment
Petroleum and natural gas industries - Drilling and production equipment - Hoisting equipment
ISO/NP 13535 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 75.180.10 - Exploratory, drilling and extraction equipment. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO/NP 13535 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO/IEC ISP 12067-3:1996, ISO 14780:2017, ISO 13535:2000. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 13535
ISO/TC 67/SC 4 Secretariat: ANSI
Voting begins on: Voting terminates on:
2008-02-21 2008-07-21
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION • МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Petroleum and natural gas industries — Drilling and production
equipment — Hoisting equipment
Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipements de forage et de production — Équipement de levage
[Revision of first edition (ISO 13535:2000)]
ICS 75.180.10
ISO/CEN PARALLEL ENQUIRY
The CEN Secretary-General has advised the ISO Secretary-General that this ISO/DIS covers a subject
of interest to European standardization. In accordance with the ISO-lead mode of collaboration as
defined in the Vienna Agreement, consultation on this ISO/DIS has the same effect for CEN
members as would a CEN enquiry on a draft European Standard. Should this draft be accepted, a
final draft, established on the basis of comments received, will be submitted to a parallel two-month FDIS
vote in ISO and formal vote in CEN.
In accordance with the provisions of Council Resolution 15/1993 this document is circulated in
the English language only.
Conformément aux dispositions de la Résolution du Conseil 15/1993, ce document est distribué
en version anglaise seulement.
To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee secretariat.
ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at publication
stage.
Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du
secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au
Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.
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REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES, DRAFT
INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO
WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN NATIONAL REGULATIONS.
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPORTING DOCUMENTATION.
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International Organization for Standardization, 2008
ISO/DIS 13535
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ii ISO 2008 – All rights reserved
ISO/DIS 13535
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references .2
3 Terms and definitions.3
4 Design.6
5 Design verification test.9
6 Materials requirements.12
7 Welding requirements .17
8 Quality control.19
9 Equipment .26
10 Marking .44
11 Documentation.45
Annex A (normative) Supplementary requirements .47
Annex B (informative) Guidance for qualification of heat-treatment equipment.49
Bibliography.51
ISO/DIS 13535
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 13535 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum and natural gas industries, Subcommittee SC 4, Drilling and production equipment.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13535:2000), which has been technically
revised.
Annex A forms a normative part of this International Standard. Annex B is for information only.
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ISO/DIS 13535
Introduction
This International Standard is based upon API Spec 8C, Fourth Edition, February 2003.
Users of this International Standard should be aware that further or differing requirements may be needed for
individual applications. This International Standard is not intended to inhibit a vendor from offering, or the
purchaser from accepting, alternative equipment or engineering solutions for the individual application. This
may be particularly applicable where there is innovative or developing technology. Where an alternative is
offered, the vendor should identify any variations from this International Standard and provide details.
DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 13535
Petroleum and natural gas industries — Drilling and production
equipment — Hoisting equipment
1 Scope
This International Standard provides requirements for the design, manufacture and testing of hoisting
equipment suitable for use in drilling and production operations.
This International Standard is applicable to the following drilling and production hoisting equipment:
a) hoisting sheaves;
b) travelling blocks and hook blocks;
c) block-to-hook adapters;
d) connectors and link adapters;
e) drilling hooks;
f) tubing hooks and sucker-rod hooks;
g) elevator links;
h) casing elevators, tubing elevators, drill-pipe elevators and drill-collar elevators;
i) sucker-rod elevators;
j) rotary swivel-bail adapters;
k) rotary swivels;
l) power swivels;
m) power subs;
n) spiders, if capable of being used as elevators;
o) wire-line anchors;
p) drill-string motion compensators;
q) kelly spinners, if capable of being used as hoisting equipment;
r) pressure vessels and piping mounted onto hoisting equipment;
s) safety clamps, if capable of being used as hoisting equipment;
t) guide dollies.
ISO/DIS 13535
This International Standard establishes requirements for two product specification levels (PSLs). These two
PSL designations define different levels of technical requirements. All the requirements of Clause 4 through
Clause 11 are applicable to PSL 1 unless specifically identified as PSL 2. PSL 2 includes all the requirements
of PSL 1 plus the additional practices as stated herein.
Supplementary requirements apply only when specified. Annex A gives a number of standardized
supplementary requirements.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 11960, Petroleum and natural gas industries – Steel pipes for use as casing or tubing for wells
1)
API RP 9B, Application, Care, and Use of Wire Rope for Oil Field Service
API Spec 5B, Threading, Gauging, and Thread Inspection of Casing, Tubing, and Line Pipe Threads
API Spec 7, Rotary Drill Stem Elements
2)
ASME B31.3, Process Piping
ASME V, Non-destructive Examination
ASME VIII, DIV 1, Rules for Construction of Pressure Vessels
ASME IX, Welding and Brazing specification
3)
ASTM A 370, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products
ASTM A 388, Standard Practice for Ultrasonic Examination of Heavy Steel Forgings
ASTM A 488, Standard Practice for Steel Castings, Welding, Qualifications of Procedures and Personnel
ASTM A 770, Standard Specification for Through-Thickness Tension Testing of Steel Plates for Special
Applications
ASTM E 4, Standard Practices for Force Verification of Testing Machines
ASTM E 125, Standard Reference Photographs for Magnetic Particle Indications on Ferrous Castings
ASTM E 165, Standard Test Method for Liquid Penetrant Examination
ASTM E 186, Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (2 to 4 1/2-in. (51 to 114-mm)) Steel
Castings
ASTM E 280, Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (4 1/2 to 12-in. (114 to 305-mm)) Steel
Castings
1) American Petroleum Institute; 1220 L St. N.W.; Washington, DC 20005; USA.
2) American Society of Merchanical Engineers; 345 East 47st St; New York, NY 10017; USA.
3) American Society for Testing and Materials; 100 Barr Harbor Dr.; West Conshohocken, PA 19428; USA.
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ASTM E 428, Standard Practice for Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic
Inspection
ASTM E 446, Standard Reference Radiographs for Steel Castings Up to 2 in. (51 mm) in Thickness
ASTM E 709, Standard Guide for Magnetic Particle Examination
ASNT SNT-TC-1A, Recommended practice for personnel qualification and certification in non-destructive
4)
testing
5)
AWS D1.1, Structural welding code
AWS QC1, Standard for AWS Certification of Welding Inspectors
EN 287 (all parts), Approval testing of welders – Fusion welding
EN 288 (all parts), Specification and qualification of welding procedures for metallic materials
MSS SP-55, Quality standard for steel castings for valves, flanges and fittings and other piping components –
6)
Visual method for evaluation of surface irregularities
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms, definitions, and abbreviated terms apply.
3.1 Terms and definitions
3.1.1
bearing-load rating
calculated maximum load for bearings subjected to the primary load
3.1.2
design load
sum of static and dynamic loads that would induce the maximum allowable stress in an item
3.1.3
design safety factor
factor to account for a certain safety margin between the maximum allowable stress and the specified
minimum yield strength of a material
3.1.4
design verification test
test performed to validate the integrity of the design calculations used
3.1.5
dynamic load
load applied to the equipment due to acceleration effects
4) American Society for Nondestructive Testing; 4153 Arlingate Plaza; Box 28518, Columbus, OH 43228; USA.
5) American Welding Society; 550 N.W. LeJeune Road, Miami, Florida 33126; USA.
6) Manufacturers' Standardization Society of the Valve and Fittings Industry; 127 Park St. N.E.; Vienna, VA 22180; USA.
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3.1.6
equivalent-round
standard for comparing various shaped sections to round bars, used for determining the response to
hardening characteristics when heat-treating low-alloy and martensitic corrosion-resistant steels
3.1.7
identical design concept
property of a family units whereby all units of the family have similar geometry in the primary load carrying
areas
3.1.8
linear indication
indication revealed by NDE, having a length of at least three times the width
3.1.9
load rating
maximum operating load, both static and dynamic, to be applied to the equipment
NOTE The load rating is numerically equivalent to the design load.
3.1.10
maximum allowable stress
specified minimum yield strength divided by the design safety factor
3.1.11
primary load
axial load which equipment is subjected to in operations
3.1.12
primary-load-carrying component
component of the equipment through which the primary load is carried
3.1.13
product specification level
degree of controls applied on materials and processes for the primary-load-carrying components of the
equipment
NOTE The two product specification levels are identified by the code PSL 1 or PSL 2.
3.1.14
proof load test
production load test performed to validate the load rating of a unit
3.1.15
repair
removal of defects from, and refurbishment of, a component or assembly by welding, during the manufacture
of new equipment
NOTE The term "repair", as referred to in this International Standard, applies only to the repair of defects in materials
during the manufacture of new equipment.
3.1.16
rounded indication
indication revealed by NDE, with a circular shape or with an elliptical shape having a length of less than three
times the width
3.1.17
safe working load
the design load minus the dynamic load
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3.1.18
size class
designation by which dimensionally-interchangeable equipment of the same maximum load rating is identified
3.1.19
size range
range of tubular diameters covered by an assembly
3.1.20
special process
operation which may change or affect the mechanical properties, including toughness, of the materials used in
the equipment
3.1.21
test unit
prototype unit upon which a design verification test is conducted
3.2 Abbreviated terms and symbols
3.2.1 Abbreviated terms
ER equivalent-round
HAZ heat-affected zone
PSL product specification level
NDE non-destructive examination
PLC principal loading condition
PWHT post-weld heat-treatment
3.2.2 Symbols
AS maximum allowable stress
max
B bottom bore
B
B top bore
T
D diameter
D nominal rope diameter
R
D square shoulder neck diameter
SE
D tread diameter
t
D taper shoulder neck diameter
TE
G total groove depth
l length
l gauge length
o
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L breaking load
B
L design verification test load
DVT
N number of sheaves in the block
r radius
r maximum new groove radius
max
r minimum new groove radius
min
r nominal rope radius
rope
R load rating
SF design safety factor
D
t maximum thickness
T yield-to-ultimate strength ratio
R
TS actual ultimate tensile strength
a
TS minimum specified ultimate tensile strength
min
W calculated block bearing rating
B
W individual sheave bearing rating
R
W calculated main bearing thrust rating
S
YS minimum specified yield strength
min
4 Design
4.1 General
Hoisting equipment shall be designed, manufactured and tested so that it is in every respect fit for its intended
purpose. The equipment shall safely transfer the load for which it is intended. The equipment shall be
designed for simple and safe operation.
4.2 Design conditions
The following design conditions shall apply:
a) the operator of the equipment shall be responsible for determination of the safe working load for any
hoisting operation;
b) the design and minimum operating temperature shall be – 20 °C (– 4 °F), unless supplementary
requirement SR 2 has been applied (see Clause A.3).
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CAUTION — The equipment should not be used at the full load rating at temperatures below – 20 °C
(– 4 °F) unless appropriate materials with the required toughness properties at lower design
temperatures have been used (see Clause A.3).
4.3 Strength analysis
4.3.1 General
The equipment design analysis shall address excessive yielding, fatigue and buckling as possible modes of
failure.
The strength analysis shall be generally based on the elastic theory. An ultimate strength (plastic) analysis
may, however, be used where appropriate. Finite-element mesh analysis, in conjunction with analytical
methods, may be used.
All forces that may govern the design shall be taken into account. For each cross-section to be considered,
the most unfavourable combination, position and direction of forces shall be used.
4.3.2 Simplified assumptions
Simplified assumptions regarding stress distribution and stress concentration may be used, provided that the
assumptions are made in accordance with generally accepted practice or based on sufficiently comprehensive
experience or tests.
4.3.3 Empirical relationships
Empirical relationships may be used in lieu of analysis, provided such relationships are supported by
documented strain gauge test results that verify the stresses within the component. Equipment or components
which, by their design, do not permit the attachment of strain gauges to verify the design shall be qualified by
testing in accordance with 5.5.
4.3.4 Equivalent stress
The strength analysis shall be based on elastic theory. The nominal equivalent stress, according to the
Von Mises-Hencky theory, caused by the design load shall not exceed the maximum allowable stress AS as
max
calculated by Equation 1.
YS
min
AS = (1)
max
SF
D
where
YS is the specified minimum yield strength;
min
SF is the design safety factor.
D
4.3.5 Ultimate strength (plastic) analysis
An ultimate strength (plastic) analysis may be performed under any one of the following conditions:
a) for contact areas;
b) for areas of highly localized stress concentrations caused by part geometry, and other areas of high stress
gradients where the average stress in the section is less than or equal to the maximum allowable stress
as defined in 4.3.4.
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In such areas, the elastic analysis shall govern for all values of stress below the average stress.
In the case of plastic analysis, the equivalent stress as defined in 4.3.4 shall not exceed the maximum
allowable stress AS as calculated by Equation 2.
max
TS
min
AS = (2)
max
SF
D
where
TS is the specified minimum ultimate tensile strength;
min
SF is the design safety factor.
D
4.3.6 Stability analysis
The stability analysis shall be carried out according to generally accepted theories of buckling.
4.3.7 Fatigue analysis
The fatigue analysis shall be based on a period of time of not less than 20 years, unless otherwise agreed.
The fatigue analysis shall be carried out according to generally accepted theories. A method that may be used
is defined in reference [3].
4.4 Size class
The size class shall represent the dimensional interchangeability and the load rating of equipment.
4.5 Contact surface radii
Figure 7, Figure 8, Figure 9 and Table 6 show radii of hoisting-tool contact surfaces. These contact radii are
applicable to hoisting tools used in drilling (including tubing hooks), but all other work-over tools are excluded.
4.6 Rating
All hoisting equipment furnished under this International Standard shall be rated as specified herein.
Such ratings shall consist of a load rating for all equipment and a bearing-load rating for all equipment
containing bearings within the primary load path.
The bearing-load rating is intended primarily to achieve consistency of ratings, but is also intended to provide
a reasonable service life for bearings when used at loads within the equipment-load rating.
The load rating shall be based on the design safety factor as specified in 4.7, the specified minimum yield
strength of the material used in the primary-load-carrying components and the stress distribution as
determined by design calculations and/or data developed in a design verification load test as specified in 5.5.
The load rating shall be marked on the equipment (refer to Clause 10).
4.7 Design safety factor
The design safety factor shall be established from Table 1 as follows.
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Table 1 — Design safety factor
Load rating
Design safety factor
R
SF
D
kN (ton)
1 334 kN (150 short tons) and less 3,00
a
1 334 kN (150 short tons) to 4 448 kN (500 short tons) inclusive 3,00 – [0,75 × (R – 1 334)/3 114]
Over 4 448 kN (500 short tons) 2,25
a
In this formula, the value of R shall be in kilonewtons.
The design safety factor is intended as a design criterion and shall not under any circumstances be construed
as allowing loads on the equipment in excess of the load rating.
4.8 Shear strength
For purposes of design calculations involving shear, the ratio of yield strength in shear to yield strength in
tension shall be 0,58.
4.9 Specific equipment
Refer to Clause 9 for all additional equipment-specific design requirements.
4.10 Design documentation
Documentation of the design shall include methods, assumptions, calculations and design requirements.
Design requirements shall include, but not be limited to, those criteria for size, test and operating pressures,
material, environmental and specification requirements, and pertinent requirements upon which the design is
to be based.
The requirements shall also apply to design change documentation.
5 Design verification test
5.1 General
To assure the integrity of equipment design, design verification testing shall be performed as specified below.
Design verification testing of equipment shall be carried out and/or certified by a department or organization
independent of the design function.
Equipment which, by virtue of its simple geometric form, permits accurate stress analysis through calculation
only shall be exempted from design verification testing.
5.2 Sampling of test units
To qualify design calculations applied to a family of units with an identical design concept but of varying sizes
and ratings, the following sampling options apply.
⎯ A minimum of three units of the design shall be subjected to design verification testing. The test units
shall be selected from the lower end, middle and upper end of the size/rating range.
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⎯ Alternatively, the required number of test units shall be established on the basis that each test unit also
qualifies one size or rating above and below that of the selected test unit.
NOTE The second option generally applies to limited product size/rating ranges.
5.3 Test procedures
5.3.1 Functional test
Load the test unit to the design load. After this load has been released, check the unit to verify that the
functions of the equipment and its components have not been impaired by this loading.
5.3.2 Design verification test
Apply strain gauges to the test unit at all places where high stresses are anticipated, provided that the
configuration of the units permits such techniques. Tools such as finite-element analysis, models, brittle
lacquer, etc. should be used to confirm the proper location of the strain gauges. Three element strain gauges
should be applied in critical areas to permit determination of the shear stresses and to eliminate the need for
exact orientation of the strain gauges.
The design verification test load, L , to be applied to the test unit shall be determined in Equation 3.
DVT
L = 0,8× R⋅ SF , but not less than 2R (3)
D
DVT
where
R is the load rating, expressed in kilonewtons;
SF is the design safety factor as defined in 3.1.3 and 4.7.
D
Load the unit to the design verification test load. This test load should be applied carefully, reading the strain
gauge values and observing the yield. The test unit should be loaded as many times as necessary to obtain
adequate data.
The stress values computed from the strain gauge readings shall not exceed the values obtained from design
calculations (based on the design verification test load) by more than the uncertainty of the testing apparatus
specified in 5.6. Failure to meet this requirement or premature failure of any test unit shall be cause for a
complete reassessment of the design followed by additional testing of an identical number of test units as
originally required, including a test unit of the same size and rating as the one that failed.
Upon completion of the design verification test, disassemble the unit and check the dimensions of each part
for evidence of yielding.
Individual parts of a unit may be tested separately if the holding fixtures simulate the load conditions
applicable to the part in the assembled unit.
5.4 Determination of load rating
Determine the load rating from the results of the design verification test and/or the design and
stress-distribution calculations required by Clause 4. The stresses at that rating shall not exceed the values
allowed in 4.3. Localized yielding is permitted at areas of contact. In a test unit that has been
design-verification tested, the critical permanent deformation determined by strain gauges or other suitable
means shall not exceed 0,2 %, except in contact areas. If the stresses exceed the allowable values, redesign
the affected part or parts to obtain the desired rating. Stress-distribution calculations may be used to establish
the load rating of equipment only if the results of the analysis are shown to be within acceptable engineering
allowances as verified by the design verification test prescribed by Clause 5.
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5.5 Alternative design verification test procedure and rating
Destructive testing of the test unit may be used, provided an accurate yield and tensile strength of the material
used in the equipment has been determined. Each component of an assembly shall be qualified under the
most unfavourable loading configuration. Components may be qualified using either of the following methods.
a) The ratio T shall be computed (see Equation 5) for each component in the assembly. The smallest of
R
these ratios shall be used in the equations.
b) Each component may be load tested separately if the holding fixtures duplicate the loading conditions
applicable.
This may be accomplished by using tensile-test specimens of the actual material in the part destructively
tested and determining the yield-to-ultimate strength ratio. The ratio is then used to rate the equipment by
Equation 4:
T
R
R= L (4)
B
SF
D
YS
min
T = (5)
R
TS
a
where
SF is the design safety factor (see 4.7);
D
YS is the minimum specified yield strength;
min
TS is the actual ultimate tensile strength;
a
L is the breaking load;
B
R is the load rating.
Since this method of design qualification is not derived from stress calculations, qualification shall be limited to
the specific model, size, size range and rating tested.
5.6 Load test apparatus
Calibrate the loading apparatus used to simulate the working load on the test unit in accordance with
ASTM E 4 so as to ensure that the prescribed test load is obtained. For loads exceeding 3 600 kN
(400 short tons), verify the load-testing apparatus with calibration devices traceable to a Class A calibration
device and having an uncertainty of less than 2,5 %.
Test fixtures shall load the test unit (or part) in essentially the same manner as in actual service and with
essentially the same areas of contact on the load-bearing surface. All equipment used to load the test unit (or
part) shall be verified as to its capability to perform the test.
5.7 Design changes
When any change in design or manufacturing method changes the load rating, a supportive design verification
test in conformance with Clause 5 shall be carried out. The manufacturer shall evaluate all changes in design
or manufacturing methods to determine whether the load rating is affected. This evaluation shall be
documented.
ISO/DIS 13535
5.8 Records
All design verification records and supporting data shall be subject to the same controls as specified for
design documentation in 11.2.
6 Materials requirements
6.1 General
All materials shall be suitable for the intended service.
Clause 6 describes the various material qualification, property and processing requirements for
primary-load-carrying components and pressure-containing components unless otherwise specified.
6.2 Written specifications
Materials shall be produced to a written material specification which shall, as a minimum, define the following
parameters and limitations:
⎯ mechanical property requirements;
⎯ material qualification;
⎯ processing requirements, including permitted melting, working and heat treatment;
⎯ chemical composition and tolerances;
⎯ repair-welding requirements.
The description of the working practice shall include the forging reduction-ratio.
6.3 Mechanical properties
Materials shall meet the property requirements specified in the manufacturer's material specification.
The impact toughness shall be determined from the average of three tests, using full-size test pieces if the
size of the component permits. If it is necessary for sub-size impact test pieces to be used, the acceptance
criteria for impact values shall be those stated below but multiplied by the appropriate adjustment factor listed
in Table 3. Sub-size test pieces of width less than 5 mm shall not be used.
For materials of a specified minimum yield strength of at least 310 MPa (45 ksi), the average impact
toughness shall be at least 42 J (31 ft-lb) at – 20 °C (– 4 °F), with no individual value less than 32 J (24 ft-lb).
For materials with a minimum specified minimum yield strength of less than 310 MPa (45 ksi), the average
impact toughness shall be 27 J (20 ft-lb) at – 20 °C (– 4 °F), with no individual value less than 20 J (15 ft-lb).
For design temperatures below – 20 °C (– 4 °F) (e.g. arctic service), supplementary impact toughness
requirements shall apply, see A.3, SR2.
Where the design requires through-thickness properties, materials shall be tested for reduction of area in the
through-thickness direction in accordance with ASTM A770. The minimum reduction shall be 25 %.
PSL 2 components shall be fabricated from materials meeting the applicable requirements for ductility
specified in Table 2.
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Table 2 — Elongation requirements (PSL-2)
Yield strength Elongation,
minimum
%
a
a
MPa (ksi) l = 5D
l = 4D
o o
Less than 310 (less than 45) 23 20
310 to 517 (45 to 75) 20 18
Over 517 to 758 (Over 75 to 110) 17 15
Over 758 (Over 110) 14 12
a
Where l is the gauge length and D is the diameter.
o
Table 3 — Adjustment factors for sub-size impact specimens
Specimen dimensions Adjustment factor
mm
10,0 × 7,5 0,833
10,0 × 5,00 0,667
6.4 Material qualification
Perform the mechanical tests on qualification test-coupons representing the heat and heat-treatment lot used
in the manufacture of the component. Tests shall be performed in accordance with ASTM A370, or equivalent
standards, using material in the final heat-treated condition. For the purposes of material qualification testing,
PWHT is not considered heat-treatment, provided that the PWHT temperature is below that which changes
the heat-treatment condition of the base material.
Determine the size of the qualification test-coupon for a part using the equivalent-round method. Figure 1 and
Figure 2 illustrate the basic models for determining the equivalent-round of simple solid and hollow parts. Any
of the shapes shown may be used for the qualification test-coupon. Figure 4 describes the steps for
determining the governing equivalent-round for more complex sections. Determine the equivalent-round of a
part using the actual dimensions of the part in the "as-heat-treated" condition. The equivalent-round of the
qualification test-coupon shall be equal to or greater than the equivalent-round dimensions of the part it
qualifies, except that the equivalent-round is not required to exceed 125 mm (5 in). Figure 3 and Figure 5
illustrate the procedure for determining the required dimensions of an ASTM A370 keel block.
Qualification test-coupons shall either be integral with the components they represent, or be separate from the
components, or be taken from sacrificed production part(s). In all cases, test-coupons shall be from the same
heat as the components they qualify, shall be subjected to the same working operations and shall be
heat-treated together with the components.
Test specimens shall be removed from integral or separate qualification test-coupons so that their longitudinal
centreline axis is entirely within the centre core 1/4-thickness envelope for a solid test-coupon or within 3 mm
(1/8 in) of the mid-thickness of the thickest section of a hollow test-coupon. The gauge length on a tensile
specimen or the notch of an impact specimen shall be at least 1/4 thickness from the ends of the test-coupon.
Test specimens taken from sacrificed production parts shall be removed from the centre core 1/4-thickness
envelope location of the thickest section of the part.
ISO/DIS 13535
6.5 Manufacture
The manufacturing processes shall ensure repeatability in producing components that meet all the
requirements of this International Standard.
All wrought materials shall be manufactured using processes which produce a wrought structure throughout
the component.
All heat-treatment operations shall be performed utilizing equipment qualified in accordance with the
requirements specified by the manufacturer or processor. The loading of the material within heat-treatment
furnaces shall be such that the presence of any one part does not adversely affect the heat-treatment
response of any other part within the heat-treatment lot. The temperature and time requirements for
heat-treatment cycles shall be determined in accordance with the manufacturer's or processor's written
specification. Actual heat-treatment temperatures and times shall be recorded, and heat-treatment records
shall be traceable to relevant components.
NOTE Annex B may be consulted for guidance on the qualification of heat-treatment equipment.
For PSL 2, the manufacturer shall specify the melting, refining, casting, and working practices for all
components. The specified practices shall be recorded in the required written material specification.
6.6 Chemical composition
The material composition of each heat shall be analysed for all elements specified in the manufacturer's
written material specification.
For PSL 2, the maximum mass fraction of sulfur and phosphorus shall each be 0,025, expressed as a
percentage.
ER = t ER = 1,1 t ER = 1,25 t ER = 1,5 t
a) Round b) Hexagon c) Square d) Rectangle or plate
NOTE If l is less than t, consider section as a plate of thickness l.
Figure 1 — Equivalent round models — Solids of length l
14 © ISO 2008 – All rights reserved
ISO/DIS 13535
ER = 2 t ER = 2,5 t if D is less than or equal to 63,5 mm (2,5 in).
ER = 3,5 t if D is greater than 63,5 mm (2,5 in).
NOTE If l is less than D, consider as a plate of NOTE Use maximum thickness, t, in the calculation.
thickness t. If l is less than t, consider as a plate of
thickness l.
a) Open at both ends b) Restricted or closed at one or both ends
Figure 2 — Equivalent round models — Tube (any section)
ER = 2,3 r
NOTE Shaded area A indicates ¼ t envelope for test specimen removal.
Figure 3 — Equivalent round models — Keel block configuration
ISO/DIS 13535
Dimensions in millimetres
a) Reduce to simple sections b) ER values c) ER intersectional value
NOTE The following steps should be used in determining the governing equivalent-round (ER), for complex sections:
⎯ reduce the component to simple sections a);
⎯ convert each simple section to an equivalent-round b);
⎯ calculate the diagonal through the circle that would circumscribe the intersection of the ER values c);
⎯ use the maximum ER value, whether for a single section or an intersection as the ER of the complex
section.
Figure 4 — Equivalent round models — Complex shapes
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ISO/DIS 13535
Dimensions in millimetres (inches)
To develop a keel block for ER = 115 mm (4,5 in), see footnotes below.
a
Noting from Figure 3 that ER = 2,3 r, then R = ER/2,3 = 50 mm (2 in).
b
Construct keel block as illustrated in Figure 3 using multiples of r.
c
Diameter D.
Figure 5 — Example of development of keel block dimensions
7 Welding requirements
7.1 General
Clause 7 describes requirements for the fabrication and repair welding, where permitted, of
primary-load-carrying components and pressure-containing components, including attachment welds.
7.2 Welding qualifications
All welding undertaken on components shall be performed using welding procedures qualified in accordance
with:
⎯ PSL 1: ASME B31.3, ASME IX, AWS D1.1, EN 288 and/or ASTM A 488 or equivalent standards;
⎯ PSL 2: ASME IX or equivalent standards.
This welding shall only be carried out by welders or welding operators who are qualified in accordance with
the aforementioned standards or EN 287.
Welding procedures for base materials not listed in the above standards shall be qualified individually or as a
group based on weldability, tensile properties or composition. If the parent metal is insufficiently ductile to
ISO/DIS 13535
meet the bend test requirements of ASME IX, the bend test (for PSL 1 or PSL 2) shall be conducted in the
following manner.
A bend bar comprised of parent metal, heat-treated to the ductility and strength requirements of the applicable
specification, shall be bent to failure. The side-bend specimen shall then be capable of being bent to within 5°
of the angle thus determined.
7.3 Written documentation
Welding shall be performed in accordance with welding procedure specifications written and qualified in
accordance with the applicable standard. The welding procedure specifications shall describe all the essential,
non-essential and supplementary-essential (when required) variables as listed in the applicable standard.
The procedure qualification record shall record all essential and supplementary-essential (when required)
variables of the welding procedure used for the qualification tests. Both the welding procedure specifications
and the procedure qualification record shall be maintained as records in accordance with Clause 11.
7.4 Control of consumables
Welding consumables shall conform to the consumable-manufacturer's specifications. The manufacturer shall
have a written procedure for storage and control of welding consumables.
Materials of low-hydrogen type shall be stored and used as recommended by the welding consumable
manufacturer to retain their original low-hydrogen properties.
7.5 Weld properties
The mechanical properties of the weld, as determined by the welding procedure qualification test, shall at
least meet the minimum specified mechanical properties required by the design. If impact testing is required
for the base material, it shall also be a welding procedure qualification requirement. Results of testing in the
weld and heat affected zone (HAZ) shall meet the minimum requirements of the base material. For attachment
welds, the HAZ of materials requiring impact testing, but not necessarily the weld, shall meet the above
requirements.
All weld testing shall be performed with the test weldment in the applicable post-weld heat-treated condition.
For welded components with weld thicknesses greater than 25 mm (1 in) that are not post-weld heat-treated,
a lowering of the impact test temperature should be considered by the manufacturer.
7.6 Post-weld heat-treatment
Post-weld heat-treatment of components shall be in accordance with the applicable qualified welding
procedure specification.
7.7 Fabrication welds
In addition to the requirements specified in 7.2 to 7.6, weld-joint types and sizes shall meet the manufacturer's
design requirements and shall be documented in the manufacturer's welding procedure specification.
7.8 Repair welds
7.8.1 Access
There shall be adequate access to evaluate, remove and inspect
...
PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 13535
ISO/TC 67/SC 4 Secrétariat: ANSI
Début de vote: Vote clos le:
2008-02-21 2008-07-21
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION • МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipements de forage
et de production — Équipement de levage
Petroleum and natural gas industries — Drilling and production equipment — Hoisting equipment
[Révision de la première édition (ISO 13535:2000)]
ICS 75.180.10
ENQUÊTE PARALLÈLE ISO/CEN
Le Secrétaire général du CEN a informé le Secrétaire général de l'ISO que le présent ISO/DIS couvre un
sujet présentant un intérêt pour la normalisation européenne. Conformément au mode de
collaboration sous la direction de l'ISO, tel que défini dans l'Accord de Vienne, une consultation
sur cet ISO/DIS a la même portée pour les membres du CEN qu'une enquête au sein du CEN sur
un projet de Norme européenne. En cas d'acceptation de ce projet, un projet final, établi sur la base
des observations reçues, sera soumis en parallèle à un vote de deux mois sur le FDIS au sein de l'ISO et
à un vote formel au sein du CEN.
La présente version française de ce document correspond à la version anglaise qui a été
distribuée précédemment, conformément aux dispositions de la Résolution du Conseil 15/1993.
Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du
secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au
Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.
To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee secretariat.
ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at publication
stage.
CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE PEUT
ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
OUTRE LE FAIT D'ÊTRE EXAMINÉS POUR ÉTABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE
PROPRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE.
©
Organisation internationale de normalisation, 2008
ISO/DIS 13535
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Toute reproduction est soumise au paiement de droits ou à un contrat de licence.
Les contrevenants pourront être poursuivis.
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ii ISO 2008 – Tous droits réservés
ISO/DIS 13535
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.2
3 Termes et définitions .3
4 Conception.6
5 Essai de vérification de la conception .10
6 Exigences relatives aux matériaux.13
7 Exigences relatives au soudage.18
8 Contrôle qualité .21
9 Équipement .29
10 Marquage.48
11 Documentation .49
Annexe A (normative) Exigences supplémentaires .51
Annexe B (informative) Guide pour la qualification de l’équipement de traitement thermique .53
Bibliographie.56
ISO/DIS 13535
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L'ISO 13535 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 4, Équipement de forage et de
production en collaboration avec le CEN/TC 12, Matériel, équipement et structures en mer pour les industries
du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13535:2000), qui a fait l’objet d’une
révision technique
L'Annexe A constitue une partie normative de la présente Norme internationale. L'Annexe B est uniquement
informative.
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ISO/DIS 13535
Introduction
La présente Norme internationale est basée sur la Spécification 8C de l'API, quatrième édition, février 2003.
Il convient que les utilisateurs de la présente Norme internationale soient informés que des exigences
différentes ou complémentaires peuvent être nécessaires pour des applications particulières. La présente
Norme internationale n’a pas pour intention d’empêcher un vendeur d'offrir, ou un acheteur d'accepter,
d'autres équipements ou solutions techniques pour une application particulière. Ceci est d'autant plus vrai
lorsque la technologie est innovante ou en cours de développement. Lorsqu'une autre solution est proposée,
il convient que le vendeur identifie tous les écarts par rapport à la présente Norme internationale et en
fournisse les détails.
PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 13535
Industries du pétrole et du gaz naturel — Équipements de forage
et de production — Équipement de levage
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale fournit des exigences relatives à la conception, à la fabrication et aux essais
des équipements de levage aptes à être utilisés dans les opérations de forage et de production.
La présente Norme internationale est applicable aux équipements de levage suivants employés pour le forage
et la production :
a) poulies de levage ;
b) moufles mobiles et moufles crochets ;
c) adaptateurs entre moufle et crochet ;
d) connecteurs et adaptateurs pour élévateur ;
e) crochets de forage ;
f) crochets pour tubes de production et crochets de tiges de pompage ;
g) bras élévateurs ;
h) élévateurs pour tubes de cuvelage, élévateurs pour tubes de production, élévateurs de tiges de forage et
élévateurs de masses-tiges ;
i) élévateurs pour tiges de pompage ;
j) adaptateurs d’anse de tête d’injection de rotary ;
k) têtes d’injection de rotary ;
l) têtes d'injection motorisées ;
m) raccords motorisés ;
n) colliers à coins, s’ils peuvent être utilisés comme élévateurs ;
o) réas ;
p) compensateurs de pilonnement ;
q) dispositifs de vissage de la tige d’entraînement, s’ils peuvent être utilisés comme un équipement de
levage ;
r) récipients sous pression et tuyauterie montés sur un équipement de levage ;
ISO/DIS 13535
s) colliers de sécurité, s’ils peuvent être utilisés comme un équipement de levage ;
t) chariots de guidage.
La présente Norme internationale détermine des exigences pour deux niveaux de spécification de produits
(PSL). Ces deux désignations PSL définissent différents niveaux d’exigences techniques. Toutes les
exigences spécifiées de l’Article 4 à l’Article 11 sont applicables à PSL 1, sauf si elles sont spécifiquement
identifiées en tant que PSL 2. PSL 2 inclut toutes les exigences PSL 1 plus les pratiques supplémentaires
mentionnées dans le présent document.
Les exigences supplémentaires ne s’appliquent que lorsque cela est spécifié. L’Annexe A donne un certain
nombre d’exigences supplémentaires normalisées.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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).
ISO 11960, Industries du pétrole et du gaz naturel — Tubes d'acier utilisés comme cuvelage ou tubes de
production dans les puits.
1)
API RP 9B, Application, Care, and Use of Wire Rope for Oil Field Service .
API Spec 5B, Threading, Gauging, and Thread Inspection of Casing, Tubing, and Line Pipe Threads.
API Spec 7, Rotary Drill Stem Elements.
2)
ASME B31.3, Process Piping .
ASME V, Non-destructive Examination.
ASME VIII, DIV 1, Rules for Construction of Pressure Vessels.
ASME IX, Welding and Brazing specification.
3)
ASTM A 370, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products .
ASTM A 388, Standard Practice for Ultrasonic Examination of Heavy Steel Forgings.
ASTM A 488, Standard Practice for Steel Castings, Welding, Qualifications of Procedures and Personnel.
ASTM A 770, Standard Specification for Through-Thickness Tension Testing of Steel Plates for Special
Applications.
ASTM E 4, Standard Practices for Force Verification of Testing Machines.
ASTM E 125, Standard Reference Photographs for Magnetic Particle Indications on Ferrous Castings.
ASTM E 165, Standard Test Method for Liquid Penetrant Examination.
1) American Petroleum Institute; 1220 L St. N.W.; Washington, DC 20005; USA.
2) American Society of Merchanical Engineers; 345 East 47st St; New York, NY 10017; USA.
3) American Society for Testing and Materials; 100 Barr Harbor Dr.; West Conshohocken, PA 19428; USA.
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ISO/DIS 13535
ASTM E 186, Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (2 to 4 1/2-in. (51 to 114-mm)) Steel
Castings.
ASTM E 280, Standard Reference Radiographs for Heavy-Walled (4 1/2 to 12-in. (114 to 305-mm)) Steel
Castings.
ASTM E 428, Standard Practice for Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic
Examination.
ASTM E 446, Standard Reference Radiographs for Steel Castings Up to 2 in. (51 mm) in Thickness.
ASTM E 709, Standard Guide for Magnetic Particle Examination.
ASNT SNT-TC-1A, Recommended practice for personnel qualification and certification in non-destructive
4)
testing .
5)
AWS D1.1, Structural welding code .
AWS QC1, Standard for AWS Certification of Welding Inspectors.
EN 287 (toutes les parties), Épreuve de qualification des soudeurs — Soudage par fusion.
EN 288 (toutes les parties), Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux
métalliques.
MSS SP-55, Quality standard for steel castings for valves, flanges and fittings and other piping components –
6)
Visual method for evaluation of surface irregularities .
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1 Termes et définitions
3.1.1
charge nominale sur les paliers
charge maximale calculée pour les paliers subissant la charge primaire
3.1.2
charge de calcul
somme des charges statiques et dynamiques induisant la contrainte maximale admissible dans un élément
3.1.3
coefficient de sécurité théorique
coefficient permettant de tenir compte d’une certaine marge de sécurité entre la contrainte maximale
admissible et la limite d’élasticité minimale spécifiée d’un matériau
3.1.4
essai de vérification de la conception
essai réalisé pour valider l’intégrité des calculs de conception utilisés
4) American Society for Nondestructive Testing; 4153 Arlingate Plaza; Box 28518, Columbus, OH 43228; USA.
5) American Welding Society; 550 N.W. LeJeune Road, Miami, Florida 33126; USA.
6) Manufacturers' Standardization Society of the Valve and Fittings Industry; 127 Park St. N.E.; Vienna, VA 22180; USA.
ISO/DIS 13535
3.1.5
charge dynamique
charge s’exerçant sur l’équipement du fait des effets de l’accélération
3.1.6
section circulaire équivalente
étalon permettant de comparer des sections de différentes formes à des barres rondes, utilisé pour
déterminer la réponse à des caractéristiques de trempe lors du traitement thermique d’aciers faiblement alliés
et d’aciers martensitiques résistants à la corrosion
3.1.7
concept théorique identique
propriété des unités d’une famille par laquelle toutes les unités de la famille ont une géométrie similaire dans
les principales zones porteuses
3.1.8
indication linéaire
indication révélée par un contrôle non destructif, dont la longueur est au moins égale au triple de la largeur
3.1.9
charge nominale
charge maximale, aussi bien statique que dynamique, devant s’exercer sur l’équipement en service
NOTE La charge nominale est numériquement équivalente à la charge de calcul.
3.1.10
contrainte maximale admissible
limite d'élasticité minimale spécifiée divisée par le coefficient de sécurité théorique
3.1.11
charge primaire
charge axiale à laquelle est soumis un équipement pendant les opérations
3.1.12
composant porteur principal
composant de l’équipement supportant la charge primaire
3.1.13
niveau de spécification de produit
degré des contrôles appliqués aux matériaux et aux procédés utilisés pour les composants porteurs
principaux de l’équipement
NOTE Les deux niveaux de spécification de produits sont identifiés par les codes PSL 1 et PSL 2.
3.1.14
essai de charge d’épreuve
essai de charge de production réalisé pour valider la charge nominale d’une unité
3.1.15
réparation
élimination des défauts, et remise en état, d’un composant ou d’un assemblage par soudage au cours de la
fabrication d’un nouvel équipement
NOTE Le terme « réparation », tel que mentionné dans la présente Norme internationale, ne s’applique qu’à la
réparation de défauts dans les matériaux au cours de la fabrication d’un nouvel équipement.
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ISO/DIS 13535
3.1.16
indication arrondie
indication révélée par un contrôle non destructif, ayant une forme circulaire ou une forme elliptique dont la
longueur est inférieure au triple de la largeur
3.1.17
charge de travail admissible
charge de calcul moins la charge dynamique
3.1.18
classe de dimension
désignation permettant d’identifier des équipements de même charge nominale maximale interchangeables
d’un point de dimensionnel
3.1.19
gamme de dimensions
gamme de diamètres de tubes couverte par un assemblage
3.1.20
procédé spécial
opération susceptible de modifier ou d’avoir une incidence sur les propriétés mécaniques, y compris la
ténacité, des matériaux utilisés dans l’équipement
3.1.21
unité d’essai
prototype sur lequel est réalisé un essai de vérification de la conception
3.2 Abréviations et symboles
3.2.1 Abréviations
ER section circulaire équivalente
ZAT zone affectée thermiquement
PSL niveau de spécification de produits
CND contrôle non destructif
CCP condition de charge principale
PWHT traitement thermique après soudage
3.2.2 Symboles
AS contrainte maximale admissible
max
B alésage inférieur
B
B alésage supérieur
T
D diamètre
D diamètre nominal du câble
R
D diamètre de collerette à épaulement droit
SE
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D diamètre d’enroulement
t
D diamètre de collerette à épaulement conique
TE
G profondeur totale de gorge
l longueur
l longueur entre repères
o
L charge de rupture
B
L charge d’essai de vérification de la conception
DVT
N nombre de poulies dans le moufle
r rayon
r rayon maximal d’une nouvelle gorge
max
r rayon minimal d’une nouvelle gorge
min
r rayon nominal du câble
câble
R charge nominale
SF coefficient de sécurité théorique
D
t épaisseur maximale
T rapport de la limite d’élasticité à la limite de rupture
R
TS résistance à la rupture réelle
a
TS résistance à la rupture minimale spécifiée
min
W charge nominale calculée des paliers du moufle
B
W charge nominale des paliers d’une poulie individuelle
R
W poussée nominale calculée du palier principal
S
YS limite d’élasticité minimale spécifiée
min
4 Conception
4.1 Généralités
L’équipement de levage doit être conçu, fabriqué et soumis à essai de manière à être, à tous égards, adapté
à l’usage prévu. L’équipement doit transporter en toute sécurité la charge pour laquelle il est prévu.
L’équipement doit être conçu pour un fonctionnement simple et en toute sécurité.
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4.2 Conditions de conception
Les conditions de conception suivantes doivent s'appliquer :
a) l’opérateur de l’équipement doit être responsable de la détermination de la charge de travail admissible
pour toute opération de levage ;
b) la température minimale de calcul et de service doit être de – 20 °C (– 4 °F), sauf si l’exigence
supplémentaire SR 2 a été appliquée (voir A.3).
ATTENTION — Il convient de ne pas utiliser l’équipement à pleine charge à des températures
inférieures à – 20 °C (– 4 °F), sauf si des matériaux appropriés ayant les propriétés de ténacité
prescrites à des températures de calcul plus basses ont été utilisés (voir A.3).
4.3 Analyse de la résistance
4.3.1 Généralités
L’analyse de conception d’un équipement doit envisager un fléchissement, une fatigue et un flambage
excessifs comme modes de défaillance possibles.
L’analyse de la résistance doit en général être basée sur la théorie élastique. Une analyse (plastique) de la
limite de rupture peut néanmoins être utilisée, le cas échéant. Une analyse par éléments finis, combinée à
des méthodes analytiques, peut être utilisée.
Toutes les forces susceptibles d’avoir une incidence sur la conception doivent être prises en compte. Pour
chaque section transversale devant être considérée, la combinaison, la position et la direction des forces les
plus défavorables doivent être utilisées.
4.3.2 Hypothèses simplifiées
En ce qui concerne la distribution et la concentration des contraintes, des hypothèses simplifiées peuvent être
utilisées, à condition qu’elles soient conformes à la pratique généralement acceptée ou qu’elles soient basées
sur une expérience ou des essais suffisamment étendus.
4.3.3 Relations empiriques
Des relations empiriques peuvent être utilisées à la place de l’analyse, à condition que ces relations soient
étayées par des résultats d’essais de contrainte documentés qui vérifient les contraintes dans le composant.
Les équipements ou composants qui, de par leur conception, ne permettent pas de fixer des extensomètres
pour vérifier la conception doivent être qualifiés par des essais conformément à 5.5.
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4.3.4 Contrainte équivalente
L’analyse de la résistance doit être basée sur une théorie élastique. Selon la théorie de Von Mises-Hencky, la
contrainte nominale équivalente provoquée par la charge de calcul ne doit pas dépasser la contrainte
maximale admissible AS telle que calculée par l’Equation 1.
max
YS
min
AS = (1)
max
SF
D
où
YS est la limite d'élasticité minimale spécifiée ;
min
SF est le coefficient de sécurité théorique.
D
4.3.5 Analyse (plastique) de la limite de rupture
Une analyse (plastique) de la limite de rupture peut être effectuée dans l’une des conditions suivantes :
a) pour les zones de contact ;
b) pour les zones où la concentration des contraintes est extrêmement localisée du fait de la géométrie de
la pièce, et les autres zones à forts gradients de contrainte dans lesquelles la contrainte moyenne dans la
section est inférieure ou égale à la contrainte maximale admissible telle que définie en 4.3.4.
Dans ces zones, l’analyse élastique doit prédominer pour toutes les valeurs de contrainte inférieures à la
contrainte moyenne.
Dans le cas d’une analyse plastique, la contrainte équivalente telle que définie en 4.3.4 ne doit pas dépasser
la contrainte maximale admissible AS telle que calculée par l’Equation 2.
max
TS
min
AS = (2)
max
SF
D
où
TS est la résistance à la rupture minimale spécifiée ;
min
SF est le coefficient de sécurité théorique.
D
4.3.6 Analyse de stabilité
L’analyse de stabilité doit être effectuée conformément à des théories de flambage généralement acceptées.
4.3.7 Analyse de fatigue
Sauf accord contraire, l’analyse de fatigue doit être basée sur une période d’au moins 20 ans.
L’analyse de fatigue doit être effectuée conformément à des théories généralement acceptées. Une méthode
pouvant être utilisée est définie dans la référence [3].
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4.4 Classe de dimension
La classe de dimension doit représenter l’interchangeabilité dimensionnelle et la charge nominale de
l’équipement.
4.5 Rayons des surfaces de contact
La Figure 7, la Figure 8, la Figure 9 et le Tableau 6 indiquent les rayons des surfaces de contact des outils de
levage. Ces rayons de contact sont applicables aux outils de levage utilisés lors du forage (y compris les
crochets de tubes de production), mais tous les autres outils de reconditionnement sont exclus.
4.6 Caractéristiques nominales
Tous les équipements de levage fournis conformément à la présente Norme internationale doivent être
calculés comme spécifié dans le présent document.
Ces caractéristiques nominales doivent comprendre une charge nominale pour tous les équipements et une
charge nominale sur les paliers pour tous les équipements comportant des paliers dans la voie de contrainte
principale.
La charge nominale sur les paliers a essentiellement pour but d’obtenir des caractéristiques nominales
compatibles, mais aussi de conférer une durée de vie raisonnable aux paliers lorsqu’ils sont utilisés dans les
limites de la charge nominale de l’équipement.
La charge nominale doit être basée sur le coefficient de sécurité théorique, tel que spécifié en 4.7, la limite
d'élasticité minimale spécifiée du matériau utilisé dans les composants porteurs principaux et la distribution de
contrainte telle que déterminée par les calculs de conception et/ou les données obtenues lors d’un essai de
charge de vérification de la conception tel que spécifié en 5.5.
La charge nominale doit être marquée sur l’équipement (voir Article 10).
4.7 Coefficient de sécurité théorique
Le coefficient de sécurité théorique doit être déterminé à partir du Tableau 1 suivant.
Tableau 1 — Coefficient de sécurité théorique
Charge nominale
Coefficient de sécurité
R
théorique
SF
kN (tonne) D
3,00
1 334 kN (150 tonnes courtes) et moins
a
1 334 kN (150 tonnes courtes) à 4 448 kN (500 tonnes courtes) 3,00 – [0,75 × (R – 1 334)/3 114]
inclus
Plus de 4 448 kN (500 tonnes courtes) 2,25
a
Dans cette formule, la valeur de R doit être en kilonewtons.
Le coefficient de sécurité théorique sert de critère de conception et ne doit en aucun cas être considéré
comme une autorisation à soumettre l’équipement à des charges supérieures à la charge nominale.
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4.8 Résistance au cisaillement
Pour les besoins des calculs de conception impliquant un cisaillement, le rapport de la limite d'élasticité en
cisaillement à la limite d'élasticité en traction doit être de 0,58.
4.9 Exigences propres aux équipements
Se reporter à l’Article 9 pour toutes les exigences de conception supplémentaires propres aux équipements.
4.10 Documentation relative à la conception
La documentation relative à la conception doit inclure les méthodes, les hypothèses, les calculs et les
exigences de conception. Les exigences de conception doivent comprendre, sans toutefois s’y limiter, les
critères relatifs aux dimensions, aux pressions d’essai et de service, aux matériaux, les exigences et
spécifications environnementales, ainsi que les exigences applicables sur lesquelles la conception doit être
basée.
Les exigences doivent également s’appliquer à la documentation relative à une modification de la conception.
5 Essai de vérification de la conception
5.1 Généralités
Pour garantir l’intégrité de la conception d’un équipement, des essais de vérification de la conception doivent
être effectués, comme spécifié ci-dessous.
Les essais de vérification de la conception d’un équipement doivent être effectués et/ou certifiés par un
service ou un organisme indépendant de la fonction de conception.
Un équipement qui, du fait de sa forme géométrique simple, permet une analyse de contrainte précise
uniquement par des calculs doit être dispensé d’essai de vérification de la conception.
5.2 Echantillonnage des unités d’essai
Pour qualifier les calculs de conception appliqués à une famille d’unités basée sur un concept théorique
identique, mais ayant des dimensions et des caractéristiques nominales variables, les options
d’échantillonnage suivantes s’appliquent.
⎯ Au moins trois unités représentant la conception doivent être soumises aux essais de vérification de la
conception. Les unités d’essai doivent être choisies en bas, au milieu et en haut de la gamme de
dimensions/caractéristiques nominales.
⎯ Il est également possible de déterminer le nombre requis d’unités d’essai en se basant sur le fait que
chaque unité d’essai qualifie aussi une dimension ou une caractéristique nominale au-dessus et au-
dessous de celle de l’unité d’essai sélectionnée.
NOTE La seconde option s’applique généralement à des gammes limitées de dimension/caractéristique nominale du
produit.
5.3 Modes opératoires d’essai
5.3.1 Essai de fonctionnement
Charger l’unité d’essai à la charge de calcul. Une fois la charge libérée, contrôler l’unité pour vérifier que les
fonctions de l’équipement et de ses composants n’ont pas été altérées par cette charge.
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5.3.2 Essai de vérification de la conception
Installer des extensomètres sur l’unité d’essai à tous les endroits où de fortes contraintes sont prévues, sous
réserve que la configuration de l’unité permette cette technique. Il convient d’utiliser des outils tels qu’une
analyse par éléments finis, des modèles, un vernis craquelant, etc. pour confirmer la position correcte des
extensomètres. Il convient d’installer des extensomètres à trois éléments dans les zones critiques afin de
pouvoir déterminer les contraintes de cisaillement et de supprimer la nécessité d’une orientation exacte des
extensomètres.
La charge d’essai de vérification de la conception, L , devant être appliquée à l’unité d’essai doit être
DVT
déterminée par l’Equation 3.
L = 0,8 × R ⋅ SF , mais n’est pas inférieure à 2R. (3)
DVT D
où
R est la charge nominale, en kilonewtons ;
SF est le coefficient de sécurité théorique, tel que défini en 3.1.3 et en 4.7.
D
Charger l’unité à la charge d’essai de vérification de la conception. Il convient d’appliquer cette charge d’essai
avec précaution, en lisant les valeurs indiquées par les extensomètres et en observant le fléchissement. Il
convient de charger l’unité d’essai autant de fois que nécessaire pour obtenir des données adéquates.
Les valeurs de contrainte calculées à partir des valeurs indiquées par les extensomètres ne doivent pas
dépasser les valeurs obtenues par les calculs de conception (en se basant sur la charge d’essai de
vérification de la conception) de plus de l’incertitude de l’appareillage d’essai spécifiée en 5.6. La non
satisfaction de cette exigence ou une défaillance prématurée d’une unité d’essai doit conduire à une
réévaluation complète de la conception, suivie d’essais supplémentaires réalisés sur un nombre d’unités
d’essai identique au nombre initial d’unités, y compris une unité d’essai présentant les mêmes dimensions et
les mêmes caractéristiques nominales que l’unité défaillante.
A la fin de l’essai de vérification de la conception, démonter l’unité et contrôler les dimensions de chaque
pièce pour rechercher toute preuve de fléchissement.
Les pièces d’une unité peuvent être soumises à essai séparément, si les porte-pièces simulent les conditions
de charge applicables à la pièce dans l’unité assemblée.
5.4 Détermination de la charge nominale
Déterminer la charge nominale à partir des résultats de l’essai de vérification de la conception et/ou des
calculs de conception et de distribution des contraintes prescrits à l’Article 4. Les contraintes à cette charge
ne doivent pas dépasser les valeurs admises en 4.3. Un fléchissement localisé est autorisé au niveau des
surfaces de contact. Dans une unité d’essai ayant subi un essai de vérification de la conception, la
déformation critique permanente déterminée par les extensomètres ou d’autres moyens appropriés ne doit
pas dépasser 0,2 %, excepté dans les zones de contact. Si les contraintes dépassent les valeurs admissibles,
la conception de la ou des pièces concernées doit être reprise afin d’obtenir la caractéristique nominale
souhaitée. Les calculs relatifs à la distribution des contraintes ne peuvent être utilisés pour déterminer la
charge nominale de l’équipement que s’il est démontré que les résultats de l’analyse se situent dans des
limites de tolérance technique acceptables telles que vérifiées par l’essai de vérification de la conception
prescrit à l’Article 5.
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5.5 Autres mode opératoire d’essai de vérification de la conception et caractéristiques
nominales
Il est possible d’utiliser des essais destructifs de l’unité d’essai, à condition d’avoir déterminé une limite
d’élasticité et une résistance à la traction précises du matériau utilisé dans l’équipement. Chaque composant
d’un assemblage doit être qualifié dans la configuration de charge la plus défavorable. Les composants
peuvent être qualifiés par l’une ou l’autre des deux méthodes suivantes.
a) Le rapport T doit être calculé (voir Equation 5) pour chaque composant de l’assemblage. Le plus petit de
R
ces rapports doit être utilisé dans les équations.
b) Chaque composant peut être soumis séparément à l’essai de charge si les porte-pièces simulent les
conditions de charge applicables.
Pour cela, il est possible d’utiliser des éprouvettes de traction prélevées dans le matériau réel de la pièce
soumis aux essais destructifs et de déterminer le rapport de la limite d’élasticité à la limite de rupture. Ce
rapport est ensuite utilisé pour dimensionner l’équipement par l’Equation 4 :
T
R
R = L (4)
B
SF
D
YS
min
T = (5)
R
TS
a
où
SF est le coefficient de sécurité théorique (voir 4.7) ;
D
YS est la limite d'élasticité minimale spécifiée ;
min
TS est la résistance à la rupture minimale réelle ;
a
L est la charge de rupture ;
B
R est la charge nominale.
Étant donné que cette méthode de qualification de la conception n’est pas dérivée des calculs de contrainte,
la qualification doit être limitée aux seuls modèles, dimensions, gammes de dimensions et caractéristiques
nominales spécifiques soumis à essai.
5.6 Appareillage d’essai de charge
Étalonner l’appareillage de charge utilisé pour simuler la charge de travail sur l’unité d’essai conformément à
l’ASTM E 4 afin de s’assurer que la charge d’essai prescrite est atteinte. Pour les charges supérieures
à 3 600 kN (400 tonnes courtes), vérifier l’appareillage d’essai de charge à l’aide de dispositifs d’étalonnage
pouvant être reliés à un dispositif d’étalonnage de Classe A et ayant une incertitude inférieure à 2,5 %.
Les montages d’essai doivent charger l’unité (ou la pièce) d’essai sensiblement de la même manière que
dans les conditions de service réelles, avec sensiblement les mêmes zones de contact sur la surface
porteuse. Tous les équipements utilisés pour charger l’unité (ou la pièce) d’essai doivent être vérifiés quant à
leur capacité à réaliser l’essai.
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5.7 Modifications de la conception
Lorsqu’une modification de la conception ou du procédé de fabrication fait varier la charge nominale, un essai
de vérification de la conception doit être réalisé conformément à l’Article 5. Le fabricant doit évaluer toutes les
modifications de la conception ou des procédés de fabrication afin de déterminer si la charge nominale est
affectée. Cette évaluation doit être documentée.
5.8 Enregistrements
Tous les enregistrements relatifs à la vérification de la conception et les données associées doivent faire
l’objet des mêmes contrôles que ceux spécifiés en 11.2 pour les documents de conception.
6 Exigences relatives aux matériaux
6.1 Généralités
Tous les matériaux doivent être adaptés au service prévu.
Sauf spécification contraire, l’Article 6 fournit les différentes exigences relatives à la qualification, aux
propriétés et aux traitements des matériaux employés pour les composants porteurs principaux et les
composants sous pression.
6.2 Spécifications écrites
Les matériaux doivent être produits conformément à une spécification des matériaux écrite qui doit, au
minimum, définir les paramètres et limitations suivants :
⎯ exigences relatives aux propriétés mécaniques ;
⎯ qualification des matériaux ;
⎯ exigences relatives aux traitements, y compris fusion, travail et traitement thermique autorisés ;
⎯ composition chimique et tolérances ;
⎯ exigences relatives au soudage de réparation.
La description de la méthode de travail doit inclure le taux de dégrossissage de la pièce forgée.
6.3 Propriétés mécaniques
Les matériaux doivent satisfaire aux exigences relatives aux propriétés prescrites dans la spécification des
matériaux du fabricant.
La résistance aux chocs doit être déterminée à partir de la moyenne de trois essais, en utilisant des pièces
d’essai en vraie grandeur si les dimensions du composant le permettent. S’il est nécessaire de réduire les
dimensions des pièces devant être utilisées pour les essais de résilience, les critères d’acceptation des
valeurs de résilience doivent être ceux indiqués ci-après, mais multipliés par le facteur de correction approprié
indiqué dans le Tableau 3. Il ne faut pas utiliser de pièces d’essai réduites dont la largeur est inférieure
à 5 mm.
Pour les matériaux ayant une limite d'élasticité minimale spécifiée d’au moins 310 MPa (45 ksi), la résistance
moyenne aux chocs doit être d’au moins 42 J (31 ft-lb) à – 20 °C (– 4 °F), aucune valeur individuelle n’étant
inférieure à 32 J (24 ft-lb).
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Pour les matériaux ayant une limite d'élasticité minimale spécifiée inférieure à 310 MPa (45 ksi), la résistance
moyenne aux chocs doit être de 27 J (20 ft-lb) à – 20 °C (– 4 °F), aucune valeur individuelle n’étant inférieure
à 20 J (15 ft-lb).
Pour des températures de calcul inférieures à – 20 °C (– 4 °F) (par exemple, service arctique), des exigences
supplémentaires de résistance aux chocs doivent s’appliquer ; voir A.3, SR2.
Lorsque la conception nécessite des propriétés pour toute l’épaisseur, les matériaux doivent être soumis à
essai pour évaluer la striction dans le sens de l’épaisseur conformément à l’ASTM A770. La striction minimale
doit être de 25 %.
Les composants PSL 2 doivent être fabriqués à l’aide de matériaux satisfaisant aux exigences de ductilité
applicables spécifiées dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Exigences relatives à l’allongement (PSL-2)
Allongement
Limite d’élasticité
minimal
%
a
a
MPa (ksi) l = 5D
l = 4D
o
o
23 20
inférieure à 310 (inférieure à 45)
310 à 517 (45 à 75) 20 18
17 15
supérieure à 517 et inférieure ou égale à 758 (supérieure à 75 et
inférieure ou égale à
110)
Supérieure à 758 (supérieure à 110) 14 12
a
Où l est la longueur entre repères et D est le diamètre.
o
Tableau 3 — Facteurs de correction pour des éprouvettes de résilience de dimensions réduites
Dimensions de l’éprouvette Facteur de correction
mm
0,833
10,0 × 7,5
0,667
10,0 × 5,00
6.4 Qualification des matériaux
Effectuer les essais mécaniques sur des coupons d’essai de qualification représentatifs de la coulée et du lot
de traitement thermique utilisés pour la fabrication du composant. Les essais doivent être réalisés
conformément à l’ASTM A370, ou normes équivalentes, en utilisant le matériau à l’état final après traitement
thermique. Dans le cadre des essais de qualification des matériaux, le traitement thermique après soudage
(PWHT) n’est pas considéré comme un traitement thermique, à condition que la température de PWHT soit
inférieure à celle qui modifie l’état de traitement thermique du métal de base.
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Déterminer les dimensions du coupon d’essai de qualification d’une pièce en utilisant la méthode de la section
circulaire équivalente. La Figure 1 et la Figure 2 représentent les modèles de base permettant de déterminer
la section circulaire équivalente de pièces simples pleines et creuses. N’importe laquelle des formes
représentées peut être utilisée pour le coupon d’essai de qualification. La Figure 4 décrit les étapes
permettant de déterminer la section circulaire équivalente principale pour des sections plus complexes.
Déterminer la section circulaire équivalente d’une pièce en utilisant les dimensions réelles de la pièce à l’état
« brut de traitement thermique ». La section circulaire équivalente du coupon d’essai de qualification doit être
égale ou supérieure aux dimensions de la section circulaire équivalente de la pièce qu’elle qualifie, excepté
qu’il n’est pas exigé que la section circulaire équivalente dépasse 125 mm (5 in). La Figure 3 et la Figure 5
illustrent la procédure permettant de déterminer les dimensions requises d’une éprouvette en forme de quille
selon l’ASTM A370.
Les coupons d’essai de qualification doivent faire partie intégrante des composants qu’ils représentent ou
doivent être séparés des composants ou doivent être prélevés dans une ou des pièces de production
sacrifiée(s). Dans tous les cas, les coupons d’essai doivent provenir de la même coulée que les composants
qu’ils qualifient, doivent être soumis aux mêmes opérations de travail et doivent être traités thermiquement
avec les composants.
Les éprouvettes doivent être prélevées dans des coupons d’essai de qualification intégrés ou séparés de
manière à ce que leur axe longitudinal se situe entièrement dans le ¼ central de l’âme pour un coupon plein
ou à 3 mm maximum (1/8 in) du milieu de l’épaisseur de la section la plus épaisse pour un coupon creux. La
longueur entre repères d’une éprouvette de traction ou l’entaille d’une éprouvette de résilience doit se situer à
au moins 1/4 de l’épaisseur des extrémités du coupon.
Les éprouvettes prélevées dans des pièces de production sacrifiées doivent être découpées dans le ¼ central
de l’âme de la section la plus épaisse de la pièce.
6.5 Fabrication
Les procédés de fabrication doivent garantir la répétabilité de la production de composants satisfaisant à
toutes les exigences de la présente Norme internationale.
Tous les matériaux corroyés doivent être fabriqués en utilisant des procédés produisant une structure
corroyée dans tout le composant.
Toutes les opérations de traitement thermique doivent être effectuées à l’aide d’un équipement qualifié
conformément aux exigences spécifiées par le fabricant ou le transformateur. Le chargement du matériau
dans les fours de traitement thermique doit être tel que la présence d’une pièce n’a pas d’incidence néfaste
sur l
...
Questions, Comments and Discussion
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