Joint Rilson
Ningbo Rilson Scel Material Co., Ltd dédié à assurer le sécurisé et fiable Fonctionnement des systèmes d'étanchéité des liquides, offrant clients la technologie d'étanchéité appropriée solutions.
Installer un joint enroulé en spirale correctement est le facteur le plus critique pour obtenir un joint de bride sans fuite. Même la plus haute qualité joint métallique échouera prématurément si la surface d'appui est contaminée, si le couple des boulons est appliqué de manière inégale ou si le mauvais type de joint est sélectionné pour les conditions de fonctionnement. Ce guide fournit une procédure d'installation étape par étape, une séquence de serrage et une liste de contrôle d'inspection avant et après l'installation, fondées sur Joint ASME B16.20 normes et pratiques réelles en matière de raffinage et de pétrochimie.
Un joint enroulé en spirale est constitué d'une bete métallique en forme de V - généralement en acier inoxydable 304/316 - enroulée en alternance avec un matériau de remplissage souple tel que du flexible. joint en graphite matériel ou Joint PTFE remplisseur. La couronne en forme de ressort dans la bande métallique offre une résilience exceptionnelle sous des pressions et des températures fluctuantes, faisant des joints enroulés en spirale la solution d'étanchéité préférée pour joint haute pression and joint haute température applications dans le pétrole et le gaz, le raffinage, la production d’électricité et le traitement chimique.
Que vous soyez un ingénieur de maintenance préparant un arrêt programmé ou un responsable des achats faisant appel à un fabricant de joints spiralés , comprendre le processus d'installation complet protège vos actifs, garantit la conformité réglementaire et prolonge l'intervalle d'entretien de chaque joint à bride de votre installation.
Avant l'installation, les techniciens doivent comprendre avec quoi ils travaillent. Un joint enroulé en spirale standard comporte jusqu'à quatre zones distinctes, chacune remplissant une fonction d'étanchéité ou structurelle spécifique.
Le système de codage couleur normalisé par ASME B16.20 aide les techniciens sur le terrain à identifier rapidement joint industriel matériaux sur place. Par exemple, une bague extérieure jaune indique généralement une bague de centrage en acier au carbone, tandis que le rouge désigne généralement de l'acier inoxydable. Vérifiez toujours auprès de votre fournisseur de joints plutôt que de se fier uniquement à la couleur, car les fabricants non-ASME peuvent utiliser des conventions différentes.
Joint enroulé en spirale Filler Material — Maximum Service Temperature (°C)
Figure 1 : Températures maximales de service continu pour les matériaux de remplissage courants pour joints spiralés. Le graphite flexible est la charge la plus largement utilisée pour les raffineries et les services pétroliers et gaziers en raison de son équilibre entre résistance à la température et compatibilité chimique. Les charges en fibres céramiques sont réservées aux applications à températures extrêmes telles que les conduits de fumées et les brides de four où aucun autre matériau de remplissage ne peut maintenir l'intégrité de l'étanchéité.
Une mauvaise préparation de la surface est responsable d'une estimation 40 à 60 % de toutes les fuites au niveau des joints de bride dans les usines de transformation. Prendre 15 à 30 minutes pour une inspection approfondie avant l'installation élimine les causes profondes les plus courantes de défaillance des joints avant qu'elles ne surviennent.
Avant d'ouvrir le joint, vérifiez le joint par rapport au bon de commande et aux spécifications de la bride. Vérifiez les éléments suivants :
Nettoyez soigneusement les surfaces d'appui des brides à l'aide d'un solvant approprié : acétone ou alcool isopropylique pour la plupart des brides en acier au carbone et en acier inoxydable. Retirez toute trace de l’ancien matériau du joint, de la rouille, du tartre et des résidus de processus. Utilisez une brosse métallique, un grattoir à bride ou un tampon abrasif uniquement en cas de piqûres ou d'oxydation importante ; terminez toujours avec un chiffon non pelucheux et une lingette solvante.
Mesurez la rugosité de surface (Ra) des brides à face surélevée. Pour les joints enroulés en spirale, la finition de surface recommandée est 125 à 250 µin Ra (3,2 à 6,3 µm Ra) — une finition phonographique dentelée réalisée par un outil coupant à 45°/90° à profondeur contrôlée. Une finition plus lisse que 125 µin peut faire glisser le bobinage plutôt que de l'encastrer ; une finition plus rugueuse que 500 µin peut percer le mastic et créer des chemins de fuite.
Inspectez les rayures radiales, les piqûres et les déformations à l’aide d’une règle droite sur le diamètre de la face de la bride. Tout défaut radial d'une profondeur supérieure à 0,3 mm qui s'étend continuellement de l'alésage au diamètre extérieur justifie un réusinage de la bride avant de refaire le joint.
Les goujons et les écrous hexagonaux lourds doivent être nettoyés, inspectés pour détecter tout dommage au filetage et lubrifiés. La lubrification des boulons est essentielle : les filetages non lubrifiés peuvent absorber jusqu'à 50 % du couple appliqué sous forme de friction, n'en laissant que 50 % disponibles pour générer une contrainte d'assise du joint. Utilisez une pâte au bisulfure de molybdène (MoS₂) ou un composé antigrippant adapté à la plage de températures de fonctionnement. Appliquez du lubrifiant sur toute la longueur du filetage du goujon et sur les deux faces d’appui de l’écrou.
| Type de joint | Finition (µin Ra) | Finition (µm Ra) | Type de finition |
|---|---|---|---|
| Joint enroulé en spirale | 125-250 | 3.2–6.3 | Phonographique dentelé |
| Joint d'étanchéité annulaire | 63 maximum | 1,6 maximum | Sol lisse |
| Joint Kammprofile | 125-250 | 3.2–6.3 | Dentelé ou lisse |
| Joint plat sans amiante | 250-500 | 6,3-12,5 | Dentelé ou stock |
| Joint en métal ondulé | 125-250 | 3.2–6.3 | Phonographique dentelé |
Suivez cette procédure pour chaque joint à bride. Sauter des étapes, même celles qui semblent mineures, peut compromettre l'intégrité d'un joint haute pression joint fonctionnant à température élevée ou avec des fluides dangereux.
Placez le joint enroulé en spirale au centre de la face inférieure de la bride. La bague de centrage extérieure doit entrer en contact avec les trous de boulons de la bride ou avec l'alésage du tuyau, selon le type de bride (face surélevée, face plate ou joint de type annulaire). N'utilisez jamais de colle à joint, de produit d'étanchéité ou d'adhésif sur les joints enroulés en spirale : ces substances se compriment de manière inégale, empêchent l'enroulement de s'asseoir correctement et peuvent provoquer une défaillance prématurée. Ne réutilisez en aucun cas un joint spiralé précédemment installé.
Mettez la bride d'accouplement en position sans la faire glisser sur la face du joint. Le désalignement des brides est l’une des principales causes de charge inégale des joints. L'espace entre les faces des brides doit être parallèle à l'intérieur 1,5 mm sur n'importe quel diamètre avant l'insertion du boulon. Utilisez les goupilles d'alignement de bride dans deux trous de boulons opposés pour maintenir la position pendant que les boulons restants sont insérés. N’utilisez jamais de boulons pour assembler des brides mal alignées – cela pourrait briser la tuyauterie de raccordement et provoquer une défaillance catastrophique du joint.
Insérez tous les goujons et écrous et serrez uniformément à la main. À ce stade, chaque écrou doit être bien serré mais pas serré. Confirmez que le joint n'a pas bougé — vérifiez visuellement le centrage des deux côtés du joint. Retirez les goupilles d'alignement une fois que tous les boulons sont en place et serrés à la main.
Le couple est appliqué en plusieurs passes en utilisant un motif en croix (étoile) et non un motif séquentiel dans le sens des aiguilles d'une montre. Un modèle séquentiel applique la pleine charge sur un côté avant le côté opposé, inclinant le joint et créant des chemins de fuite. La procédure recommandée est la suivante :
Pour les brides de gros diamètre (NPS 12 et supérieur), envisagez d'utiliser des tendeurs de boulons hydrauliques plutôt que des clés dynamométriques. Les tendeurs appliquent la charge axialement plutôt que par torsion, ce qui permet d'obtenir un allongement plus uniforme des boulons et de réduire la dispersion de la charge de serrage obtenue. La dispersion typique avec une clé dynamométrique calibrée est de ± 25 à 30 % ; les tendeurs hydrauliques réduisent la dispersion à ±5–10 %.
Séquence de serrage des boulons en croix (exemple de bride à 8 boulons)
Figure 2 : Séquence de serrage des boulons en croix pour une bride à 8 boulons. Les chiffres indiquent l'ordre dans lequel les boulons doivent être serrés à chaque passe. Le motif croisé garantit que la contrainte d'assise du joint s'accumule uniformément sur toute la face d'assise, empêchant l'enroulement de s'incliner et maintenant un contact uniforme entre la bande métallique et les dentelures de la bride. L'application séquentielle des boulons dans le sens des aiguilles d'une montre (une erreur courante) peut entraîner une éruption ou une fuite du joint du côté soumis au premier serrage lorsque le côté opposé est serré.
Le couple correct n'est pas une valeur unique : il dépend des dimensions du joint, de la classe de bride, du diamètre et de la qualité du boulon, du lubrifiant utilisé et de la contrainte minimale requise sur le siège du joint (valeurs m et y selon la section VIII de l'ASME). L'utilisation d'un couple trop faible entraîne une contrainte d'assise insuffisante et des fuites ; un couple trop élevé écrase l'enroulement et détruit la résilience de retour élastique qui rend les joints enroulés en spirale efficaces sous les cycles thermiques.
Joint enroulé en spirale pour un joint de bride l'application nécessite généralement une contrainte d'assise minimale (y) de 10 000 à 15 000 psi (69 à 103 MPa) et un facteur de maintenance (m) de 3,0 à 6,5 en fonction du matériau de remplissage et de la classe de pression. Ces valeurs doivent être obtenues à partir de la fiche technique du fabricant du joint plutôt que des tableaux génériques publiés, car les dimensions et la densité d'enroulement varient selon le fabricant.
La formule générale du couple intégrant le facteur de friction (K), le diamètre du boulon (d) et la charge du boulon (F) est : T = K × d × F . Pour les goujons lubrifiés au MoS₂, K est généralement compris entre 0,14 et 0,16. Pour les goujons secs et non lubrifiés, K peut atteindre 0,20 à 0,22, ce qui signifie que le même couple produit beaucoup moins de charge sur les boulons – une raison essentielle pour rendre obligatoire la lubrification des boulons dans tous les cas. joint d'étanchéité procédures.
Couple typique des goujons par classe de bride — NPS 4, ASTM A193 B7 (Nm)
Figure 3 : Valeurs représentatives du couple des goujons pour les brides NPS 4 dans toutes les classes de pression ASME utilisant des goujons ASTM A193 B7 et du lubrifiant MoS₂. Les exigences de couple varient fortement en fonction de la classe de pression : les joints de classe 1500 nécessitent environ 6,5 fois le couple de serrage des boulons des joints de classe 150 pour la même taille de tuyau. Vérifiez toujours les valeurs de couple cibles réelles à partir de la fiche technique du fabricant du joint, car la densité d'enroulement et les dimensions ID/OD du joint affectent directement les calculs de charge d'assise requis.
L'installation ne se termine pas lorsque le passage final des boulons est terminé. Deux activités post-installation sont essentielles à l'intégrité des joints à long terme : le test de fuite initial et le resserrage des boulons à chaud.
Les nouveaux joints d’étanchéité doivent être testés hydrostatiquement ou pneumatiquement avant d’être remis en service avec le fluide de procédé. Les tests hydrostatiques à une pression de conception de 1,5 fois sont standard pour la plupart des systèmes de tuyauterie selon ASME B31.3. Pendant les tests, inspectez visuellement le joint pour détecter toute infiltration ou suintement. Ne serrez pas à nouveau les boulons lorsque le joint est sous pression d'essai : cela présente un risque pour la sécurité et peut provoquer une rupture soudaine du boulon.
Lorsqu'un système à bride atteint la température de fonctionnement pour la première fois, la dilatation thermique provoque un allongement des boulons et un relâchement du matériau d'apport (en particulier avec des charges en graphite), réduisant ainsi la charge effective des boulons de 10 à 25 % . Un resserrage à chaud – effectué à la température de fonctionnement dans les 2 à 4 heures suivant le réchauffement initial – rétablit la charge cible du boulon et compense ces effets. Le resserrage à chaud doit être effectué dans la même séquence croisée que la procédure de serrage initiale.
Les protocoles de sécurité pour le retorquage à chaud doivent tenir compte du risque d'exposition du personnel à des surfaces chaudes (au-dessus de 60°C) et à des systèmes sous pression. Utilisez des clés dynamométriques calibrées avec des poignées allongées pour éloigner l'opérateur du joint chaud. Pour les systèmes contenant des fluides dangereux, le retorquage à chaud nécessite un permis de travail formel. Certains opérateurs omettent de resserrer à chaud les joints remplis de PTFE en raison de la sensibilité plus élevée au fluage du PTFE à des températures élevées. Consultez votre fournisseur de joints Les conseils techniques de pour les matériaux de remplissage spécifiques.
Relaxation de charge des boulons de joint en fonction de la température de fonctionnement (remplissage en graphite)
Figure 4 : Rétention de la charge des boulons en pourcentage de la charge initiale de l'assemblage par rapport à la température de fonctionnement pour un joint enroulé en spirale rempli de graphite. Les données illustrent pourquoi le resserrage à chaud est essentiel : lorsqu'un joint atteint 200 °C, il a généralement perdu 15 % de sa charge initiale sur les boulons en raison de la dilatation thermique, de la relaxation du mastic et de l'encastrement. À 450°C — dans la plage de service de la charge graphite — la relaxation cumulée peut approcher 32 %, ce qui rend les intervalles de resserrage et d'inspection périodiques essentiels pour maintenir des performances d'étanchéité sûres dans les applications de joints à haute température.
La sélection correcte des matériaux est indissociable d’une installation correcte. Un joint parfaitement installé et fabriqué à partir du mauvais matériau échouera aussi sûrement qu’un matériau correct mal installé. La matrice de sélection ci-dessous couvre les variables les plus critiques.
Le métal du bobinage doit résister à la corrosion provenant à la fois du fluide de procédé et de l’environnement externe. Pour la plupart des applications pétrolières et chimiques, l’acier inoxydable 316 est le choix standard. Pour les services contenant du chlorure au-dessus de 60 °C, les enroulements en alliage 825 ou en Hastelloy C-276 offrent une résistance supérieure à la fissuration par corrosion sous contrainte. Pour les flux de pétrole brut et de gaz de raffinerie à haute teneur en soufre, les qualités en acier inoxydable 317L ou duplex sont des choix courants.
Radar des propriétés des matériaux de remplissage : graphite, PTFE et mica
Figure 5 : Comparaison radar des propriétés de trois matériaux de remplissage courants pour joints enroulés en spirale. Le graphite offre le profil de performances le plus équilibré – excellente plage de températures, bonne résistance chimique et capacité à haute pression – ce qui en fait le choix par défaut pour les raffineries et les services pétroliers et gaziers. Le PTFE excelle en termes de résistance chimique mais souffre d'une faible résistance au fluage et de pressions nominales limitées. Le mica offre des performances inégalées à haute température mais une conformabilité inférieure, ce qui signifie qu'il nécessite une finition de face de bride presque parfaite et des charges de boulons plus élevées pour obtenir une étanchéité efficace.
| Service de processus | Enroulement en métal | Matériau de remplissage | Remarques |
|---|---|---|---|
| Vapeur (saturée/surchauffée) | 316 SS | Graphite souple | Retorquage à chaud indispensable |
| Pétrole brut / Raffinerie | 316 SS ou 317L | Graphite souple | Bague intérieure requise ≥ Classe 900 |
| Acide concentré (HCl, HF) | Hastelloy C-276 | PTFE | Charge limite des boulons — fluage du PTFE |
| Gaz de combustion/fournaise | 310 SS ou Inconel | Mica ou Céramique | Au-dessus de 450°C, le graphite s'oxyde |
| Pharmaceutique / Alimentaire | Acier inoxydable 316L (poli) | PTFE vierge | Remplisseur conforme à la FDA requis |
| Eau de mer / Offshore | Alliage 825 ou 625 | Graphite souple | Une protection cathodique peut être nécessaire |
L'expérience sur le terrain des programmes de maintenance des usines pétrochimiques identifie systématiquement les mêmes erreurs d'installation sur différents sites et opérateurs. Comprendre ces modes de défaillance est aussi important que connaître la procédure correcte.
Une fois qu'un joint enroulé en spirale a été comprimé entre les brides et déchargé, le retour élastique dans l'enroulement métallique est réduit de façon permanente. Le matériau de remplissage, en particulier le PTFE, s'est déjà infiltré dans les irrégularités de la surface et ne peut pas se reconformer à un nouveau joint. Ne réutilisez jamais un joint enroulé en spirale. Le coût d'un joint de remplacement est négligeable par rapport au coût d'une deuxième ouverture de bride ou d'une fuite de procédé.
Les composés d'étanchéité appliqués sur la surface de l'enroulement créent une couche de contact non uniforme qui fait que le joint repose de manière excentrique. La charge des boulons est alors concentrée sur les points hauts, conduisant à une surcompression locale de l'enroulement et à un risque d'éclatement dans les zones à faible contrainte. Le seul lubrifiant acceptable dans un ensemble de joints se trouve sur les filetages des boulons et les faces d’appui des écrous – jamais sur la surface d’appui du joint.
Un joint de classe 300 installé dans une bride de classe 600 sera surcomprimé et détruit — sa bague extérieure ne limitera pas suffisamment la compression. À l’inverse, un joint de classe 600 dans un joint de classe 300 sera sous-comprimé, ce qui entraînera une contrainte d’assise insuffisante et des fuites. Vérifiez toujours le marquage de la classe de pression sur la bague extérieure du joint par rapport à la valeur nominale de la bride avant l'installation.
La contrainte sur les tuyaux – contrainte imposée sur un joint de bride par une tuyauterie mal alignée ou insuffisamment soutenue – crée des moments de flexion qui chargent de manière inégale un côté du joint. Même un joint parfaitement serré développera une fuite si le tuyau subit un mouvement thermique important sans boucles ou supports de dilatation appropriés. L'analyse des contraintes des tuyaux doit confirmer que les charges sur les brides restent dans les limites admissibles de l'ASME B16.5 avant la fermeture d'un joint.
Causes profondes des fuites de joints enroulés en spirale dans les installations industrielles (%)
Figure 6 : Répartition des causes profondes des fuites de joints spiralés sur la base des données de maintenance des installations pétrochimiques et des raffineries. Une mauvaise préparation de la surface des brides est la principale cause, représentant environ 35 % de toutes les fuites, ce qui souligne l'importance d'une inspection approfondie avant chaque ouverture de joint. Les procédures de serrage incorrectes et les erreurs de configuration des boulons représentent collectivement plus d'un quart des défaillances, qui peuvent être presque éliminées grâce à une formation appropriée des techniciens et à l'utilisation d'outils dynamométriques calibrés.
Pour les applications où les joints standard du catalogue ne conviennent pas (dimensions de bride non standard, fluides extrêmes ou exigences réglementaires spéciales), travaillez directement avec un technicien qualifié. fabricant de joints spiralés offrir des services OEM et ODM offre des avantages significatifs.
Ningbo Rilson Sealing Material Co., Ltd., fondée en 2007 et située à Ningbo, dans la province du Zhejiang, exploite une usine de fabrication de 20 000 m² dédiée à la conception et à la production de joints d'étanchéité pour les secteurs du pétrole, de la chimie, de l'énergie, de la construction navale et de la fabrication de machines. En tant que professionnel fournisseur de joints et fabricant, la gamme de produits de Rilson comprend des joints enroulés en spirale, des joints à joint annulaire, des joints à profil kamm, des joints en métal ondulé, des joints en kit d'isolation et des joints sans amiante, couvrant pratiquement la gamme complète des exigences d'étanchéité des brides industrielles.
Lors de l'engagement d'un fabricant de joints spiralés pour le développement personnalisé ou OEM, les ingénieurs en achats doivent demander :
T1. Un joint enroulé en spirale peut-il être réutilisé après l’ouverture d’une bride pour inspection ?
Non. Un joint enroulé en spirale ne doit jamais être réutilisé. Une fois que l'enroulement est comprimé sous la charge du boulon puis soulagé, la bande métallique perd une partie de sa capacité de retour élastique et le matériau de remplissage s'est déjà conformé à la surface de la bride d'origine. Tenter de remettre en place un joint usagé produira une contrainte d'assise imprévisible et augmentera considérablement le risque de fuite. Installez toujours un nouveau joint à chaque fois qu'une bride est ouverte, quelle que soit la durée de l'ouverture.
Q2. Quelle est la différence entre un joint spiralé avec et sans bague intérieure ?
La bague intérieure (également appelée limiteur de compression ou bague d'alésage) est une bague métallique solide située du côté alésage du bobinage. Sa fonction principale est d'empêcher l'enroulement d'être trop comprimé vers l'intérieur sous des charges élevées sur les boulons, ce qui pousserait le matériau de remplissage dans l'alésage du tuyau et limiterait le débit – ou provoquerait l'effondrement de l'enroulement. Conformément à la norme ASME B16.20, les bagues intérieures sont obligatoires pour les classes 900 et supérieures, pour toutes les classes de pression dans les faces de joint à rainure et languette et à anneau, et sont recommandées pour les classes 300 et 600 dans la plupart des applications à haute pression ou à haute température.
Q3. Comment puis-je vérifier la valeur correcte du couple de serrage des boulons pour mon joint spiralé ?
Le couple correct doit toujours être calculé en fonction des dimensions spécifiques du joint, de la qualité et du diamètre du boulon, du facteur de friction du lubrifiant (facteur K) et de la contrainte minimale d'assise du joint (valeur y) fournie dans la fiche technique du fabricant du joint. Les tableaux de couple génériques ne sont qu'un point de départ et ne tiennent pas compte des variations de densité d'enroulement entre les fabricants. Pour les joints critiques (haute pression, haute température ou fluides dangereux), engagez un ingénieur en gestion des brides pour calculer et documenter le couple cible pour chaque classe de joint dans votre installation.
Q4. Quelle finition de face de bride est requise pour les joints enroulés en spirale ?
Les joints enroulés en spirale nécessitent une finition phonographique dentelée avec une rugosité de surface de 125 à 250 µin Ra (3,2 à 6,3 µm Ra). Cette finition fournit la texture de surface contrôlée dans laquelle l'enroulement métallique peut mordre pendant la compression, créant ainsi des micro-joints le long de chaque ligne de contact d'enroulement. Une finition trop lisse peut faire glisser le joint sous la pression ; une finition trop rugueuse risque de percer le mastic. Si une face de bride présente des rayures radiales plus profondes qu'environ 0,3 mm, la bride doit être réusinée avant d'installer un nouveau joint.
Q5. Comment choisir entre une charge graphite et une charge PTFE pour une application de service chimique ?
Les principaux critères de sélection sont la compatibilité chimique et la température de fonctionnement. Le mastic PTFE est préféré pour les acides inorganiques forts (chlorhydrique, fluorhydrique, phosphorique), les solvants organiques et les services où la conformité FDA est requise – mais le PTFE est limité à 260°C et a un fluage plus élevé, ce qui signifie que la charge maximale des boulons doit être réduite. La charge graphite convient à la plupart des hydrocarbures, à la vapeur et à de nombreux acides et alcalis jusqu'à 450°C, mais doit être évitée avec les acides fortement oxydants (acide nitrique au-dessus de 10 %, acide sulfurique concentré) et l'oxygène liquide. En cas de doute, consultez le tableau de compatibilité chimique du fabricant du joint et confirmez avec un ingénieur de procédés.
Q6. Quelles normes régissent les dimensions et les matériaux des joints spiralés ?
La principale norme pour les joints spiralés utilisés avec les brides ASME B16.5 et B16.47 est ASME B16.20, qui spécifie les dimensions, les tolérances, l'identification des matériaux (code couleur) et les exigences de construction pour les joints des classes 150 à 2500. Pour les marchés européens, la norme EN 1514-2 couvre les exigences équivalentes. Les qualités de matériaux pour la bande d'enroulement et le matériau de remplissage doivent être conformes aux normes de matériaux ASTM, ASME ou EN applicables. Pour le service acide dans l'industrie pétrolière et gazière, la norme NACE MR0175/ISO 15156 impose des exigences supplémentaires sur les matériaux de bobinage métalliques afin d'éviter la fissuration sous contrainte par les sulfures.