ISO 15138:2007
(Main)Petroleum and natural gas industries — Offshore production installations — Heating, ventilation and air-conditioning
Petroleum and natural gas industries — Offshore production installations — Heating, ventilation and air-conditioning
ISO 15138:2007 specifies requirements and provides guidance for design, testing, installation and commissioning of heating, ventilation, air-conditioning and pressurization systems and equipment on all offshore production installations for the petroleum and natural gas industries that are new or existing, normally occupied by personnel, or not normally occupied by personnel; or fixed or floating but registered as an offshore production installation. For installations that can be subject to "Class" or "IMO/MODU Codes & Resolutions", the user is referred to HVAC requirements under these rules and resolutions. When these requirements are less stringent than those being considered for a fixed installation, then it is necessary that ISO 15138:2007, i.e. requirements for fixed installations, be utilized.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Plates-formes de production en mer — Chauffage, ventilation et climatisation
L'ISO 15138:2007 spécifie des exigences et fournit des lignes directrices pour la conception, les essais, l'installation et la mise en service de systèmes et d'équipements de chauffage, de ventilation, de climatisation et de pressurisation sur toutes les installations de production en mer pour les industries du pétrole et du gaz naturel qui sont nouvelles ou existantes, normalement occupées par du personnel ou bien non normalement occupées par du personnel, ou fixes ou flottantes mais enregistrées comme plates-formes de production en mer. Pour les plates-formes pouvant être soumises aux exigences de «classe» ou de «codes et résolutions OMI/MODU», l'utilisateur est renvoyé aux exigences HVAC qui s'inscrivent dans le cadre de ces règles et résolutions. Si ces exigences sont moins strictes que celles prises en considération pour une installation fixe, il est alors nécessaire que soit utilisée l'ISO 15138:2007, c'est-à-dire les exigences pour les installations fixes.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15138
Second edition
2007-12-15
Petroleum and natural gas industries —
Offshore production installations —
Heating, ventilation and air-conditioning
Industries du pétrole et du gaz naturel — Plates-formes de production
en mer — Chauffage, ventilation et climatisation
Reference number
ISO 15138:2007(E)
©
ISO 2007
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This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15138:2000), which has been technically
revised. It also includes the Technical corrigendum ISO 15138:2000/Cor 1:2001.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15138
Second edition
2007-12-15
Petroleum and natural gas industries —
Offshore production installations —
Heating, ventilation and air-conditioning
Industries du pétrole et du gaz naturel — Plates-formes de production
en mer — Chauffage, ventilation et climatisation
Reference number
ISO 15138:2007(E)
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ISO 15138:2007(E)
Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 2
4 Abbreviated terms . 3
5 Design . 4
5.1 Introduction . 4
5.2 Development of design basis . 7
5.3 System design — General . 28
5.4 Area-specific system design . 32
5.5 Equipment and bulk selection. 42
5.6 Installation and commissioning. 42
Annex A (normative) Equipment and bulk selection. 43
Annex B (normative) Installation and commissioning . 64
Annex C (informative) Operation and maintenance. 69
Annex D (informative) Datasheets . 72
Annex E (normative) Standard data for flanges. 106
Bibliography . 109
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ISO 15138:2007(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 15138 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures
for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 6, Processing equipment and
systems.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15138:2000), which has been technically
revised. It also incorporates the Technical Corrigendum ISO 15138:2000/Cor.1:2001.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15138:2007(E)
Petroleum and natural gas industries — Offshore production
installations — Heating, ventilation and air-conditioning
1 Scope
This International Standard specifies requirements and provides guidance for design, testing, installation and
commissioning of heating, ventilation, air-conditioning and pressurization systems and equipment on all
offshore production installations for the petroleum and natural gas industries that are
⎯ new or existing,
⎯ normally occupied by personnel or not normally occupied by personnel,
⎯ fixed or floating but registered as an offshore production installation.
For installations that can be subject to “Class” or “IMO/MODU Codes & Resolutions”, the user is referred to
HVAC requirements under these rules and resolutions. When these requirements are less stringent than
those being considered for a fixed installation, then it is necessary that this International Standard, i.e.
requirements for fixed installations, be utilized.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced standard
(including any amendments) applies.
ISO 7235, Acoustics — Laboratory measurement procedures for ducted silencers and air-terminal units —
Insertion loss, flow noise and total pressure loss
ISO 8861, Shipbuilding — Engine-room ventilation in diesel-engined ships — Design requirements and basis
of calculations
ISO 12241, Thermal insulation of building equipment and industrial installations — Calculation rules
ISO 12499, Industrial fans — Mechanical safety of fans — Guarding
ISO 14694:2003, Industrial fans — Specifications for balance quality and vibration levels
ISO 21789, Gas turbine applications — Safety
IEC 60079-0, Electrical apparatus for explosive gas atmospheres — Part 0: General requirements
IEC 60079-10, Electrical apparatus for explosive gas atmospheres — Part 10: Classification of hazardous
areas
EN 1751, Ventilation for buildings — Air terminal devices — Aerodynamic testing of dampers and valves
EN 50272-2, Safety requirements for secondary batteries and battery installations — Part 2: Stationary
batteries
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ISO 15138:2007(E)
ANSI/API RP 505, Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at
Petroleum Facilities Classified as Class 1, Zone 0, Zone 1 and Zone 2
IMO Resolution MSC 61(67): Annex 1, Part 5 — Test for Surface Flammability
IMO Resolution MSC 61(67): Annex 1, Part 2: Smoke and Toxicity Test
NFPA 96, Standard for Ventilation Control and Fire Protection of Commercial Cooking Operations
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
active system
system that relies on energized components
3.2
adequate ventilation
air exchange that is acceptable with reference to the classification code
3.3
displacement ventilation
〈air displacement units〉 movement of air within a space in piston- or plug-type motion
NOTE No mixing of room air occurs in ideal displacement flow, which is desirable for removing pollutants generated
within a space.
3.4
fixed offshore installation
fixed installation
all facilities, located and installed on fixed offshore structures, that are provided to extract oil and gas
hydrocarbons from subsea oil and gas reservoirs
3.5
fixed offshore structure
structure that is bottom-founded and transfers all actions on it to the seabed
NOTE Vessels and drilling rigs, etc. that are in transit or engaged in exploration and appraisal activities are
specifically excluded from this definition.
3.6
fugitive emission
continuous emission on a molecular scale from all potential leak sources in a plant under normal operating
conditions
NOTE As a practical interpretation, a fugitive emission is one which cannot be detected by sight, hearing or touch but
can be detected using bubble-test techniques or tests of a similar sensitivity.
3.7
open area
area in an open-air situation where vapours are readily dispersed by wind
NOTE Typical air velocities in such areas are rarely less than 0,5 m/s and frequently above 2 m/s.
3.8
passive system
system that does not rely on energized components
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ISO 15138:2007(E)
3.9
temporary refuge
TR
place where personnel can take refuge for a predetermined period whilst investigations, emergency response
and evacuation pre-planning are undertaken
3.10
stagnant area
area where the ventilation rate is less than adequate
4 Abbreviated terms
AC alternating current
AC/h air changes per hour
AHU air handling unit
AMCA Air Movement and Control Association Inc.
API American Petroleum Institute
ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
BS British Standard
CCR central control room
CFD computational fluid dynamics
CIBSE Chartered Institution of Building Services
CMS control and monitoring system
CVU constant-volume terminal reheat unit
DC direct current
DE drive end
DX direct expansion
EN European Standard
EI Energy Institute
ESD emergency shutdown
F&G fire and gas
GWP global warming potential
HAZOP hazard and operability
HSE health, safety and environment
HVAC heating, ventilation and air conditioning
HVCA Heating and Ventilating Contractors' Association
IEC International Electrotechnical Commission
IMO International Maritime Organization
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ISO 15138:2007(E)
IP Institute of Petroleum
LFL lower flammable limit
LQ living quarters
MODU mobile offshore drilling unit
NDE non-drive end
NFPA National Fire Protection Association
NS Norsk Standard (Norwegian Standard)
ODP ozone depletion potential
QRA quantitative risk analysis
r.m.s. root mean square
TR temporary refuge
5 Design
5.1 Introduction
Clause 5 provides requirements on all aspects of the design of heating, ventilation and air-conditioning
(HVAC) systems for offshore installations for the petroleum and natural gas industries.
For requirements and guidance on air change rates and pressurization requirements, reference is made to
classification codes for the specific project.
The HVAC systems form part of the safety services of the installation. Key functional requirements for HVAC
systems applicable to all areas of the installation are the following:
a) sufficient ventilation, heating and cooling capacity in all adverse weather conditions;
b) acceptable air quality in all adverse weather conditions;
c) reliable performance through concept selection, the design having the following features in decreasing
order of importance:
1) simplicity, with a preference for passive systems,
2) inherent robustness by providing design margins for systems and equipment,
3) fault/status indication and self diagnostics,
4) sparing of systems and equipment,
5) maintainability through testability, inspectability and ease of access.
The following additional requirements apply to specific areas in the installation to ensure their safety goals are
met:
⎯ maintain the survivability in the TR by preventing ingress of potentially flammable gas-air mixtures
through appropriate siting, isolation, pressurization, provision of multiple air-intake locations, sufficient
number of air changes, gas detection and emergency power supply;
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⎯ prevent the formation of potentially hazardous concentrations of flammable gaseous mixtures in
hazardous areas by the provision of sufficient ventilation and air distribution for the dilution, dispersion
and removal of such mixtures, and contain such mixtures, once formed, through maintaining relative
pressures, avoiding cross-contamination and providing dedicated systems for hazardous areas;
⎯ prevent, through pressurization, the ingress of potentially flammable gas-air mixtures into all designated
non-hazardous areas;
⎯ maintain ventilation to all equipment and areas/rooms that are required to be operational during an
emergency when the main source of power is unavailable;
⎯ provide a humidity- and temperature-controlled environment in which personnel, plant and systems can
operate effectively, free from odours, dust and contaminants, including smoke control.
These high-level goals are supported by the lower-level functional requirements that are stated later in the
appropriate subclauses of this International Standard.
Functional requirements in the development of a basis of design for either a new project or major modification
to an existing installation are the focus of 5.2. These requirements are related to the following:
⎯ platform orientation and layout (5.2.1);
⎯ hazard identification and hazardous-area classification (5.2.2);
⎯ environmental conditions (5.2.3);
⎯ choice of natural or mechanical ventilation systems (5.2.4);
⎯ development of the controls philosophy (5.2.5);
⎯ operating and maintenance philosophy (5.2.6);
⎯ materials selection (5.2.7);
⎯ design margins and calculations (5.2.8);
⎯ design development and validation using wind-tunnel testing or computational fluid dynamics (CFD);
(5.2.9).
Ventilation may be natural (i.e. the wind) or mechanical or a combination of both. Throughout this International
Standard, the use of the term “ventilation” should be taken to include either natural or mechanical ventilation,
as appropriate.
Natural ventilation is preferred over mechanical ventilation, where practical, since it is available throughout
gas emergencies, does not rely on active equipment and reduces effort required for HVAC maintenance.
For new designs, the development of a design basis shall be progressed using the practices that are identified
in this International Standard, though it should be recognized that it involves a process of iteration as the
design matures and does not take place as the sequential series of steps used in this International Standard
to facilitate presentation. The processes outlined here are equally applicable to major redevelopments of
existing installations, but it can be necessary to make some compromise as a result of historical decisions
regarding layout, equipment selection and the prevailing level of knowledge at the time. The challenge of
providing cost-effective solutions in redevelopment can be significantly greater than for a new design.
The finalized basis of design may be recorded on datasheets such as those provided in Annex D.
The completed design shall be subject to hazard-assessment review. The hazard and operability study
(HAZOP) technique may be used for this.
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ISO 15138:2007(E)
In 5.2, objectives are identified which establish the goals. Detailed requirements that enable the objectives to
be achieved are outlined. It is the responsibility of the user to assess whether the requirements in this
International Standard are acceptable to the local regulator.
In 5.3, the fundamental choice in system design, i.e. between natural and mechanical methods of ventilation,
is addressed.
The functional requirements associated with the design of HVAC systems for different areas of a typical
offshore installation that require particular technical considerations due to their location and/or their function
are given in 5.4.
Figure 1 is intended to illustrate the processes undertaken at various stages of the installation life cycle and to
identify reference documents and the appropriate subclauses of this International Standard that provide the
necessary requirements.
Figure 1 — Application of this International Standard to a project life cycle
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ISO 15138:2007(E)
5.2 Development of design basis
5.2.1 Orientation and layout
5.2.1.1 Objective
The objective is to provide input into the early stages of design development so that areas and equipment that
can have a requirement for HVAC, or be affected by its provision, are sited in an optimum location, so far as is
reasonably practicable.
5.2.1.2 Functional requirements
Installation layout requires a great deal of coordination between the engineers involved during design and the
operation, maintenance and safety specialists. Attention shall also be paid to the minimization of construction,
offshore hook-up and commissioning. It is not the intention of this International Standard to detail a platform-
layout philosophy, but to identify areas where considerations of the role of HVAC, and requirements for it, can
have an impact in the decision making surrounding installation orientation and layout.
Installations can have a temporary refuge (TR). The TR is in almost all cases the living quarters (LQ), where
they are provided. The survivability of the TR, which is directly related to the air leakage rate, can introduce
consideration of active HVAC systems for pressurization of the TR or enclosed escape and evacuation routes.
Active systems require detailed risk-assessment exercises to be undertaken as part of the design verification,
and passive systems are generally preferred since they do not rely on equipment functioning under conditions
of emergency.
Hazardous areas, particularly those containing pressurized hydrocarbon systems, should be located as far as
practicable from the TR, so that any gas leaks are naturally dispersed.
The layout shall include correct positioning of ventilation inlets and outlets, engine inlets and exhausts, vents
and flares to allow for safe operation, particularly of the TR. Hot exhausts shall not interfere with crane,
helicopter, production or drilling operations or the LQ, and shall be directed so as not to be drawn into gas-
turbine air intakes.
Air intakes to hazardous and non-hazardous areas shall be located as far as is reasonably practicable from
the perimeter of a hazardous envelope and not less than the minimum distance specified in the prevailing
area classification code. The location of the air inlet shall also be evaluated for availability in emergency
situations.
5.2.1.3 Detailed requirements
Results of wind-tunnel model tests or CFD calculations on the installations shall be used as a basis for
determining the external zone(s) of wind pressure in which to locate the intake(s) and outlet(s) for the HVAC
system(s). Particular care shall be taken in locating air intakes and discharges with regard to the location's
coefficient of pressure and its subsequent effect on fan-motor power.
The underside of a platform can be a convenient location for HVAC inlets and outlets because a large
proportion of the below-platform zone can be classified as non-hazardous and have stable wind conditions.
However, consideration shall be given to the effects of the wind and waves and the location of items such as
dry-powder dump chutes and cooling-water discharges when locating the outdoor air intakes and extract
discharges below the platform. The air inlets/outlets shall be protected against the dynamic wind pressure.
Air intake and discharge from the same system on conventional installations shall, where reasonably practical,
be located on the same face of the installation or in external zones of equal wind pressure. Particular care
shall be taken in orienting air intakes and discharges on systems serving adjacent hazardous and non-
hazardous areas, such that whilst the wind can affect the absolute values of pressurization in each area, the
differential pressure requirements between them does not vary to a significant degree. For floating production
systems (FPS), however, the downwind area can provide an appropriate intake location but it shall be
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ISO 15138:2007(E)
positioned to avoid ingestion of smoke or contaminants and capable of operation in adverse weather
(reference is also made to 5.3.2).
Air intakes shall be located to avoid cross-contamination from
⎯ exhausts from fuel-burning equipment,
⎯ lubricating oil vents, drain vents and process reliefs,
⎯ dust discharge from drilling dry powders,
⎯ helicopter engine exhaust,
⎯ flares,
⎯ other ventilation systems, and
⎯ supply and support vessels.
The positioning of the air intake and exhaust of gas turbines and generators requires careful consideration.
They shall be located in a non-hazardous area and with consideration of the following points.
a) The air intake shall be located at the maximum possible distance from hazardous areas and as high
above sea level as possible to avoid water ingress (an absolute minimum of at least 3 m above the
100-year storm wave level). If enclosed, the intakes shall be located such that powder and dust are not
ingested. Since most particulate matter in the air is generated on the platform from drilling operations and
grit blasting, the preferred arrangement is for air intakes to be located above the upper-deck level.
b) Recirculation from the exhaust back to the inlet shall be avoided and be demonstrated by wind-tunnel
tests or CFD. These tests shall also show that exhaust flue gas emissions do not interfere with helicopter,
production, drilling and crane operations.
In the absence of any performance standards set by the local aviation authority, a maximum allowable air
temperature rise above the surface of the helideck for helicopter operation shall be agreed by the party that
initiates the project.
Computer models are available to simulate hot- and cold-plume dispersion patterns and may be used to
establish outlet positions, but the final layout/model shall be wind-tunnel tested at an early stage in
platform-design development.
5.2.2 Hazardous area classification and the role of HVAC
5.2.2.1 Objective
The objective is to adopt in the design and operation processes a consistent philosophy for the separation of
hazardous and non-hazardous areas and the performance of ventilation in those areas.
5.2.2.2 Functional requirements
IEC 60079-10 shall be used for classification of a hazardous area. The choice of hazardous-area code
determines the choice of equipment for use in particular areas of the installation and also provides input to the
performance standards for HVAC systems in those areas.
5.2.2.3 Detailed requirements
The application of a recognized hazard identification and assessment process can identify a requirement for
the separation and segregation of inventories on an installation. Area classification codes specify separation
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ISO 15138:2007(E)
distances between hazardous and non-hazardous areas in order to avoid ignition of those releases that
inevitably occur from time to time in the operation of facilities handling flammable liquids and vapours.
All area classification codes should be interpreted in a practical manner. They offer only best guidance and
often the particular circumstances require a safety and consequence review and the subsequent application of
the “as safe as is reasonably practicable” approach to the location of classified area boundaries and potential
ignition sources nearby. In order to correctly and consistently establish area zoning, historical data from
similar plant operating conditions may be used as a basis for assessment.
Ventilation impacts upon hazardous-area classification and provides a vital safety function on offshore
installations by
⎯ diluting local airborne concentrations of flammable gas due to fugitive emissions;
⎯ reducing the risk of ignition following a leak by quickly removing accumulations of flammable gas.
The quantity of ventilation air to maintain a non-flammable condition in areas with fugitive emissions may be
[26]
calculated from data in API 4589 , using the methodology given in API RP 505.
Areas shall be classified using the general guidance of IEC 60079-10. Specific guidance for classifying
[37]
petroleum facilities can be found in documents such as IP Code, Part 15 and ANSI/API RP 505.
It shall be recognized that a level of ventilation higher than the default lower limit of acceptable ventilation
given in the hazardous area codes can be required to
⎯ provide a suitable atmosphere for personnel and equipment,
⎯ remove excess heat, and
⎯ provide an enhanced rate of ventilation to mitigate against the creation of a potentially explosive
atmosphere.
5.2.3 Environmental conditions
5.2.3.1 Objective
The objective is to determine an environmental basis for the design of HVAC systems in order to meet the
objectives for HVAC.
5.2.3.2 Functional requirements
External and internal environmental bases suitable for the location of the installation shall be established for
the design.
5.2.3.3 Detailed requirements
5.2.3.3.1 External meteorological conditions
In the absence of local regulations, the requirement for shelter shall be evaluated, which can reveal a
subsequent need for an HVAC system.
The design of the HVAC systems shall be based on local regulations or design codes. Conservative selection
of criteria can carry a cost, mass and power penalty.
Seasonal extremes of temperature, humidity and wind speed vary widely throughout the world, and local
regulations governing working conditions can also dictate the allowable extremes in occupied or unoccupied
spaces. Local environmental information shall be specified in the basis of a design. This should not require the
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ISO 15138:2007(E)
installation of additional capacity to accommodate the small proportion of the time during which meteorological
extremes are encountered.
Sub-local effects on the external environmental conditions shall be considered for design purposes in case
they have any influence on the design, such as heating of the air before the air reaches the intakes, intake
contamination, shading of solar radiation, reflection of solar radiation from the sea surface, changes in wind
speed and direction and, consequently, wind pressure.
Effective temperatures, resulting from wind chill or heat loading, shall be determined to establish the effects on
personnel operating efficiency (where personnel are required to work in thermally uncontrolled areas) and
equipment, and, consequently, the extent of any required protection. In determining operating efficiency,
consideration shall be given to the nature of the work (sedentary or physical) being undertaken.
There are various agencies that can provide meteorological information. Most of these contribute to a
worldwide database that can be accessed by local meteorological services, but there are also individual
databases. Those data sets based on observations from passing ships are likely to be extensive, wit
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15138
Deuxième édition
2007-12-15
Industries du pétrole et du gaz naturel —
Plates-formes de production en mer —
Chauffage, ventilation et climatisation
Petroleum and natural gas industries — Offshore production
installations — Heating, ventilation and air-conditioning
Numéro de référence
ISO 15138:2007(F)
©
ISO 2007
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ISO 15138:2007(F)
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ISO 15138:2007(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 2
4 Termes abrégés . 3
5 Conception . 4
5.1 Introduction . 4
5.2 Développement d'une base de conception. 7
5.3 Conception de système — Généralités . 31
5.4 Conception de système spécifique à une zone. 36
5.5 Sélection de matériels et équipements . 46
5.6 Installation et mise en service. 46
Annexe A (normative) Sélection de matériels et équipements . 47
Annexe B (normative) Installation et mise en service. 71
Annexe C (informative) Exploitation et maintenance . 77
Annexe D (informative) Feuilles de données. 80
Annexe E (normative) Données standard pour les brides. 114
Bibliographie . 117
© ISO 2007 – Tous droits réservés iii
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ISO 15138:2007(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 15138 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer
pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 6, Systèmes et équipements
de traitement.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15138:2000), qui a fait l'objet d'une
révision technique. Elle incorpore également le Rectificatif technique ISO 15138:2000/Cor. 1:2001.
iv © ISO 2007 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 15138:2007(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Plates-formes de
production en mer — Chauffage, ventilation et climatisation
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie des exigences et fournit des lignes directrices pour la conception,
les essais, l'installation et la mise en service de systèmes et d'équipements de chauffage, de ventilation, de
climatisation et de pressurisation sur toutes les installations de production en mer pour les industries du
pétrole et du gaz naturel qui sont
⎯ nouvelles ou existantes,
⎯ normalement occupées par du personnel ou bien non normalement occupées par du personnel,
⎯ fixes ou flottantes mais enregistrées comme plates-formes de production en mer.
Pour les plates-formes pouvant être soumises aux exigences de «classe» ou de «codes et résolutions
OMI/MODU», l'utilisateur est renvoyé aux exigences HVAC qui s'inscrivent dans le cadre de ces règles et
résolutions. Si ces exigences sont moins strictes que celles prises en considération pour une installation fixe,
il est alors nécessaire que soit utilisée la présente Norme internationale, c'est-à-dire les exigences pour les
installations fixes.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7235, Acoustique — Modes opératoires de mesure en laboratoire pour silencieux en conduit et unités
terminales — Perte d'insertion, bruit d'écoulement et perte de pression totale
ISO 8861, Construction navale — Ventilation du compartiment machines des navires à moteurs diesels —
Exigences de conception et bases de calcul
ISO 12241, Isolation thermique des équipements de bâtiments et des installations industrielles — Méthodes
de calcul
ISO 12499, Ventilateurs industriels — Sécurité mécanique des ventilateurs — Protecteurs
ISO 14694:2003, Ventilateurs industriels — Spécifications pour l'équilibrage et les niveaux de vibration
ISO 21789, Applications des turbines à gaz — Sécurité
CEI 60079-0, Atmosphères explosives — Partie 0: Matériel — Exigences générales
CEI 60079-10, Atmosphères explosives — Partie 10: Classement des emplacements — Atmosphères
explosives poussiéreuses
EN 1751, Ventilation des bâtiments — Bouches d'air — Essais aérodynamiques des registres et clapets
© ISO 2007 – Tous droits réservés 1
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ISO 15138:2007(F)
EN 50272-2, Règles de sécurité pour les batteries et les installations de batteries — Partie 2: Batteries
stationnaires
ANSI/API RP 505, Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at
Petroleum Facilities Classified as Class 1, Zone 0, Zone 1 and Zone 2
Résolution IMO MSC 61(67): Annex 1, Part 5: Test for Surface Flammability
Résolution IMO MSC 61(67): Annex 1, Part 2: Smoke and Toxicity Test
NFPA 96, Norme sur la commande de la ventilation et protection contre l'incendie des installations
commerciales de cuisine
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
système actif
système qui se repose sur des composants alimentés en énergie
3.2
ventilation adéquate
échange d'air acceptable par rapport au code de classification
3.3
ventilation par déplacement
〈unités de déplacement d'air〉 mouvement d'air dans un espace de type mouvement de piston ou de bouchon
NOTE Aucun mélange de l'air de la pièce ne se produit dans un flux de déplacement idéal, ce qui est souhaitable
pour extraire les polluants générés dans un espace.
3.4
installation en mer fixe
installation fixe
toutes les installations, situées et installées sur des structures en mer fixes, prévues pour extraire du pétrole
et des hydrocarbures gazeux de réservoirs sous-marins de pétrole et de gaz
3.5
structure en mer fixe
structure dont les fondations sont sur le fond et qui transfère toutes les actions exercées sur elle aux fonds
marins
NOTE Les navires et plates-formes de forage, etc. qui sont en transit ou engagés dans des activités d'exploration ou
d'évaluation sont spécifiquement exclus de cette définition.
3.6
émission fugace
émission continue à l'échelle moléculaire de toutes les sources de fuite potentielles dans une usine dans des
conditions d'exploitation normales
NOTE Comme interprétation pratique, une émission fugace est une émission qui ne peut pas être détectée par la
vue, l'ouïe ou le toucher mais qui peut être détectée par des techniques d'essai à la bulle ou des essais d'une sensibilité
similaire.
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ISO 15138:2007(F)
3.7
zone ouverte
zone à l'air libre où des vapeurs sont facilement dispersées par le vent
NOTE Les vitesses du vent habituelles dans ces zones sont rarement inférieures à 0,5 m/s et fréquemment
supérieures à 2 m/s.
3.8
système passif
système qui ne repose pas sur des composants alimentés en énergie
3.9
refuge temporaire
TR
lieu où le personnel peut se réfugier pendant une période prédéterminée lorsque des investigations, des
planifications préalables de réponse à des situations d'urgence et d'évacuation sont entreprises
3.10
zone stagnante
zone où le taux de ventilation est inférieur à celui adapté
4 Termes abrégés
AC courant alternatif (alternating current)
AC/h renouvellements d'air par heure (air changes per hour)
AHU unité de traitement d'air (air handling unit)
AMCA Air Movement and Control Association Inc.
API American Petroleum Institute
ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
BS Norme britannique (British Standard)
CCR salle de commande centrale (central control room)
CFD mécanique des fluides numérique (computational fluid dynamics)
CIBSE Chartered Institution of Building Services
CMS système de commande et de surveillance (control and monitoring system)
CVU unité terminale de réchauffage à volume constant (constant-volume terminal reheat unit)
DC courant continu (direct current)
DE extrémité motrice (drive end)
DX détente directe (direct expansion)
EN Norme européenne (European Standard)
EI Institut de l'énergie (Energy Institute)
ESD arrêt d'urgence (emergency shutdown)
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ISO 15138:2007(F)
F&G incendie et gaz (fire and gas)
GWP potentiel d'effet de serre (global warming potential)
HAZOP analyse des dangers et d'opérabilité (hazard and operability)
HSE hygiène, sécurité et environnement (health, safety and environment)
HVAC chauffage, ventilation et climatisation (heating, ventilation and air conditioning)
HVCA Heating and Ventilating Contractors' Association
CEI Commission électrotechnique internationale
IMO Organisation maritime internationale (International Maritime Organization)
IP Institut du pétrole (Institute of Petroleum)
LFL limite inférieure d'inflammabilité (lower flammable limit)
LQ locaux d'habitation (living quarters)
MODU unité mobile de forage en mer (mobile offshore drilling unit)
NDE extrémité non motrice (non-drive end)
NFPA National Fire Protection Association
NS Norme norvégienne (Norsk Standard)
ODP potentiel de destruction de l'ozone (ozone depletion potential)
QRA analyse quantitative des risques (quantitative risk analysis)
r.m.s. moyenne quadratique (root mean square)
TR refuge temporaire (temporary refuge)
5 Conception
5.1 Introduction
L'Article 5 donne des exigences sur tous les aspectes de conception des système de chauffage, ventilation et
climatisation (HVAC) pour les installations en mer pour les industries du pétrole et du gaz naturel.
En ce qui concerne les exigences et les lignes directrices sur les taux de renouvellement d'air et les
exigences de pressurisation, il est fait référence aux codes de classification pour le projet spécifique.
Les systèmes HVAC font partie des services de sécurité de l'installation. Les exigences fonctionnelles clés
pour les systèmes HVAC applicables à toutes les zones de l'installation sont les suivantes:
a) capacité de ventilation, de chauffage et de refroidissement suffisante dans toutes les conditions
météorologiques défavorables;
b) qualité d'air acceptable dans toutes les conditions météorologiques défavorables;
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ISO 15138:2007(F)
c) performance fiable par une sélection du concept, la conception ayant les caractéristiques suivantes, par
ordre d'importance décroissant:
1) simplicité, avec une préférence pour les systèmes passifs,
2) robustesse intrinsèque en prévoyant des marges de conception pour les systèmes et équipements,
3) indication de défaut/statut et autodiagnostic,
4) disponibilité de rechanges pour les systèmes et équipement,
5) maintenabilité par une aptitude aux essais, aux inspections et facilité d'accès.
Les exigences supplémentaires suivantes s'appliquent à des zones spécifiques de l'installation pour s'assurer
que leurs objectifs de sécurité sont atteints:
⎯ maintenir la capacité de survie dans le TR en évitant la pénétration de mélanges gaz-air potentiellement
inflammables grâce à une implantation, une isolation, une pressurisation appropriées, la fourniture de
multiples emplacements d'admission d'air, un nombre de renouvellements d'air suffisant, une détection
de gaz appropriée et une alimentation électrique d'urgence;
⎯ éviter la formation de concentrations potentiellement dangereuses de mélanges gazeux inflammables
dans des zones dangereuses en prévoyant une ventilation et une distribution d'air suffisantes pour la
dilution, une dispersion et une extraction suffisantes de ces mélanges et contenir ces mélanges, une fois
formés, en maintenant des pressions relatives, en évitant une contamination croisée et en fournissant
des systèmes dédiés pour les zones dangereuses;
⎯ prévenir, par la pressurisation, la pénétration de mélanges gaz-air potentiellement inflammables dans
toutes les zones non dangereuses désignées;
⎯ maintenir une ventilation vers tous les équipements et zones/salles devant être opérationnelles en cas
d'urgence lorsque la source principale d'alimentation n'est pas disponible;
⎯ fournir un environnement à humidité et température contrôlées dans lequel le personnel, l'usine et les
systèmes puissent fonctionner efficacement, sans odeurs, poussières et contaminants, y compris le
contrôle des fumées.
Ces objectifs, de niveau élevé, sont soutenus par les exigences fonctionnelles de plus bas niveau
mentionnées plus loin dans les paragraphes de la présente Norme internationale.
Les exigences fonctionnelles du développement d'une base de conception pour un nouveau projet ou une
modification majeure d'une installation existantes sont l'objet du paragraphe 5.2. Ces exigences se rapportent
aux éléments suivants:
⎯ orientation et agencement de plate-forme (5.2.1),
⎯ identification des dangers et classification des zones dangereuses (5.2.2),
⎯ conditions environnementales (5.2.3),
⎯ choix de systèmes de ventilation naturelle ou mécanique (5.2.4),
⎯ développement d'une philosophie de commande (5.2.5),
⎯ philosophie d'exploitation et de maintenance (5.2.6),
⎯ sélection des matériaux (5.2.7),
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ISO 15138:2007(F)
⎯ marges de conception et calculs (5.2.8),
⎯ développement et validation de conception en ayant recours à des essais en soufflerie ou à la mécanique
des fluides numérique (CFD), (5.2.9).
La ventilation peut être naturelle (c'est-à-dire le vent) ou mécanique, ou être une combinaison des deux. Tout
au long de la présente Norme internationale, il convient que l'utilisation du terme «ventilation» soit interprétée
comme incluant une ventilation naturelle ou mécanique, selon le cas.
Une ventilation naturelle est préférée à une ventilation mécanique, lorsque cela est réalisable dans la pratique,
car elle est disponible pendant toute la durée des situations d'urgence gaz, elle ne repose pas sur un
équipement actif et qu'elle réduit les efforts requis pour la maintenance HVAC.
Pour les nouvelles conceptions, le développement d'une base de conception doit être lancé en utilisant les
pratiques identifiées dans la présente Norme internationale bien qu'il convienne de reconnaître que cela
implique un processus d'itération à mesure que la conception mûrit et que cela ne se déroule pas en suivant
la série séquentielle d'étapes utilisées dans la présente Norme internationale pour faciliter la présentation. Les
processus décrits ici peuvent également être appliqués à de nouveaux aménagements majeurs d'installations
existantes, mais il peut être nécessaire de faire certains compromis, du fait de décisions anciennes
concernant l'agencement, la sélection d'équipements et le niveau de connaissance prévalant à ce moment. Le
défi que représente la fourniture de solutions économiques pour un nouvel aménagement peut être
significativement supérieur à celui d'une nouvelle conception.
La base de conception finalisée peut être enregistrée sur des feuilles de données comme celles fournies en
Annexe D.
La conception terminée doit être soumise à une revue de l'évaluation des dangers. La technique d'analyse de
dangers et d'opérabilité (HAZOP) peut être utilisée pour cela.
En 5.2, des objectifs établissant les buts sont identifiés. Les exigences détaillées, permettant d'atteindre les
objectifs, sont décrites. Il incombe à l'utilisateur d'estimer si les exigences de la présente Norme internationale
sont acceptables pour le législateur local.
En 5.3, le choix fondamental pour la conception du système, c'est-à-dire entre des méthodes de ventilation
naturelles ou mécaniques, est abordé.
Les exigences fonctionnelles, associées à la conception des systèmes HVAC pour les différentes zones d'une
installation en mer typique, qui nécessitent des considérations techniques particulières eu égard à leur
emplacement et/ou à leur fonction, sont données en 5.4.
La Figure 1 est destinée à illustrer les processus entrepris aux diverses étapes du cycle de vie de l'installation
et à identifier les documents de référence et les paragraphes appropriés de la présente Norme internationale
qui donnent les exigences nécessaires.
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ISO 15138:2007(F)
Figure 1 — Application de la présente Norme internationale à un cycle de vie de projet
5.2 Développement d'une base de conception
5.2.1 Orientation et agencement
5.2.1.1 Objectif
L'objectif est de fournir des données d'entrée aux premières étapes du développement de la conception, de
façon à ce que les zones et équipements pouvant avoir un besoin en HVAC, ou être affectés par le fait qu'il
est prévu une disposition, soient placés à un emplacement optimal, autant que cela est raisonnablement
possible.
5.2.1.2 Exigences fonctionnelles
L'agencement de la plate-forme nécessite beaucoup de coordination entre les ingénieurs impliqués pendant
la conception et les spécialistes de l'exploitation, de la maintenance et de la sécurité. Il faut également prêter
attention à la minimisation de la construction, aux connexions en mer et à la mise en service. L'intention de la
présente Norme internationale n'est pas de détailler une philosophie d'agencement de plate-forme, mais
d'identifier les zones où la prise en compte du rôle de la HVAC, et des exigences qui la concernent, peuvent
avoir un impact sur la prise de décisions concernant l'orientation et l'agencement des installations.
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ISO 15138:2007(F)
Les installations peuvent comporter un refuge temporaire (TR). Le TR est presque dans tous les cas constitué
par les locaux d'habitation (LQ), lorsqu'ils sont prévus. La capacité de survie du TR, qui est liée directement
au taux de fuite d'air, peut amener à envisager des systèmes actifs de HVAC pour la pressurisation du TR ou
des chemins d'évacuation et de secours enclos. Les systèmes actifs nécessitent d'entreprendre des exercices
d'évaluation des dangers détaillés dans le cadre de la vérification de conception et les systèmes passifs sont
généralement préférés, car ils ne reposent pas sur des équipements fonctionnant dans des conditions
d'urgence.
Il convient que les zones dangereuses, particulièrement celles contenant des systèmes à hydrocarbures mis
sous pression, soient placées aussi loin que possible du TR, de façon à ce que les fuites de gaz soient
dispersées naturellement.
L'agencement doit inclure un positionnement correct des entrées et sorties de ventilation, des admissions et
échappements de moteurs, des évents et des torches pour permettre une exploitation sûre, particulièrement
du TR. Les rejets de gaz chauds ne doivent pas interférer avec les opérations de grutage, d'hélicoptère, de
production ou de forage ou avec les LQ, et doivent être dirigés de façon à ne pas être attirés dans les
admissions des turbines à gaz.
Les entrées d'air dans les zones dangereuses et non dangereuses doivent être placées aussi loin que
raisonnablement possible du périmètre d'une enveloppe dangereuse et à une distance qui ne soit pas
inférieure à la distance minimale spécifiée dans le code de classification de zone en vigueur. L'emplacement
de l'entrée d'air doit également être évalué quant à sa disponibilité dans des situations d'urgence.
5.2.1.3 Exigences détaillées
Les résultats des essais de modèle en soufflerie ou des calculs CFD menés sur les installations doivent être
utilisés comme base pour déterminer la ou les zones externes de pression du vent dans lesquelles placer les
entrée(s) et sortie(s) du ou des systèmes de HVAC. Un soin particulier doit être apporté à l'emplacement des
admissions et des évacuations d'air quant au coefficient de pression de l'emplacement et à son effet
consécutif sur la puissance des moteurs de ventilateur.
La face inférieure d'une plateforme peut être un emplacement convenable pour des entrées et sorties de
HVAC car une grande partie de la zone sous la plate-forme peut être classée comme non dangereuse et avoir
des conditions venteuses stables. Cependant, il faut prendre en considération les effets du vent et des vagues
sur l'emplacement des éléments comme les goulottes de décharge de poudre sèche et les décharges d'eau
de refroidissement lors du placement des entrées d'air en extérieur et des évacuations d'extraction sous la
plateforme. Les entrées/sorties d'air doivent être protégées contre la pression dynamique du vent.
Sur une installation classique, une entrée et une évacuation d'air pour le même système doit, lorsque cela est
raisonnablement possible, être situées sur la même face de l'installation ou dans des zones externes de
pression de vent égale. Un soin particulier doit être apporté à l'orientation des admissions et évacuations d'air
sur les systèmes desservant des zones dangereuses et non dangereuses adjacentes, de façon à ce que, bien
que le vent puisse affecter les valeurs absolues de pressurisation dans chaque zone, les exigences de
pression différentielle entre elles ne varient pas de façon significative. Cependant, pour les systèmes de
production flottants (FPS), la zone sous le vent peut fournir en emplacement d'admission approprié, mais elle
doit être positionnée de façon à éviter l'aspiration de fumées ou de contaminants et être capable de
fonctionner dans des conditions météorologiques défavorables (il est également fait référence au
paragraphe 5.3.2).
Les admissions d'air doivent être placées de façon à éviter une contamination croisée depuis
⎯ les évacuations des équipements brûlant du combustible,
⎯ les évents d'huiles de lubrification, les évents de purge et les décharges de procédé,
⎯ l'évacuation des poussières de poudres sèches de forage,
⎯ l'échappement de moteur d'hélicoptère,
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ISO 15138:2007(F)
⎯ les torches,
⎯ les autres systèmes de ventilation, et
⎯ les navires d'approvisionnement et de soutien.
Le positionnement de l'admission et les échappements d'air des générateurs et turbines à gaz nécessite un
soin particulier. Ils doivent être placés dans une zone non dangereuse, en prenant en considération les points
suivants.
a) L'entrée d'air doit être placée à la distance la plus éloignée possible des zones dangereuses et aussi haut
au-dessus du niveau de la mer que possible, afin d'éviter une pénétration d'eau (un minimum absolu
serait d'au moins 3 m au-dessus du niveau des vagues de la tempête centennale). Si elles sont encloses,
les admissions doivent être placées de façon à ce que la poudre et la poussière ne soient pas aspirées.
Comme la plus grande partie des particules sont générées dans l'air sur la plate-forme par les opérations
de forage et de grenaillage, l'arrangement préférable est de placer les entrées d'air au-dessus du niveau
du pont supérieur.
b) La recirculation des gaz évacués vers l'entrée doit être évitée et cela doit être démontré par des essais
en soufflerie ou par la CFD. Ces essais doivent également montrer que les émissions de gaz de
combustion n'interfèrent pas avec les opérations d'hélicoptères, de production, de forage et de grutage.
En l'absence de normes de performance établies par la direction de l'aviation civile locale, une augmentation
de température d'air maximale admissible au-dessus de la surface du pont hélicoptère pour la mise en œuvre
d'un hélicoptère doit être convenue par la partie qui est à l'origine du projet.
Des modèles informatiques sont disponibles pour simuler des modèles de dispersions de panaches chauds et
froids et ils peuvent être utilisés pour établir des positions de sorties, mais l'agencement/modèle final doit
subir des essais en soufflerie à une étape précoce du développement de la conception de la plate-forme.
5.2.2 Classification des zones dangereuses et rôles du HVAC
5.2.2.1 Objectif
L'objectif est d'adopter, dans les processus de conception et d'exploitation, une philosophie cohérente pour la
séparation des zones dangereuses et non dangereuses et l'exécution de la ventilation dans ces zones.
5.2.2.2 Exigences fonctionnelles
La CEI 60079-10 doit être utilisée pour la classification d'une zone dangereuse. Le choix du code de zone
dangereuse détermine le choix des équipements à utiliser dans les zones particulières de la plate-forme et
donne également des données d'entrée pour les normes de performance des systèmes de HVAC dans ces
zones.
5.
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15138
Deuxième édition
2007-12-15
Industries du pétrole et du gaz naturel —
Plates-formes de production en mer —
Chauffage, ventilation et climatisation
Petroleum and natural gas industries — Offshore production
installations — Heating, ventilation and air-conditioning
Numéro de référence
ISO 15138:2007(F)
©
ISO 2007
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