Les soupapes de sécurité sont des vannes automatiques qui libèrent des substances (comme du gaz, de la vapeur ou un liquide) d'une chaudière, d'un récipient sous pression ou d'un autre système lorsque la pression ou la température dépasse les limites prédéfinies. Ils sont conçus pour s'ouvrir à une pression et une température spécifiques afin de garantir la sécurité et de prévenir d'éventuels accidents ou pannes d'équipement.
Le rôle principal d'une soupape de sécurité est de maintenir la pression dans des limites sûres pour éviter tout dommage à l'équipement ou toute panne catastrophique.
Ils sont essentiels à la sécurité du personnel d'exploitation et à la prévention des risques potentiels liés à la surpression.
Les soupapes de sécurité sont exigées dans de nombreuses industries par les organismes de réglementation pour garantir un fonctionnement sûr et fiable des systèmes sous pression.
Les soupapes de sécurité conventionnelles sont définies dans diverses normes, et une caractéristique commune entre elles est que leurs caractéristiques opérationnelles sont influencées par la contre-pression dans le système de refoulement. Il est important de reconnaître que la contre-pression totale comprend deux composantes : la contre-pression superposée et la contre-pression accumulée.
La contre-pression superposée fait référence à la pression statique présente du côté sortie lorsqu'une vanne est fermée. D'autre part, la contre-pression accumulée représente la pression supplémentaire générée du côté sortie pendant la décharge de la vanne. Dans le cas d'une soupape de sécurité classique, seule la contre-pression superposée impacte les caractéristiques d'ouverture et la valeur de consigne. Cependant, la contre-pression combinée modifie les caractéristiques de purge et la valeur de réinsertion.
Selon la norme ASME/ANSI, les vannes conventionnelles sont en outre classées en fonction de leur boîtier à ressort ventilé vers le côté refoulement de la vanne. Si le boîtier du ressort est plutôt ventilé vers l'atmosphère, toute contre-pression superposée affectera toujours les caractéristiques opérationnelles. Cette distinction peut être observée sur la figure 9.2.1, qui représente des schémas de vannes avec des boîtiers de ressort ventilés vers le côté refoulement de la vanne et vers l'atmosphère.
Une grande variété de soupapes de sécurité est disponible pour répondre aux diverses exigences et critères de performance des différentes industries. Par ailleurs, les normes nationales établissent plusieurs types distincts de soupapes de sécurité.
La norme ASME I et la norme ASME VIII concernent les applications impliquant des chaudières et des appareils sous pression, tandis que la norme ASME/ANSI PTC 25.3 concerne les soupapes de sécurité et les soupapes de sûreté. Ces normes décrivent non seulement les caractéristiques de performance, mais définissent également les différents types de soupapes de sécurité utilisées.
Une vanne ASME I est une soupape de sécurité conforme aux spécifications décrites dans la section I du code ASME des récipients sous pression pour les applications de chaudières. Cette vanne est conçue pour s'ouvrir lorsque la pression dépasse 3 % du niveau prédéterminé et se fermer lorsqu'elle tombe à moins de 4 %. Généralement, il comprend deux anneaux de purge et peut être identifié par la présence d'un cachet « V » délivré par le National Board.
D'autre part, une vanne ASME VIII est une soupape de sécurité conforme aux exigences spécifiées dans la section VIII du code ASME pour les appareils sous pression pour les applications d'appareils sous pression. Cette vanne s'ouvre lorsque la pression dépasse 10 % du niveau prédéterminé et se ferme lorsqu'elle tombe à moins de 7 %. Il est identifiable par la présence d'un cachet « UV » délivré par le Conseil National.
En considérant les forces agissant sur le disque, en particulier la zone AD, il devient évident que la force nécessaire pour initier l'ouverture (qui est égale au produit de la pression d'entrée PV et de la surface de la buse AN) est une combinaison de la force du ressort FS. et la force résultant de la contre-pression PB sur le haut et le bas du disque. Si nous examinons le scénario dans lequel un boîtier de ressort est ventilé du côté refoulement de la soupape de la soupape de sécurité conventionnelle ASME), la formule de la force d'ouverture requise peut être exprimée comme suit :
PV x AN = FS + PB x AD – PB (AD – AN)
Cela peut alors être simplifié en équation
Où? :
PV = Pression d'entrée du fluide
AN = Surface de la buse
FS = Force du ressort
PB = Contre-pression
Par conséquent, l'application d'une contre-pression supplémentaire entraîne une augmentation de la force de fermeture, et une pression d'entrée accrue est nécessaire pour soulever le disque.
Pour une vanne équipée d'un boîtier à ressort ventilé à l'atmosphère, la force nécessaire à l'ouverture est la suivante :
Où? :
Pv = Pression d'entrée du fluide
An = Surface de la buse
Fs = Force du ressort
PB = Contre-pression
AD = Zone du disque
Par conséquent, la contre-pression superposée, en conjonction avec la pression du récipient, contrecarre la force du ressort, ce qui entraîne une pression d'ouverture inférieure à celle prévue.
Dans les deux scénarios, il est essentiel de prendre en compte l’impact d’une contre-pression superposée importante lors de la conception d’un système de soupape de sécurité.
De plus, il est crucial de prendre en compte les effets de la contre-pression accumulée lorsque la vanne initie son processus d'ouverture. Dans le cas d'une soupape de sécurité conventionnelle où le boîtier du ressort est ventilé vers le côté refoulement de la soupape, l'influence de la contre-pression accumulée peut être évaluée en se référant à l'équation A et en reconnaissant que, une fois que la soupape commence à s'ouvrir, la pression d'entrée se combine la pression de tarage (PS) et la surpression (PO).
L'équation (PS + PO) x AN = FS + PB x AN, qui se simplifie en équation
Où? :
PS= Pression de réglage de la soupape de sécurité
AN = Surface de la buse
FS = Force du ressort
PB = Contre-pression
PO = Surpression
Par conséquent, la contre-pression superposée interagit avec la pression du récipient pour contrecarrer la force du ressort, ce qui entraîne une pression d'ouverture plus faible que prévu.
Dans les deux cas, lors de la conception d’un système de soupape de sécurité, il est essentiel de prendre en compte l’impact d’une contre-pression superposée importante sur la pression de tarage.
De plus, lorsque la vanne initie son processus d'ouverture, les répercussions de la contre-pression accumulée doivent également être prises en compte. Dans le cas d'une soupape de sécurité conventionnelle dont le boîtier à ressort est ventilé vers le côté refoulement de la soupape, l'effet de la contre-pression accumulée peut être déterminé en appliquant l'équation A et en reconnaissant que la pression d'entrée, une fois que la soupape commence à s'ouvrir, comprend à la fois la pression de tarage (PS) et la surpression (PO).
L'expression simplifiée de cette relation est la suivante : (PS + PO) x AN = FS + PB x AN, comme le montre l'équation C.
Les soupapes de sécurité équilibrées comprennent des mécanismes qui annulent l'impact de la contre-pression. Deux conceptions fondamentales peuvent être utilisées pour y parvenir.
La valve à piston présente plusieurs variantes, mais comprend généralement un disque en forme de piston. Le mouvement de ce disque est confiné par un guide ventilé. Les zones de la face supérieure (AP) du piston et du siège de buse (AN) sont intentionnellement conçues pour être équivalentes. Cette conception garantit que les surfaces supérieure et inférieure du disque, exposées à la contre-pression, possèdent des zones efficaces égales, permettant ainsi d'équilibrer les forces opposées. La figure suivante montre le chapeau à ressort ventilé, permettant d'exposer la face supérieure du piston à la pression atmosphérique.
Après examen des forces appliquées au piston, il apparaît clairement que cette valve particulière n'est plus influencée par aucune pression opposée.
Où? :
PV = Pression d'entrée du fluide
AN = Surface de la buse
FS = Force du ressort
PB = Contre-pression
AD = Zone du disque
AP = Surface du piston
Puisque AP est égal à AN, les deux derniers termes de l’équation sont égaux en grandeur et s’annulent de l’équation. Par conséquent, cela se simplifie en équation
où:
PV = Pression d'entrée du fluide
AN = Surface de la buse
FS= Force du ressort
Une soupape de sécurité équilibrée à soufflet est une soupape qui utilise un mécanisme à soufflet pour équilibrer les forces agissant sur le disque de la soupape. Le soufflet est fixé à la surface supérieure du disque et au guide de broche et empêche la contre-pression d'affecter la pression d'ouverture de la vanne.
Le soufflet permet à l’air de circuler librement à mesure qu’il se dilate ou se contracte. Cependant, une défaillance du soufflet peut avoir un impact sur la pression et la capacité de réglage de la vanne. Un mécanisme doit donc être mis en place pour détecter tout écoulement inhabituel de fluide à travers les évents du soufflet. Certaines soupapes de sécurité équilibrées à soufflet disposent également d'un piston auxiliaire pour contrer les effets de contre-pression en cas de défaillance du soufflet. Ces vannes sont généralement utilisées dans des applications critiques dans les industries pétrolière et pétrochimique.
Le soufflet réduit non seulement l'impact de la contre-pression, mais isole également le guide de broche et le ressort des fluides de processus corrosifs.
Cependant, les soupapes de sécurité équilibrées à soufflet sont plus chères que les soupapes non équilibrées. Ils sont généralement utilisés lorsque les collecteurs haute pression sont inévitables ou dans les applications critiques qui nécessitent une pression de réglage précise ou une purge.
Cette soupape de sécurité particulière utilise le fluide lui-même, via une vanne pilote, pour exercer la force de fermeture nécessaire sur le disque de la soupape de sécurité. La vanne pilote fonctionne essentiellement comme une vanne de sécurité miniature.
Il existe deux principales variantes de soupapes de sécurité pilotées, en particulier le type à membrane et le type à piston.
Le type à membrane convient généralement aux applications basse pression et présente une action proportionnelle, couramment observée dans les soupapes de décharge utilisées dans les systèmes liquides. En conséquence, son utilité est minime dans les systèmes à vapeur et elle ne sera donc pas abordée davantage dans ce document.
En revanche, la vanne à piston intègre une vanne primaire équipée d'un mécanisme de fermeture en forme de piston (ou obturateur), ainsi qu'une vanne pilote externe. Un schéma d'une soupape de sécurité pilotée à piston typique est présenté dans la figure suivante.
La vanne principale comprend un piston et un siège conçus de telle manière que la zone inférieure du piston, exposée au fluide d'entrée, est plus petite que la zone supérieure. Cette configuration garantit que, bien que les deux extrémités du piston soient soumises au fluide à des pressions égales, la zone supérieure plus grande génère une force de fermeture plus importante par rapport à la force d'entrée. Par conséquent, la force descendante qui en résulte fixe fermement le piston sur son siège.
Dans les situations où la pression d'entrée augmente, la force de fermeture sur le piston augmente également, maintenant ainsi une fermeture étanche et constante. Cependant, une fois que la pression d'entrée atteint la pression de réglage prédéterminée, la vanne pilote s'ouvre pour relâcher la pression du fluide au-dessus du piston. En raison de la pression réduite du fluide agissant sur la surface supérieure du piston, la pression d'entrée crée une force ascendante provoquant le désengagement du piston de son siège. En conséquence, la vanne principale s'ouvre également, permettant l'évacuation du fluide de procédé.
Lorsque la pression d'entrée est suffisamment abaissée, la vanne pilote se referme, empêchant toute libération supplémentaire de fluide par le haut du piston. Cette action rétablit la force nette vers le bas, provoquant la réinstallation du piston.
Les soupapes de sécurité pilotées présentent d'excellentes performances de surpression et de purge, avec un potentiel de purge aussi faible que 2 %. Leur utilisation est particulièrement avantageuse lorsqu'une marge étroite est requise entre la pression de réglage et la pression de fonctionnement d'un système. De plus, les vannes pilotées sont disponibles dans des tailles plus grandes, ce qui en fait le choix privilégié pour les vannes de sécurité traitant de plus grandes capacités.
Cependant, il est important de noter que les tuyaux de raccordement pilotes, avec leur petit diamètre, peuvent être susceptibles d'être obstrués par des corps étrangers ou une accumulation de condensat. Par conséquent, de tels blocages peuvent entraîner une défaillance de la vanne, soit en position ouverte, soit en position fermée, selon l'emplacement du blocage.
Les soupapes de sécurité inverseurs permettent d'installer deux vannes côte à côte, l'une fonctionnant activement tandis que l'autre est isolée. Cette disposition avantageuse permet un service ininterrompu lors de l'entretien de routine ou de la protection du navire. Il est à noter que la conception des vannes d'inversion garantit une zone d'écoulement libre lorsqu'elles sont enclenchées.
De plus, les vannes d'inversion sont utiles pour connecter les sorties des soupapes de sécurité, éliminant ainsi la nécessité de dupliquer la tuyauterie de refoulement. Pour garantir la sécurité, le fonctionnement des vannes d'inversion d'entrée et de sortie doit être contrôlé et synchronisé. Généralement, cela est réalisé grâce à un système d’entraînement par chaîne qui relie les volants des deux vannes.
Lors de la détermination de la chute de pression d'entrée de la soupape de sécurité, il convient d'accorder une attention particulière à la perte de pression induite par la vanne d'inversion. Il est conseillé de limiter cette chute de pression à 3% de la pression préréglée.
Les termes « pleine levée », « haute levée » et « faible levée » se rapportent à l'étendue du mouvement présenté par le disque lors de sa transition de son état fermé à la position requise pour atteindre la capacité de décharge certifiée. Ce mouvement a un impact direct sur la capacité de refoulement de la vanne.
Une soupape de sécurité à levée totale comprend une levée de disque suffisante pour éliminer l'influence de la zone du rideau sur la zone de décharge. Par conséquent, la capacité de la vanne est déterminée par la surface de l'alésage, ce qui se produit lorsque le disque élève au moins un quart du diamètre de l'alésage. Dans les applications générales de vapeur, une soupape de sécurité conventionnelle à pleine levée s'avère souvent être le choix le plus approprié.
Dans une soupape de sécurité à grande levée, le disque monte sur une distance minimale équivalente au douzième du diamètre d'alésage. En conséquence, la zone de décharge est déterminée par la zone du rideau et, par conséquent, par la position du disque. Les soupapes à grande levée présentent généralement des capacités de décharge nettement inférieures à celles des soupapes à pleine levée. Opter pour une vanne à pleine levée, avec une taille nominale plusieurs fois inférieure à celle d'une vanne à grande levée correspondante, peut souvent générer des avantages en termes de coûts. De plus, les vannes à grande levée sont couramment utilisées avec des fluides compressibles pour leur action plus proportionnelle.
Les soupapes à faible levée voient le disque s'élever uniquement d'une distance équivalente à un vingt-quatrième du diamètre d'alésage. Ici, la zone de décharge est uniquement déterminée par la position du disque, avec une levée minimale conduisant à des capacités nettement inférieures par rapport aux vannes à levée totale ou élevée.
Une soupape de sécurité à faible levée est un type de soupape dont la zone de refoulement est déterminée par la position du disque. En revanche, une soupape de sécurité à pleine levée ne s'appuie pas sur la position du disque pour déterminer la zone de décharge.
Une soupape de sécurité à passage intégral est conçue sans saillies dans l'alésage, ce qui permet à la soupape de se soulever suffisamment pour que la zone minimale de n'importe quelle section, y compris au niveau ou en dessous du siège, devienne l'orifice de contrôle.
Dans une soupape de sécurité conventionnelle, le boîtier du ressort est ventilé vers le côté refoulement. Cela signifie que les changements de contre-pression affectent directement les caractéristiques opérationnelles de la vanne.
Une soupape de sécurité équilibrée est conçue pour minimiser l'impact de la contre-pression sur les caractéristiques opérationnelles de la soupape.
Une soupape de surpression pilotée combine le dispositif de surpression principal avec un dispositif de surpression auxiliaire à actionnement automatique, qui contrôle son fonctionnement.
Une soupape de sécurité à commande électrique combine le principal dispositif de décompression avec un dispositif qui nécessite une source d'énergie externe pour le contrôler.
La soupape de sécurité standard fait référence à une soupape qui, lors de son ouverture, atteint le degré de levée nécessaire pour évacuer le débit massique dans une augmentation de pression ne dépassant pas 10 %. Ce type de valve fonctionne avec une action pop et est parfois appelé « haute levée ».
La soupape de sécurité à levée complète, également connue sous le nom de soupape de sécurité Vollhub, s'ouvre rapidement avec une augmentation de pression de 5 % après le début du levage jusqu'à ce qu'elle atteigne la levée complète telle que définie par sa conception. La plage proportionnelle avant ouverture rapide ne doit pas dépasser 20 %.
La soupape de sécurité à charge directe fonctionne avec une force d'ouverture sous le disque de la soupape, contrée par une force de fermeture telle qu'un ressort ou un poids.
La soupape de sécurité proportionnelle se distingue par son ouverture constante par rapport à l'augmentation de la pression. Il ne subit pas d'ouverture soudaine dans une plage de levée de 10 % sans augmentation de pression correspondante. Ces soupapes de sécurité atteignent la levée nécessaire pour l'évacuation du débit massique dans une pression ne dépassant pas 10 % après ouverture.
La soupape de sécurité à membrane est une soupape de sécurité à charge directe dans laquelle les éléments linéaires mobiles et rotatifs, ainsi que les ressorts, sont protégés des effets du fluide par une membrane.
La soupape de sécurité à soufflet est une soupape de sécurité à chargement direct qui protège les éléments coulissants et partiellement ou entièrement rotatifs, ainsi que les ressorts, contre les impacts du fluide grâce à l'utilisation d'un soufflet. Le soufflet peut être conçu pour compenser les influences de contre-pression.
La soupape de sécurité commandée comprend une soupape principale et un dispositif de commande. Cette catégorie comprend également les soupapes de sécurité à action directe avec charge supplémentaire, où une force supplémentaire augmente la force de fermeture jusqu'à ce que la pression réglée soit atteinte.
Ce type de soupape de sécurité s'oppose à la charge provoquée par la pression du fluide sous le disque de la vanne en utilisant uniquement un dispositif de charge mécanique directe, tel qu'un poids, un levier et un poids, ou un ressort.
Une soupape de sécurité assistée intègre un mécanisme d'assistance motorisé qui permet de soulever la soupape à une pression inférieure à la pression de réglage. Même en cas de défaillance du mécanisme d'assistance, celui-ci satisfait toujours à toutes les exigences énoncées dans la norme pour les soupapes de sécurité.
Jusqu'à ce que la pression à l'entrée de la soupape de sécurité atteigne la pression réglée, cette soupape de sécurité possède une force supplémentaire qui améliore la force d'étanchéité.
Une soupape de sécurité pilotée est un type de soupape de sécurité qui fonctionne par le fonctionnement et la régulation de l'évacuation du fluide à partir d'une vanne pilote. La vanne pilote, quant à elle, est une vanne de sécurité à charge directe qui respecte les stipulations décrites dans la norme.
| Matériau du corps | État |
| de bronze | Fréquemment utilisé dans la fabrication de petites vannes à vis destinées à un usage général dans les systèmes de vapeur, d'air et d'eau chaude avec une pression nominale maximale de 15 bars. |
| fonte | Il est largement utilisé dans les vannes de type ASME, bien que son application soit généralement limitée à une limite de pression de 17 bars. |
| Acier moulé | Souvent sélectionné pour les vannes à pression plus élevée, il convient aux systèmes fonctionnant à des pressions allant jusqu'à 40 bars. |
| Acier Inoxydable | L'acier inoxydable est utilisé pour les travaux de vapeur corrosive ou propre. |
| Acier inoxydable austénitique | L'acier inoxydable austénitique trouve son utilité dans des applications spécialisées telles que celles impliquant l'alimentation, les produits pharmaceutiques ou la vapeur propre. |
| Matériau du joint | État |
| EPDM | Eau |
| Viton | Condition de gaz à haute température |
| nitrile | État de l'air et de l'huile |
| Acier Inoxydable | Matériau standard, idéal pour la vapeur |
| Satellite | Résistant à l'usure pour des conditions difficiles |
ASME VIII fait partie du Boiler and Pressure Vessel Code de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) et fournit des lignes directrices détaillées pour la conception, la construction et le fonctionnement des soupapes de sécurité dans les appareils sous pression. Ces normes sont essentielles pour garantir la sécurité et la fiabilité des équipements utilisés dans les applications industrielles.
La série 5210 comprend une soupape de sécurité à ressort ordinaire, tandis que le type 5210B est une soupape de sécurité à ressort à soufflet équilibré à contre-pression. Ils sont conçus, fabriqués et inspectés selon les normes API526 et API527. Ces vannes conviennent à l'air, au gaz, à la vapeur d'eau, aux liquides et à d'autres fluides.
La soupape de sécurité à ressort conventionnelle de la série 5211, 5211B, est une soupape de sécurité à ressort à soufflet équilibré à contre-pression. Il s'agit d'une soupape de sécurité de grand diamètre développée sur la base de la norme API526. Applicable à l'air, au gaz, à la vapeur d'eau, aux liquides et à d'autres médias.
Les soupapes de sécurité pilotées de la série 5212 sont principalement utilisées dans les domaines du pétrole et du gaz, de l'industrie chimique, de l'énergie électrique, de la métallurgie et du gaz naturel. C'est le meilleur dispositif de protection contre les surpressions pour les équipements, conteneurs ou pipelines sous pression. La pression de service autorisée est proche de la pression de réglage de la soupape de sécurité. Une petite surpression peut rapidement amener la vanne principale à atteindre l'état d'ouverture complète. Les performances de fonctionnement et la hauteur d'ouverture de cette soupape de sécurité ne sont pas affectées par la contre-pression.
La série 5213 est une soupape de surpression conventionnelle à ressort. La série 5213B est une soupape de surpression à piston équilibré. Disponible pour raccordement à bride et extrémité filetée.
La soupape de sécurité vapeur haute performance de la série 5214 convient à la protection contre la surpression de vapeur des chaudières électriques, des chaudières à passage unique, des réchauffeurs et d'autres équipements et canalisations. Conçu et fabriqué selon les normes ASME I
La soupape de sécurité de la série 5215 est utilisée comme dispositif de protection contre les surpressions lorsque le fluide doit être isolé dans les équipements d'engrais en polyester, éthylène, asphalte et urée. Le 5215B est une structure à soufflet conçue pour les soupapes de sécurité à enveloppe d'isolation thermique.
La série 5216 est une soupape de sécurité à soufflet doublé. Les principales parties de la vanne en contact avec le fluide sont recouvertes d'un matériau fluoré. La conception spéciale du soufflet convient aux conditions de travail hautement corrosives telles que l'eau salée, le chlore humide, l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, etc. Selon les conditions de travail moyennes, le revêtement peut être constitué de F46, PTFE, PFA et d'autres matériaux.
La série 5217 se compose d'une vanne de commutation et de deux vannes de sécurité. La soupape de sécurité peut être remplacée ou réparée sans arrêter l'appareil. La commande de liaison du groupe de vannes à double commutation peut être utilisée selon les besoins.
Les soupapes de sécurité forgées de la série 5218 sont principalement utilisées pour des conditions de travail spéciales qui ne peuvent être remplies par la coulée d'acier. Selon les conditions de travail moyennes, le revêtement peut être constitué d'A105, SS304, SS316, Monel, Hastelloy et d'autres matériaux.
Cette étude détaillée explore le processus de détermination de la taille appropriée pour diverses applications. Il comprend des équations de dimensionnement selon AD Merkblatt, DIN, TRD, ASME, API, BS6759 et d'autres normes pertinentes. L'étude aborde également des sujets plus complexes tels que l'écoulement diphasique et la surchauffe.
Le dimensionnement d'une soupape de sécurité est de la plus haute importance pour garantir sa capacité à évacuer efficacement la vapeur de n'importe quelle source, empêchant ainsi la pression à l'intérieur de l'équipement protégé de dépasser la pression accumulée maximale admissible (MAAP). Pour y parvenir, un positionnement correct et un réglage correct des vannes sont cruciaux. De plus, la soupape de sécurité doit être dimensionnée de manière appropriée pour permettre à la quantité de vapeur nécessaire de passer à la pression requise, même lors de divers scénarios de panne potentiels.
Une fois que le type spécifique de soupape de sécurité, la pression de réglage et l'emplacement dans le système ont été déterminés, il devient nécessaire de calculer la capacité de décharge requise de la soupape. Ce calcul nous permet de déterminer la surface d'orifice nécessaire et la taille nominale sur la base des spécifications fournies par le fabricant.
Pour établir la capacité maximale nécessaire, il est essentiel de considérer le débit potentiel à travers toutes les branches pertinentes en amont de la vanne.
Dans les cas où plusieurs voies d'écoulement sont présentes, le dimensionnement de la soupape de sécurité devient plus complexe. Plusieurs méthodes alternatives peuvent être envisagées pour déterminer sa taille dans de telles situations. Les alternatives suivantes doivent être soigneusement évaluées :
1. Dimensionner la soupape de sécurité en fonction du débit maximal dans le trajet d'écoulement qui subit le débit le plus élevé.
2. Dimensionner la soupape de sécurité pour s'adapter au débit combiné de toutes les voies d'écoulement.
Le choix entre ces deux méthodes dépend du risque de panne simultanée de plusieurs appareils. S'il existe la moindre possibilité qu'un tel événement se produise, la vanne doit être dimensionnée pour gérer le débit combiné des dispositifs défaillants. Cependant, dans les cas où le risque est négligeable, des considérations de coût peuvent conduire à dimensionner la vanne uniquement en fonction du débit de défaut le plus élevé. En fin de compte, il incombe à l'entreprise qui assure l'usine de décider quelle méthode utiliser.
Pour illustrer, considérons le récipient sous pression et le système de pompe-piège automatique (APT) représentés dans la figure suivante. Bien que peu probable, il existe un scénario dans lequel l'APT et le réducteur de pression (PRV « A ») pourraient tomber en panne simultanément. Dans ce cas, la capacité de décharge de la soupape de sécurité « A » devra soit prendre en charge la charge de défaut du plus grand PRV, soit la charge de défaut combinée de l'APT et du PRV « A ».
Il est recommandé, selon ce document, que chaque fois que plusieurs voies d'écoulement sont présentes, le dimensionnement de toutes les soupapes de sécurité pertinentes doit toujours tenir compte de la possibilité de défaillances simultanées dans les vannes de régulation de pression en amont.
Pour vérifier le flux de défauts à travers une soupape de surpression (PRV) ou toute autre vanne ou orifice, il est essentiel de prendre en compte les facteurs suivants :
1. La pression potentielle de défaut : Cette valeur correspond à la pression prédéterminée à laquelle est tarée la soupape de sécurité amont.
2. La pression de décharge de la soupape de sécurité considérée, qui est en cours de dimensionnement.
3. La capacité maximale (KVS) de la vanne de régulation située en amont, lorsqu'elle est complètement ouverte.
NWP = Pression de service normale
MAAP= Pression accumulée maximale admissible
Ps = Pression de tarage de la soupape de sécurité
PO= Surpression de la soupape de sécurité
PR = Soupape de sécurité relâchant la pression
Dans ce système, la pression d'alimentation est limitée par une soupape de sécurité en amont tarée à 11.6 bar eff. Le débit de défaut à travers le PRV peut être calculé à l'aide de l'équation du débit massique de vapeur.
Où? :
Ms = Charge de défaut (kg/h)
Kv = indice de capacité d'ouverture totale PRV (Kvs = 6.3)
x = Chute de pression = (P1 – P2)/P1
P1 = Pression de défaut (prise comme pression de tarage de la soupape de sécurité amont)(bar a)
P2 = Dépression de la soupape de sécurité de l'appareil (bar a)
P1 = 11.6 bars eff = 12.6 bars a
P2= 4.2 bars eff = 5.2 bars a
Par conséquent : Pression dop = (12.6 – 5.2)/12.6 = 0.59
Nous savons donc que le rapport de pression de 0.59 est supérieur à 0.42, qu'une chute de pression critique se produit à travers la vanne de régulation et que le débit de défaut est calculé comme suit à l'aide de la formule de l'équation (e-2) :
Ms = 12KvP1 = 12 x 6.3 x 12.6
Donc : Ms = 953 kg/h
En conséquence, la soupape de sécurité doit avoir une capacité minimale de 953 kg/h à un réglage de 4 bar g.
Une fois la charge de défaut déterminée, il suffit généralement de déterminer la taille de la soupape de sécurité en se référant aux tableaux de capacité fournis par le fabricant. Un tableau de capacité illustratif peut être trouvé dans la figure f (tableau de capacité typique des soupapes de sécurité). En connaissant la pression de réglage et la capacité de refoulement requises, il est possible de choisir une taille nominale appropriée. Dans ce cas, avec une pression de réglage de 4 bar eff. et un débit de défaut de 953 kg/h, il convient de sélectionner une soupape de sécurité DN32/50, d'une capacité de 1,284 XNUMX kg/h.
Capacité de débit du SV615 pour la vapeur saturée en kilogrammes par heure (kg/h)(calculé conformément à la norme EN ISO 4126 à 5 % de surpression)Coefficient de décharge déclassé (K)=0.71 | ||||||
| Taille de vanne DN | 15/20 | 20/32 | 25/40 | 32/50 | 40/65 | 50/80 |
| Surface (mm²) | 113 | 314 | 452 | 661 | 1.075 | 1662 |
| Pression de tarage (bar g) | Capacité de débit de vapeur saturée kg/h | |||||
| 0.5 | 65 | 180 | 259 | 379 | 616 | 953 |
| 1.0 | 87 | 241 | 348 | 508 | 827 | 1278 |
| 1.5 | 109 | 303 | 436 | 638 | 1037 | 1603 |
| 2.0 | 131 | 364 | 524 | 767 | 1247 | 1929 |
| 2.5 | 153 | 426 | 613 | 896 | 1458 | 2254 |
| 3.0 | 175 | 487 | 701 | 1026 | 1668 | 2579 |
| 3.5 | 197 | 549 | 790 | 1155 | 1879 | 2904 |
| 4.0 | 220 | 610 | 878 | 1284 | 2089 | 3230 |
| 4.5 | 242 | 672 | 967 | 1.414 | 2299 | 3555 |
| 5.0 | 264 | 733 | 1055 | 1543 | 2510 | 3880 |
| 5.5 | 286 | 794 | 1144 | 1672 | 2720 | 4205 |
| 6.0 | 308 | 856 | 1232 | 1802 | 2930 | 4530 |
| 6.5 | 330 | 917 | 1321 | 1931 | 3141 | 4856 |
| 7.0 | 352 | 979 | 1409 | 2061 | 3351 | 5181 |
| 7.5 | 374 | 1.040 | 1497 | 2190 | 3561 | 5506 |
| 8.0 | 396 | 1102 | 1586 | 2319 | 3772 | 5831 |
Dans les cas où les tableaux de dimensionnement sont absents ou insuffisants pour des fluides ou des conditions spécifiques comme une contre-pression, une viscosité élevée ou un écoulement diphasique, il devient nécessaire de calculer la surface minimale de l'orifice nécessaire. Les normes en vigueur appropriées, telles que ASME/API RP 520 et EN ISO 4126, fournissent des conseils sur les méthodes pour y parvenir.
Ces méthodes s'appuient sur le coefficient de débit, qui représente la capacité mesurée par rapport à la capacité théorique d'une buse à surface d'écoulement équivalente.
où:
Kd = Coefficient de décharge
Le coefficient de refoulement est spécifique à la gamme de soupapes de sécurité et est déterminé et approuvé par le fabricant. Si la vanne est approuvée de manière indépendante, un coefficient de décharge certifié lui est attribué.
Pour obtenir un coefficient de décharge déclassé, le coefficient certifié est souvent multiplié par un facteur de sécurité de 0.9. Ce coefficient déclassé est noté Kdr = Kd x 0.9.
Lors du calcul de la surface d'orifice requise à l'aide de méthodes standard, les considérations suivantes doivent être prises en compte :
Le débit de gaz ou de vapeur à travers un orifice, tel que la zone d'écoulement d'une soupape de sécurité, augmente à mesure que la pression en aval diminue. Cette relation reste vraie jusqu'à ce que la pression critique soit atteinte, ce qui entraîne un débit critique. Au-delà de ce point, une diminution supplémentaire de la pression en aval n’entraînera pas une augmentation du débit. L'équation (g-1) représente le rapport de pression critique qui existe entre la pression critique et la pression de décharge réelle pour les gaz circulant à travers les soupapes de sécurité.
où:
PB = Contre-pression critique (bar a)
P1 = Pression de décompression réelle (bar a)
k = coefficient isentropique du gaz ou de la vapeur dans les conditions de décharge
Pour dimensionner correctement une vanne, il est crucial de déterminer au préalable la surpression de conception. Il n'est pas acceptable de calculer la capacité de la vanne en utilisant une surpression inférieure à celle utilisée pour établir le coefficient de débit. Il est toutefois permis d'utiliser une valeur de surpression plus élevée. Dans le cas des vannes à levée totale de type DIN, la levée nominale doit être atteinte avec une surpression de 5 %, mais à des fins de dimensionnement, une valeur de surpression de 10 % peut être utilisée.
La surface minimale requise de l'orifice pour une soupape de sécurité peut être déterminée à l'aide des méthodes décrites dans les normes nationales largement utilisées.
Plus précisément, les normes ASME et les directives API RP 520 fournissent des formules qui permettent de calculer cette surface. Pour les applications à vapeur, l’équation (h-1) doit être utilisée à cette fin.
Où? :
Ao = Surface de décharge effective requise (po2)
M = Débit massique requis à travers la vanne (Ib/h)
PR = Pression de décharge en amont (psi a)
Kd = Coefficient de décharge effectif (spécifié par le fabricant)
KsH = Facteur de correction de surchauffe
| Pression de réglage (psi g) | Température (° F) | |||||||||
| 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1 Paris | 1 Paris | 1 Paris | |
| 15 | 1 | 0.98 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.8 | 0.77 | 0.74 | 0.72 | 0.7 |
| 20 | 1 | 0.98 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.8 | 0.77 | 0.74 | 0.72 | 0.7 |
| 40 | 1 | 0.99 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.81 | 0.77 | 0.74 | 0.72 | 0.7 |
| 60 | 1 | 0.99 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.81 | 0.77 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 80 | 1 | 0.99 | 0.93 | 0.88 | 0.84 | 0.81 | 0.77 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 100 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.84 | 0.81 | 0.77 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 120 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.84 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 140 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 160 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 180 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 200 | 1 | 0.99 | 0.95 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 220 | 1 | 0.99 | 0.95 | 0.89 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 |
| 240 | 1 | 0.95 | 0.9 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 260 | 1 | 0.95 | 0.9 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 280 | 1 | 0.96 | 0.9 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 300 | 1 | 0.96 | 0.9 | 0.85 | 0.81 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 350 | 1 | 0.96 | 0.9 | 0.86 | 0.82 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 400 | 1 | 0.96 | 0.91 | 0.86 | 0.82 | 0.78 | 0.75 | 0.72 | 0.7 | |
| 500 | 1 | 0.96 | 0.92 | 0.86 | 0.82 | 0.78 | 0.75 | 0.73 | 0.7 | |
| 600 | 1 | 0.97 | 0.92 | 0.87 | 0.82 | 0.79 | 0.75 | 0.73 | 0.7 | |
| 800 | 1 | 0.95 | 0.88 | 0.83 | 0.79 | 0.76 | 0.73 | 0.7 | ||
| 1 Paris | 1 | 0.96 | 0.89 | 0.84 | 0.78 | 0.76 | 0.73 | 0.71 | ||
| 1 Paris | 1 | 0.97 | 0.91 | 0.85 | 0.8 | 0.77 | 0.74 | 0.71 | ||
| 1 Paris | 1 | 1 | 0.93 | 0.86 | 0.81 | 0.77 | 0.74 | 0.71 | ||
Pour déterminer la surface minimale de l'orifice nécessaire pour une soupape de sécurité fonctionnant avec de la vapeur saturée sèche (avec une siccité supérieure à 0.98) et de la vapeur surchauffée dans des conditions de débit critiques, l'équation (h-2) doit être utilisée.
Veuillez vous référer à l'équation (h-3) pour calculer la surface minimale de l'orifice nécessaire pour une soupape de sécurité dans les applications de vapeur humide où un débit critique se produit. Il est important de noter que la vapeur humide doit avoir une siccité supérieure à 0.9.
où:
A = Surface d'écoulement (pas de surface de rideau) mm2
M = Débit massique (kg/h)
C = Fonction de l'exposant isentropique
Kdr = Coefficient de décharge certifié déclassé (du fabricant)
Po = Pression de décompression (bar a)
Vg = Volume spécifique à la pression et à la température de décompression (m3/kg) (d'après les tableaux de vapeur)
x = Fraction de siccité de la vapeur humide
| k | Cg |
| 0.4 | 1.647 |
| 0.41 | 1.665 |
| 0.42 | 1.682 |
| 0.43 | 1.7 |
| 0.44 | 1.717 |
| 0.45 | 1.733 |
| 0.46 | 1.75 |
| 0.47 | 1.766 |
| 0.48 | 1.782 |
| 0.49 | 1.798 |
| 0.5 | 1.813 |
| 0.51 | 1.829 |
| 0.52 | 1.844 |
| 0.53 | 1.858 |
| 0.54 | 1.873 |
| 0.55 | 1.888 |
| 0.56 | 1.902 |
| 0.57 | 1.916 |
| 0.58 | 1.93 |
| 0.59 | 1.944 |
| 0.6 | 1.957 |
| 0.61 | 1.971 |
| 0.62 | 1.984 |
| 0.63 | 1.997 |
| 0.64 | 2.01 |
| 0.65 | 2.023 |
| 0.66 | 2.035 |
| 0.67 | 2.048 |
| 0.68 | 2.06 |
| 0.69 | 2.072 |
| 0.7 | 2.084 |
| 0.71 | 2.096 |
| 0.72 | 2.108 |
| 0.73 | 2.12 |
| 0.74 | 2.131 |
| 0.75 | 2.143 |
| 0.76 | 2.154 |
| 0.77 | 2.165 |
| 0.78 | 2.17 |
| 0.79 | 2.187 |
| 0.8 | 2.198 |
| 0.81 | 2.209 |
| 0.82 | 2.219 |
| 0.83 | 2.23 |
| 0.84 | 2.24 |
| 0.85 | 2.251 |
| 0.86 | 2.261 |
| 0.87 | 2.271 |
| 0.88 | 2.281 |
| 0.89 | 2.291 |
| 0.9 | 2.301 |
| 0.91 | 2.311 |
| 0.92 | 2.32 |
| 0.93 | 2.33 |
| 0.94 | 2.339 |
| 0.95 | 2.349 |
| 0.96 | 2.358 |
| 0.97 | 2.367 |
| 0.98 | 2.376 |
| 0.99 | 2.386 |
| 1 | 2.401 |
| 1.01 | 2.404 |
| 1.02 | 2.412 |
| 1.03 | 2.421 |
| 1.04 | 2.43 |
| 1.05 | 2.439 |
| 1.06 | 2.447 |
| 1.07 | 2.456 |
| 1.08 | 2.464 |
| 1.09 | 2.472 |
| 1.1 | 2.481 |
| 1.11 | 2.489 |
| 1.12 | 2.497 |
| 1.13 | 2.505 |
| 1.14 | 2.513 |
| 1.15 | 2.521 |
| 1.16 | 2.529 |
| 1.17 | 2.537 |
| 1.18 | 2.545 |
| 1.19 | 2.553 |
| 1.2 | 2.56 |
| 1.21 | 2.568 |
| 1.22 | 2.57 |
| 1.23 | 2.583 |
| 1.24 | 2.591 |
| 1.25 | 2.598 |
| 1.26 | 2.605 |
| 1.27 | 2.613 |
| 1.28 | 2.62 |
| 1.29 | 2.627 |
| 1.3 | 2.634 |
| 1.31 | 2.641 |
| 1.32 | 2.649 |
| 1.33 | 2.656 |
| 1.34 | 2.663 |
| 1.35 | 2.669 |
| 1.36 | 2.676 |
| 1.37 | 2.683 |
| 1.38 | 2.69 |
| 1.39 | 2.697 |
| 1.4 | 2.703 |
| 1.41 | 2.71 |
| 1.42 | 2.717 |
| 1.43 | 2.723 |
| 1.44 | 2.73 |
| 1.45 | 2.736 |
| 1.46 | 2.743 |
| 1.47 | 2.749 |
| 1.48 | 2.755 |
| 1.49 | 2.762 |
| 1.5 | 2.768 |
| 1.51 | 2.774 |
| 1.52 | 2.78 |
| 1.53 | 2.786 |
| 1.54 | 2.793 |
| 1.55 | 2.799 |
| 1.56 | 2.805 |
| 1.57 | 2.811 |
| 1.58 | 2.817 |
| 1.59 | 2.823 |
| 1.6 | 2.829 |
| 1.61 | 2.843 |
| 1.62 | 2.84 |
| 1.63 | 2.846 |
| 1.64 | 2.852 |
| 1.65 | 2.858 |
| 1.66 | 2.863 |
| 1.67 | 2.869 |
| 1.68 | 2.874 |
| 1.69 | 2.88 |
| 1.7 | 2.886 |
| 1.71 | 2.891 |
| 1.72 | 2.897 |
| 1.73 | 2.902 |
| 1.74 | 2.908 |
| 1.75 | 2.913 |
| 1.76 | 2.918 |
| 1.77 | 2.924 |
| 1.78 | 2.929 |
| 1.79 | 2.934 |
| 1.8 | 2.94 |
| 1.81 | 2.945 |
| 1.82 | 2.95 |
| 1.83 | 2.955 |
| 1.84 | 2.96 |
| 1.85 | 2.965 |
| 1.86 | 2.971 |
| 1.87 | 2.976 |
| 1.88 | 2.981 |
| 1.89 | 2.986 |
| 1.9 | 2.991 |
| 1.91 | 2.996 |
| 1.92 | 3.001 |
| 1.93 | 3.006 |
| 1.94 | 3.01 |
| 1.95 | 3.015 |
| 1.96 | 3.02 |
| 1.97 | 3.025 |
| 1.98 | 3.03 |
| 1.99 | 3.034 |
| 2 | 3.039 |
| 2.01 | 3.044 |
| 2.02 | 3.049 |
| 2.03 | 3.053 |
| 2.04 | 3.058 |
| 2.05 | 3.063 |
| 2.06 | 3.067 |
| 2.07 | 3.072 |
| 2.08 | 3.076 |
| 2.09 | 3.081 |
| 2.1 | 3.085 |
| 2.11 | 3.09 |
| 2.12 | 3.094 |
| 2.13 | 3.099 |
| 2.14 | 3.103 |
| 2.15 | 3.107 |
| 2.16 | 3.112 |
| 2.17 | 3.116 |
| 2.18 | 3.121 |
| 2.19 | 3.125 |
| 2.2 | 3.129 |
Les considérations importantes pour l'installation de soupapes de sécurité comprennent la manipulation, les conditions de l'usine, la configuration des canalisations, les marquages et les considérations liées au bruit.
L'étanchéité du siège d'une soupape de sécurité revêt une importance lors du processus de sélection et d'installation. Une étanchéité insuffisante du siège peut entraîner une perte continue de fluide du système et également conduire à la détérioration des faces d'étanchéité, provoquant ainsi un soulèvement prématuré de la vanne.
L'étanchéité du siège est influencée par trois facteurs principaux : les caractéristiques de la soupape de sécurité, la méthode d'installation utilisée et le fonctionnement de la soupape de sécurité.
Concernant les caractéristiques de la soupape de sécurité, pour assurer une fermeture satisfaisante dans une vanne à siège métallique, les surfaces d'étanchéité doivent posséder un haut degré de planéité avec une excellente finition de surface. Le disque doit s'articuler sur la tige sans subir d'effets de friction excessifs de la part du guide de tige. Pour la vanne à siège métallique, une fermeture acceptable nécessite généralement une finition de surface de 0.5 μm et un niveau de planéité de deux bandes de lumière optique. De plus, les surfaces de contact et d'étanchéité doivent présenter une résistance élevée à l'usure pour prolonger la durée de vie de la vanne.
Contrairement aux vannes d'isolement ordinaires, la force de fermeture agissant sur le disque dans une soupape de sécurité est relativement faible en raison de la différence minime entre la pression du système sur le disque et la force du ressort opposé.
Dans certains cas, des joints élastiques ou en élastomère sont intégrés aux disques de vanne pour améliorer la fermeture. Cependant, il est important de noter que les joints souples sont souvent plus vulnérables aux dommages que les sièges métalliques.
Lors de l'installation d'une soupape de sécurité, des dommages au siège peuvent survenir lorsque la vanne est initialement levée dans le cadre de la procédure générale de mise en service de l'usine, principalement en raison de la présence fréquente de saletés et de débris dans le système. Rincer le système avant l'installation de la vanne et s'assurer que la vanne est montée dans un endroit où la saleté, le tartre et les débris ne peuvent pas s'accumuler aident à empêcher le passage de corps étrangers à travers la vanne.
Pour les applications de vapeur, il est crucial de minimiser le risque de fuite en positionnant la vanne de manière à empêcher le condensat de s'accumuler sur le côté amont du disque. Ceci peut être réalisé en installant la soupape de sécurité au-dessus du tuyau de vapeur, comme illustré sur la figure (h-4).
Des fuites peuvent se produire en raison de la présence de saleté ou de tartre sur la face du siège. Cela se produit généralement lors de levages périodiques requis par les compagnies d’assurance et les programmes d’entretien de routine. En soulevant davantage le levier, toute saleté présente sur la face d'assise peut généralement être éliminée.
La majorité des problèmes de fuite des sièges de soupapes de sécurité surviennent après la phase initiale de fabrication et de test. Ces problèmes proviennent généralement de dommages pendant le transport, parfois dus à une mauvaise utilisation et à une contamination, ou à une mauvaise installation.
La plupart des normes sur les soupapes de sécurité ne fournissent pas de paramètres d'arrêt détaillés. Cependant, pour ceux qui le font, les exigences et les procédures de test recommandées sont généralement basées sur la norme API 527 largement utilisée dans l'industrie des soupapes de sécurité.
Pour tester les vannes réglées sur l'air, il est nécessaire de bloquer tous les chemins de fuite secondaires tout en maintenant la vanne à 90 % de la pression réglée sur l'air (voir Figure h-6). La sortie de la soupape de sécurité est reliée à un tuyau de diamètre intérieur de 6 mm, dont l'extrémité est située à 12.7 mm sous la surface de l'eau contenue dans un récipient transparent approprié. Le nombre de bulles évacuées par minute de ce tube est mesuré. Pour les vannes réglées en dessous de 70 bar g, le critère d'acceptation est de 20 bulles par minute dans la plupart des cas.
Lorsqu'il s'agit de vannes destinées aux applications vapeur ou eau, il est important d'évaluer le taux de fuite en utilisant le fluide correspondant. Dans le cas de la vapeur, il est crucial de s'assurer qu'aucune fuite visible n'est observée sur fond noir pendant une durée d'une minute après une période de stabilisation de trois minutes. Cependant, pour l'eau, il existe une légère marge de fuite, qui dépend de la surface de l'orifice. Cette allocation s'élève à 10 ml par heure et par pouce du diamètre nominal d'entrée.
Compte tenu de la durée potentiellement longue de la procédure susmentionnée, il est courant que les fabricants emploient des méthodes de test alternatives. L’une de ces méthodes implique l’utilisation d’un équipement de mesure de débit précis, calibré conformément aux paramètres décrits dans l’API 527.
La section VIII de l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) traite de la conception, de la construction et de l'entretien des appareils sous pression et des chaudières. Il comprend des exigences et des lignes directrices spécifiques pour les soupapes de sécurité, qui sont essentielles pour garantir le fonctionnement sûr des appareils sous pression. Voici les aspects clés de l’ASME VIII concernant les soupapes de sécurité :
La pression de réglage est la pression à laquelle la soupape de sécurité commence à s'ouvrir. ASME VIII exige que les soupapes de sécurité soient réglées pour s'ouvrir à une pression ne dépassant pas la pression de service maximale autorisée (MAWP) du récipient. La surpression est l'augmentation de la pression par rapport à la pression de réglage, généralement un petit pourcentage, permettant à la vanne de s'ouvrir complètement.
Les soupapes de sécurité doivent avoir une capacité suffisante pour évacuer toute la vapeur ou le fluide pouvant être généré par le navire afin de maintenir la pression égale ou inférieure à la MAWP. Le dimensionnement de la soupape de sécurité est crucial et doit être calculé en fonction de formules et de conditions spécifiques.
Il s'agit de l'augmentation de la pression sur la MAWP du récipient lorsque la soupape de sécurité se décharge. L'accumulation est limitée par l'ASME VIII pour garantir que le récipient peut résister à la pression jusqu'à ce que la vanne revienne à sa position fermée.
La différence entre la pression de réglage à laquelle la vanne s'ouvre et la pression à laquelle elle se referme. La purge empêche la soupape de sécurité de vibrer – elle s'ouvre et se ferme rapidement.
ASME VIII fournit des exigences spécifiques pour l'installation des soupapes de sécurité, y compris l'orientation (elles doivent être installées verticalement) et l'absence de vannes d'arrêt intermédiaires entre la soupape de sécurité et le récipient.
Les soupapes de sécurité doivent être régulièrement inspectées et testées pour garantir qu'elles fonctionnent correctement à la pression réglée et qu'elles sont en bon état. Cela comprend à la fois des essais au banc (hors du navire) et des essais in situ (sur le navire).
Les matériaux utilisés pour les soupapes de sécurité doivent être adaptés au fluide du procédé et aux conditions de fonctionnement. La construction doit garantir la fiabilité et la durabilité dans les conditions de fonctionnement.
Les soupapes de sécurité doivent être clairement marquées avec la pression de réglage, la MAWP, la capacité, le nom du fabricant et d'autres données essentielles. Ils doivent également répondre aux normes de certification et de qualité décrites dans l'ASME VIII.
Un entretien régulier est crucial pour les performances des soupapes de sécurité. Cela comprend la vérification, le nettoyage et le remplacement périodiques des pièces si nécessaire. Un entretien approprié garantit que la vanne fonctionnera comme prévu dans des conditions de surpression.
Dans les industries où les produits chimiques sont traités sous haute pression, le respect de la norme ASME VIII est crucial pour prévenir les incidents de surpression.
Les soupapes de sécurité conçues selon les normes ASME VIII sont essentielles dans l'industrie pétrolière et gazière, notamment dans les plateformes offshore et les raffineries.
Dans les centrales électriques, notamment celles utilisant des turbines à vapeur, les soupapes de sécurité doivent être conformes à ces normes pour gérer la vapeur à haute pression en toute sécurité.
Les soupapes de sécurité doivent être constituées de matériaux non réactifs et faciles à nettoyer, et leur conception doit empêcher toute contamination des produits pharmaceutiques.
Les soupapes de sécurité dans l'industrie agroalimentaire doivent répondre à des normes d'hygiène élevées, être fabriquées à partir de matériaux appropriés et être capables de résister aux pressions et températures spécifiques rencontrées lors de la transformation et du stockage des aliments.
Les soupapes de sécurité pour l'industrie maritime sont spécialement conçues pour faire face aux environnements marins difficiles, à l'espace limité, à la conformité réglementaire et à la nécessité d'une fiabilité élevée et d'une maintenance réduite.
Dans l'industrie des pâtes et papiers, les soupapes de sécurité doivent être très résistantes à la corrosion et à l'abrasion dues à l'exposition aux produits chimiques et aux particules, capables de supporter des variations élevées de pression et de température, et conformes aux réglementations de sécurité et environnementales spécifiques à l'industrie.
Les soupapes de sécurité de l'industrie minière doivent être très durables, capables de résister à des environnements difficiles et potentiellement abrasifs et conformes à des normes de sécurité strictes pour garantir une protection fiable contre les surpressions dans les équipements tels que les systèmes d'air comprimé, les unités de traitement chimique et les systèmes hydrauliques.
Dans le traitement de l'eau et des eaux usées, les soupapes de sécurité doivent être très résistantes à la corrosion, capables de gérer différents types de fluides et conformes aux réglementations environnementales et de santé publique, garantissant un contrôle fiable de la pression dans divers processus de traitement.
Dans les systèmes CVC, les soupapes de sécurité doivent être conçues pour fonctionner de manière fiable dans des conditions de température et de pression variables, garantissant une protection contre les surpressions tout en étant compatibles avec les réfrigérants utilisés dans le système.
En cryogénie, les soupapes de sécurité doivent être conçues pour fonctionner de manière fiable à des températures extrêmement basses, en utilisant des matériaux et des joints capables de résister à de telles conditions sans perdre leur intégrité ou leur fonctionnalité.
Les soupapes de sécurité des secteurs de l'aérospatiale et de la défense doivent être exceptionnellement fiables, étalonnées avec précision pour des plages de pression spécifiques et construites à partir de matériaux capables de résister à des températures, des pressions et des environnements corrosifs extrêmes, tout en se conformant aux normes aérospatiales strictes en matière de sécurité et de performances.
Les soupapes de sécurité sont des composants essentiels dans divers systèmes industriels, garantissant la sécurité et l'efficacité opérationnelle. Voici quelques questions fréquemment posées (FAQ) sur les soupapes de sécurité :
Une soupape de sécurité est un dispositif de décompression automatique, actionné par la pression statique en amont de la soupape. Il est conçu pour s'ouvrir rapidement (action pop) afin d'éviter une augmentation dangereuse de la pression dans un système, généralement utilisé pour le service de gaz ou de vapeur.
Les soupapes de sécurité fonctionnent en libérant l'excès de pression d'un système une fois qu'elle atteint une limite prédéfinie. La vanne s'ouvre lorsque la force due à la pression du fluide (gaz, vapeur ou liquide) dépasse la force opposée exercée par un ressort ou un poids. Une fois que la pression chute à un niveau sûr, la vanne se ferme automatiquement.
Les soupapes de sécurité doivent être testées périodiquement pour garantir leur bon fonctionnement. La fréquence des tests dépend de l'application de la vanne, des conditions de fonctionnement et des exigences réglementaires. Il est généralement recommandé d'effectuer des tests chaque année.
La pression de réglage, également appelée pression d'ouverture, est la pression prédéterminée à laquelle une soupape de sécurité commence à s'ouvrir dans les conditions de fonctionnement.
Non, les soupapes de sécurité sont conçues pour des fluides (gaz, vapeur ou liquide) et des conditions de fonctionnement spécifiques. L'utilisation d'une soupape de sécurité pour un fluide inapproprié peut entraîner un dysfonctionnement ou une panne.
La capacité d'une soupape de sécurité est déterminée en fonction de la pression de service maximale admissible (MAWP) du système, du type de fluide, des caractéristiques de débit et du coefficient de décharge de la soupape.
La purge est la différence entre la pression de réglage à laquelle la vanne s'ouvre et la pression de réinsertion à laquelle la vanne se ferme, généralement exprimée en pourcentage de la pression de réglage.
Les problèmes courants incluent les fuites de siège, un dimensionnement inapproprié, le broutage des vannes et la défaillance du soufflet. Un entretien et une inspection réguliers sont essentiels pour résoudre ces problèmes.
La sélection implique de prendre en compte des facteurs tels que le type de fluide, la pression et la température de fonctionnement, la capacité de décharge et les exigences de conception du système. Le respect des normes pertinentes (par exemple API, ISO) est également crucial.
Dans de nombreuses applications industrielles, impliquant notamment des systèmes sous pression comme les chaudières et les usines chimiques, les soupapes de sécurité sont obligatoires pour respecter les règles de sécurité.
Voici un guide de dépannage simplifié pour les soupapes de sécurité de THINKTANK, cela vous aidera à diagnostiquer et à résoudre rapidement les problèmes courants.
Question | PossibleCauses | Actions suggérées |
|---|---|---|
| La vanne ne parvient pas à s'ouvrir à la pression réglée | – Pression de réglage incorrecte – Obstruction en entrée ou en sortie – Adhérence due à la corrosion ou aux débris | – Recalibrer la pression de réglage – Inspecter et éliminer les blocages – Nettoyer et lubrifier les pièces mobiles |
| La valve fuit ou ne se ferme pas complètement | – Dommages au siège – Particules étrangères sur le siège – Fatigue ou endommagement du ressort | – Inspecter et réparer le siège – Nettoyer le siège et le disque – Remplacer ou régler le ressort |
| Ventilation excessive | – Réglage de purge incorrect – Siège ou disque usé – Vanne mal assise | – Ajuster le réglage de la purge – Inspecter et remplacer les pièces usées – Réinstaller ou réinstaller correctement la vanne |
| Ouverture prématurée | – Régler la pression trop basse – Fluctuations de pression du système – Vibrations mécaniques | – Ajuster la pression de réglage – Stabiliser la pression du système – Isoler la vanne des vibrations |
| Bavardage | – Vanne surdimensionnée pour l’application – Contre-pression élevée – Tension du ressort insuffisante | – Redimensionner ou remplacer par la valve appropriée – Réduire la contre-pression – Régler la tension du ressort |
| Cyclisme rapide | – Pressions fluctuantes du système – Vanne mal dimensionnée – Panne du soufflet (le cas échéant) | – Stabiliser la pression du système – Redimensionner la vanne – Inspecter et remplacer les soufflets |
| Bruit inhabituel | – Turbulences en décharge – Résonance mécanique – Composants de vanne endommagés | – Inspecter le chemin de décharge – Ajuster l’installation de la vanne - Remplacer les pièces endommagées |
| Fuite externe | – Défaillance du joint – Brides ou raccords desserrés – Corrosion ou érosion | – Remplacer les joints – Resserrer les brides et les raccords – Inspecter et traiter la corrosion |
| Inspecter l'article | Qualité de la soupape de sécurité | |||||||
| Produit qualifié | Produit de première classe | Produit supérieur | ||||||
| Test hydraulique de la coque | Milieu de test | Eau | ||||||
| Pression d'essai (MPa) | Conçu et fabriqué se référer à la norme GB/T 12241 | La valeur de la pression d'essai à l'entrée est 1.5 fois la pression de conception à l'entrée, et la valeur de la pression d'essai à la sortie est 1.5 fois la contre-pression maximale à la sortie. | ||||||
| Conçu et fabriqué Référez-vous à la norme NB/T 47063 | La valeur de la pression d'essai à l'entrée est 1.5 fois la pression de conception à l'entrée, et la valeur de la pression d'essai à la sortie est 1.5 fois la pression de service maximale autorisée à une température de 38°C pour la pression nominale de la bride de sortie. | |||||||
| Durée (où « t » est la durée spécifiée pour le test de durée dans GB/T 12241 ou NB/T 47063) | ≥t | ≥ 2t | ≥ 3t | |||||
| Critères d'acceptation | Aucune fuite visible ni dommage structurel | |||||||
| Test de performance | Milieu de test de performance | Soupape de vapeur | Vapeur saturée | |||||
| Valve de gaz | Air ou azote | |||||||
| Valve liquide | Eau | |||||||
| Pression de réglage et écart | Pression de réglage Ps（MPa） | Régler la pression comme spécifié dans le contrat | ||||||
| Définir l'écart de pression | Soupape de sécurité pour appareils à pression et pipelines | Ps≤0.5 | ± 0.015 | |||||
| Ps>0.5 | ±3%Ps | ±2.7%Ps | ±2.4%Ps | |||||
| Soupape de sécurité pour chaudières à vapeur | Ps≤0.5 | ± 0.015 | ||||||
| 0.5 | ±3%Ps | ±2.7%Ps | ±2.4%Ps | |||||
| 2.3 | ± 0.07 | ± 0.063 | ± 0.056 | |||||
| Ps>7.0 | ±1%Ps | ±0.9%Ps | ±0.8%Ps | |||||
| Surpression | Soupape de sécurité pour vapeur | Soupape de sécurité pour chaudières | 3% | 2% | 1% | |||
| Soupape de sécurité pour autres équipements à vapeur | 3% | |||||||
| Soupape de sécurité pour gaz | 10 % | |||||||
| Soupape de sécurité pour liquide | 20 % | 12 % | 10 % | |||||
| Pression différentielle d'ouverture et de fermeture (MPa) | Soupape de sécurité pour chaudières à vapeur | ≤7%Ps | ≤6%Ps | ≤4%Ps | ||||
| Soupape de sécurité pour chaudières à passage unique, réchauffeurs et autres équipements à vapeur | Ps≤0.4 | ≤ 0.04 | ||||||
| Ps>0.4 | ≤10%Ps | ≤8%Ps | ≤6%Ps | |||||
| Soupape de sécurité pour gaz | Ps≤0.2 | ≤ 0.03 | ||||||
| Ps>0.2 | ≤15%Ps | ≤10%Ps | ≤7%Ps | |||||
| Soupape de sécurité pour liquide | Ps≤0.3 | ≤ 0.06 | ||||||
| Ps>0.3 | ≤20%Ps | ≤17%Ps | ≤15%Ps | |||||
| Hauteur de levage | Doit répondre aux exigences de GB/T 12243 et aux spécifications du fabricant. | |||||||
| Caractéristiques mécaniques | Le fonctionnement de la soupape de sécurité doit être stable, sans battements, vibrations, collages ou vibrations nocives. | |||||||
| Nombre de répétitions continues | 3 | |||||||
| Inspecter l'article | Qualité de la soupape de sécurité | |||||||
| Produit qualifié | Produit de première classe | Produit supérieur | ||||||
| Test de performance | Test d'étanchéité | Soupape de sécurité pour vapeur | Pression d'essai (MPa) | Ps≤0.3 | Ps-0.03 | |||
| Ps>0.3 | Soupape de sécurité pour chaudières | 90%Ps | 93%Ps | 96%Ps | ||||
| Soupape de sécurité pour autres équipements à vapeur | 90%Ps | |||||||
| Critères d'acceptation | Inspectez l’extrémité de sortie de la vanne visuellement ou en écoutant. Si aucune fuite n’est détectée, l’étanchéité est considérée comme satisfaisante. | |||||||
| Soupape de sécurité pour gaz | Pression d'essai (MPa) | Ps≤0.3 | Ps-0.03 | |||||
| Ps>0.3 | 90%Ps | |||||||
| Taux de fuite maximum autorisé* : nombre de bulles par minute (diamètre du trajet d'écoulement ≤ 16 mm) | Ps≤6.9 | 40 | 20 | 10 | ||||
| 6.9 | 60 | 30 | 10 | |||||
| 10.3 | 80 | 40 | 15 | |||||
| 13.8 | 100 | 50 | 20 | |||||
| 17.2 | 100 | 50 | 20 | |||||
| 20.7 | 100 | 50 | 25 | |||||
| Taux de fuite maximum autorisé* : nombre de bulles par minute (diamètre du trajet d'écoulement > 16 mm) | Ps≤6.9 | 20 | 12 | 10 | ||||
| 6.9 | 30 | 15 | 10 | |||||
| 10.3 | 40 | 20 | 10 | |||||
| 13.8 | 50 | 25 | 10 | |||||
| 17.2 | 60 | 30 | 15 | |||||
| 20.7 | 80 | 40 | 20 | |||||
| 27.6 | 100 | 50 | 20 | |||||
| Soupape de sécurité pour liquide | Pression d'essai (MPa) | Ps≤0.3 | Ps-0.03 | |||||
| Ps>0.3 | 90%Ps | |||||||
| Milieu de test | Eau | |||||||
| Débit de fuite maximum admissible* : cm3/h | DN<25mm | 10 | 9 | 8 | ||||
| DN≥25mm | 10x(DN/25) | 9x(DN/25) | 8x(DN/25) | |||||
| Remarque* : Pour les soupapes de sécurité à joints non métalliques utilisées pour les gaz et les liquides, le taux de fuite ne doit pas être atteint en 1 minute. | ||||||||
| Critères d'acceptation des tests de performance | Dans le nombre requis de répétitions continues, tous les indicateurs de performance opérationnelle et le sceau après des tests continus doivent répondre aux exigences de qualité correspondantes. | |||||||
Évitez que votre demande soit une réponse tardive, veuillez entrer votre WhatsApp/Wechat/Skype accompagné du message afin que nous puissions vous contacter dans un premier temps.
Nous vous répondrons sous 24 heures. En cas d'urgence, veuillez nous contacter par WhatsApp : +86 185 1656 9221, WeChat : +86 199 2125 0077 ou par téléphone au +86 189 5813 8289.
Nous vous répondrons dans les 24 heures. En cas d'urgence, veuillez ajouter WhatsApp : +86 199 2125 0077 ou WeChat : +86 199 2125 0077. Ou appelez directement le +86 189 5813 8289.
