Quelle est la différence entre les brides de classe 300 et de classe 600 ? Pressions nominales, spécifications et applications

Les brides sont des composants essentiels des systèmes de canalisations, permettant la connexion sécurisée des tuyaux, des vannes et d'autres équipements. Il est essentiel pour les ingénieurs et les professionnels de l'approvisionnement de comprendre les différences entre les brides de classe 300 et de classe 600. 

Cet article compare ces deux classes de brides en fonction des pressions nominales, des spécifications et des applications. Ces informations vous aideront à faire le bon choix pour votre système ou votre entreprise.

Différences de pression nominale

La pression nominale d'une bride détermine sa capacité à résister aux pressions internes à des températures spécifiques. Les brides de classe 300 et de classe 600 sont régies par les normes de pression de service ASME B16.5. Celles-ci définissent leurs valeurs nominales de pression de service maximales autorisées.

Pression de service maximale autorisée

• Classe 300: 740 psi à 100 °F
• Classe 600: 1 480 psi à 100 °F

Ces valeurs nominales reflètent la capacité de chaque bride à gérer la pression à des températures standard. Les valeurs nominales plus élevées de la norme ANSI 600 le rendent adapté aux applications exigeantes.

Dimensions détaillées de la bride ASME B16.5>>>

Facteurs de réduction de température

Les limites de pression et de température des brides sont affectées par les augmentations de température. Par exemple :

• Une bride de classe 300 peut tolérer une pression réduite à des températures élevées par rapport à la température ambiante.
• Les courbes spécifiques aux matériaux dans les classifications des brides ASME B16.5 guident les ingénieurs dans l'estimation des impacts du déclassement.

Influence de la qualité du matériau

Le matériau des brides affecte considérablement les valeurs de pression nominales. Les spécifications des brides en acier au carbone sont courantes, mais des alliages de haute qualité peuvent être nécessaires pour des conditions extrêmes.

Effets de la température

La température a un impact significatif sur les performances d'une bride, ce qui nécessite une réflexion approfondie.

Pressions nominales à des températures élevées

Alors que les brides de classe 300 conviennent aux systèmes à température modérée, les brides de classe 600 supportent des conditions plus sévères. Cela est dû à leurs tolérances supérieures en termes de pression et de température.

Limites de température maximales

La composition du matériau détermine la limite supérieure de température d'une bride. Par exemple, l'acier au carbone résiste à des températures allant jusqu'à environ 800 °F avant de nécessiter des alliages alternatifs.

Courbes de déclassement spécifiques aux matériaux

Lors du choix entre les brides de classe 300 et de classe 600, il est essentiel de comprendre comment les valeurs de pression nominale diminuent à mesure que la température augmente. 

Les ingénieurs s'appuient sur des courbes de déclassement pour prévoir les performances des brides sous différentes températures, garantissant ainsi des opérations sûres. Vous trouverez ci-dessous un tableau comparatif illustrant comment les pressions nominales des brides en acier au carbone et en acier inoxydable 316 diffèrent entre ces deux classes à différentes plages de température.

Température (°F)	Classe 300 (acier au carbone)	Classe 600 (acier au carbone)	Classe 300 (SS316)	Classe 600 (SS316)
-20 à 100	740 PSIG	1480 PSIG	720 PSIG	1440 PSIG
200	680 PSIG	1360 PSIG	620 PSIG	1240 PSIG
400	580 PSIG	1160 PSIG	540 PSIG	1080 PSIG
600	425 PSIG	850 PSIG	410 PSIG	820 PSIG
800	Non recommandé	Non recommandé	260 PSIG	520 PSIG

Caractéristiques physiques

La conception physique d’une bride affecte son application et sa compatibilité.

Différences dimensionnelles

Facteurs clés dans la comparaison des dimensions des brides de classe 300 et de classe 600 :

• Épaisseur de la bride:L'épaisseur de la bride augmente avec la classe nominale pour supporter une pression plus élevée. Sur la base des normes ANSI/ASME, voici les épaisseurs minimales approximatives pour les brides en acier au carbone : Classe 300 : environ 1,38 pouce et Classe 600 : environ 2,12 pouces
• Diamètre du cercle de boulonnage et nombre de trous de boulons:Les brides de calibre supérieur nécessitent plus de boulons et un cercle de boulonnage plus large pour répartir efficacement les contraintes. Vous trouverez ci-dessous des exemples de spécifications pour les brides NPS 6 :

Classe	Diamètre du cercle de boulonnage (pouces)	Nombre de trous de boulons
Classe 300	26.00	12
Classe 600	36	20

• Dimensions face à face:Les dimensions en face à face varient également légèrement d'une classe à l'autre pour s'adapter aux exigences de performance. Par exemple :

Classe 300 (NPS 6) : 1/16 de pouce 

Classe 600 (NPS 6) : 1/4 pouce

Exigences matérielles

• Qualités minimales des matériaux : Les brides de classe 300 et de classe 600 sont généralement fabriquées à partir des matériaux suivants, choisis pour leur capacité à résister à des conditions de fonctionnement spécifiques :

1. Acier au carbone (par exemple, ASTM A105)

• Tolérance à la pression : jusqu'à ~1480 PSIG pour la classe 600 à température ambiante.
• Tolérance de température : convient aux températures allant de -20 °F à ~800 °F.
• Raison d'utilisation : économique et largement disponible ; adapté aux applications à température et pression faibles à modérées.

2. Acier inoxydable 316 (par exemple, ASTM A182 F316)

• Tolérance de pression : jusqu'à ~1440 PSIG pour la classe 300 et ~2750 PSIG pour la classe 600 à température ambiante.
• Tolérance à la température : fonctionne bien à des températures allant de -150 °F à ~1500 °F.
• Raison d'utilisation : Résistance supérieure à la corrosion et à l'entartrage à haute température, ce qui le rend idéal pour les environnements chimiques et à haute température.

3. Acier allié (par exemple, ASTM A182 F22)

• Tolérance à la pression : comparable à l’acier inoxydable sous des valeurs nominales similaires.
• Tolérance à la température : supporte des températures extrêmes jusqu'à ~1200°F.
• Raison d'utilisation : Haute résistance et durabilité pour les environnements exigeants, y compris ceux avec des cycles thermiques élevés.

• Considérations métallurgiques

1. Contrôle de la composition chimique : Assure un mélange d'alliages homogène pour des propriétés mécaniques uniformes, telles que la résistance à la traction, la limite d'élasticité et la ténacité. Par exemple, les brides en acier au carbone conservent une faible teneur en carbone (< 0,35%) pour équilibrer la soudabilité et la résistance, tandis que l'acier inoxydable intègre du chrome (~ 16-18%) pour la résistance à la corrosion.
2. Intégrité structurelle : L'accent est mis sur la taille des grains et la distribution des phases, obtenues grâce à un traitement thermique précis, pour éviter les défaillances sous des charges cycliques. Les brides subissent souvent une normalisation ou une trempe et un revenu pour affiner les structures des grains, augmentant ainsi leur résilience aux contraintes et à la dilatation thermique.

• Spécifications du traitement thermique

Le traitement thermique des brides comprend la normalisation, le recuit ou la trempe et le revenu. Le processus dépend du matériau. Les brides ASTM A105 sont normalisées à environ 1 650 °F pour améliorer la ténacité. 

Les brides en acier allié sont trempées pour réduire les contraintes. Un contrôle strict de la température empêche le gauchissement ou d'autres défauts. L'acier inoxydable peut nécessiter un recuit de mise en solution à environ 1900 °F pour restaurer la résistance à la corrosion.

• Protocoles de test des matériaux

Les tests mécaniques permettent de s'assurer que les brides peuvent supporter les charges prévues. Les tests comprennent la résistance à la traction, la limite d'élasticité et les tests d'impact. 

Par exemple, une bride ASTM A182 F316 de classe 600 doit avoir une résistance à la traction d'au moins 515 MPa et une limite d'élasticité de 205 MPa. Les essais non destructifs (END), tels que les méthodes radiographiques ou ultrasoniques, détectent les défauts internes. 

Les tests de dureté confirment la réussite du traitement thermique. Les fabricants doivent fournir des certificats de test de matériaux (MTC) et se conformer aux normes ASME B16.5 ou API 6A.

Conséquences financières

Les brides avec des pressions nominales plus élevées, telles que la classe 600, ont généralement des coûts plus élevés en raison des exigences en matière de matériaux et de la complexité de fabrication.

Les brides de classe 600 coûtent plus cher en raison des matériaux de meilleure qualité, du volume de matériau accru et de la complexité de fabrication. Les matériaux haut de gamme, comme l'ASTM A182 F316, peuvent coûter 20 à 30% de plus car ils offrent la résistance et la résistance à la corrosion nécessaires aux applications à haute pression. Les brides de classe 600 nécessitent des parois plus épaisses, des diamètres extérieurs plus grands et davantage de trous de boulon, ce qui entraîne une utilisation de matériau jusqu'à 50% supérieure à celle de la classe 300. 

De plus, la disponibilité plus stricte des matériaux, les délais de livraison plus longs et les tolérances d'usinage précises augmentent les coûts de production. Les traitements thermiques approfondis et le contrôle qualité rigoureux contribuent également à leur prix élevé.

Coûts des matériaux

• Disponibilité des matières premières:La raréfaction des matériaux de haute qualité entraîne une augmentation des coûts.
• Exigences de volume:Des séries de production plus importantes peuvent réduire les coûts unitaires, mais sont moins courantes pour les classes spécialisées.

Considérations relatives à l'installation

1. GExigences de la demande

Les joints diffèrent considérablement entre les brides de classe 300 et de classe 600 en raison des exigences de pression et de température :

• Classe 300:Utilise généralement des joints souples, tels que du caoutchouc ou des matériaux non métalliques, adaptés aux pressions et températures plus basses.
• Classe 600:Nécessite des joints hautes performances tels que du graphite comprimé avec insertion en acier inoxydable ou du PTFE expansé, conçus pour supporter des pressions et des températures plus élevées.

Consignes d'installation : utilisez toujours un nouveau joint, assurez-vous qu'il est correctement centré entre les brides et vérifiez qu'il est propre et exempt de dommages pour éviter les fuites et maintenir une bonne étanchéité.

2. Spécifications de boulonnage

Les exigences de boulonnage diffèrent considérablement entre les brides de classe 300 et de classe 600 pour s'adapter à des pressions nominales plus élevées :

• Nombre de boulons:Les brides de classe 600 nécessitent souvent plus de boulons pour répartir uniformément les contraintes plus élevées.
• Diamètre du boulon:Des diamètres de boulons plus grands sont généralement spécifiés pour les brides de classe 600 afin de gérer des charges accrues.
• Catégorie de boulon:Les boulons de classe 600 utilisent des qualités plus résistantes et traitées thermiquement, telles que la norme ASTM A193 de qualité B7, par rapport aux boulons de qualité inférieure utilisés pour la classe 300.

3. Exigences de couple

Les exigences de couple augmentent avec les classes de brides supérieures en raison des brides plus épaisses et des joints plus résistants. Une application correcte du couple garantit une étanchéité parfaite :

• Processus d'application du couple:Serrez les boulons en étoile ou en croix, en augmentant progressivement le couple par incréments pour assurer une pression uniforme.
• Valeurs de couple spécifiques:Les brides de classe 600 nécessitent souvent un couple de serrage 25–50% supérieur à celui des brides de classe 300, en fonction de la taille du boulon et du type de joint.
• Post-installation:Vérifiez et resserrez les boulons une fois que le système a atteint la température de fonctionnement pour remédier à toute relaxation ou compression du joint.

Directives de candidature

Le choix entre la classe 300 et la classe 600 dépend des conditions d’exploitation.

Demandes de classe 300

• Systèmes à pression modérée
• Tuyauterie de procédé standard
• Utilisation industrielle générale
• Conditions de service courantes

Demandes de classe 600

• Systèmes à haute pression
• Services de processus critiques
• Conditions de fonctionnement sévères
• Exigences particulières en matière de services

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Référence

1. Essais d'étanchéité expérimentaux sur bride RFWN de classe 300 de 16 pouces avec et sans moment de flexion externe; George Bibel, T. Fath et W. Palmer; 2001 (https://www.researchgate.net/publication/291440904)
2. Analyse par éléments finis de la contrainte de contact des joints à brides de classe 600; Min-Young Lee, Doo-Hyung Jeong et Byung-Tak Kim; 2017 (https://www.researchgate.net/publication/312078397)