La Tuyauterie

LES ÉQUIPEMENTS LA TUYAUTERIE

SUPPORT DE FORMATION Cours EXP-PR-EQ040 Révision 0.1

Exploration & Production Les Équipements La Tuyauterie

LES ÉQUIPEMENTS LA TUYAUTERIE SOMMAIRE 1. OBJECTIFS .....................................................................................................................4 2. LES FONCTIONS DE LA TUYAUTERIE .........................................................................5 2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................5 2.2. RESEAU DES PIPES................................................................................................5 2.3. UN TUYAU OU PIPE ................................................................................................6 2.4. LES BRIDES .............................................................................................................6 2.5. LES JOINTS..............................................................................................................7 2.6. LES OBTURATEURS ...............................................................................................7 2.7. EXERCICES .............................................................................................................8 3. CONSTITUTION DE LA TUYAUTERIE ...........................................................................9 3.1. LES TUBES OU PIPES.............................................................................................9 3.1.1. Les caractéristiques............................................................................................9 3.1.2. Les différents types...........................................................................................10 3.1.3. Les différents classes .......................................................................................10 3.2. LES BRIDES ...........................................................................................................12 3.2.1. Les différentes brides .......................................................................................12 3.2.1.1. Les différents types de brides ....................................................................12 3.2.1.2. Les différents types de faces......................................................................13 3.2.1.3. Les différentes classes...............................................................................15 3.2.2. Les caractéristiques..........................................................................................17 3.2.2.1. Les normes Américaines :..........................................................................17 3.2.2.2. Les normes françaises AFNOR :................................................................21 3.2.3. Les différents types d’assemblage....................................................................22 3.2.4. Serrage des brides ...........................................................................................24 3.2.4.1. Les couples de serrage ..............................................................................24 3.2.4.2. Outillage pour le serrage par allongement .................................................26 3.2.4.3. Installation d'un nouveau joint ....................................................................27 3.2.5. Les principaux raccords utilisées ......................................................................29 3.3. LES JOINT ..............................................................................................................30 3.3.1. Les différentes types.........................................................................................30 3.3.1.1. Les joints tendres .......................................................................................30 3.3.1.2. Les joints métalliques .................................................................................32 3.3.1.3. Les joints métalloplastiques .......................................................................33 3.3.2. Utilisation des joints ..........................................................................................34 3.4. LES OBTURATEURS .............................................................................................36 3.4.1. Les différents types...........................................................................................36 3.4.1.1. Les joints pleins..........................................................................................36 3.4.1.2. Les obturateurs réversibles ........................................................................36 3.4.1.3. Les brides pleines ......................................................................................37 3.4.2. Le support des joints.........................................................................................38 Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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3.5. AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DES DIFFÉRENTS TYPES ..........................40 3.5.1. Acier carbone....................................................................................................40 3.5.2. Inoxydable (Stainless steel ) .............................................................................40 3.5.3. Les matières synthétiques ................................................................................41 3.6. EXERCICES ...........................................................................................................42 4. REPRÉSENTATION ET DONNÉES..............................................................................44 4.1. LES TUBES OU PIPES...........................................................................................44 4.1.1. Codification des tubes ......................................................................................44 4.1.2. Principe d’identification des pipes suivants les spec TOTAL ............................44 4.2. REPRÉSENTATION SUR P&ID..............................................................................47 4.3. DIMENSIONNEMENT.............................................................................................50 4.3.1. Les critères de dimensionnement .....................................................................50 4.3.2. Dimensions des pipes.......................................................................................50 4.3.3. Choix et principe de changement de classe .....................................................53 4.4. EXERCICES ...........................................................................................................53 5. CONDUITE DE LA TUYAUTERIE .................................................................................54 5.1. LES PRÉCAUTIONS AVANT LA MISE EN SERVICE ............................................56 5.2. LES PRÉCAUTIONS AVANT UN ARRÊT OU UNE INTERVENTION ....................56 5.3. MAINTENANCE 1er DEGRÉ ...................................................................................57 5.4. EXERCICES ...........................................................................................................57 6. TROUBLESHOOTING...................................................................................................58 6.1. LES PROBLÈMES DE LA TUYAUTERIE ...............................................................58 6.1.1. Corrosion externe .............................................................................................58 6.1.2. Corrosion interne ..............................................................................................60 6.1.3. Autres causes de détériorations .......................................................................60 6.1.4. Les protections .................................................................................................61 6.2. RETOUR D’EXPÉRIENCE......................................................................................61 7. GLOSSAIRE ..................................................................................................................62 8. SOMMAIRE DES FIGURES ..........................................................................................63 9. SOMMAIRE DES TABLEAUX .......................................................................................64

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1. OBJECTIFS

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2. LES FONCTIONS DE LA TUYAUTERIE 2.1. INTRODUCTION La tuyauterie ou pipe est l’élément d’un réseau qui permet de transporter un fluide d’un équipement à un autre. Les différents fluides transportés : Les fluides incompressibles (liquide) Les fluides compressibles (gaz) Les fluides sous haute pression Les fluides mixtes liquide gaz / liquides chargés / solides

Les principes de déplacements Différence de pression entre 2 équipements amont et aval Pompe (liquide) compresseur (gaz) Écoulement par gravité.

2.2. RESEAU DES PIPES Le réseau des pipes signifie un réseau complet (pipes, les vannes et autres accessoires qui sont reliés ensemble pour mener à bien un travail spécifique. Un exemple familier d'un système de pipe est le réseau des conduites d'eau dans les maisons. Ce système inclut tous les composants qui sont exigés pour apporter l'eau à la maison et puis pour la distribuer aux différents endroits dans la maison. Les systèmes de pipe sont essentiels pour le succès des opérations de n'importe quelle usine industrielle, il y a différents systèmes avec chacun sa fonction spécifique. Par exemple des réservoirs de stockage de Gasoil aux brûleurs de la chaudière.

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Figure 1: Réseau des pipes

2.3. UN TUYAU OU PIPE Les tuyaux sont le plus souvent destinés à permettre un écoulement de fluide et doivent supporter des efforts de pression, de compression et de traction bien déterminés. Ils doivent aussi résister au flambage.

2.4. LES BRIDES Les brides ont pour but de réaliser une liaison démontable et étanche entre deux éléments d'une tuyauterie (tronçon de tuyauterie, liaison sur une machine tournante, sur un appareil chaudronné).

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2.5. LES JOINTS Placé entre 2 brides, un joint d'étanchéité doit posséder les qualités suivantes : Être suffisamment plastique pour absorber les irrégularités de surface, Résister à la pression de service sans se rompre, Avoir un retour élastique suffisant qui permette le cheminement du fluide,vers l’extérieure (fuite) Ne pas être attaqué par le fluide véhiculé.

2.6. LES OBTURATEURS Ils sont appelés également : Joints pleins Platines Palettes L'installation des obturateurs a pour but d'isoler un tronçon de tuyauterie ou une capacité, à chaque fois que l'on veut avec certitude qu'il n'y ait pas de fuite. On peut distinguer 3 fonctions essentielles des palettes, lors d'un arrêt d'unité : Les OBTURATEURS d'isolement Posées en Batterie Limite dés le début de l'arrêt, afin d'isoler complètement l'unité du reste des installations toujours en service. Les OBTURATEURS de travail Les palettes seront posées au plus près des capacités, des appareils et des machines, qui seront visités, révisés ou dont la pénétration sera rendue nécessaire. Les OBTURATEURS d'épreuve Elles ont pour but d'isoler et de résister aux pressions d'épreuve des appareils, lors des tests règlementaires du service des mines ou d'inspection.

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2.7. EXERCICES 1. Qu’est-ce qu’un réseau de pipes ?

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3. CONSTITUTION DE LA TUYAUTERIE 3.1. LES TUBES OU PIPES 3.1.1. Les caractéristiques Un tube est défini par son diamètre, l’épaisseur de l'enveloppe et la qualité de l'acier qui le compose Le diamètre nominal exprimé suivant les normes françaises ou suivant les normes américaines n’est qu’un simple numéro qui sert à classer les tubes

Figure 2: Les définitions d'un tube

Correspondance de diamètres entre les normes françaises (AFNOR) et américaines (ANSI) : Diamètre nominal français Diamètre en pouce Diamètre extérieur réel

DN 50

DN 100

2"

4"

60,3

114,3

Dans la norme française AFNOR l’épaisseur sera exprimée en mm. Dans la norme américaine ANSI l’épaisseur sera définie par le Schédule Number, (selon le métal) représenté sous forme de tableau. Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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Cette norme est définie par le code américain ANSI B 36-10 pour l'acier au carbone en fonction de la pression intérieure (P) et de la contrainte admissible du métal à la température d'utilisation.

3.1.2. Les différents types On distingue trois différents types : Les tubes soudés Obtenus à chaud ou à froid ils ont un coefficient d’assemblage soudé .Suivant le procédé de fabrication de l'enveloppe, la soudure peut être longitudinale (tube roulé soudé) ou hélicoïdale (tube spiralé). Les tubes centrifuges Obtenus par coulée de métal dans un moule cylindrique tournant, ces tubes sont réservés aux aciers spéciaux. Les tubes sans soudures Ce sont les plus utilisés dans l'industrie pétrolière et pétrochimique. Ils sont obtenus en faisant chauffer une billette d'acier à environ 1250°C, puis après un perçage réalisé par une poire métallique, on lamine et on calibre le tube obtenu

3.1.3. Les différents classes API : Principalement utilise pour les applications pétrolières en très haute pression. ASME : Brides et tubes standards et utilise fréquemment,. Les têtes de puits sont équipées en API. Les manifolds sont équipés soit en API soit en ASME. Les utilités sont généralement équipées en ASME.

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Figure 3: Abréviations utilisés Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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3.2. LES BRIDES 3.2.1. Les différentes brides 3.2.1.1. Les différents types de brides A souder (welding neck) A utiliser pour les DN >= 2 " dans la plupart des cas (la plus résistante)

Figure 4: Bride à souder A emboîtement (socket welding) Utilisée uniquement pour classes 150 et 300 (acier au carbone)

Figure 5: Bride à emboîtement Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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A visser (threaded) Utilisée pour les lignes des utilités, ne pas utiliser pour les lignes procédées

Figure 6: Bride à visser

3.2.1.2. Les différents types de faces Face plate (Flat Face FF) Utilisée pour brides en fonte et plastique renforcé (SVR)

Figure 7: Face plate

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Face surélevée (Raised Face RF) Utilisée pour classes 150 à 600

Figure 8: Face surélevée

Face annulaire (Grooved for Ring Joint RJ) Utilisée pour classes 900 à 10 000

Figure 9: Face annulaire

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3.2.1.3. Les différentes classes

Classe TOTAL

B01

D01

F01

Classe ASME

150 RF

300 RF

600 RF

Matériel (corrosion in mm)

C.S. (1.27)

Fluide

Hydrocarbures (gaz où liquide non corrosif) Drains pressurisés Gaz de torchage non corrosif, Fuel gaz Gasoil Diesel Azote Eau huileuse Eau de refroidissement (non corrosif) Eau de rejet (non corrosif) Méthanol Glycol

Température

-29 °C à 220 °C

C.S. (1.27)

Hydrocarbures (gaz où liquide non corrosif) Drains pressurisés Fuel oil (moyenne pression), Azote (moyenne pression), Méthanol Glycol

-29 °C à 200 °C

C.S. (1.27)

Hydrocarbures (gaz où liquide non corrosif) Systèmes hydrauliques basse pression Méthanol Glycol

-29 °C à 200 °C

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Classe TOTAL

G01

H01

J01

Classe ASME

900 RJ

1500 RJ ou Hub connectors

2500 RJ ou Hub connectors

Matériel (corrosion in mm)

Fluide

Température

C.S. (1.27)

Hydrocarbures (gaz où liquide non corrosif) Gaz désacidificié (HP sweet gas) Méthanol Glycol

-29 °C à 200 °C

C.S. (1.27)

Hydrocarbures (gaz où liquide non corrosif) Gas désacidificié (HP sweet gas) Eau d’injection (eau de mer dégazifié, non corrosif) Systèmes hydrauliques MP Méthanol Glycol

-29 °C à 200 °C

C.S. (1.27)

Hydrocarbures (gaz ou liquide non corrosif) Gaz désacidificié (HP sweet gas) Eau d’injection (eau de mer dégazifié, non corrosif) Systèmes hydrauliques HP Méthanol Glycol

-29 °C à 200 °C

Table 1: Les différents classes de brides (TOTAL et ASME)

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3.2.2. Les caractéristiques Une bride est définie par divers éléments : Son type : il est fonction de l'usage, de la contrainte, du couple de service Pression et Température, Son diamètre : il est fonction du diamètre de la ligne de tuyauterie, Sa face : elle est fonction du joint d'étanchéité qui va être utilisé, Sa série ou sa classe : elle caractérise les capacités de supporter le couple pression et température, Sa matière : elle est fonction du couple pression et température et de la résistance à la corrosion face à l'agressivité du fluide véhiculé.

3.2.2.1. Les normes Américaines : Comme les pipes sont classifiés par « Schedule », les brides sont classifiées selon des normes suivantes, en pression nominales (PN) ou classe ‘ou série) API (American Petroleum Institute) ASME (American Society of Mechanical Engineers) ASME était appelé: American Standard Association (ASA ⇒ 1966). United States of America Standard (USAS ⇒ 1969) American National Standard Institute (ANSI ⇒ 1982).

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Nouvelle denomination

Ancienne denomination

PN 20

Classe 150 #

PN 50

Classe 300 #

PN 100

Classe 600 #

PN 150

Classe 900 #

PN 250

Classe 1 500 #

PN 420

Classe 2 500 #

Table 2: La nouvelle dénomination des brides ANSI

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Class

Temperature

Psi

- 29 °C à 38 °C

260 °C

454 °C

150

19 bars

10.35 bars /150 psi

300

49.6 bars

20.70 bars / 300 psi

400

66.2 bars

27.60 bars / 400 psi

600

99.3 bars

41.40 bars / 600 psi

900

148.9 bars

62.10 bars / 900 psi

1 500

248.4 bars

103.45 bars / 1 500 psi

2 500

414 bars

172.40 bars (2 500 psi)

Table 3: Pression maximum admissible en fonction des normes ASME B 16,5

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Valeur en lbs

Utilisation

150

Basse pression

300

Pression intermédiaire

600

Haute pression

900

Très haute pression

1500

Très très haute pression

2500

Pression maximum

Table 4: L'utilisation des différentes classes

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Figure 10: Courbe de pression en fonction des séries 3.2.2.2. Les normes françaises AFNOR : Initialement en tenant compte du matériau des brides, la série était exprimée en PN (pression nominale donnée en bar) et correspondant à la pression maximale que pouvait supporter l'assemblage à une température limite de 110 °C. Les valeurs des séries PN normalisées étaient les suivantes : PN : 2,5 – 6 – 10 – 16 – 25 – 40 – 64 – 100 – 160 – 250 – 320 – 400 – 640 – 1000 Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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3.2.3. Les différents types d’assemblage

Figure 11: Face à joint annulaire

Figure 12: Face plate Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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Figure 13: Face surélevé

Figure 14: Face à emboîtement simple

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Figure 15: Face emboîtement double

3.2.4. Serrage des brides Le serrage des brides doit se faire selon un ordre bien précis ,qui permet d’obtenir un parallélisme entre les deux brides d’une part et d’autre part permet un écrasement uniforme du joint donc une bonne étanchéité. 3.2.4.1. Les couples de serrage Une clé dynamométrique est un outil réglable, qui permet de limiter le couple de serrage des vis et écrou afin que ceux-ci soient montés de manière optimale. Les plus anciens modèles, totalement mécaniques, émettent un claquement, lorsque le couple (réglable par un curseur sur la clé) est atteint. Il faut impérativement réarmer la clé avant chaque serrage. Les modèles actuels ne nécessitent plus le réarmement de la clé. Il existe désormais une partie électronique, comportant un afficheur et un clavier, associée à une jauge de contrainte qui déclenche un buzzer qui avertit l'opérateur quand le serrage est suffisant. Inutile de réarmer la clé, il faut juste changer les piles lorsqu'elles sont usées. Exemple: Généralement un couple de serrage est exprimé en daN.m (1 décaNewton.m = 10 Newton.m). Les écrous d'une culasse de voiture seront par exemple serrés à 9 daN.m.

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Table 5: Exemple de tableau avec couples de serrage Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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3.2.4.2. Outillage pour le serrage par allongement Nous décrivons les vérins tendeurs, comme les outillages de serrage par extension, car ils permettent de serrer la vis sans aucune contrainte de serrage (friction ou torsion). Le principe d’utilisation du vérin tendeur (méthode de serrage par extension, est expliqué brièvement, tout comme ses avantages, et comparé à un serrage au couple traditionnel. L’utilisation de la méthode de serrage par extension, permet une grande reproductibilité du serrage d’une vis à l’autre (tolérance proche de ±2,5%).

Le vérin tendeur est positionné sur le filetage de la vis (dépassant au-dessus de l’écrou).

Figure 16: Pose du vérin tendeur sur la vis

La pression hydraulique est fournie à l’aide d’un groupe hydraulique, ce qui permet d’étirer la vis sans aucune contrainte de torsion ou de friction. La pression hydraulique transmise au vérin tendeur à une relation linéaire avec la force de tension de la vis, ce qui permet d’assurer un degré de précision élevé.

Figure 17: Étirage de la vis

Une fois la pression requise atteinte, l’écrou est mise en contact avec la surface d’appui, sans aucune contrainte de friction, à l’aide d’une clé dynamométrique à main. Grâce à ce principe et en l’absence de toute contrainte de serrage (torsion et friction), il est possible de serrer des vis à 98% de la limite élastique.

Positionner le vérin tendeur sur la vis, en utilisant une clé de serrage ou une visseuse électrique. Lorsque la pression hydraulique sélectionnée est atteinte, la vis est étirée sans aucun effort de friction ou de torsion. Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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Positionner l’écrou sur la surface de contact à l’aide d’une clé de serrage. La vis est maintenant serrée.

Figure 18: Positionnement de l'écrou

Avantages: Grande force de serrage avec des outillages de petites dimensions (Filetage W 510 ou M340; 45,000 kN) Pas d’effort de torsion dans la vis Juste un effort de tension dans la vis Serrage par extension de plusieurs vis simultanément (multi-tensioning system) Un vérin tendeur peut être utilisé pour plusieurs dimensions de vis Utilisation parfaite pour l’usage d’acier inoxydable car il n’y a aucun risque de soudure à froid (grippage) du filet. Les plans de joint, sujet à de hautes températures (exemple en turbines gaz) peuvent être désassemblés même après de longues périodes. La relation linéaire entre la force de tension du vérin tendeur et la pression hydraulique, garantissent une reproductibilité importante

3.2.4.3. Installation d'un nouveau joint Visuellement examinez et nettoyez les brides, les boulons, les écrous et les rondelles Lubrifiez les boulons et les écrous Soyez sûr que le joint est conforme aux caractéristiques (type, matériel, ND, la classe…) Installez le joint et les boulons, la main serrent des écrous et examinent l'espace pour assurer l'uniformité Pré-serrez les écrous au couple de 10/20 ft.lbs, n'excédez pas 20 % du couple final Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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Procédez au serrage final en serrant en en utilisant le modèle indique serrant dans l'ordre et en contrôlant chacun des boulons Resserrez après 24 h où a chaque élévation de température du pipe

Figure 19: Ordre de serrage des boulons

Figure 20: Ordre de serrage pour différents types Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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3.2.5. Les principaux raccords utilisées

Nom

Description et utilisation

Raccord

C’est un raccord male et femelle qui assemble deux tuyaux droit

Union

C’est un raccord femelle qui peut être dévissé

Coude (45º or 90º)

Il permet le changement de direction d’un tuyau

Manchon

Avec des filetage interne et externe différents. Il joint un tuyau à un autre tuyau plus petit

Tee (T)

Joint 3 tuyaux ensemble en T

Y joint

Joint 3 tuyaux ensemble en Y

Croix / + joint

Joint 4 tuyaux ensemble en +

Bouchon

Solide filetage male pour boucher temporairement ou non un pipe

Capuchon

Solide bouchon avec filetage interne pour boucher temporairement ou non un pipe

Mamelon

C’est un raccord male de petite section souvent utilise pour raccorder d’autre raccords

Manchon de reduction

Sert à réduire les diametres d ‘un pipe

Table 6: Les principaux raccords Support de Formation: EXP-PR-EQ040-FR Dernière Révision: 13/04/2007

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3.3. LES JOINT 3.3.1. Les différentes types Les joints peuvent être classés en trois grandes familles qui comprennent : Les joints tendres Les joints métalliques Les joints métalloplastiques Remarque : Les joints contenant de l’amiante sont prohibés Les joints plats en PTFE (Polytétrafluoroéthylène) ou contenant du PTFE ne sont pas acceptés Les joints plats imprégnés de graphite ne doivent pas être utilisés avec des alliages anti-corrosions quand ils sont en contact avec de l’eau salée 3.3.1.1. Les joints tendres Les plus couramment utilisés sont les joints fibreux tendres composés d'un mélange d’élastomère. L'élastomère apporte la résistance mécanique Pour améliorer la résistance mécanique, une trame métallique très fine peut être noyée à mi-épaisseur au moment de la fabrication; De nombreux élastomères peuvent entrer dans la composition de ces joints : viton, caoutchouc, … Certains joints sont enrobés de PTFE.

Figure 21: Joint tendre

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Joints en caoutchouc synthétique Épaisseur:

3 mm pour DN