ISO 13706:2011
(Main)Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Air-cooled heat exchangers
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Air-cooled heat exchangers
ISO 13706:2011 gives requirements and recommendations for the design, materials, fabrication, inspection, testing and preparation for shipment of air-cooled heat exchangers for use in the petroleum, petrochemical and natural gas industries. ISO 13706:2011 is applicable to air-cooled heat exchangers with horizontal bundles, but the basic concepts can also be applied to other configurations.
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Échangeurs de chaleur refroidis à l'air
L'ISO 13706:2011 spécifie les exigences et fournit des recommandations relatives à la conception, aux matériaux, à la fabrication, au contrôle, aux essais et à la préparation pour l'expédition des échangeurs thermiques aéroréfrigérants, destinés à l'utilisation dans les industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel. L'ISO 13706:2011 s'applique aux échangeurs thermiques aéroréfrigérants à faisceaux horizontaux, les concepts de base peuvent cependant s'appliquer aussi à d'autres configurations.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13706
Third edition
2011-12-01
Petroleum, petrochemical and natural gas
industries — Air-cooled heat exchangers
Industries du pétrole, de la pétrochemie et du gaz naturel —
Échangeurs de chaleur refroidis à l'air
Reference number
©
ISO 2011
© ISO 2011
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Contents Page
Foreword . v
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 General . 5
5 Proposals . 6
6 Documentation . 7
6.1 Approval information . 7
6.2 Final records . 8
7 Design . 9
7.1 Tube bundle design . 9
7.2 Air-side design . 22
7.3 Structural design . 33
8 Materials . 38
8.1 General . 38
8.2 Requirements for carbon steel in sour or wet hydrogen sulfide service . 38
8.3 Headers . 38
8.4 Louvres . 38
8.5 Other components . 39
9 Fabrication of tube bundle . 39
9.1 Welding . 39
9.2 Postweld heat treatment . 40
9.3 Tube-to-tubesheet joints. 40
9.4 Gasket contact surfaces . 41
9.5 Thread lubrication . 41
9.6 Alignment and tolerances . 41
9.7 Assembly . 42
10 Inspection, examination and testing . 43
10.1 Quality control . 43
10.2 Pressure test . 45
10.3 Shop run-in . 45
10.4 Equipment performance testing . 45
10.5 Nameplates . 45
11 Preparation for shipment . 45
11.1 General . 45
11.2 Surfaces and finishes . 46
11.3 Identification and notification . 46
12 Supplemental requirements . 46
12.1 General . 46
12.2 Design . 46
12.3 Examination . 47
12.4 Testing . 48
Annex A (informative) Recommended practices . 49
Annex B (informative) Checklist and data sheets . 55
Annex C (informative) Winterization of air-cooled heat exchangers . 66
Annex D (informative) Recommended procedure for airflow measurement of air-cooled heat
exchangers . 117
Annex E (informative) Measurement of noise from air-cooled heat exchangers . 124
Bibliography . 141
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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 13706 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 third edition cancels and replaces the second edition (ISO 13706:2005), which has been technically
revised.
Introduction
It is necessary that users of this International Standard be aware that further or differing requirements can be
needed for individual applications. This International Standard is not intended to inhibit a vendor from offering,
or the purchaser from accepting, alternative equipment or engineering solutions for the individual application.
This can be particularly applicable where there is innovative or developing technology. Where an alternative is
offered, it is the responsibility of the vendor to identify any variations from this International Standard and
provide details.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13706:2011(E)
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Air-
cooled heat exchangers
1 Scope
This International Standard gives requirements and recommendations for the design, materials, fabrication,
inspection, testing and preparation for shipment of air-cooled heat exchangers for use in the petroleum,
petrochemical and natural gas industries.
This International Standard is applicable to air-cooled heat exchangers with horizontal bundles, but the basic
concepts can also be applied to other configurations.
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
document (including any amendments) applies.
ISO 76, Rolling bearings — Static load ratings
ISO 281, Rolling bearings — Dynamic load ratings and rating life
ISO 286 (all parts), Geometrical product specifications (GPS) — ISO code system for tolerances on linear
sizes
ISO 1081, Belt drive — V-belts and V-ribbed belts, and corresponding grooved pulleys — Vocabulary
ISO 1461, Hot-dip galvanized coatings on fabricated iron and steel articles — Specifications and test methods
ISO 2491, Thin parallel keys and their corresponding keyways (dimensions in millimetres)
ISO 4183, Belt drives — Classical and narrow V-belts — Grooved pulleys (system based on datum width)
ISO 4184, Belt drives — Classical and narrow V-belts — Lengths in datum system
ISO 5287, Belt drives — Narrow V-belts for the automotive industry — Fatigue test
ISO 5290, Belt drives — Grooved pulleys for joined narrow V-belts — Groove sections 9N/J, 15N/J and 25N/J
(effective system)
ISO 8501-1, Preparation of steel substrates before application of paints and related products — Visual
assessment of surface cleanliness — Part 1: Rust grades and preparation grades of uncoated steel
substrates and of steel substrates after overall removal of previous coatings
ISO 9563, Belt drives — Electrical conductivity of antistatic endless synchronous belts — Characteristics and
test method
ISO 15156 (all parts), Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H S-containing
environments in oil and gas production
1)
AGMA 6001 , Design and Selection of Components for Enclosed Gear Drives
ANSI/AGMA 6010, Spur, Helical, Herringbone and Bevel Enclosed Drives
2)
ASME PTC 30 , Air-Cooled Heat Exchangers
3)
ICC , International Building Code
4)
NACE MR0103 , Materials Resistant to Sulfide Stress Cracking in Corrosive Petroleum Refining
Environments
NACE SP0472, Methods and Controls to Prevent In-Service Environmental Cracking of Carbon Steel
Weldments in Corrosive Petroleum Refining Environments
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
bank
one or more items arranged in a continuous structure
3.2
bare tube surface
total area of the outside surfaces of the tubes, based on the length measured between the outside faces of the
header tubesheets
3.3
bay
one or more tube bundles, serviced by two or more fans, including the structure, plenum and other attendant
equipment
NOTE Figure 1 shows typical bay arrangements.
3.4
critical process temperature
temperature related to important physical properties of a process stream
EXAMPLES Freezing point, pour point, cloud point, hydrate formation temperature and dew point.
3.5
cyclic service
process operation with periodic variation in temperature, pressure, and/or flowrate
3.6
exhaust air
air that is discharged from the air-cooled heat exchanger to the atmosphere
3.7
external recirculation
process that uses an external duct to carry recirculated air to mix with and heat the inlet air
1) American Gear Manufacturers' Association, 1500 King Street, Suite 201, Alexandria, VA 22314, USA.
2) American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990, USA.
3) International Code Council Foundation, 10624 Indian Woods Drive, Cincinnati, OH 45242, USA.
4) NACE International, P.O. Box 218340, Houston, TX 77218-8340, USA.
2 © ISO 2011 – All rights reserved
3.8
finned surface
total area of the outside surface exposed to air
3.9
forced-draught exchanger
exchanger designed with the tube bundles located on the discharge side of the fan
3.10
geometric centre
location at the centre of a bay on a plane midway between the air inlet and the air outlet for both forced-draft
and induced-draft units
NOTE The geometric centre is also considered the acoustic centre of a bay for calculations.
3.11
hydrogen service
services that contain hydrogen at a partial pressure exceeding 700 kPa (100 psi) absolute
3.12
induced-draught exchanger
exchanger designed with the tube bundles located on the suction side of the fan
3.13
inlet air
atmospheric or ambient air that enters the air-cooled heat exchanger
3.14
internal recirculation
process that uses fans (possibly with louvres) to recirculate air from one part of the process bundle to the
other part
3.15
item
one or more tube bundles for an individual service
3.16
item number
purchaser's identification number for an item
3.17
measurement surface
surface of the bay or the cylinder or sphere on which sound-pressure level is measured
3.18
minimum design air temperature
specified inlet air temperature that is used for winterization
3.19
minimum design metal temperature
lowest metal temperature at which pressure-containing elements can be subjected to design pressure
3.20
octave bands
preferred frequency bands
3.21
pressure design code
recognized pressure vessel standard specified or agreed by the purchaser
EXAMPLE ASME BPVC VIII.
3.22
recirculated air
air that has passed through the process bundle and is redirected to mix with and heat the inlet air
3.23
specified minimum tube-wall temperature
critical process temperature plus a safety margin
3.24
structural code
recognized structural standard specified or agreed by the purchaser
EXAMPLES AISC M011 and AISC S302.
3.25
tube bundle
assembly of headers, tubes and frames
3.26
seal-welded
tube-to-tubesheet joint weld of unspecified strength applied between the tubes and tubesheets for the sole
purpose of reducing the potential for leakage
3.27
sound level
sound-pressure level when frequency is weighted according to the standardized A, B, or C weighting used in
sound-level meters
NOTE Only A-weighted readings [dB(A)] are referenced in this International Standard.
3.28
sound-power level
ten times the logarithm to base 10 of the ratio of the total acoustic power radiated by a sound source to the
12
reference power of 10 W
3.29
sound-pressure level
twenty times the logarithm to base 10 of the ratio of the root mean square sound pressure to the reference
5 2
sound pressure of 2 10 N/m
3.30
strength-welded
tube-to-tubesheet joint welded so that the design strength is equal to, or greater than, the axial tube strength
specified by the pressure design code
3.31
unit
one or more tube bundles in one or more bays for an individual service
3.32
wind skirt
vertical barrier either above or below an air-cooled heat exchanger that minimizes the effect of wind
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3.33
winterization
provision of design features, procedures, or systems for air-cooled heat exchangers to avoid problems with
the process fluid as a result of low-temperature inlet air
NOTE Problems related to low-temperature inlet air include fluid freezing, cooling to the pour point, wax formation,
hydrate formation, laminar flow, and condensation at the dew point (which can initiate corrosion).
a) One-bay b) Two-bay
Key
1 tube bundle
Figure 1 — Typical bay arrangements
4 General
4.1 The pressure design code shall be specified or agreed by the purchaser.
Pressure components shall comply with the pressure design code and the supplemental requirements given in
this International Standard.
NOTE A bullet () at the beginning of a subclause indicates a requirement for the purchaser to make a decision or
provide information (see checklist in Annex B).
4.2 The air-cooled heat exchanger shall be either a forced-draught exchanger or an induced-draught
exchanger and shall include the components shown in Figure 2 and any auxiliaries such as ladders, walkways
and platforms (see A.2).
4.3 Annex A, which may be consulted if required, includes for information some recommended mechanical
and design details. Annex A also includes precautions for consideration when specifying certain design
aspects, including temperature limitations, type of extended surface, tube support methods, type of air-cooled
heat exchanger, materials of gasket construction and operational considerations such as walkway access.
4.4 The vendor shall comply with the applicable local regulations specified by the purchaser.
4.5 In this International Standard, where practical, US Customary (USC) and other commonly used units
are included in brackets for information.
a) Forced draught b) Induced draught
Key
1 tube bundle 6 fan
2 header 7 fan ring
3 nozzle 8 fan deck
4 supporting column 9 drive assembly
5 plenum 10 fan guard
Figure 2 — Typical components of an air-cooled heat exchanger
4.6 The purchaser shall specify if the service is designated as sour in accordance with ISO 15156 (all parts)
for oil and gas production facilities and natural gas sweetening plants, or designated as wet hydrogen sulfide
service in accordance with NACE MR0103 for other applications (e.g. petroleum refineries, LNG plants and
chemical plants), in which case all materials in contact with the process fluid shall meet the requirements of
the applicable NACE standard to mitigate the potential for sulfide stress cracking (SSC). Identification of the
complete set of materials, qualification, fabrication, and testing specifications to prevent in-service
environmental cracking is the responsibility of the user (purchaser).
NOTE For the purpose of this provision NACE MR0175 is equivalent to ISO 15156 (all parts).
4.7 The requirement for winterization and its type shall be specified by the purchaser. Annex C contains
guidance on various methods of winterization for air-cooled heat exchangers.
5 Proposals
5.1 The vendor's proposal shall include a completed data sheet for each item (see example in Annex B).
5.2 A proposal drawing that shows the major dimensions in plan and elevation, and the nozzle sizes and
their orientation shall be furnished.
5.3 The proposal shall state whether vertically mounted electric motors shall be shaft up or shaft down.
5.4 The proposal shall fully define the extent of shop assembly and include a general description of the
components for assembly in the field.
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5.5 Any proposal for a design that is not fully described in this International Standard shall include
additional drawings sufficient to describe the details of construction.
5.6 The proposal shall include a detailed description of any exceptions to the specified requirements.
5.7 The proposal shall include noise data. The proposal shall include a noise data sheet (see example in
Annex B) if specified by the purchaser.
5.8 The proposal shall include fan performance characteristic curves with the design point marked on the
curves.
5.9 The proposal shall include details of the method used to secure the fin ends; see 7.1.11.7.
5.10 The proposal for an air-cooled exchanger with a recirculation system (as described in Annex C) shall
include drawings showing the duct and plenum sizes, net free flow area, louvre type and arrangement, drive
location, and proposed control schematic.
6 Documentation
6.1 Approval information
6.1.1 For each item number, the vendor shall produce documents that include the following information.
The purchaser shall specify which documents shall be submitted and which of them shall be subject to
approval.
a) purchaser’s item number, service, project name and location, purchaser's order number and vendor's
shop order number;
b) design pressure, maximum allowable working pressure, test pressure, maximum and minimum design
temperature, and corrosion allowance;
c) fan performance characteristic curves with the design point marked on the curve, including fan critical
speeds for use with variable-frequency drives;
d) any applicable codes and purchase specifications of the purchaser;
e) material specifications and grades for all pressure parts;
f) overall dimensions;
g) dimensions and locations of supports and sizes of holding-down bolts;
h) nozzle size, rating, facing, location, projection beyond header surface, allowable loadings (forces and
moments) and direction of flow;
i) drive mount details;
j) masses of the tube bundle, the exchanger empty and full of water, and the mass of the heaviest
component or combination of components intended by the vendor for handling in a single lift;
k) column reactions for each load type listed in 7.3.3;
l) post-weld heat treatment requirements;
m) U-bend heat treatment or annealing procedure;
n) radiographic and other non-destructive examination requirements;
o) surface preparation and painting requirements;
p) design exposure temperatures for mechanical and instrumentation components;
q) nameplate and its position;
r) tube-to-tubesheet joint and details of joint preparation;
s) maximum and minimum plug torque values with recommended thread lubrication;
t) when sour or wet sulfide service is specified by the purchaser, a certified material test report (CMTR)
shall be supplied for all carbon steel materials in contact with the process fluid.
6.1.2 The vendor shall also furnish gasket detail drawings, field assembly drawings, and drawings for all
auxiliary equipment and controls furnished. Drawings shall show electrical and control connections, including
those of motive and signal air for any pneumatically actuated louvres or fans. The gasket details shall include
type and material, and shall be shown on a separate drawing.
6.1.3 If specified by the purchaser, calculations required by the pressure design code shall be provided for
the design of pressure components, including header boxes, tubes and tube joints. Sufficient detail shall be
supplied for any non-standard pressure boundary components, such as swage type transition nozzles.
Calculations shall also be provided for restraint relief in accordance with 7.1.6.1.3, and also for the defined
external moments and forces on nozzles in accordance with 7.1.10.
6.1.4 If specified by the purchaser, weld maps, all proposed welding procedures, including tube to
tubesheet welding procedures and qualifications (including impact test results, if applicable) shall be submitted
for approval prior to fabrication.
6.1.5 If a hot air recirculation system is utilized for winterization, documents showing duct and plenum sizes,
net free flow areas, louvre types and arrangement, louvre drive location(s), heating coil and heating medium
consumption, and control scheme schematic shall be provided.
6.1.6 Further engineering information required from the vendor for installation, operation, maintenance, or
inspection shall be a matter of agreement between the purchaser and the vendor.
6.2 Final records
6.2.1 The vendor shall maintain records of the materials used and fabrication details for at least 10 years.
6.2.2 The purchaser shall specify which of the following shall be furnished, and shall specify if any of them
shall be in an electronic medium:
a) “as-built” data sheet, including material specifications and grades for all pressure parts;
b) as-built shop drawings including details of headers and tube bundles; as-built shop drawings shall also be
provided for any heating coils;
c) calculations as required by the pressure design code, including nozzle load confirmation, restraint relief
and any finite element analysis;
d) certified motor drawing and completed motor data sheet for each size and type of motor;
e) manufacturer's data report in accordance with the pressure design code;
f) certified material test reports for all pressure parts;
g) fan and hub data, including shaft bore and keyway dimensions and coupling and sheave data;
h) schematic diagram for automatically controlled fan pitch or louvre blade adjustment, if the controller is
furnished by the vendor;
8 © ISO 2011 – All rights reserved
i) installation, operation and maintenance instructions, including the type of lubrication furnished for gears
and bearings;
j) parts list;
k) certified noise data sheet for the air-cooled heat exchanger with the fans operating at rated speed and at
design conditions;
l) fan performance characteristic curves showing the operating point and shaft power consumption;
m) louvre characteristic performance curve;
n) temperature recorder charts made during postweld heat treatment of the headers;
o) non-destructive testing records;
p) nameplate rubbing or facsimile.
7 Design
7.1 Tube bundle design
7.1.1 General
7.1.1.1 Tube bundles shall be rigid, self-contained, and designed for handling as a complete assembly.
7.1.1.2 The vendor shall make provision for lateral movement of exchanger tube bundles of at least 6 mm
1 1
( / in) in both directions or 12,7 mm ( / in) in only one direction, unless the purchaser and the vendor agree
4 2
on a different value.
7.1.1.3 Provision shall be made to accommodate thermal expansion of tubes.
7.1.1.4 All tubes shall be supported to prevent sagging and meshing or deformation of fins. Tube
supports shall be spaced not more than 1,83 m (6 ft) from centre to centre.
7.1.1.5 A hold-down member (tube keeper) shall be provided at each tube support. Hold-down members
shall be attached to side frames by bolting.
7.1.1.6 Tubes of single-pass condensers shall be sloped downward at least 10 mm/m ( / in/ft) towards
the outlet header.
7.1.1.7 The last pass of tubes in multi-pass condensers shall be sloped downward at least 10 mm/m
( / in/ft) towards the outlet header (see A.3.1).
7.1.1.8 Air seals shall be provided throughout the tube bundle and the bay to minimize air leakage and
bypassing. Any air gap that exceeds 10 mm ( / in) in width shall be sealed.
7.1.1.9 The minimum thickness of metal used for air seal construction shall be 2,7 mm (12 gauge USS);
0,105 in) within the bundle side frame and 1,9 mm (14 gauge USS; 0,08 in) outside the bundle side frame.
NOTE USS is US Standard for sheet and plate iron and steel.
7.1.1.10 Bolts for removable air seals shall be at least 10 mm ( / in) nominal diameter.
7.1.1.11 The exchanger shall be designed for an internal steam-out operation at the temperature,
pressure, and operating conditions if specified by the purchaser.
7.1.1.12 The purchaser shall specify if cyclic service design is required. If cyclic service is specified, the
purchaser shall specify the type and magnitude of variation in pressure, temperature and flowrate, the time for
the variation (hours, weeks, etc.) and the number of cycles or frequency for this variation expected during the
life of the equipment. The extent and acceptance criteria of any required analysis shall be subject to the
agreement of the purchaser (see A.2).
7.1.2 Heating coils
7.1.2.1 Heating coils provided to protect the tube bundle against freeze-up shall be in a separate bundle,
and not part of the tube bundle.
7.1.2.2 Heating coils shall cover the full width of the tube bundle.
7.1.2.3 The tube pitch of the heating coil shall not exceed the smaller of twice the tube pitch of the tube
bundle or 4,75 times the nominal heating coil tube diameter.
7.1.2.4 If steam is used as heating fluid, heating coils shall be single pass, and the tubes shall be sloped
downward at least 10 mm/m ( / in/ft) towards the outlet.
7.1.2.5 Pipe-type headers with welded-in tubes may be used for steam service.
7.1.3 Design temperature
7.1.3.1 The maximum and minimum design temperatures for pressure parts shall be as specified by the
purchaser.
7.1.3.2 The purchaser shall separately specify the maximum operating temperature to apply for fin type
selection (the fin design temperature). The design temperatures for pressure parts are not intended to govern
fin type selection or to apply in determining exposure temperatures of mechanical and instrumentation
components.
7.1.4 Design pressure
The design pressure shall be as specified by the purchaser.
7.1.5 Corrosion allowance
7.1.5.1 The corrosion allowance shall be as specified by the purchaser for all surfaces exposed to the
process fluid, except that no corrosion allowance shall be provided for tubes, gaskets or gasket contact
surfaces. If not specified, a minimum corrosion allowance of 3 mm ( / in) shall be provided for carbon and
low-alloy steel components.
7.1.5.2 The corrosion allowance shall be provided on each side of pass partition plates or stiffeners.
7.1.5.3 A thickness equal to the depth of the pass partition groove may be considered as available
corrosion allowance on grooved cover plate and tubesheet surfaces.
7.1.6 Headers
7.1.6.1 General
7.1.6.1.1 Headers shall be designed to prevent excessive warpage of tubesheets and/or leakage at tube
joints. The analysis shall consider maximum operating temperature and maximum cooling conditions at
minimum ambient air temperature. If specified by the purchaser, the analysis shall consider alternative
operations such as low process flow at low ambient air temperature, freezing of fluids in tubes, steam-out, loss
of fans due to power failure, and cyclic conditions.
7.1.6.1.2 If the fluid temperature difference between the inlet and the outlet of a multi-pass bundle exceeds
110 °C (200 °F), U-tube construction, split headers or other methods of restraint relief shall be employed.
10 © ISO 2011 – All rights reserved
7.1.6.1.3 The requirement for restraint relief in single- or multi-pass exchangers shall be investigated
regardless of the fluid temperature difference between the inlet and outlet of the exchanger. The vendor shall
provide calculations to prove the adequacy of the design. Some of the stresses are additive, and
tube-to-tubesheet joint efficiency shall be considered. Calculations shall consider the following stress
combinations:
a) for tube stress and/or tube-to-tubesheet joint stress:
1) stress caused by differential tube expansion between rows/passes in the coil sections in both clean
and fouled conditions,
2) stress caused by pressure,
3) stress caused by nozzle forces and moments,
4) stress caused by lateral header movement;
b) for header and nozzle stress:
1) stress caused by temperature and pressure,
2) stress caused by nozzle forces and moments,
NOTE Forces and moments can induce movement of the header; see note in 7.1.10.2.
3) stress caused by differential tube expansion between rows/passes in the coil sections;
c) for header attachments and supports (including coil side frames and cooler structure):
1) stress caused by mass of the header full of water,
2) stress caused by nozzle forces and moments,
NOTE Forces and moments can induce movement of the header; see note in 7.1.10.2.
3) stress caused by tube expansion.
NOTE There can be additional loads and stresses imposed on the tube bundle that have not been mentioned
above (e.g. seismic).
7.1.6.1.4 Headers shall be designed so that the corresponding cross-sectional flow area of each pass is at
least 100 % of the flow area in the following tube pass.
7.1.6.1.5 The lateral velocity in the header inlet compartment shall not exceed the velocity in the inlet
nozzle. Multiple nozzles or an increased header cross-sectional area can be required.
7.1.6.1.6 The minimum nominal thickness of header components shall be as shown in Table 1.
Table 1 — Minimum nominal thickness of header components
Minimum thickness
Carbon or low-alloy High-alloy steel or
Component
steel other material
mm (in) mm (in)
3 5
Tubesheet 19 ( /) 16 ( / )
4 8
3 5
Plug sheet 19 ( /) 16 ( / )
4 8
1 3
Top, bottom and end plates 12 ( /) 10 ( / )
2 8
Removable cover plates 25 (1) 22 ( / )
1 1
Pass partition plates and stay plates 12 ( /) 6 ( / )
2 4
NOTE The thickness indicated for any carbon or low-alloy steel component includes a corrosion
allowance of up to 3 mm ( / in). The thickness indicated for any component of high-alloy steel or other
material does not include a corrosion allowance. The thickness is based on an expanded tube-to-
tubesheet joint with one groove.
7.1.6.1.7 Pass partitions used as stay plates for the tubesheet and plug sheet shall be made of one integral
plate.
7.1.6.1.8 Header types other than those described in 7.1.6.2 or 7.1.6.3 may be proposed as an alternative
design (see Clause 12).
7.1.6.2 Removable cover plate and removable bonnet headers
7.1.6.2.1 The cover plate header design shall permit removal of the cover without disturbing header piping
connections. Figure 3 a) shows the typical construction of tube bundles with removable cover plate headers.
7.1.6.2.2 The bonnet header design shall permit removal of the bonnet with the minimum dismantling of
header piping connections. Figure 3 b) shows typical construction of tube bundles with removable bonnet
headers.
7.1.6.2.3 Bolted joints shall be designed using through bolts with either confined gaskets or unconfined full-
face gaskets. Stud bolt construction may be used if approved by the purchaser. Gasket contact surfaces on
cover plates, matching header box flanges and tubesheets shall be machined. The surface finish shall be
appropriate for the type of gasket (See A.3.12). Typical constructions are shown in Figure 4. For hydrogen,
sour, or wet hydrogen sulfide service, only confined gasket construction shall be used [see Figure 4 a)
or 4 b)].
7.1.6.2.4 Either jackscrews or a minimum clearance of 5 mm ( / in) shall be provided at the cover
periphery to facilitate dismantling.
12 © ISO 2011 – All rights reserved
a) Removable cover-plate header
b) Removable bonnet header
Key
1 tubesheet 6 pass partition 11 tube support cross-member
2 removable cover plate 7 gasket 12 tube keeper
3 removable bonnet 8 nozzle 13 vent
4 top and bottom plates 9 side frame 14 drain
5 tube 10 tube spacer 15 instrument connection
Figure 3 — Typical construction of tube bundles with removable cover plate
and removable bonnet headers
7.1.6.2.5 Stay-bolts shall not be used.
7.1.6.2.6 For stud type construction, provision (e.g. sliding pins) shall be made to prevent damage to the
studs during handling of the cover plate.
7.1.6.2.7 The minimum nominal diameter of through-bolts shall be 16 mm ( / in). The minimum nominal
diameter of stud bolts shall be 20 mm ( / in).
7.1.6.2.8 The maximum spacing between bolt centres shall be in accordance with the pressure design
code.
7.1.6.2.9 The minimum spacing between bolt centres shall be as shown in Table 2.
a) Flanged construction, b) Flanged construction, c) Flanged construction,
confined gasket semi-confined gasket non-confined gasket
Figure 4 — Typical confined and full-faced gasket joint details
Table 2 — Minimum flange bolt spacing
Nominal bolt diameter Minimum bolt spacing
mm (in) mm (in)
5 1
16 ( /) 38 (1 / )
8 2
3 3
19 ( /) 44 (1 / )
4 4
7 1
22 ( /) 52 (2 / )
8 16
25 (1) 57 (2 / )
1 1
29 (1 /) 64 (2 / )
8 2
1 13
32 (1 /) 71 (2 / )
4 16
3 1
35 (1 /) 76 (3 / )
8 16
1 1
38 (1 /) 83 (3 / )
2 4
5 1
41 (1 /) 89 (3 / )
8 2
3 3
44 (1 /) 95 (3 / )
4 4
48 (1 /) 102 (4)
51 (2) 108 (4 / )
7.1.6.2.10 Spacing between bolts straddling corners shall be such that the diagonal distance between bolts
adjacent to the corner does not exceed the lesser of the spacing on the sides or the ends.
7.1.6.2.11 Allowable stresses that have been established on the basis of short-time tensile strength shall not
be used for the design of flanges and gasketed flat covers.
NOTE 1 These allowable stresses can cause permanent deformation.
NOTE 2 In ASME BPVC II, the allowable stresses of some stainless steel alloys and high-nickel alloys have been
established in this way.
14 © ISO 2011 – All rights reserved
7.1.6.3 Plug headers
7.1.6.3.1 Threaded plug holes shall be provided opposite the ends of each tube for access. Holes shall be
threaded to the full depth of the plug sheet. Figure 5 shows typical construction of a tube bundle with plug
headers.
7.1.6.3.2 The nominal thread diameter of the plug holes shall be equal to the outside diameter of the tube
plus at least 3 mm ( / in).
7.1.6.3.3 Gasket contact surfaces of plug holes shall be spot-faced. The edges of the facing shall be free of
burrs.
Key
1 tubesheet 7 stiffener 13 tube keeper
2 plug sheet 8 plug 14 vent
3 top and bottom plates 9 nozzle 15 drain
4 end plate 10 side frame 16 instrument connection
5 tube 11 tube spacer
6 pass partition 12 tube support cross-member
Figure 5 — Typical construction of a tube bundle with plug headers
7.1.7 Plugs for tube access
7.1.7.1 Plugs shall be the shoulder type with straight-threaded shanks.
7.1.7.2 Hollowed plugs shall not be used.
7.1.7.3 Plugs shall have hexagonal heads. The minimum dimension across the flats shall be at least
equal to the plug shoulder diameter.
7.1.7.4 The pressure seal shall be maintained by means of a gasket between the flange of the plug and
the plug sheet.
7.1.7.5 Positive means (such as a self-centring taper) shall be provided to ensure seating of the gasket in
the spot-faced recess.
7.1.7.6 Plugs shall be long enough to fill the plug sheet threads, with a tolerance of ± 1,5 mm ( / in),
except for galling materials or if the nominal plug sheet thickness is greater than 50 mm (2 in), for which
alternative designs may be used with the approval of the purchaser. Additional factors to consider in selecting
the plug design are thread interference, erosion, crevice corrosion and retention of fluid in cavities.
7.1.7.7 The thickness of the plug head from its gasket surface to the top face shall be at least 50 % of the
nominal tube outside diameter. Greater thickness can be required due to pressure rating and material
considerations.
7.1.7.8 Threads of plugs having nominal diameters 30 mm (1 / in) and smaller shall be fine series
threads.
7.1.8 Gaskets
7.1.8.1 Plug gaskets shall be of the solid-metal type. The material of the plug gasket shall be the same
type as that of the plug, unless otherwise agreed by the purchaser and vendor. Plug gasket hardness shall be
less than that of the plug and the plug-sheet materials.
7.1.8.2 Plug gaskets shall be flat and free of burrs.
7.1.8.3 The minimum thickness of solid metal plug gaskets shall be 1,5 mm (0,060 in).
7.1.8.4 For the joint type shown in Figure 4 a), cover plate and bonnet gaskets shall be of the double-
metal-jacketed, filled type or solid metal with a soft gasket seal facing. Filler material shall be non-asbestos
and shall be suitable for sealing, exposure resistance and fire safety performance.
7.1.8.5 For the joint type shown in Figure 4 b), double-metal-jacketed, filled type gaskets or [at design
pressures of 2 100 kPa gauge (300 psig) or less] compressed sheet composition gaskets suitable for the
service shall be used. Gaskets shall be non-asbestos and shall be suitable for sealing, exposure resistance
and fire safety performance.
7.1.8.6 For the joint type shown in Figure 4 c), compressed sheet composition gaskets suitable for the
service may be used at design pressures of 2 100 kPa gauge (300 psig) or less. Gaskets shall be non-
asbestos and shall be suitable for sealing, exposure resistance and fire safety performance.
7.1.8.7 The width of removable cover plate and removable bonnet gaskets shall be at least 10 mm
( / in).
7.1.8.8 Gaskets shall
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13706
Troisième édition
2011-12-01
Industries du pétrole, de la pétrochimie et
du gaz naturel — Échangeurs de chaleur
refroidis à l'air
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Air-cooled heat
exchangers
Numéro de référence
©
ISO 2011
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© ISO 2011
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quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
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Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2012
Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos . v
Introduction . vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Généralités . 6
5 Propositions . 7
6 Documentation . 7
6.1 Informations pour approbation . 7
6.2 Enregistrements finaux. 9
7 Conception . 10
7.1 Conception de faisceau de tubes . 10
7.2 Conception côté air . 23
7.3 Conception des structures . 35
8 Matériaux . 41
8.1 Généralités . 41
8.2 Exigences relatives à l'acier au carbone en service corrosif ou à l'hydrogène sulfuré
humide . 41
8.3 Collecteurs . 41
8.4 Persiennes . 42
8.5 Autres composants . 42
9 Fabrication des faisceaux de tubes . 42
9.1 Soudage . 42
9.2 Traitement thermique après soudage (PWHT) . 43
9.3 Joints entre le tube et la plaque tubulaire . 43
9.4 Surfaces d'étanchéité . 45
9.5 Graissage des filetages . 45
9.6 Alignements et tolérances . 45
9.7 Assemblage . 45
10 Contrôles, examens et essais . 47
10.1 Contrôle de la qualité . 47
10.2 Essai de résistance à la pression . 48
10.3 Essai de fonctionnement en atelier . 49
10.4 Essais de performance du matériel . 49
10.5 Plaques signalétiques . 49
11 Préparation pour l'expédition . 49
11.1 Généralités . 49
11.2 Surfaces et finitions . 50
11.3 Identification et notification . 50
12 Exigences supplémentaires . 50
12.1 Généralités . 50
12.2 Conception . 50
12.3 Examen . 50
12.4 Essais . 51
Annexe A (informative) Pratiques recommandées . 52
Annexe B (informative) Liste de contrôle et fiches techniques .59
Annexe C (informative) Wintérisation d'échangeurs thermiques aéroréfrigérants .70
Annexe D (informative) Procédure recommandée de mesure du débit d’air des échangeurs
thermiques aéroréfrigérants . 122
Annexe E (informative) Mesure du bruit émis par les échangeurs thermiques aéroréfrigérants . 129
Bibliographie . 147
iv © ISO 2011 – Tous droits réservés
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 13706 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 troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 13706:2005) qui a fait l'objet d'une
révision technique.
Introduction
Il est nécessaire d'informer les utilisateurs de la présente Norme internationale que des exigences différentes
ou complémentaires peuvent être nécessaires pour des applications particulières. La présente Norme
internationale n'a pas pour intention d'empêcher un vendeur de proposer, ou un acheteur d’accepter d'autres
équipements ou solutions techniques pour une application particulière. Ceci peut s'appliquer tout
particulièrement lorsque l'on dispose d'une technologie d'innovation ou de développement. Lorsqu'une
alternative est proposée, il est de la responsabilité du vendeur d'identifier toutes les différences par rapport à
la présente Norme internationale et de fournir une description détaillée.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13706:2011(F)
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel —
Échangeurs de chaleur refroidis à l'air
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie les exigences et fournit des recommandations relatives à la
conception, aux matériaux, à la fabrication, au contrôle, aux essais et à la préparation pour l'expédition des
échangeurs thermiques aéroréfrigérants, destinés à l'utilisation dans les industries du pétrole, de la
pétrochimie et du gaz naturel.
La présente Norme internationale s'applique aux échangeurs thermiques aéroréfrigérants à faisceaux
horizontaux, les concepts de base peuvent cependant s'appliquer aussi à d'autres configurations.
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 (y compris les amendements éventuels) s’applique.
ISO 76, Roulements — Charges statiques de base
ISO 281, Roulements — Charges dynamiques de base et durée nominale
ISO 286 (toutes les parties), Spécification géométrique des produits (GPS) — Système de codification ISO
pour les tolérances sur les tailles linéaires
ISO 1081, Transmissions par courroies — Courroies trapézoïdales et striées, et poulies à gorges —
Vocabulaire
ISO 1461, Revêtements par galvanisation à chaud sur produits finis en fonte et en acier — Spécifications et
méthodes d'essai
ISO 2491, Clavetage par clavettes parallèles minces (dimensions en millimètres)
ISO 4183, Transmissions par courroies — Courroies trapézoïdales classiques et étroites — Poulies à gorges
(système basé sur la largeur de référence)
ISO 4184, Transmissions par courroies — Courroies trapézoïdales classiques et étroites — Longueurs dans
le système de référence
ISO 5287, Transmissions par courroies — Transmissions par courroies trapézoïdales étroites pour la
construction automobile — Essai de fatigue
ISO 5290, Transmissions par courroies — Poulies à gorges pour courroies trapézoïdales étroites — Sections
de gorge 9N/J, 15N/J et 25N/J (système effectif)
ISO 8501-1, Préparation des subjectiles d'acier avant application de peintures et de produits assimilés —
Évaluation visuelle de la propreté d'un subjectile — Partie 1: Degrés de rouille et degrés de préparation des
subjectiles d'acier non recouverts et des subjectiles d'acier après décapage sur toute la surface des
revêtements précédents
ISO 9563, Transmissions par courroies — Conductibilité électrique des courroies synchrones sans fin, anti-
électrostatiques — Spécification et méthode d'essai
ISO 15156 (toutes les parties), Industries du pétrole et du gaz naturel — Matériaux pour utilisation dans des
environnements contenant de l'hydrogène sulfuré (H S) dans la production de pétrole et de gaz
1)
AGMA 6001 , Design and Selection of Components for Enclosed Gear Drives
ANSI/AGMA 6010, Spur, Helical, Herringbone and Bevel Enclosed Drives
2)
ASME PTC 30 , Air-Cooled Heat Exchangers
3)
ICC , International Building Code
4 )
NACE MR0103 , Materials Resistant to Sulfide Stress Cracking in Corrosive Petroleum Refining
Environments
NACE SP0472, Methods and Controls to Prevent In-Service Environmental Cracking of Carbon Steel
Weldments in Corrosive Petroleum Refining Environments
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
banc
un ou plusieurs appareils disposés dans une structure continue
3.2
surface de tube nue
superficie totale de la surface extérieure des tubes, fondée sur la longueur mesurée entre les surfaces
extérieures des plaques tubulaires de collecteur
3.3
baie
un ou plusieurs faisceaux de tubes, alimentés par deux ventilateurs ou plus, y compris la structure, le plénum
et autres accessoires
NOTE Un exemple type de disposition de baie est donné à la Figure 1.
3.4
température de procédé critique
température relative à des propriétés physiques importantes d'un fluide à traiter
EXEMPLES Point de gel, point d'écoulement, point de trouble, température de formation d'hydrates et point de rosée.
3.5
service cyclique
opération de traitement présentant une variation périodique de température, de pression et/ou de débit
1)
American Gear Manufacturers' Association, 1500 King Street, Suite 201, Alexandria, VA 22314, USA.
2)
American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990, USA.
3)
International Code Council Foundation, 10624 Indian Woods Drive, Cincinnati, OH 45242, USA.
4)
NACE International, P.O. Box 218340, Houston, TX 77218-8340, USA.
2 © ISO 2011 – Tous droits réservés
3.6
air refoulé
air s’échappant par l'échangeur thermique aéroréfrigérant dans l'atmosphère
3.7
recirculation externe
processus utilisant un conduit externe pour transporter de l'air recyclé destiné à être mélangé avec l'air aspiré
et le réchauffer
3.8
surface ailetée
d'un tube superficie totale de la surface extérieure exposée à l'air
3.9
échangeur à tirage forcé
échangeur conçu avec le faisceau de tubes situé du côté de refoulement du ventilateur
3.10
centre géométrique
point situé au centre d'une baie sur un plan à mi-distance entre l'entrée d'air et la sortie d'air pour les unités à
tirage forcé et à tirage induit
NOTE Le centre géométrique est également considéré comme le centre acoustique d'une baie pour les calculs
3.11
service à l'hydrogène
services contenant de l'hydrogène à une pression partielle supérieure à 700 kPa (100 psi) absolus
3.12
échangeur à tirage induit
échangeur conçu avec le faisceau de tubes situé du côté d'aspiration du ventilateur
3.13
air aspiré
air atmosphérique ou ambiant qui pénètre dans l'échangeur thermique aéroréfrigérant
3.14
recirculation interne
processus utilisant des ventilateurs (éventuellement avec des persiennes) pour recycler l'air d'un côté du
faisceau de traitement à l'autre
3.15
appareil
un ou plusieurs faisceaux de tubes destinés à un service particulier
3.16
numéro d'appareil
numéro d'identification de l'acheteur pour un appareil
3.17
surface de mesure
surface de la baie, du cylindre ou de la sphère sur lequel le niveau de pression acoustique est mesuré
3.18
température d'air de calcul minimale
température d'air aspiré spécifiée qui est utilisée pour la wintérisation
3.19
température de calcul minimale des métaux
température la plus basse des métaux à laquelle les éléments sous pression peuvent être soumis à la
pression de calcul
3.20
bandes d'octave
bande de fréquence privilégiées
3.21
code de calcul de la partie sous pression
standard reconnu pour les équipements sous pression, spécifié ou agréé par l'acheteur
EXEMPLE ASME BPVC VIII.
3.22
air recyclé
air passant par le faisceau de traitement et renvoyé pour être mélangé avec l'air aspiré et le réchauffer
3.23
température minimale spécifiée de paroi de tube
température de procédé critique plus une marge de sécurité
3.24
code de structure
standard reconnu pour la structure, spécifié par ou agréé par l'acheteur
EXEMPLES AISC M011 et AISC S302.
3.25
faisceau de tubes
assemblage de collecteurs, de tubes et de cadres
3.26
soudure d'étanchéité
soudure de liaison entre tube et plaque tubulaire, de résistance non spécifiée, appliquée entre les tubes et les
plaques tubulaires aux seules fins de réduire le potentiel de fuite
3.27
niveau de bruit
niveau de pression acoustique lorsque la fréquence est pondérée conformément à la pondération normalisée
A, B ou C utilisée dans les sonomètres
NOTE La présente Norme internationale ne fait référence qu'aux lectures pondérées A [dB(A)].
3.28
niveau de puissance acoustique
dix fois le logarithme décimal du rapport de la puissance acoustique totale rayonnée par une source sonore à
12
la puissance de référence de 10 W
3.29
niveau de pression acoustique
vingt fois le logarithme décimal du rapport de la pression acoustique efficace à la pression acoustique de
5 2
référence de 2 10 N/m
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3.30
à soudure de résistance
soudure de liaison entre tube et plaque tubulaire appliquée de sorte que la résistance nominale soit égale ou
supérieure à la résistance axiale de tube spécifiée par le code de calcul des parties sous pression
3.31
unité
un ou plusieurs faisceaux de tubes dans une ou plusieurs baies destinés à un service particulier
3.32
écran paravent
écran vertical au-dessus ou au-dessous de l'échangeur thermique aéroréfrigérant réduisant les effets du vent
3.33
wintérisation
fourniture d’équipement, de procédures ou de systèmes pour échangeurs thermiques aéroréfrigérants afin
d'éviter des problèmes associés au fluide de process résultant de la température basse de l'air aspiré
NOTE Les problèmes relatifs à la température basse de l'air aspiré comprennent le gel du fluide, le refroidissement
jusqu'au point d'écoulement, la formation de paraffine, la formation d'hydrates, l'écoulement laminaire et la condensation
au point de rosée (pouvant être à l'origine d'une corrosion).
a) Une baie b) Deux baies
Légende
1 faisceau de tubes
Figure 1 — Dispositions de baies types
4 Généralités
4.1 Le code de calcul des parties sous pression doit être spécifié ou agréé par l'acheteur.
Les composants sous pression doivent être conformes au code de calcul des parties sous pression et aux
exigences supplémentaires de la présente Norme internationale.
NOTE Une puce ronde () au début d'un paragraphe indique qu'il est exigé que l'acheteur prenne une décision ou
fournisse des informations (voir la liste de contrôle fournie dans l'Annexe B).
4.2 L'échangeur thermique aéroréfrigérant doit être un échangeur à tirage forcé ou un échangeur à tirage
induit et doit inclure les composants représentés à la Figure 2 et tous les accessoires tels que les échelles,
passerelles et plates-formes (voir A.2).
4.3 L'Annexe A peut, si nécessaire, être consultée; elle contient certaines recommandations informatives
en matière de mécanique et de conception. L'Annexe A spécifie également quelques précautions à prendre
lors de la spécification de certains aspects de conception, y compris les limites de température, les types de
surfaces déployées, les méthodes de soutien de tube, les types d'échangeurs thermiques aéroréfrigérants,
les matériaux de construction étanches et des considérations opérationnelles telles que l'accès aux
passerelles.
4.4 Le vendeur doit se conformer aux réglementations locales applicables spécifiées par l'acheteur.
4.5 Dans la présente Norme internationale, pour des raisons pratiques, les unités utilisées aux États-Unis
et d'autres unités couramment utilisées sont données, pour information, entre parenthèses.
a) Tirage forcé b) Tirage induit
Légende
1 faisceau de tubes 6 ventilateur
2 collecteur 7 anneau de ventilateur
3 tubulure 8 tablier de ventilateur
4 colonne de soutien 9 mécanisme d'entraînement
5 plénum 10 protecteur de ventilateur
Figure 2 — Composants types d'un échangeur thermique aéroréfrigérant
4.6 L'acheteur doit spécifier si le service est considéré comme corrosif conformément à l'ISO 15156 (toutes
les parties) pour les installations de production de pétrole et de gaz et les usines d’adoucissement du gaz
naturel, ou considéré comme un service à l'hydrogène sulfuré humide conformément au document
NACE MR0103 pour d'autres applications (par exemple, raffineries de pétrole, usines de GNL et usines
chimiques), auquel cas tous les matériaux en contact avec le fluide de process doivent satisfaire aux
exigences de la norme NACE applicable pour atténuer le potentiel de fissuration sous contrainte aux sulfures
(SSC). L’identification de la totalité des matériaux et les spécifications de qualification, de fabrication et
6 © ISO 2011 – Tous droits réservés
d'essai pour empêcher une fissuration environnementale en service, relèvent de la responsabilité de
l'utilisateur (acheteur).
NOTE Dans le cas présent, NACE MR0175 est équivalente à l’ISO 15156 (toutes les parties).
4.7 L'exigence relative à la wintérisation et le type de système de wintérisation doivent être spécifiés par
l'acheteur. L'Annexe C comprend des recommandations relatives aux différentes méthodes de wintérisation
des échangeurs thermiques aéroréfrigérants.
5 Propositions
5.1 L'offre du vendeur doit contenir une fiche technique complétée pour chaque appareil (voir exemple
dans l'Annexe B).
5.2 Un plan doit être fourni avec l'offre; celui-ci doit indiquer les dimensions principales horizontales et
verticales ainsi que les dimensions et orientations des tubulures.
5.3 L'offre doit préciser si les moteurs électriques montés verticalement ont l'arbre orienté vers le haut ou
vers le bas.
5.4 L'offre doit définir entièrement l'étendue de l'assemblage en atelier et doit comprendre une description
générale des composants pour assemblage sur site.
5.5 Toute offre relative à une conception qui n'est pas entièrement décrite dans la présente Norme
internationale doit inclure suffisamment de plans supplémentaires pour décrire les détails de construction.
5.6 L'offre doit comprendre une description détaillée de tout écart par rapport aux exigences spécifiées.
5.7 L'offre doit contenir des données relatives au bruit. L'offre doit contenir une fiche technique relative au
bruit (voir exemple à l'Annexe B), si cela est spécifié par l'acheteur.
5.8 L'offre doit comprendre des courbes des caractéristiques de fonctionnement du ventilateur, avec
indication du point de caractéristique nominale.
5.9 L'offre doit inclure des détails relatifs à la méthode de fixation des extrémités des ailettes (voir 7.1.11.7).
5.10 L'offre concernant un échangeur aéroréfrigéré avec un système de recirculation d’air (tel que décrit à
l'Annexe C) doit comprendre des plans indiquant les dimensions du conduit et du plénum, l'aire d'écoulement
libre nette, le type et la disposition de la persienne, l'emplacement de l'entraînement ainsi que la
représentation schématique des commandes proposée.
6 Documentation
6.1 Informations pour approbation
6.1.1 Pour chaque numéro d'appareil, le vendeur doit produire des documents contenant les informations
suivantes. L'acheteur doit spécifier les documents à soumettre et ceux qui doivent faire l'objet d'une
approbation.
a) le numéro d'appareil de l'acheteur, le service, le nom du projet et son emplacement, le numéro de bon de
commande de l'acheteur et le numéro d'ordre de fabrication du vendeur;
b) la pression de calcul, la pression de service maximale admissible, la pression d’épreuve, les
températures de calcul maximale et minimale et la surépaisseur de corrosion;
c) la courbe des caractéristiques de fonctionnement du ventilateur, avec indication du point de
caractéristique nominale, y compris les vitesses critiques du ventilateur pour une utilisation avec les
entraînements à vitesse variable;
d) tous les codes et toutes les spécifications d'achat applicables de l'acheteur;
e) les spécifications et qualités des matériaux pour toutes les pièces sous pression;
f) les dimensions hors-tout;
g) les dimensions et emplacements des supports et les tailles des boulons de fixation;
h) la taille, les caractéristiques nominales, orientation, emplacement, projection au-delà de la surface du
collecteur, charges admissibles (forces et moments) et sens d'écoulement des tubulures;
i) les détails de montage de l'entraînement;
j) les masses du faisceau de tubes, de l'échangeur vide et plein d'eau, et la masse du composant le plus
lourd ou de la combinaison de composants la plus lourde dont le vendeur prévoit la manipulation en un
seul levage;
k) les réactions aux colonnes pour chaque type de charge énuméré en 7.3.3;
l) les exigences relatives au traitement thermique après soudage;
m) la procédure de traitement ou de recuit des coudes en U;
n) les exigences relatives aux contrôles par radiographie et autres essais non destructifs;
o) les exigences relatives à la préparation de surface et à la peinture;
p) les températures d'exposition pour le calcul des composants mécaniques et d'instrumentation;
q) la plaque signalétique et son emplacement;
r) les liaisons entre tube et plaque tubulaire et les détails sur la préparation des liaisons;
s) les valeurs maximale et minimale de couple de serrage des bouchons avec le graissage recommandé
des filetages;
t) lorsqu'un service corrosif ou à l'hydrogène sulfuré humide est spécifié par l'acheteur, un rapport d'essai
de matériau certifié (CMTR) doit être fourni pour tous les matériaux en acier au carbone en contact avec
le fluide de process.
6.1.2 Le vendeur doit également fournir des plans détaillés des joints d'étanchéité, des plans d'assemblage
sur site et des plans pour tous les accessoires et toutes les commandes fournis. Les plans doivent
représenter les raccordements électriques et de commande, y compris les liaisons pour l'air moteur et l’air de
commande d'éventuelles persiennes ou ventilateurs pneumatiques. Les détails des joints d'étanchéité doivent
inclure le type et le matériau et doivent être représentés sur un plan séparé.
6.1.3 Si spécifié par l'acheteur, les calculs requis par le code de calcul des parties sous pression doivent
être réalisés pour la conception de composants sous pression, y compris les boîtes de collecteur, les tubes et
les liaisons de tubes. Des détails suffisants doivent être fournis pour tout composant d'enveloppe sous
pression non normalisé, tels que des tubulures de transition de type matricée. Des calculs doivent être prévus
pour la réduction des contraintes conformément à 7.1.6.1.3, et également pour les moments et forces
externes appliqués sur les tubulures conformément à 7.1.10.
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6.1.4 Lorsque spécifié par l'acheteur, les plans de soudage, tous les modes opératoires de soudage
proposés, y compris les modes opératoires et qualifications de soudage tube sur plaque tubulaire (y compris,
le cas échéant, les résultats des essais d'impact) doivent être soumis pour approbation préalablement à la
fabrication.
6.1.5 Si un système de recirculation d’air chaud est utilisé pour la wintérisation, des documents doivent être
fournis indiquant les dimensions du conduit et du plénum, l'aire d'écoulement libre nette, les types et la
disposition des persiennes, l'emplacement ou les emplacements des entraînements des persiennes, le
serpentin de chauffage et la consommation de fluide caloporteur, ainsi que la représentation schématique des
commandes.
6.1.6 Des informations techniques supplémentaires requises de la part du vendeur pour l'installation, le
fonctionnement, la maintenance ou l'inspection doivent être convenues entre l'acheteur et le vendeur.
6.2 Enregistrements finaux
6.2.1 Le vendeur doit conserver les enregistrements relatifs aux matériaux utilisés et aux détails de
fabrication pendant au moins 10 ans.
6.2.2 L'acheteur doit spécifier les documents énumérés ci-dessous qui doivent être fournis et doit spécifier
si l'un quelconque de ces documents doit être fourni sur un support informatique:
a) une fiche technique «tel que construit», y compris les spécifications et qualités de matériaux pour toutes
les pièces sous pression;
b) des plans d'atelier de «l'ouvrage fini», comprenant les détails des collecteurs et des faisceaux de tubes;
des plans d'atelier de «l'ouvrage fini» doivent être également fournis pour tout serpentin de chauffage;
c) les calculs requis par le code de calcul des parties sous pression, y compris la confirmation des charges
exercées sur les tubulures, la réduction des contraintes et toute analyse par éléments finis;
d) les plans certifiés des moteurs et la fiche technique renseignée pour chaque dimension et type de
moteur;
e) un rapport technique du fabricant conforme au code de calcul des parties sous pression;
f) des rapports d'essai de matériau certifié pour toutes les pièces sous pression;
g) des données relatives au ventilateur et au moyeu, y compris l'alésage d'arbre et les dimensions de
rainures de clavettes ainsi que des données relatives à l'accouplement et aux poulies;
h) un diagramme schématique pour les commandes automatiques des degrés d’inclinaison des ventilateurs
ou des volets de persienne, si la commande est fournie par le vendeur;
i) les instructions d'installation, de fonctionnement et de maintenance, y compris le type de lubrifiant fourni
pour les entraînements et les paliers;
j) la nomenclature des pièces;
k) une fiche technique certifiée relative au bruit pour les échangeurs thermiques aéroréfrigérants avec des
ventilateurs fonctionnant à des vitesses nominales et dans des conditions de calcul;
l) des courbes des caractéristiques de fonctionnement du ventilateur illustrant le point de fonctionnement
nominal et la puissance consommée à l'arbre;
m) une courbe des caractéristiques de fonctionnement des persiennes;
n) des diagrammes d'enregistreur de température réalisés pendant le traitement thermique après soudage
des collecteurs;
o) des enregistrements des essais non destructifs.
p) une copie numérisée de la plaque signalétique.
7 Conception
7.1 Conception de faisceau de tubes
7.1.1 Généralités
7.1.1.1 Les faisceaux de tubes doivent être rigides, autonomes et conçus pour être manipulés comme un
ensemble complet.
7.1.1.2 Le vendeur doit prévoir un mouvement latéral du faisceau de tubes de l'échangeur d'au moins
1 1
6 mm ( / in) dans les deux directions ou d'au moins 12,7 mm ( / in) dans une seule direction, sauf si
4 2
l'acheteur et le vendeur conviennent d'un commun accord d'une valeur différente.
7.1.1.3 Des dispositions doivent être prises pour tenir compte de la dilatation thermique des tubes.
7.1.1.4 Tous les tubes doivent être soutenus pour éviter le fléchissement et l’entrelacement ou la
déformation des ailettes. Les supports de tubes ne doivent pas être espacés de plus de 1,83 m (6 ft) entre
leurs centres.
7.1.1.5 Un élément de fixation (maintien de tube) doit être prévu à chaque support de tube. Les éléments
de fixation doivent être attachés par boulonnage à des cadres latéraux.
7.1.1.6 Les tubes de condenseurs monopasses doivent être inclinés vers le bas d'au moins 10 mm/m
( / in/ft) en direction du collecteur de sortie.
7.1.1.7 La dernière passe des tubes dans les condenseurs multipasses doit être inclinée vers le bas d'au
moins 10 mm/m ( / in/ft) en direction du collecteur de sortie (voir A.3.1).
7.1.1.8 Des joints d'étanchéité à l'air doivent être prévus sur tout le faisceau de tubes et la baie afin de
réduire au minimum les fuites et les phénomènes de contournement. Tout interstice d'air de plus de 10 mm
( / in) de large doit être scellé.
7.1.1.9 Les métaux utilisés pour des constructions d'étanchéité à l'air doivent avoir une épaisseur d'au
moins 2,7 mm (épaisseur USS 12) (0,105 in) à l'intérieur du cadre latéral du faisceau et d'au moins 1,9 mm
(épaisseur USS 14; 0,08 in) à l'extérieur du cadre latéral du faisceau.
NOTE USS est la norme US pour les tôles et les plaques de fer et d'acier.
7.1.1.10 Le diamètre nominal des boulons de joints amovibles d'étanchéité à l'air doit être d'au moins
10 mm ( / in).
7.1.1.11 L'échangeur doit être conçu pour des opérations internes de chasse à la vapeur aux
températures, pressions et conditions de fonctionnement spécifiées par l'acheteur.
7.1.1.12 L'acheteur doit spécifier si le service cyclique est requis. Si le service cyclique est indiqué,
l’acheteur doit spécifier le type et l’amplitude de la variation de pression, de température et de débit, la durée
de la variation (heures, semaines, etc.) et le nombre de cycles ou la fréquence de cette variation prévue
pendant la durée de vie du matériel. L'étendue et les critères d'acceptation applicables à toute analyse
requise doivent être soumis à l’approbation de l’acheteur (voir A.2).
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7.1.2 Serpentins de chauffage
7.1.2.1 Les serpentins de chauffage prévus pour protéger les faisceaux de tubes contre le blocage par le
gel doivent être disposés dans un faisceau séparé et ne doivent pas faire partie du faisceau de tubes.
7.1.2.2 Les serpentins de chauffage doivent couvrir toute la largeur du faisceau de tubes.
7.1.2.3 Le pas de tube du serpentin de chauffage ne doit pas être supérieur à la plus petite des deux
valeurs suivantes: deux fois le pas du faisceau de tubes ou 4,75 fois le diamètre nominal du tube du serpentin
de chauffage.
7.1.2.4 Si de la vapeur est utilisée comme fluide de chauffage, les serpentins de chauffage doivent être
monopasses et les tubes doivent être inclinés vers le bas d'au moins 10 mm/m ( / ft/in) en direction de la
sortie.
7.1.2.5 Des collecteurs de type tuyau avec des tubes intérieurs soudés peuvent être utilisés avec de la
vapeur.
7.1.3 Température de calcul
7.1.3.1 Les températures de calcul maximale et minimale des pièces sous pression doivent être telles
que spécifiées par l’acheteur.
7.1.3.2 L'acheteur doit spécifier séparément la température de service maximale à appliquer pour les
sections avec ailettes (température de calcul d'ailette). Les températures de calcul pour les pièces sous
pression ne sont pas destinées à couvrir les sections avec ailettes ni à être appliquées dans la détermination
des températures d'exposition des composants mécaniques et d'instrumentation.
7.1.4 Pression de calcul
La pression de calcul doit être telle que spécifiée par l'acheteur.
7.1.5 Surépaisseur de corrosion
7.1.5.1 L'acheteur doit spécifier la surépaisseur de corrosion pour toutes les surfaces exposées au fluide
de process, à l'exception des tubes, des joints d'étanchéité ou des surfaces d'étanchéité pour lesquelles
aucune surépaisseur de corrosion ne doit être prévue. En l'absence de spécification, une surépaisseur de
corrosion minimale de 3 mm ( / in) doit être prévue pour les composants en acier au carbone et faiblement
allié.
7.1.5.2 La surépaisseur de corrosion doit être prévue sur les deux faces des plaques de séparation de
passes ou des raidisseurs.
7.1.5.3 Il est admis de considérer une épaisseur égale à la profondeur de la rainure de séparation de
passe comme surépaisseur de corrosion disponible sur des surfaces rainurées de couvercles et de plaques
tubulaires.
7.1.6 Collecteurs
7.1.6.1 Généralités
7.1.6.1.1 Les collecteurs doivent être conçus pour éviter tout gauchissement excessif des plaques
tubulaires et/ou des fuites aux liaisons de tubes. L'analyse doit prendre en considération la température de
service maximale et les conditions de refroidissement maximal à température ambiante minimale. Lorsque
spécifié par l'acheteur, l'analyse doit prendre en considération des alternatives de fonctionnement telles que la
circulation lente à température ambiante basse, le gel de fluides dans les tubes, la chasse à la vapeur, la
défaillance de ventilateurs due à une panne d'alimentation et de conditions cycliques.
7.1.6.1.2 Si l'écart de température entre le fluide à l'entrée et à la sortie du faisceau multipasse
dépasse 110 °C (200 °F), une construction avec des tubes en U, des collecteurs divisés ou d'autres méthodes
de réduction des contraintes doivent être utilisés.
7.1.6.1.3 L'exigence concernant la réduction des contraintes dans des faisceaux monopasses ou
multipasses doit être étudiée indépendamment de l'écart de température du fluide entre l'entrée et la sortie de
l'échangeur. Le fabricant doit fournir des calculs pour prouver l'adéquation de la conception. Certaines des
contraintes susmentionnées peuvent s'additionner et l'efficacité des liaisons de tube à plaque tubulaire doit
être étudiée. Les calculs doivent prendre en considération les combinaisons de contraintes suivantes:
a) pour les contraintes des tubes et/ou les contraintes des liaisons de tube à plaque tubulaire:
1) la contrainte engendrée par des différences de dilatation des tubes entre les rangées/passes dans
les sections à serpentin, à la fois dans les conditions de propreté et d'encrassement;
2) la contrainte engendrée par la pression;
3) la contrainte engendrée par les forces et les moments appliqués aux tubulures;
4) la contrainte engendrée par un déplacement latéral du collecteur;
b) pour les contraintes des collecteurs et des tubulures:
1) la contrainte engendrée par la température et la pression;
2) la contrainte engendrée par les forces et les moments appliqués aux tubulures;
NOTE Les forces et les moments peuvent induire le déplacement du collecteur; voir note en 7.1.10.2.
3) la contrainte engendrée par des différences de dilatation des tubes entre les rangées/passes dans
les sections à serpentin;
c) pour les liaisons et les supports de collecteur (y compris les cadres latéraux de serpentin et la structure
du refroidisseur):
1) la contrainte engendrée par la masse du collecteur rempli d'eau;
2) la contrainte engendrée par les forces et les moments appliqués aux tubulures;
NOTE Les forces et les moments peuvent induire un déplacement du collecteur; voir note en 7.1.10.2.
3) la contrainte engendrée par la dilatation des tubes.
NOTE Le faisceau de tubes peut être soumis à d'autres charges et contraintes non mentionnées ci-dessus (des
charges sismiques, par exemple).
7.1.6.1.4 Les collecteurs doivent être conçus de sorte que la superficie de la section transversale
d'écoulement correspondante de chaque passe soit au moins égale à 100 % de la section d'écoulement dans
la passe suivante.
7.1.6.1.5 La vitesse latérale dans le compartiment d'entrée du collecteur ne doit pas dépasser la vitesse
dans la tubulure d'entrée. Plusieurs tubulures ou des collecteurs de section transversale supérieure peuvent
se révéler nécessaires.
7.1.6.1.6 Les composants de collecteur doivent avoir une épaisseur nominale minimale telle que
représentée dans le Tableau 1.
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Tableau 1 — Épaisseur nominale minimale des composants de collecteur
Épaisseur minimale
Acier au carbone ou Acier fortement allié
Composant
faiblement allié ou autre matériau
mm (in) mm (in)
3 5
Plaque tubulaire 19 ( /) 16 ( / )
4 8
3 5
Plaque à bouchon 19 ( /) 16 ( / )
4 8
1 3
Plaques supérieures, inférieures et 12 ( /) 10 ( / )
2 8
d'extrémité
Couvercles amovibles 25 (1) 22 ( / )
1 1
Plaques de séparation de passes et 12 ( /) 6 ( / )
2 4
plaques de renfort
NOTE L'épaisseur spécifiée pour les composants en acier au carbone et faiblement allié
comprend une surépaisseur de corrosion jusqu'à 3 mm ( / in). L'épaisseur indiquée pour tout composant
en acier fortement allié ou autre matériau ne comprend pas de surépaisseur de corrosion. L'épaisseur
est fondée sur un dudgeonnage entre le tube et la plaque tubulaire avec une rainure.
7.1.6.1.7 Les séparations de passes faisant office de plaques de renfort pour les plaques tubulaires et les
plaques de bouchon doivent être réalisées d'une seule pièce.
7.1.6.1.8 Des collecteurs autres que ceux décrits en 7.1.6.2 ou 7.1.6.3 peuvent être proposés en tant que
conception de remplacement (voir Article 12).
7.1.6.2 Collecteurs à couvercle amovible et à bonnet amovible
7.1.6.2.1 Les collecteurs à couvercle doivent être conçus de manière à pouvoir retirer le couvercle sans
affecter les raccordements des collecteurs avec la conduite. La construction type de faisceau de tubes avec
collecteurs à couvercle amovible est illustrée à la Figure 3 a).
7.1.6.2.2 Les collecteurs à bonnet doivent être conçus de manière à pouvoir retirer le bonnet avec un
minimum de démontage des connections des collecteurs avec la tuyauterie. Une construction type de
faisceau de tubes avec collecteurs à chapeau amovible est illustrée à la Figure 3 b).
7.1.6.2.3 Des liaisons boulonnées doivent être conçus avec des boulons traversants soit avec des joints à
double emboîtement ou avec des joints de face pleine libres. Il est admis d'utiliser des go
...
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