Deux fournisseurs proposent le même échangeur à plaques tubulaires fixes, avec les mêmes performances et matériaux, et retournent des épaisseurs différant de 15 à 20 %. Ni l'un ni l'autre n'a tort : le modèle diffère, et dans la conception des plaques tubulaires, le modèle se situe dans la norme, pas dans les performances. Les devis doivent donc être comparés sur la base du code, pas des chiffres.
ASME UHX ne donne pas d'épaisseur minimale directe pour la plaque tubulaire. Il part d'une épaisseur initiale fournie par l'utilisateur (les programmes à tubes en U offrent une formule de départ, pas toujours adaptée), calcule les composantes de contrainte pour chaque type de plaque tubulaire (simplement appuyée, fixe) et évalue le cas de charge le plus défavorable. La sortie est la contrainte axiale, de flexion et de cisaillement à trois interfaces : tube-plaque tubulaire, plaque tubulaire-calandre, plaque tubulaire-enveloppe. Lorsqu'une contrainte dépasse son admissible, une étape d'itération est donnée : l'épaisseur augmente jusqu'à ce que la contrainte critique atteigne l'admissible. Cette épaisseur est le minimum théorique.
Pour les plaques tubulaires fixes, TEMA suit la même base avec de grandes simplifications :
La conception des plaques tubulaires fixes est régie par le rapport de rigidité Xa : rigidité axiale du faisceau tubulaire sur la rigidité en flexion de la plaque tubulaire.
Pour les plaques tubulaires à tête flottante, ASME simplifie la contrainte équivalente à Pe(Xa) = Ps − Pt ; TEMA néglige à nouveau la contribution du faisceau tubulaire.
Les deux définissent différemment le facteur d'affaiblissement de la plaque perforée, ce qui est à l'origine de la plupart des écarts.
| Article | TEMA | ASME UHX |
|---|---|---|
| Base du ligament | Largeur moyenne entre les tubes | Largeur minimale entre les tubes |
| Effet de la paroi du tube | Une largeur moyenne unique η s'applique, que le joint soit dilaté ou soudé uniquement ; la contribution de la paroi du tube n'est pas différenciée. | La paroi du tube est comptée comme faisant partie du ligament effectif lorsque le tube est dilaté ; les joints soudés uniquement utilisent un μ* plus bas (proche du μ géométrique). |
| Diamètre effectif du trou | Pas de correction d* ; le diamètre réel du trou percé est utilisé directement avec la largeur moyenne η | Diamètre effectif du trou d* défini, incorporant la paroi du tube, le rapport des modules, le rapport des contraintes admissibles et la profondeur de dilatation. |
| Incompatibilité des matériaux | La formule d'épaisseur de la plaque tubulaire utilise une seule contrainte admissible pour la plaque tubulaire ; les propriétés du tube et de la plaque tubulaire ne sont pas traitées comme des variables distinctes. | Les propriétés des matériaux du tube et de la plaque tubulaire (Et, E, St, S) sont traitées séparément dans le calcul du ligament et des contraintes. |
| Symbole | Signification | Système de code |
|---|---|---|
| d* | Diamètre effectif du trou | ASME UHX |
| η | Efficacité du ligament sur la largeur moyenne du ligament | TEMA |
| μ | Efficacité géométrique du ligament sur la largeur minimale, sans correction de la paroi du tube ou du matériau | ASME UHX |
| μ* | Efficacité effective du ligament : μ corrigé pour la paroi du tube, le rapport des modules, le rapport des contraintes, la profondeur de dilatation | ASME UHX |
μ versus μ* : μ est l'efficacité géométrique du ligament définie par la disposition des tubes (diamètre du trou, pas, motif) sur la largeur minimale du ligament. μ* ajoute la paroi du tube dilatée comme zone porteuse, plus le rapport des modules, le rapport des contraintes et la profondeur de dilatation, donc μ* ≥ μ — supérieur uniquement lorsque le joint est dilaté, proche de celui-ci lorsqu'il est soudé uniquement.
Un ligament effectif plus petit donne une contrainte plus élevée : UHX utilise le minimum, TEMA la moyenne, donc TEMA donne une contrainte plus faible pour une géométrie identique, l'écart s'élargissant avec les joints soudés uniquement.
ASME exige que la charge du joint tube-plaque tubulaire soit calculée pour chaque cas crédible par rapport à son admissible. TEMA ne la calcule que pour le cas de pression seule, en supposant que les autres suivent. En service cyclique, vérifiez plutôt qu'héritez.
La norme chinoise prend une autre voie : quatre combinaisons de pression de conception de l'enveloppe et du tube, avec et sans expansion différentielle, et la paire inverse de même. Le poids mort est géré séparément dans un modèle axisymétrique 2D, la plaque tubulaire comme plaque équivalente, le faisceau tubulaire comme cylindre équivalent multicouche, la gravité superposée aux quatre. L'évaluation finale suit la classification JB 4732 pour la plaque tubulaire, les tubes, l'enveloppe et la jonction enveloppe-plaque tubulaire.
C'est une procédure de vérification des contraintes, pas une formule : à partir d'une épaisseur initiale, il calcule les contraintes d'interface pour le cas le plus défavorable et itère jusqu'à ce que la contrainte critique soit admissible.
Principalement le facteur de ligament : TEMA utilise la largeur moyenne η ; UHX utilise la largeur minimale du ligament avec d* et μ*.
ASME vérifie chaque cas crédible par rapport à son admissible ; TEMA vérifie uniquement le cas de pression seule, que le service cyclique devrait vérifier.
Quatre combinaisons de pression de conception enveloppe/tube, avec et sans expansion différentielle, plus un cas de poids mort séparé sur les quatre, évalué par JB 4732.
