API 660 Échangeur de chaleur de type coquille et tube ASME Équipement pétrochimique et de raffinerie

Échangeur de chaleur tubulaire API 660 | Équipement pétrochimique et de raffinerie ASME

Qu'est-ce que l'API 660 ?

L'API 660 est la norme de l'American Petroleum Institute pour les échangeurs de chaleur tubulaires dans les industries pétrolière, gazière et pétrochimique, spécifiant les exigences de conception, de matériaux, d'essais et d'inspection pour assurer la sécurité et la fiabilité dans les environnements à haute pression, à haute température et corrosifs. Elle est conforme à l'ASME BPVC et à l'ISO 16812, exigeant une construction robuste, des matériaux résistants à la corrosion (comme l'acier inoxydable) et un contrôle qualité strict (y compris les essais hydrostatiques et les END) pour les applications critiques dans les raffineries, les usines de gaz et les plateformes offshore. La conformité à l'API 660 signale une durabilité éprouvée dans l'industrie, réduisant les temps d'arrêt et les risques opérationnels.

Fonction principale :

Transférer la chaleur entre deux fluides (généralement des liquides ou du gaz/liquide) sans les mélanger, en utilisant un faisceau de tubes enfermés dans une enveloppe cylindrique. Un fluide circule à travers les tubes (côté tube), l'autre circule autour des tubes à l'intérieur de l'enveloppe (côté calandre).

Pourquoi les échangeurs tubulaires dominent le secteur pétrolier et gazier :

1. Capacité haute pression et haute température :Construction robuste gérant les conditions extrêmes des procédés pétroliers et gaziers (puits HP/HT, raffinage, compression).

2. Fiabilité et durabilité prouvées :Conception mature avec une longue expérience dans les services critiques.

3. Flexibilité de conception :Adaptable à divers fluides (brut, gaz, eau, produits chimiques), débits, températures, pressions et tendances à l'encrassement grâce à des choix de configuration.

4. Facilité d'entretien :Les faisceaux tubulaires peuvent souvent être retirés pour le nettoyage, la réparation ou le remplacement (en particulier les conceptions à tête flottante).

5. Efficacité :Peut atteindre des coefficients de transfert de chaleur élevés, en particulier avec un écoulement turbulent et des surfaces améliorées.

Composants clés (axés sur l'API 660) :

1. Enveloppe :Récipient sous pression cylindrique (ASME Sec VIII Div 1/2). Le choix des matériaux est essentiel pour la corrosion (CS, SS, Duplex, alliages de nickel, plaqué).

2. Faisceau tubulaire :Élément central de transfert de chaleur.

   • Tubes :Sans soudure/soudés ; dimensionnés pour la perte de charge/l'encrassement ; le matériau est essentiel.

   • Plaques tubulaires :Plaques épaisses percées pour les tubes ; souvent plaquées ; essentielles pour la dilatation différentielle.

   • Chicanes :Supportent les tubes, induisent la turbulence côté calandre (segmentaire, hélicoïdale, à tiges). L'espacement/la conception impactent les vibrations et les performances.

   • Tiges d'attache et entretoises :Fixent les chicanes.

3. Canal/Collecteurs (côté tube) :Distribue le fluide côté tube ; permet l'accès (couvercle amovible - boulonné, capot).

4. Buses :Entrée/Sortie pour les fluides côté calandre et côté tube. Dimensionnées selon les limites de vitesse des fluides (API 660/API RP 14E).

5. Type TEMA :Définit la configuration mécanique en fonction du collecteur avant, du type d'enveloppe, du collecteur arrière. Types courants dans le secteur pétrolier et gazier : AES, BEM, AEP, AKT (têtes flottantes courantes pour la dilatation thermique).

Applications critiques dans le secteur pétrolier et gazier :

1. Production :Refroidissement du pétrole brut, refroidissement de l'eau produite, refroidissement du gaz (après compression), déshydratation au glycol (rebouilleurs/refroidisseurs).

2. Raffinage :Préchauffeurs d'alimentation, refroidisseurs de produits, rebouilleurs, condenseurs dans toute la distillation, l'hydrotraitement, les unités catalytiques.

3. Traitement du gaz :Échangeurs gaz/gaz (régénération/refroidissement), refroidisseurs gaz/liquide, refroidisseurs/rebouilleurs de solution amine, condenseurs/évaporateurs de réfrigérant.

4. Transmission :Refroidisseurs d'huile de lubrification, refroidissement du gaz après compression.

5. Utilités :Systèmes d'eau de refroidissement, récupération de chaleur.

Conformité à l'API 660 : La norme pour le secteur pétrolier et gazier

L'API 660 est la norme obligatoire pour les échangeurs tubulaires dans les industries du pétrole et du gaz naturel. La conformité garantit :

1. Conception et construction robustes :Exige des marges de conception minimales, des exigences de matériaux, des normes de fabrication (soudage, END), des essais de pression.
2. Sécurité et fiabilité :Traite des risques spécifiques au secteur pétrolier et gazier (service corrosif, exposition au feu, vibrations).
3. Interopérabilité et cohérence :Normalise les dimensions, les charges de buses, la nomenclature, la documentation.
4. Exigences spécifiques au secteur pétrolier et gazier :

• Conditions de conception :Pressions/températures de fonctionnement et de conception clairement définies.
• Matériaux :Exigences plus strictes pour les services corrosifs (NACE MR0175/ISO 15156), les essais de choc, les tolérances de corrosion.
• Fabrication et inspection :Procédures de soudage rigoureuses (WPQR), END approfondis (RT, UT, PT, MT selon des critères définis), tolérances dimensionnelles strictes.
• Joints tube-plaque tubulaire :Soudure de résistance + expansion souvent requise ; critères d'essai d'étanchéité spécifiés.
• Charges de buses :Limites de charge externe acceptables normalisées (forces/moments) pour l'interfaçage de la tuyauterie.
• Analyse des vibrations :Évaluation obligatoire (Annexe N) pour prévenir la défaillance des tubes due aux vibrations induites par l'écoulement (FIV).
• Essais :Pressions d'essai hydrostatique définies ; essais d'étanchéité pneumatiques/sensibles en option.
• Documentation :Rapports de données complets (Rapport de données du fabricant - MDR) comprenant les certificats de matériaux, les rapports d'END, les résultats des essais, les dessins.
• Annexes :Traitent des aspects critiques tels que :

  • Annexe F :Service à basse température.

  • Annexe G :Service létal.

  • Annexe H :Chauffages à tir direct.

  • Annexe K :Échangeurs à plaques et à cadre (si inclus).

  • Annexe M :Échangeurs refroidis par air (si inclus).

  • Annexe N :Vibrations induites par l'écoulement.

Avantages des échangeurs tubulaires conformes à l'API 660 :

• Sécurité accrue :Réduit le risque de fuites/défaillances dans les environnements dangereux.
• Performances prévisibles :Répond aux exigences thermiques et hydrauliques strictes.
• Durée de vie plus longue :Accent sur le contrôle de la corrosion, la prévention des vibrations et la fabrication de qualité.
• Approvisionnement et entretien plus faciles :La conception normalisée simplifie les pièces de rechange et les réparations.
• Acceptation réglementaire :Requise pour la plupart des grands projets dans le secteur pétrolier et gazier.

Inconvénients :

• Coût initial plus élevé :En raison des matériaux, de la fabrication et des exigences d'inspection rigoureuses.
• Taille/Poids :Peut être volumineux et lourd, ce qui a un impact sur les installations offshore/sur plate-forme.
• Encrassement :Sensible si les caractéristiques ou les vitesses des fluides ne sont pas gérées correctement (atténué par les choix de conception).
• Températures d'approche limitées :Moins efficace que les échangeurs à plaques pour les approches de température rapprochées.