Calcul d’appareil à pression
Ce calcul d'appareil à pression donne une première estimation de l'épaisseur d'un appareil à pression cylindrique, virole et fonds, avec les formules du code ASME section VIII division 1. Saisissez la pression de calcul, le diamètre intérieur, le matériau de tôle, le coefficient de joint soudé et la surépaisseur de corrosion, et l'outil donne l'épaisseur requise de la virole et des fonds, la tôle standard suivante, sa pression maximale de service, la pression d'épreuve et le volume.
Résultats
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Ce que fait le calcul d'appareil à pression
Réservoirs d'air, chaudières, séparateurs et ballons de stockage contiennent du gaz ou du liquide au-dessus de la pression atmosphérique, et la paroi doit être assez épaisse pour que la contrainte circonférentielle reste sous la contrainte admissible de la tôle. L'outil applique les formules en paroi mince de l'ASME section VIII division 1 pour une virole cylindrique sous pression intérieure et pour les trois fonds courants, ajoute la surépaisseur de corrosion et compare le résultat à une épaisseur de tôle standard. En France, les équipements sous pression relèvent de la directive DESP avec des codes comme le CODAP ou l'EN 13445, qui donnent des ordres de grandeur proches. L'outil est un prédimensionnement, pas une conception certifiée.
Formules d'épaisseur de virole et de fond
Pour une virole cylindrique sous pression intérieure, l'ASME VIII-1 UG-27 donne :
P est la pression de calcul, R le rayon intérieur à l'état corrodé, S la contrainte admissible, E le coefficient de joint et C la surépaisseur de corrosion. Les fonds suivent UG-32 :
La formule de virole reste valable tant que P est inférieure à 0,385 × S × E. La pression d'épreuve hydraulique vaut 1,3 fois la pression de calcul quand le rapport des contraintes vaut 1.
Exemple de calcul de réservoir sous pression
Un réservoir d'air comprimé de 1 000 mm de diamètre intérieur pour 10 bar eff., en SA-516 Grade 70 (S = 138 MPa), radiographié par sondage (E = 0,85), avec 3 mm de surépaisseur de corrosion et des fonds elliptiques 2:1 :
La tôle standard suivante est de 8 mm, ce qui donne à la virole une pression maximale de service de 11,6 bar. La pression d'épreuve est de 13 bar et, avec une virole de 3 000 mm, le réservoir contient 2 618 L.
Comment calculer l'épaisseur du réservoir sous pression
Choisissez les unités métriques ou US, puis saisissez la pression de calcul, le diamètre intérieur et la longueur de virole entre lignes de tangence. Choisissez le matériau de tôle, qui fixe la contrainte admissible jusqu'à 40 °C, ou indiquez votre propre contrainte admissible pour une température plus élevée. Choisissez le coefficient de joint selon la radiographie prévue, la surépaisseur de corrosion et le type de fond. Cliquez sur Calculer.
Lire l'épaisseur de virole
L'épaisseur requise inclut la surépaisseur de corrosion, mais ni la tolérance de laminage ni l'amincissement des fonds au formage : commandez les fonds avec une surépaisseur. La pression maximale de service de la tôle retenue montre la marge au-dessus de la pression de calcul. Si l'outil signale que la pression dépasse 0,385 × S × E, l'appareil est à paroi épaisse et relève des formules de l'Appendix 1. Piquages, supports, pression extérieure et charges de vent ou de séisme demandent leurs propres vérifications.
Quand faire un calcul de réservoir sous pression
- Estimer l'épaisseur de tôle pour le devis d'un réservoir d'air ou d'un ballon tampon
- Vérifier l'épaisseur de fond bombé d'un plan
- Comparer acier carbone et inox pour un appareil
- Retrouver la pression admissible d'une virole existante à partir de son épaisseur mesurée
- Calculer la pression d'épreuve et le volume du réservoir
Erreurs courantes sur l'épaisseur du réservoir sous pression
- Prendre la contrainte à froid à haute température. Retenez S à la température de calcul.
- Oublier la surépaisseur de corrosion. Ajoutez-la à l'épaisseur et au rayon.
- Confondre pression relative et absolue. Les formules utilisent la pression relative.
- Négliger l'amincissement au formage. Les fonds emboutis s'amincissent, commandez plus d'épaisseur.
Conseils pour l'appareil à pression
- Vérifiez aussi les épaisseurs minimales du code, pas seulement la formule.
- La radiographie par sondage augmente le coefficient de joint à faible coût.
- Faites concevoir et valider tout appareil à pression par un organisme ou un ingénieur qualifié.
Pression maximale de service et pression de calcul
La pression de calcul correspond au besoin du procédé ; la pression maximale de service, ou MAWP dans le code ASME, est ce que l'appareil fini supporte avec la tôle réellement retenue. Comme les tôles existent en épaisseurs standard, elle dépasse en général la pression de calcul. La soupape est tarée à cette valeur ou en dessous. La formule de virole réarrangée donne MAWP = S × E × t ÷ (R + 0,6t), avec t l'épaisseur après déduction de la corrosion. Derrière cette formule se trouve simplement un effort divisé par une section, la même idée que le calcul de contrainte et déformation applique aux barres et aux poutres.
Hauteur de liquide et volume du réservoir
Pour un appareil rempli de liquide, la pression au fond est la pression de calcul plus la pression de la colonne de liquide, que le calcul de pression hydrostatique donne à partir de la hauteur et de la densité. Les appareils verticaux élevés se vérifient à la virole inférieure. Le volume additionne la virole et deux fonds : un fond elliptique 2:1 contient π × D³ ÷ 24, un fond hémisphérique π × D³ ÷ 12. Pour une cuve ouverte ou atmosphérique, le calcul du volume d'une cuve suffit.
Épaisseur appareil à pression : contrainte admissible des tôles (jusqu'à 40 °C)
| Matériau | Contrainte admissible S |
|---|---|
| SA-516 Grade 70 | 138 MPa (20 000 psi) |
| SA-516 Grade 60 | 118 MPa (17 100 psi) |
| SA-285 Grade C | 108 MPa (15 700 psi) |
| SA-240 Type 304 | 138 MPa (20 000 psi) |
| SA-240 Type 316 | 138 MPa (20 000 psi) |
| SA-106 Grade B | 118 MPa (17 100 psi) |
Épaisseur de virole, SA-516-70, E = 0,85, C = 3 mm
| Pression de calcul | Diamètre intérieur 600 mm | Diamètre intérieur 1 000 mm | Diamètre intérieur 1 500 mm |
|---|---|---|---|
| 5 bar eff. | 4,29 mm | 5,15 mm | 6,22 mm |
| 10 bar eff. | 5,60 mm | 7,31 mm | 9,45 mm |
| 16 bar eff. | 7,17 mm | 9,92 mm | 13,36 mm |
| 25 bar eff. | 9,54 mm | 13,86 mm | 19,26 mm |
Questions fréquentes : Calcul d’appareil à pression
Comment calculer l'épaisseur d'un appareil à pression ?
Selon l'ASME VIII-1 UG-27, t = P × R ÷ (S × E − 0,6P) plus la surépaisseur de corrosion, avec le rayon intérieur, la contrainte admissible et le coefficient de joint.
Quelle est la pression d'épreuve d'un appareil à pression ?
Selon l'ASME VIII-1, 1,3 fois la pression maximale de service, corrigée du rapport des contraintes admissibles entre température d'épreuve et de calcul. La DESP et les autres codes fixent leurs propres coefficients.
Qu'est-ce que le coefficient de joint soudé ?
Il reflète le contrôle des soudures : 1,0 en radiographie totale, 0,85 en radiographie par sondage et 0,70 sans radiographie, pour des soudures bout à bout soudées des deux côtés.
Quel fond est le plus mince ?
Un fond hémisphérique demande environ la moitié de l'épaisseur de virole, un fond elliptique 2:1 à peu près la même épaisseur, un fond torisphérique davantage.