Les tuyaux de type Schedule 80 présentent une épaisseur de paroi supérieure à celle des tuyaux Schedule 40, ce qui leur confère une capacité de pression environ 40 à 60 % plus élevée. Un tuyau Schedule 80 de 2 pouces possède une épaisseur de paroi de 0.218 pouce, supportant une pression maximale de 4 498 PSI à température ambiante, tandis qu'un tuyau Schedule 40 de même diamètre, avec une épaisseur de paroi de 0.154 pouce, ne supporte qu'environ 3 000 PSI.
Dans le système de tuyauterie d'une usine chimique, Chen Wei, ingénieur tuyauterie, a tiré cette leçon de son expérience personnelle. Son projet l'obligeait à utiliser des tuyaux Schedule 40 pour une conduite de vapeur fonctionnant à 400 PSI et 550 °F. Le support a cédé trois mois après la mise en service du système, incapable de résister aux forces de dilatation thermique. La cause ? Si les exigences de pression du Schedule 40 étaient respectées, le choix de parois plus fines réduisait la robustesse de la structure. Le compresseur, situé à proximité, engendrait des vibrations qui augmentaient les contraintes au niveau du support. L'installation de tuyaux Schedule 80 sur la travée principale a résolu tous les problèmes. Cette épaisseur supplémentaire n'a engendré qu'un surcoût de 8 %, tout en éliminant un problème de maintenance récurrent.
Cet article présente les spécifications complètes des tuyaux de type Schedule 80. Le document contient des tableaux de dimensions, les pressions nominales et les données de déclassement en fonction de la température, ainsi qu'un cadre pratique permettant aux utilisateurs de déterminer quand le Schedule 80 est préférable au Schedule 40.
Points clés à retenir
- Les parois des tuyaux Schedule 80 sont de 35 à 80 % plus épaisses que celles des tuyaux Schedule 40, offrant une capacité de pression de 40 à 60 % supérieure pour une même taille nominale.
- Un tuyau en acier au carbone Schedule 80 de 1/2 pouce, dont la pression nominale est d'environ 8 575 PSI à température ambiante, chute à environ 2 501 PSI à 750 °F.
- Le tuyau ASTM A53 Grade B Schedule 80 est la spécification la plus courante pour un service général à haute pression, tandis que l'ASTM A106 le remplace au-dessus de 750 °F.
- Les tuyaux de type Schedule 80 pèsent de 25 à 50 % de plus que ceux de type Schedule 40, ce qui a une incidence directe sur les supports de tuyauterie, les coûts d'expédition et la main-d'œuvre d'installation.
- Le mélange de raccords Schedule 40 avec des tuyaux Schedule 80 réduit la pression nominale du système à la pression nominale inférieure du raccord.
Qu’est-ce que les tuyaux Schedule 80 ?
La norme Schedule 80 est une classification normalisée de l'épaisseur de paroi des tuyaux, définie par la norme ASME B36.10M pour les tuyaux en acier au carbone et allié et par la norme ASME B36.19 pour les tuyaux en acier inoxydable. Le numéro Schedule lui-même n'a plus de signification mathématique directe aujourd'hui, mais il était historiquement lié à l'épaisseur de paroi et à la pression interne maximale admissible pour un tuyau.
Le diamètre extérieur des tuyaux reste constant pour toutes les normes de diamètre nominal. Un tuyau de 4 pouces conserve un diamètre extérieur constant de 4.500 pouces pour toutes ses configurations (Schedule 5, 40, 80 et 160). Les spécifications définissent l'épaisseur de paroi comme l'élément déterminant le diamètre intérieur. L'utilisation de parois plus épaisses entraîne une réduction du diamètre intérieur, tout en augmentant la pression admissible et le poids.
Certaines dimensions de tuyauterie utilisent le terme « extra fort » ou « XS » pour décrire le Schedule 80. Il s'agit d'une option intermédiaire entre le Schedule 40 standard et le Schedule 160 renforcé. Le Schedule 80 représente l'épaisseur de paroi maximale utilisée par les ingénieurs pour les applications industrielles standard jusqu'à ce qu'ils passent à des tubes haute pression ou à des raccords forgés.
Le système de classification s'applique aux tuyaux sans soudure et soudés . Vous pouvez acheter des tuyaux de classe 80 sans soudure pour les pressions les plus élevées, ou des tuyaux soudés ERW pour des applications haute pression plus économiques, lorsque le coefficient d'efficacité du joint respecte les exigences réglementaires.
Dimensions et épaisseur de paroi des tuyaux Schedule 80
Les dimensions des tuyaux sont soumises à des normes strictes afin d'assurer un assemblage correct des raccords et brides de différents fabricants. Le tableau ci-dessous présente les dimensions les plus couramment spécifiées pour les tuyaux en acier au carbone de type Schedule 80, conformément à la norme ASME B36.10M.
Dimensions des tuyaux en acier au carbone Schedule 80
| NPS | OD (en) | OD (mm) | Mur (intérieur) | Mur (mm) | ID (entrée) | Poids (lb / ft) | Poids (kg / m) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1/2" | 0.840 | 21.3 | 0.147 | 3.73 | 0.546 | 1.09 | 1.62 |
| 3/4" | 1.050 | 26.7 | 0.154 | 3.91 | 0.742 | 1.47 | 2.19 |
| 1 pouce | 1.315 | 33.4 | 0.179 | 4.55 | 0.957 | 2.17 | 3.23 |
| 1-1 / 2 " | 1.900 | 48.3 | 0.200 | 5.08 | 1.500 | 3.63 | 5.40 |
| 2 pouce | 2.375 | 60.3 | 0.218 | 5.54 | 1.939 | 5.03 | 7.48 |
| 3 pouce | 3.500 | 88.9 | 0.300 | 7.62 | 2.900 | 10.26 | 15.27 |
| 4 pouce | 4.500 | 114.3 | 0.337 | 8.56 | 3.826 | 14.99 | 22.31 |
| 6 pouce | 6.625 | 168.3 | 0.432 | 10.97 | 5.761 | 28.60 | 42.56 |
| 8 pouce | 8.625 | 219.1 | 0.500 | 12.70 | 7.625 | 43.43 | 64.63 |
| 10 pouce | 10.750 | 273.1 | 0.594 | 15.06 | 9.562 | 64.49 | 95.97 |
| 12 pouce | 12.750 | 323.9 | 0.688 | 17.45 | 11.374 | 88.71 | 132.01 |
Ces poids sont des valeurs théoriques pour des tubes en acier au carbone à extrémités lisses. Le poids réel à l'expédition peut varier légèrement selon la nuance d'acier et la norme de fabrication. La formule utilisée par les ingénieurs pour estimer le poids est la suivante :
Poids (lb/pi) = 10.69 x (Diamètre extérieur – Épaisseur de paroi) x Épaisseur de paroi
Comparaison de l'épaisseur des parois : Schedule 80 vs Schedule 40
| NPS | Mur Sch 40 | Mur Sch 80 | Augmentation de l'épaisseur |
|---|---|---|---|
| 1/2" | 0.109 mm (2.77 po) | 0.147 mm (3.73 po) | 35 % |
| 2 pouce | 0.154 mm (3.91 po) | 0.218 mm (5.54 po) | 42 % |
| 4 pouce | 0.237 mm (6.02 po) | 0.337 mm (8.56 po) | 42 % |
| 6 pouce | 0.280 mm (7.11 po) | 0.432 mm (10.97 po) | 54 % |
| 12 pouce | 0.406 mm (10.31 po) | 0.688 mm (17.45 po) | 69 % |
L'augmentation en pourcentage est plus importante lorsque le diamètre du tuyau augmente. Les petits tuyaux subissent une légère augmentation de leur épaisseur, tandis que les gros tuyaux Schedule 80 sont nettement plus lourds que les tuyaux standard. Cette relation non linéaire influence l'estimation du poids, car elle a un impact sur l'estimation du poids total du système et sur l'estimation des charges structurelles.
Les normes ASTM A53 et A106 autorisent les fabricants à fournir des tuyaux dont l'épaisseur de paroi est inférieure de 12.5 % à l'épaisseur nominale standard. La marge de tolérance des tuyaux Schedule 80 à leur limite de pression maximale détermine si le système fonctionne en toute sécurité ou s'il enfreint les réglementations de sécurité. Le certificat d'essai du fabricant indique l'épaisseur de paroi réelle, que vous devez vérifier lorsque votre coefficient de sécurité de conception l'exige.
Pressions nominales des tuyaux de type Schedule 80
La pression admissible justifie le coût et le poids plus élevés de la norme Schedule 80. L'épaisseur accrue de la paroi augmente directement la pression de service maximale admissible (PSMA) pour chaque dimension nominale.
Pression nominale en fonction du diamètre de la tuyauterie (ASTM A53 Grade B, température ambiante)
| NPS | Mur (intérieur) | Pression maximale (PSI) | Pression maximum (bar) |
|---|---|---|---|
| 1/2" | 0.147 | ~ 8,575 | ~ 591 |
| 3/4" | 0.154 | ~ 7,187 | ~ 496 |
| 1 pouce | 0.179 | ~ 6,670 | ~ 460 |
| 2 pouce | 0.218 | ~ 4,498 | ~ 310 |
| 3 pouce | 0.300 | ~ 4,200 | ~ 290 |
| 4 pouce | 0.337 | ~ 3,670 | ~ 253 |
| 6 pouce | 0.432 | ~ 3,195 | ~ 220 |
| 8 pouce | 0.500 | ~ 2,841 | ~ 196 |
Les valeurs nécessitent des travaux de construction sans interruption, avec un coefficient d'efficacité des joints E = 1.00 comme base de calcul. Les tubes ERW soudés conformes à la norme ASTM A53 présentent un coefficient E = 0.85, ce qui entraîne une chute de pression admissible d'environ 15 % pour une même épaisseur de paroi. Il est impératif d'utiliser le coefficient d'efficacité des joints approprié, ainsi que la marge de corrosion exigée par votre code de tuyauterie, pour les applications critiques à haute pression.
Réduction de pression due à la température : la pression diminue lorsque la température augmente.
Voici ce que les concurrents omettent généralement de mentionner : la capacité de pression diminue lorsque la température de fonctionnement augmente. Le tableau ci-dessous illustre la perte de capacité d'un tuyau de 1 pouce (25,4 mm) de diamètre, conforme à la norme ASTM A53 Grade B et de calibre Schedule 80, sur toute sa plage de fonctionnement typique.
| Température (° F) | Température (° C) | Pression nominale (PSI) | Pression nominale (bar) |
|---|---|---|---|
| 100 | 38 | 4,213 | 290 |
| 200 | 93 | 3,634 | 251 |
| 300 | 149 | 3,265 | 225 |
| 400 | 204 | 3,002 | 207 |
| 500 | 260 | 2,791 | 192 |
| 600 | 316 | 2,659 | 183 |
| 750 | 399 | 2,501 | 172 |
La norme ASTM A53 définit les limites d'utilisation de ce matériau, qui apparaissent à des températures supérieures à 400 °C (750 °F). Il subit alors une perte de résistance importante, tandis que la précipitation de carbures réduit sa ténacité. Les ingénieurs privilégient les tubes sans soudure ASTM A106 Grade B, car ils offrent une résistance supérieure pour les opérations continues à haute température (plus de 540 °C / 1000 °F).
Votre procédé vous oblige à choisir entre deux options lorsque votre opération dépasse 500 degrés Fahrenheit, car la réduction de la résistance thermique vous contraindra à opter soit pour une taille nominale supérieure, soit pour un matériau de qualité supérieure. Le système Schedule 80 à température ambiante n'offre pas une protection suffisante pour les températures de fonctionnement.
Matériaux et spécifications des tuyaux de type Schedule 80
Les tuyaux Schedule 80 sont disponibles en plusieurs qualités de matériaux. Le choix de la spécification appropriée doit se faire en fonction de trois facteurs : la pression, la température et l’exposition à la corrosion.
L'acier au carbone est le matériau de prédilection pour les besoins courants. La norme ASTM A53 Grade B concerne les tubes soudés et sans soudure destinés à un usage général. Ce grade B présente une limite d'élasticité minimale de 35 000 psi et convient à la plupart des applications industrielles jusqu'à 400 °C (750 °F). La norme API 5L Grade B est similaire et largement utilisée pour les canalisations de pétrole et de gaz.
Pour les chaudières et les applications vapeur à haute température, le tube sans soudure ASTM A106 Grade B est la norme. Sa composition chimique est conforme à la norme A53, tandis que sa teneur en silicium et ses traitements thermiques sont soumis à des contrôles plus stricts, ce qui améliore ses performances à haute température.
Les tubes en acier inoxydable Schedule 80 sont conçus pour les environnements corrosifs où l'acier au carbone serait défaillant. La norme ASTM A312 couvre les tubes en acier inoxydable austénitique sans soudure et soudés, de nuances 304 et 316. Pour les applications marines et en présence de chlorures, l'acier inoxydable 316, avec sa teneur en molybdène de 2 à 3 %, offre une résistance à la corrosion par piqûres bien supérieure à celle de l'acier inoxydable 304. L'acier inoxydable duplex 2205, conforme à la norme ASTM A790, offre une résistance mécanique et une résistance à la corrosion encore plus élevées pour les applications offshore et chimiques.
La norme ASTM A333 Grade 6 définit un acier au carbone testé par résilience, qui conserve sa ténacité à des températures atteignant -50 °F (-45 °C) pour les applications cryogéniques et à basse température. La norme ASTM A335 inclut les nuances d'alliage P11 et P22, qui résistent aux températures extrêmement élevées requises pour les tubes de surchauffeurs de centrales électriques.
Vous pouvez vous procurer des tubes Schedule 80 sans soudure ou soudés. Les tubes sans soudure offrent la pression nominale la plus élevée, car l'absence de soudure entraîne une perte d'efficacité. Les tubes ERW soudés sont moins chers et performants pour la plupart des applications Schedule 80 où le coefficient E = 0.85 reste conforme aux exigences du code après prise en compte de la corrosion.
Considérations relatives au poids et à la structure
Le fonctionnement des tuyaux Schedule 80 repose sur leur paroi plus épaisse, ce qui augmente leur poids. Ce poids supplémentaire a des répercussions sur trois aspects principaux : la structure porteuse des tuyaux, les frais de transport et le coût de l’installation.
Le poids d'un tuyau de 6 pouces (15 cm) de diamètre et de section Schedule 40 atteint 19 livres par pied (8,6 kg/m). Un tuyau de même diamètre et de section Schedule 80 pèse 28.6 livres (13 kg/m). L'augmentation de poids totale s'élève à 960 livres (435 kg) lorsqu'il s'ajoute à la charge existante, répartie sur une distance de 100 pieds (30,5 m). Vos tuyaux supportent des ancrages et des éléments de charpente métallique, qui doivent être dimensionnés pour supporter cette différence.
Maria Santos, ingénieure en structures travaillant sur un projet d'agrandissement d'une raffinerie au Brésil, a été confrontée à ce problème précis. L'équipe chargée du calcul des contraintes de tuyauterie exigeait des tubes Schedule 80 pour la conduite d'alimentation du réacteur haute pression. Or, la conception initiale des supports réalisée par Maria se basait sur le poids de tubes Schedule 40, d'après un ancien tableur du projet. Lors de la revue de conception, une erreur de dimensionnement de 15 % a été constatée pour les poutres de support. La correction a nécessité le remplacement des poutres W8x31 par des poutres W10x33, ainsi que l'ajout de deux supports intermédiaires. Ces modifications structurelles ont coûté 12 000 $. Un simple contrôle du poids lors de la phase de conception aurait permis de déceler cette erreur.
Les coûts de transport augmentent proportionnellement au poids. Le fret maritime des tubes d'acier est généralement facturé en tonnes métriques. Un chargement de 3 048 mètres (10 000 pieds) de tube de 10 cm (4 pouces) de diamètre, de type Schedule 80, pèse environ 68 tonnes métriques. Un chargement de même longueur, de type Schedule 40, pèse environ 45 tonnes métriques. Les tarifs de fret actuels indiquent qu'une augmentation de poids de 50 % entraînera une hausse de plusieurs milliers de dollars des frais logistiques.
Les besoins en main-d'œuvre pour l'installation augmentent. La pose de tuyaux plus lourds requiert du matériel de levage supplémentaire, des équipes renforcées et des méthodes de soudage différentes. L'épaisseur accrue des parois des raccords filetés assure un meilleur engagement du filetage lors de l'installation. Le couple de serrage nécessaire pour réaliser les grands assemblages filetés augmente avec l'épaisseur de la paroi.
Applications : Où les tuyaux de type Schedule 80 excellent
Les tuyaux de type Schedule 80 trouvent leur place dans les systèmes où la pression, les contraintes mécaniques ou le risque de corrosion dépassent ce que les tuyaux de type Schedule 40 peuvent supporter en toute sécurité.
Conformément aux normes de l'industrie pétrolière et gazière, les entreprises utilisent la tuyauterie Schedule 80 pour leurs canalisations de process internes, les raccords de têtes de puits et les conduites de collecte fonctionnant à des pressions supérieures à 1 000 PSI. Sa construction à parois plus épaisses offre une protection contre les surpressions et les coups de bélier.
Les industries chimiques et de raffinage préconisent la norme Schedule 80 pour le transport d'acides, les applications caustiques et le traitement des hydrocarbures. La surépaisseur de paroi, renforcée par la corrosion, prolonge la durée de vie du tuyau dans les environnements où la corrosion interne l'amincit progressivement.
Les chaudières et les systèmes de vapeur nécessitent souvent des conduites d'alimentation en eau et de distribution de vapeur haute pression de type Schedule 80. La combinaison de la pression et de la température engendre des contraintes que des conduites plus fines ne peuvent supporter sur le long terme.
Les systèmes de protection incendie utilisent des conduites d'incendie haute pression de type Schedule 80 pour les canalisations principales et les colonnes montantes. La norme NFPA 14 relative aux colonnes montantes exige souvent l'utilisation de conduites de type Schedule 80 pour les immeubles de grande hauteur où la pression statique à la base du système peut atteindre 300 PSI.
Des parois plus épaisses offrent une meilleure protection contre l'abrasion lors du transport des boues minières. Les pipelines transportant du minerai, du charbon ou des cendres subissent une érosion interne au niveau des coudes et des rétrécissements. Dans les mêmes conditions d'utilisation, les canalisations de type Schedule 80 offrent une durée de vie supérieure à celles de type Schedule 40.
Les applications marines et offshore utilisent fréquemment des tubes en acier inoxydable 316 Schedule 80 pour le refroidissement par eau de mer, les systèmes de ballast et les réseaux d'incendie. La combinaison de leur résistance à la corrosion et de leur capacité de pression justifie leur coût plus élevé dans les systèmes marins critiques.
Pour la distribution d'eau potable, le chauffage, la ventilation et la climatisation, ainsi que les canalisations utilitaires basse pression, le calibre 40 est généralement suffisant. Spécifier le calibre 80 pour ces services engendre des coûts et un poids inutiles sans améliorer les performances.
Série 80 vs Série 40 : Quand faut-il passer à la version supérieure ?
La plupart des ingénieurs savent que la tôle Schedule 80 supporte des pressions plus élevées. La question plus complexe est de savoir quand il est nécessaire de passer de la tôle Schedule 40 à une tôle Schedule 80.
Utilisez ce cadre de décision :
Exigence de pression : La pression de conception doit être portée à la norme Schedule 80 lorsque celle-ci dépasse environ 70 % de la pression nominale de la norme Schedule 40 pour le diamètre de votre tuyauterie. Cette configuration offre une marge de sécurité adéquate pour gérer les fluctuations de pression et assurer une protection contre la corrosion.
Température : La capacité nominale réduite des vannes Schedule 40 doit être vérifiée lorsque la température de fonctionnement dépasse 200 °C (400 °F). La capacité réduite des vannes Schedule 40 atteint les pressions typiques des systèmes de vapeur pour la plupart des tailles, ce qui rend les vannes Schedule 80 plus sûres.
Contraintes mécaniques : Les tuyaux Schedule 80 offrent une meilleure protection contre les agressions extérieures grâce à leur capacité à résister aux vibrations et aux chocs. Leur paroi plus épaisse assure une protection mécanique essentielle aux canalisations traversant des zones à fort trafic, des équipements rotatifs et des sites sismiques.
Marge de corrosion : Les ingénieurs définissent une marge de corrosion pour les conditions de service corrosives. Cette marge correspond à l’épaisseur de paroi supplémentaire admissible tout au long de la durée de vie nominale sans compromettre la sécurité. L’utilisation d’une tôle de type Schedule 80 est obligatoire lorsque la marge de corrosion dépasse la capacité maximale admissible d’une tôle de type Schedule 40 après évaluation des pressions nominales.
Avertissement concernant la compatibilité des raccords : Cet avertissement indique que les tuyaux de type Schedule 80 et les raccords de type Schedule 40 peuvent être raccordés car leurs diamètres extérieurs sont identiques. La pression du système dépasse sa limite maximale dès qu’un élément atteint sa limite de rupture. La pression nominale du système chute alors au niveau d’un tuyau de type Schedule 40 lorsqu’un tuyau de type Schedule 80 est raccordé à un raccord de type Schedule 40.
Filetage : Les tubes Schedule 80 peuvent être filetés sur des diamètres plus petits. Leur paroi plus épaisse offre une profondeur de filetage supérieure à celle des tubes Schedule 40, ce qui rend les raccords filetés plus fiables en service haute pression. Les travaux de maintenance et de réparation industrielles utilisent couramment des raccords filetés Schedule 80 pour les tubes de diamètre nominal 2 pouces et moins.
Notre équipe de consultation technique vous assiste dans la définition des exigences de votre projet, car nous analysons vos données de pression, de température et de corrosion afin de déterminer si vous avez besoin des spécifications Schedule 40 ou Schedule 80.
Conclusion
Les ingénieurs privilégient les tuyaux Schedule 80 car leur épaisseur de paroi supérieure leur permet de travailler sur des projets exigeant des pressions et des températures élevées, ainsi qu'une grande résistance mécanique. Ces tuyaux supportent des pressions de 40 à 60 % supérieures à celles des tuyaux Schedule 40. Le système offre les performances requises, mais présente trois inconvénients : un poids accru, des coûts de matériaux plus élevés et un renforcement structurel nécessaire.
Le diamètre des tuyaux doit correspondre aux conditions de fonctionnement réelles du système. Les tuyaux de série 80 sont adaptés aux conduites d'alimentation en eau des chaudières, aux conduites de procédés chimiques, aux réseaux hydrauliques haute pression et aux conduites de protection incendie, bien que certaines normes imposent cette spécification. Les tuyaux de série 40 offrent d'excellentes performances pour les réseaux de distribution d'eau et les applications CVC, tout en permettant de réduire les coûts.
Il est impératif de vérifier la réduction de pression en fonction de la température pour toutes les applications fonctionnant à haute température. Un tuyau supportant une pression de 6 000 PSI à température ambiante verra sa pression chuter en dessous de 3 000 PSI lorsqu'il sera exposé à 400 °F (204 °C). La compatibilité des raccords est essentielle, car la pression nominale du système diminue lorsque des diamètres différents sont utilisés au sein d'un même système.
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