ISO 20088-2:2020

NORME ISO
INTERNATIONALE 20088-2
Première édition
2020-01
Détermination de la résistance des
matériaux d'isolation thermique suite
à un refroidissement cryogénique —
Partie 2:
Phase vapeur
Determination of the resistance to cryogenic spill of insulation
materials —
Part 2: Vapour exposure
Numéro de référence
ISO 20088-2:2020(F)
©
ISO 2020

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ISO 20088-2:2020(F)

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ISO 20088-2:2020(F)

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Configurations d'essai . 2
5 Construction de l'appareillage d'essai et des substrats . 2
5.1 Appareillage. 2
5.2 Matériaux et tolérances . 3
5.3 Embout de décharge . 3
5.3.1 Construction de l'embout . 3
5.3.2 Position de l'embout . 3
5.4 Supports pour l'ensemble d'essai . 4
5.5 Échantillon et chambre de recirculation . 4
6 Matériaux de protection contre la fuite cryogénique. 5
6.1 Généralités . 5
6.2 Systèmes de revêtements appliqués liquides . 6
6.3 Essais de systèmes préformés . 6
7 Instruments pour les échantillons . 6
7.1 Généralités . 6
7.2 Emplacement des thermocouples . 6
8 Environnement d'essai. 7
9 Procédure d'essai . 7
10 Répétabilité et reproductibilité . 8
11 Incertitude de mesure . 8
12 Rapport d'essai . 8
13 Applications pratiques des résultats d'essai . 9
13.1 Généralités . 9
13.2 Critères de performance .10
13.2.1 Généralités .10
13.2.2 Revêtements et matériaux appliqués par pulvérisation – Température du
substrat .10
13.2.3 Systèmes et ensembles .10
13.3 Facteurs compromettant la validité de l'essai .11
13.3.1 Généralités .11
13.3.2 Défaillance au niveau de l'embout .11
13.3.3 Défaillance des thermocouples .11
Annexe A (normative) Méthodes de fixation des thermocouples .12
Annexe B (informative) Classification .13
Bibliographie .15
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) et l’IEC (Commission électrotechnique
internationale) forment le système spécialisé de la normalisation mondiale. Les organismes
nationaux membres de l'ISO ou de l’IEC participent au développement de Normes internationales
par l'intermédiaire des comités techniques créés par l'organisation concernée afin de s'occuper des
domaines particuliers de l'activité technique. Les comités techniques de l'ISO et de l’IEC collaborent
dans des domaines d'intérêt commun. D'autres organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO et l’IEC, participent également aux travaux.
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 attirée 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 et l’IEC ne sauraient être tenues pour
responsables 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) ou dans la liste des déclarations de brevets
reçues par l'IEC (voir http:// patents .iec .ch).
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’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir: www .iso .org/ iso/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré conjointement 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 9,
Equipements et installations pour le gaz naturel liquéfié (GNL), en collaboration avec le comité technique
CEN/TC 282, Installations et équipements relatifs au GNL, du Comité européen de normalisation (CEN)
conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Une liste de toutes les parties de la série ISO 20088 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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Introduction
Le présent essai a pour objet, dans la mesure du possible, d'être représentatif d'une potentielle émission
sous pression accidentelle de matière GNL cryogénique fabriquée par des installations industrielles.
L'essai inclut:
a) l'émission de liquide cryogénique sous pression, et
b) des scénarios qui prévoient des conditions relatives au jet essentiellement caractérisées par une
exposition à des émissions gazeuses.
Une émission par jet liquide peut se former lors de la libération de gaz naturel liquéfié (GNL) provenant
d'un équipement de traitement fonctionnant à pression, par exemple, certains processus de liquéfaction
utilisent une pression de fonctionnement de 40 à 60 bar. Cependant, à des distances spécifiques du
point de rejet, il est prévu que la fraction liquide diminue, de sorte que le refroidissement par liquide n’a
pratiquement aucun effet.
Cet essai est destiné à donner une indication de la manière dont les matériaux de protection contre la
fuite cryogénique se comportent en cas d'exposition soudaine à un jet cryogénique quand la fraction
liquide prévue est faible voire nulle.
Les dimensions de l'échantillon peuvent être inférieures à celles d'éléments types de structure et
d'installation. Le débit massique du jet cryogénique liquide peut être considérablement moindre que
celui qui pourrait se produire dans le cas d'un événement probable. Toutefois, les charges thermiques
individuelles auxquelles sont soumis les matériaux de protection contre la fuite cryogénique du fait
de l'émission cryogénique définie dans la procédure décrite dans ce document sont représentatives de
celles de zones exposées à une émission accidentelle de GNL cryogénique en l'absence de liquide ou en la
présence de liquide en faible quantité.
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Détermination de la résistance des matériaux d'isolation
thermique suite à un refroidissement cryogénique —
Partie 2:
Phase vapeur
AVERTISSEMENT — L'attention de toutes les personnes impliquées dans la gestion et la
réalisation d'essais de fuite cryogénique est attirée sur le fait que les essais à l'azote liquide
peuvent être dangereux, et qu'il y a un risque d'assister à une condensation de l'oxygène (risque
d'explosion)/de recevoir une «brûlure froide» et/ou une possibilité que des gaz nocifs (risque
d'anoxie) soient générés au cours de l'essai. Des dangers mécaniques et opérationnels peuvent
également survenir durant la construction d'éléments ou de structures d'essai, au cours des
essais eux-mêmes et lors de l'élimination des résidus d'essais.
Les dangers et risques potentiels pour la santé doivent être évalués, et des précautions de
sécurité doivent être identifiées et communiquées. Une formation et des équipements de
protection individuelle (EPI) appropriés doivent être fournis au personnel concerné.
Il est de la responsabilité du laboratoire d'essai de réaliser une appréciation adéquate du risque
suivant les réglementations locales afin de prendre en compte l'impact de l'exposition à l'azote
liquide et gazeux sur les équipements, le personnel et l'environnement.
1 Domaine d'application
Le présent document décrit une méthode pour déterminer la résistance de systèmes de protection
contre la fuite cryogénique (CSP) à la vapeur générée par une émission de liquide cryogénique dont la
teneur en liquide est quasi-nulle. Cette méthode s'applique quand des systèmes CSP sont installés sur
de l'acier au carbone.
L'essai fourni dans ce document ne couvre pas les émissions de liquide cryogénique sous haute pression
que l'on peut trouver dans les circuits de réfrigération et dans les courants de GNL immédiatement
après la liquéfaction.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils 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).
ISO 22899-1, Détermination de la résistance aux feux propulsés des matériaux de protection passive contre
l’incendie — Partie 1: Exigences générales
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants 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:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
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3.1
protection contre la fuite cryogénique
CSP
peinture ou gaine, ou système en panneau qui, en cas d'émission de jet cryogénique, offrira une isolation
thermique destinée à limiter le coefficient de transfert de chaleur depuis le substrat
3.2
température limite
température minimale que l'équipement, ensemble ou structure à protéger peut être autorisé à
atteindre
3.3
embout
ensemble à partir duquel le liquide cryogénique est émis sous forme de jet
3.4
commanditaire
personne ou organisme qui demande un essai
3.5
propriétaire de l'échantillon
personne ou société qui détient/produit un matériau destiné à être soumis à essai
3.6
pouvoir réfrigérant
2
quantité de chaleur transférée par une surface par unité de surface et par unité de temps (W/m )
4 Configurations d'essai
La configuration dans laquelle l'essai est réalisé est celle où l’échantillon est placée à la verticale. Le
matériau soumis à essai est exposé à une émission d'azote liquide sous pression dont la fraction liquide
est quasi-nulle (exposition à du gaz). Pour des raisons de sécurité, il est proposé d'effectuer cet essai
uniquement en extérieur, à moins de disposer de protections suffisantes pour atténuer les risques pour
la sécurité liés au confinement et au LN (azote liquide).
2
5 Construction de l'appareillage d'essai et des substrats
5.1 Appareillage
Les éléments clés nécessaires à l'essai sont les suivants:
5.1.1 Embout et ensemble destiné à l'alimentation en liquide cryogénique, permettant de
mesurer la température et la pression du liquide au point d'entrée du liquide dans l'embout.
5.1.2 Chambre atmosphérique, (tunnel en plastique à 3 côtés) d'une longueur de 6 m au maximum.
5.1.3 Azote liquide, d'un volume suffisant pour la durée de l'essai, fourni par un camion-citerne
capable de déverser son contenu à l'aide d'une pompe afin d'assurer la pression stable requise au niveau
de l'embout.
5.1.4 Échantillon en acier au carbone, protégé par CSP.
5.1.5 Thermocouples, permettant de déterminer la température dans l'échantillon d'acier et dans
l'atmosphère environnante, en fonction du temps.
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5.2 Matériaux et tolérances
La nuance d'acier utilisée pour l'essai doit être enregistrée. Au niveau des soudures, la construction doit
être représentative de la structure finie. Toutes les dimensions sont en millimètres, et sauf indication
contraire, les tolérances suivantes doivent être utilisées.
— nombre entier ±1,0 mm;
— première décimale ±0,4 mm;
— deuxième décimale ±0,2 mm;
— angles ±0' 30”;
— rayons ±0,4 mm.
L'échantillon sera un échantillon de structure en acier de construction tel que décrit dans l'ISO 22899-1.
5.3 Embout de décharge
5.3.1 Construction de l'embout
L'azote liquide est déversé vers l'échantillon depuis un embout. Un modèle d'embout approprié présente
les caractéristiques ci-après. L'embout doit avoir une longueur de 150 mm, avoir été construit à partir
d'un tube en acier inoxydable d'un diamètre nominal de 10 mm ± 0,5 mm avec un diamètre extérieur
de 20 mm à 30 mm et une épaisseur entre 5 mm et 10 mm. L'embout ne doit pas être conique et son
extrémité doit être nette, sans chanfreinage au niveau des parois du tube. L'embout est alimenté en
azote liquide par un tube en acier inoxydable Schedule 40S de diamètre DN50, pourvu d'une section
usinée dont le diamètre intérieur diminue jusqu'à 10 mm sur une longueur de 250 mm comme illustré
à la Figure 1.
Dimensions en millimètres
Légende
1 soudures
2 bride à enfiler
3 section réductrice
4 soudure bout à bout
5 embout faces droites
Figure 1 — Construction du tube d'alimentation et de l'embout
5.3.2 Position de l'embout
L'embout doit être positionné à l'horizontale, face à l'échantillon et être aligné avec le centre de ce
dernier afin que l'émission cryogénique percute la plaque échantillon perpendiculairement comme
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illustré à la Figure 2. La pointe de l'embout doit être placée de manière à fournir le pouvoir réfrigérant
nécessaire décrit à l'Article 8.
EXEMPLE 5 000 mm ± 10 mm de la surface protégée de l'échantillon lorsque la pression de sortie moyenne
est de 8 bar (0,8 MPa) (écart-type de 0,8 bar (0,008 MPa)) et que la température du liquide est inférieure à −170 °C
(Un exemple de support d’échantillon et de configuration de vue latérale est présenté à la Figure 2).
5.4 Supports pour l'ensemble d'essai
L'ensemble d'essai doit être maintenu à l'aide d'un matériau résistant aux températures cryogéniques.
Dimensions en millimètres
Légende
1 embout de décharge (canalisation omise pour clarté
2 chambre de recirculation (isolation thermique à l'arrière)
3 chambre de protection
4 chambre atmosphérique
5 supports pour chambre de recirculation chambre de protection
Figure 2 — Exemple de porte-échantillon et de configuration vue de côté
5.5 Échantillon et chambre de recirculation
La CSP doit être appliquée sur l'éprouvette d'essai principale sur la surface intérieure de la boîte.
Les dimensions doivent être conformes à l'ISO 22899-1. Pour un meilleur maintien et une meilleure
stabilité, la chambre de protection doit être fixée à l'arrière de la chambre de recirculation comme
2
illustré à la Figure 3. Un panneau d'isolation thermique (valeur U maximale de 1,25 W/m .K) doit être
fixé à l'arrière de la chambre de recirculation.
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Dimensions en millimètres

a
Treize trous percés
Figure 3 — Chambre de recirculation et échantillon
6 Matériaux de protection contre la fuite cryogénique
6.1 Généralités
Les systèmes CSP se présentent généralement sous deux formes: matériaux/revêtements appliqués
liquides et systèmes préformés. Les systèmes préformés comprennent plaques, carreaux, couvertures,
panneaux sandwich, etc., et sont caractérisés par des systèmes qui incluent les joints et les fixations.
Les systèmes préformés peuvent être utilisés conjointement avec des matériaux appliqués liquides.
La méthodologie d'application/installation, y compris toute préparation nécessaire de la surface,
renforcement, épaisseur, couches de finition, raccords, etc., doit être déterminée par le commanditaire
et/ou par le propriétaire de l'échantillon, et les détails associés doivent être fournis pour ajout dans le
rapport d'essai.
L'épaisseur doit être mesurée aux positions spécifiées à la Figure 4 pour les systèmes appliqués par
pulvérisation. Les positions de mesure indiquées doivent être considérées comme approximatives. Pour
les systèmes préformés, l'épaisseur de la couche de protection doit être mesurée à des emplacements
proches de ceux indiqués à la Figure 4. En cas de signes évidents d'amincissement ou d'épaississement
à des positions différentes de celles indiquées pour la mesure, il convient de prendre des mesures
supplémentaires.
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Figure 4 — Points de mesure d'épaisseur pour l'échantillon
6.2 Systèmes de revêtements appliqués liquides
Il convient que les systèmes/matériaux CSP qui sont appliqués sous forme liquide comme les
revêtements soient appliqués de la même façon qu'en opération.
6.3 Essais de systèmes préformés
Les systèmes préformés doivent également être installés de la même façon qu'en opération.
La méthode d'installation du système doit comporter les joints représentatifs, les fixations et les détails de
l'interface des matériaux appliqués liquides; il convient d'inclure un minimum de deux joints, comme suit:
1) un joint horizontal joint placé au-dessus des thermocouples 3, 14 et 4 de la Figure 5;
2) un joint vertical placé au-dessus des thermocouples 4, 7 et 10 de la Figure 5.
Il convient de soumettre les joints à essai soit au cours d'un même essai, soit au cours d'essais distincts,
comme déterminé par le commanditaire et/ou par le propriétaire de l'échantillon, en s'assurant que les
détails sont représentatifs conformément à l'Article 10.
7 Instruments pour les échantillons
7.1 Généralités
Des thermocouples doivent être fixés sur tous les échantillons. Le type et la fixation doivent être
conformes à l'une des méthodes décrites en Annexe A.
Les relevés doivent être enregistrés à des intervalles de 1 s maximum.
7.2 Emplacement des thermocouples
Les thermocouples sont positionnés comme illustré à la Figure 5. Les thermocouples représentés en
rouge doivent être positionnés à une distance de 10 mm ± 2 mm des échantillons (c'est-à-dire dans
l'atmosphère d'essai). Les thermocouples représentés en noir doivent se trouver à l'intérieur du substrat
en acier comme décrit en Annexe A.
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Dimension en millimètres
Légende
1 thermocouples 13 à 18
2 thermocouples 1 à 12
NOTE Emplacements des thermocouples pour les échantillons. Les thermocouples rouges sont devant la
boîte tandis que les marques noires sont en relation avec les thermocouples dans l'acier.
Figure 5 — Emplacement des thermocouples pour l'échantillon. Les thermocouples rouges
se trouvent face à la boîte, tandis que les marques noires représentent les thermocouples se
trouvant dans l'acier
8 Environnement d'essai
L'essai doit être réalisé de préférence en extérieur. Si la réticulation de l’échantillon et le conditionnement
sont effectués dans des conditions différentes, ceci doit être clairement indiqué dans le rapport d'essai.
L'essai doit être réalisé dans un environnement où les effets des conditions météorologiques n'ont pas
d'incidence significative sur l'essai, et dans les conditions suivantes.
— Il convient que la distance entre l'embout et l'échantillon et que la pression mesurée à la sortie du tube
d'alimentation Schedule 40 soient réglées de telle manière que la plage de relevé des thermocouples
se trouvant face à un côté dépourvu de revêtement de protection à l'arrière de l'échantillon soit
comprise entre −50 °C et −70 °C, générant une température d'acier comprise entre −40 °C et −60 °C
après 15 minutes d'émission. Il convient que l'essai ne soit effectué qu'avec une configuration d'essai
validée;
— La température moyenne de l'acier que le matériau CSP doit protéger, avant essai, doit être
de 23 ± 3 °C au début de l'essai;
— Une chambre atmosphérique (tunnel en plastique à 3 côtés) d'une longueur de 6 m au maximum doit
être fixée à la boîte de recirculation (voir Annexe B);
— Pas d'exposition directe au soleil.
9 Procédure d'essai
Il est de la responsabilité du laboratoire d'essai de faire en sorte que les paramètres d'essai soient
maintenus pendant toute la durée de l'essai.
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La procédure d'essai doit comprendre les éléments suivants:
a) La pression et la température au niveau de l'embout relevées tout au long de l'essai. La température
du substrat en acier protégé doit être contrôlée tout au long de l'essai et les emplacements où
d'éventuelles chutes soudaines de température sont observées doit être enregistrés. Les mesures
doivent être effectuées toutes les secondes.
b) Le propriétaire de l'échantillon doit fournir l'échantillon pour l'essai dans un état représentatif
de son application pratique. En particulier, il convient que l'essai comporte la géométrie proposée
pour les systèmes préformés décrite en 6.3.
c) Des photographies de l'échantillon doivent être prises avant essai.
d) L'épaisseur de la CSP et les dimensions extérieures du système/de l'ensemble CSP doivent être
vérifiées par le laboratoire d'essai indépendant avant le début de l'essai.
e) Les observations de détails significatifs du comportement de l'échantillon doivent être enregistrées
au cours de l'essai et au terme de la diffusion générée par l'émission de liquide cryogénique. Les
informations relatives à la déformation ou à l'élimination partielle de la surface ou à l'apparition de
fissures doivent être notées.
f) Des photographies de l'échantillon doivent être prises dès que possible après la fin de l'essai pour
illustrer les observations faites au point e). Ces photographies doivent être incluses dans le rapport
d'essai.
La procédure d'essai doit comprendre les éléments suivants:
— Il convient que le montage d'essai fasse en sorte que la vapeur générée par l'émission de liquide
cryogénique prévue se répande dès le début de l'essai sur l'échantillon en acier protégé par CSP
(utiliser, par exemple, une plaque ou un embout de déflection jusqu'à ce que l'émission de liquide
cryogénique
...