Introduction) : Dans le cadre de l'approvisionnement en tubes en acier et de la conception technique, le “ Wall Thickness Number (Sch) ” (abrégé en Sch) est un terme que l'on rencontre fréquemment, mais qui est souvent mal compris. Il ne représente pas directement la valeur de l’épaisseur de paroi, mais sert de système d’identification dans les normes nord-américaines (telles que ANSI/ASME B36.10, B36.19) pour normaliser les classes d’épaisseur de paroi des tubes en acier. Cette normalisation vise à dissiper la confusion concernant l’épaisseur de paroi entre les différents fabricants et spécifications. Elle permet aux utilisateurs du monde entier d’identifier rapidement la capacité de résistance à la pression et les utilisations applicables des tubes grâce au marquage “ Sch + chiffre ”, évitant ainsi les risques pour la sécurité liés à une épaisseur de paroi inadaptée.

Aujourd'hui, les classes Sch40 et Sch80 sont les deux classes les plus couramment utilisées dans le domaine de l'ingénierie ; elles correspondent respectivement aux “ conditions de fonctionnement à pression standard ” et aux “ conditions de fonctionnement à moyenne et haute pression ”. Ce sont également les deux spécifications que les utilisateurs ont le plus de mal à distinguer lorsqu'ils choisissent un modèle.

1. Principales différences : Sch40 et Sch80

La différence fondamentale entre les modèles Sch40 et Sch80 réside dans “ l'épaisseur de paroi et la capacité de résistance à la pression ”. Cependant, dans la pratique, cette différence s'étend à plusieurs aspects tels que le diamètre intérieur, le poids et les cas d'utilisation. Le “ Tableau comparatif des paramètres clés ” et l“” Analyse des principales différences » ci-dessous illustrent clairement les différences entre ces deux modèles :

Comparaison des paramètres clés des tubes en acier Sch40 et Sch80 pour des diamètres nominaux courants (conformes à la norme ANSI/ASME B36.10M, matériau : acier au carbone A106 B) :

Diamètre nominal (pouces) Diamètre extérieur du tube en acier (mm) Sch40 – Épaisseur de paroi (mm) SCH40 Pression maximale admissible dans l'eau à 20 °C (MPa) Sch80 – Épaisseur de la paroi (mm) SCH80 Pression maximale admissible dans l'eau à 20 °C (MPa)
1/2 21.34 3.73 10.3 5.56   15.1
1 33.4 3.38 8.6 4.55 11.7
2 60.33  3.91 6.8 5.54  9.3
4 114.3 6.02 5.2 8.56  7.1
6 168.28 7.11 4.5 10.16   6.2
 8 219.08 8.18 4.0 12.7 5.5

Explication des principales différences:

(1).Épaisseur de paroi et pression nominale : Sch80 “ Paroi épaisse, résistance à la pression élevée ” ; Sch40 “ Paroi mince, résistance à la pression standard ”

Comme le montrent les données du tableau, à diamètre nominal égal, l'épaisseur de paroi d'un tuyau Sch80 est toujours supérieure à celle d'un tuyau Sch40. À mesure que le diamètre augmente, cette différence s'accentue : l'écart d'épaisseur de paroi entre des tuyaux Sch40 et Sch80 de 1 pouce est de 1,17 millimètre, tandis que celui des tuyaux de 8 pouces atteint 4,52 millimètres. Cette différence d'épaisseur de paroi détermine directement leur capacité de résistance à la pression. Conformément à la norme ASME B31.3, pour un même matériau (A106 B) et à la même température (20 °C), la pression maximale admissible d’un tuyau Sch80 est supérieure de 30%-50% à celle d’un tuyau Sch40. Par exemple, la pression maximale admissible d’une canalisation Sch80 peut atteindre 7,1 MPa, ce qui répond aux exigences pour les applications moyennes et haute pression le transport de fluides (tels que le gaz naturel à haute pression et les conduites d'alimentation des réacteurs chimiques).

(2). Diamètre intérieur et débit : Sch40 “ Diamètre intérieur plus grand, débit plus élevé ” ; Sch80 “ Petit diamètre intérieur, faible débit »

En raison de l'épaisseur plus importante de leur paroi, les tuyaux Sch80 ont un diamètre intérieur inférieur à celui des tuyaux Sch40 de même diamètre nominal. Par exemple, le diamètre intérieur d’un tuyau Sch40 de 2 pouces est de 52,51 millimètres, tandis que celui d’un tuyau Sch80 de 2 pouces est de 49,25 millimètres, soit une différence d’environ 6,2%. Cette différence de diamètre intérieur influe directement sur l’efficacité du transport du fluide : à débit égal, le débit du tuyau Sch40 est d’environ 12,71 TP4T supérieur à celui du tuyau Sch80 (selon la formule de calcul du débit Q = πr²v, où le débit est proportionnel au carré du diamètre intérieur).

(3). Poids et coût : Le Sch80 est “ plus lourd et plus cher ”, tandis que le Sch40 est “ plus léger et plus économique ”.

La différence d'épaisseur de paroi a une incidence directe sur le poids et le coût : les tuyaux Sch80 de même diamètre pèsent entre 30% et 60% de plus par mètre que les tuyaux Sch40, ce qui entraîne des coûts de matériaux plus élevés. Par exemple, pour un tuyau de 4 pouces, le poids au mètre d’un tuyau en acier Sch40 est de 16,87 kilogrammes, tandis que celui d’un tuyau en acier Sch80 est de 23,09 kilogrammes, soit une augmentation de 37% du poids au mètre. Pour un projet nécessitant 1 000 mètres de tuyaux de 4 pouces, le choix de tuyaux en acier Sch80 entraînera une augmentation de la consommation d’acier d’environ 6,22 tonnes et du coût des matériaux d’environ 30 000 yuans par rapport au choix de tuyaux en acier Sch40 (calculé à 6 000 yuans la tonne pour l’acier au carbone).

Organigramme de sélection des classes de tuyaux : SCH40 vs SCH80

 

2. Comment choisir la classe de tuyau adaptée à votre application ?

Pour choisir entre les normes Sch40 et Sch80, l’essentiel réside dans l“” adaptation aux conditions d’exploitation “ : il ne faut ni opter pour des ” tuyaux de norme Sch inférieure “ dans un souci d’économie, ce qui créerait des risques pour la sécurité, ni choisir des ” tuyaux de norme Sch supérieure » uniquement pour des raisons de sécurité, ce qui entraînerait un gaspillage. Les quatre principes de sélection fondamentaux suivants vous aideront à prendre rapidement des décisions en fonction de scénarios spécifiques.

Principe n° 1 : Déterminer la valeur Sch en fonction de la “ pression de conception ”, qui constitue le critère de sélection principal.

La pression de calcul correspond à la pression maximale à laquelle le réseau de canalisations sera soumis en fonctionnement normal (y compris les pressions supplémentaires telles que les fluctuations de pression et les coups de bélier) et doit correspondre à la pression admissible de la canalisation. La logique de décision spécifique est la suivante :

Privilégiez les manomètres homologués : déterminez la valeur Sch correspondante en fonction du matériau de la conduite en acier (par exemple, acier au carbone A106 B, acier inoxydable 304) et de la température de conception (par exemple, température ambiante de 20 °C, température de service de 100 °C), conformément à la norme ANSI/ASME B36.10 ou aux normes industrielles (par exemple, GB/T 20801).

Exemple : La pression nominale du réseau municipal d'alimentation en eau est de 0,8 MPa, la température est de 20 °C et le matériau utilisé est de l'acier au carbone A106 B. D'après le barème des pressions admissibles, la pression admissible d'un tuyau en acier Sch40 de 2 pouces est de 6,8 MPa, ce qui est bien supérieur à 0,8 MPa. Par conséquent, le Sch40 est adapté ;

Deuxième principe : déterminer s'il convient d'augmenter la note “ Sch ” en fonction des « caractéristiques moyennes »

Les propriétés physiques et chimiques du fluide ont une incidence sur la capacité de charge réelle du tube en acier. Même si la pression de calcul est identique, les classes Sch requises pour différents fluides peuvent également varier :

Milieux corrosifs : par exemple, le transport d’eau de mer contenant des ions chlorure ou de gaz naturel contenant du sulfure d’hydrogène. Ces milieux corrodent lentement la paroi de la conduite, entraînant son amincissement. Dans ce cas, il est recommandé d’augmenter la classe Sch d’un niveau en se basant sur le principe de “ correspondance entre la pression et la classe Sch ” (par exemple, passer de Sch40 à Sch80). Cela peut être réalisé en augmentant l’épaisseur initiale de la paroi afin de prolonger la durée de vie du tuyau.

Milieu abrasif : lors du transport d'une boue contenant des particules ou de la poudre de charbon, le milieu provoque l'érosion de la paroi de la conduite, entraînant un amincissement local de celle-ci. Dans ce cas, il convient de choisir des tuyaux en acier présentant un indice Sch plus élevé (tel que Sch80). Ces tuyaux en acier possèdent des parois plus épaisses et plus résistantes à l'usure, ce qui permet d'éviter les perforations et les fuites causées par l'amincissement local de l'épaisseur de la paroi.

Troisième principe : adapter le plan Sch en fonction de “ l'environnement d'installation et des exigences structurelles ”

L'environnement d'installation et la conception structurelle auront également une incidence sur le choix du plan Sch. Voici quelques cas de figure courants :

Canalisations enterrées : Les canalisations enterrées sont soumises à la pression externe exercée par le sol. Plus le diamètre de la conduite est important, plus le risque d'instabilité dû à cette pression externe est élevé. Pour les canalisations enterrées d'un diamètre nominal ≥ 6 pouces, il est recommandé d'utiliser des conduites de classe Sch40 ou supérieure, même à des pressions de conception plus faibles (par exemple, 1,0 MPa).

Canalisations aériennes : Les canalisations aériennes s'appuient sur des supports pour supporter leur poids. Pour les grandes portées (par exemple, > 6 mètres), la “ structure à paroi épaisse ” des tuyaux Sch80 permet d'améliorer leur rigidité et de réduire la déformation par flexion.

3. Conclusion – Sûrs et performants : choisissez le bon tube en acier

Le choix de tubes en acier de nuance Sch peut sembler n'être qu'une “ simple différence d'épaisseur de paroi ”, mais il s'agit en réalité d'un “ art consistant à trouver le juste équilibre entre sécurité, efficacité et coût ”. De mauvais choix peuvent non seulement entraîner des accidents liés à la sécurité, tels que des fuites ou des explosions de canalisations, mais aussi causer un gaspillage de matériaux ou une faible efficacité de transport. Les tubes en acier Sch40 se caractérisent par “ une faible épaisseur de paroi, un grand diamètre intérieur et un faible coût ”, et conviennent aux situations de pression standard et de débit élevé.