Soupapes de surpression
Une soupape de surpression est un dispositif de sécurité conçu pour protéger un récipient ou un système sous pression lors d’un événement de surpression.
Un événement de surpression fait référence à toute condition qui entraînerait une augmentation de la pression dans un récipient ou un système au-delà de la pression nominale spécifiée ou de la pression de service maximale autorisée (PSMA).
Le but principal d’une soupape de surpression est la protection de la vie et des biens en évacuant le fluide d’un récipient surpressurisé.,
De nombreux systèmes électroniques, pneumatiques et hydrauliques existent aujourd’hui pour contrôler les variables du système de fluide, telles que la pression, la température et le débit. Chacun de ces systèmes nécessite une source d’alimentation d’un certain type, comme l’électricité ou à l’air comprimé pour fonctionner. Une soupape de surpression doit pouvoir fonctionner à tout moment, en particulier pendant une période de panne de courant lorsque les commandes du système ne fonctionnent pas. La seule source d’énergie pour la soupape de surpression est donc le fluide de traitement.,
Une fois qu’une condition se produit qui fait augmenter la pression dans un système ou un récipient à un niveau dangereux, la soupape de surpression peut être le seul dispositif restant pour éviter une défaillance catastrophique. Étant donné que la fiabilité est directement liée à la complexité de l’appareil, il est important que la conception de la soupape de surpression soit aussi simple que possible.
La soupape de surpression doit s’ouvrir à une pression définie prédéterminée, s’écouler à une capacité nominale à une surpression spécifiée et se fermer lorsque la pression du système est revenue à un niveau sûr., Les soupapes de surpression doivent être conçues avec des matériaux compatibles avec de nombreux fluides de processus, de l’air et de l’eau simples aux milieux les plus corrosifs. Ils doivent également être conçus pour fonctionner de manière uniforme et stable sur une variété de fluides et de phases fluides.
Soupape de surpression à ressort
La soupape de surpression à ressort de base a été développée pour répondre au besoin d’un dispositif simple, fiable et actionné par le système pour fournir une protection contre la surpression.
L’image de droite montre la construction d’une soupape de surpression à ressort.,
La vanne se compose d’une entrée de vanne ou d’une buse montée sur le système sous pression, d’un disque maintenu contre la buse pour empêcher l’écoulement dans des conditions normales de fonctionnement du système, d’un ressort pour maintenir le disque fermé et d’un corps/capot pour contenir les éléments de fonctionnement. Le ressort est réglable pour varier la pression à laquelle la Vanne s’ouvre.
Lorsqu’une soupape de surpression commence à se soulever, la force du ressort augmente. Ainsi, la pression du système doit augmenter si l’ascenseur doit continuer. Pour cette raison, les soupapes de surpression ont droit à une tolérance de surpression pour atteindre une levée complète., Cette surpression admissible est généralement de 10% pour les vannes sur les systèmes non cuits. Cette marge est relativement faible et certains moyens doivent être fournis pour aider à l’effort de portance.
La plupart des soupapes de surpression ont donc une chambre de commande secondaire ou une chambre de regroupement pour améliorer la portance. Lorsque le disque commence à se soulever, le fluide pénètre dans la chambre de commande exposant une plus grande surface du disque à la pression du système.
Cela provoque un changement incrémental de la force qui compense l’augmentation de la force du ressort et provoque l’ouverture rapide de la vanne., Dans le même temps, la direction de l’écoulement du fluide est inversée et l’effet de momentum résultant du changement de direction d’écoulement améliore encore la portance. Ces effets se combinent pour permettre à la vanne d’atteindre une portance maximale et un débit maximal dans les limites de surpression autorisées. En raison de la plus grande surface du disque exposée à la pression du système après que la vanne ait atteint la levée, la vanne ne se ferme pas tant que la pression du système n’a pas été réduite à un certain niveau en dessous de la pression réglée. La conception de la chambre de contrôle détermine où le point de fermeture se produira.,
La différence entre la pression de consigne et la pression du point de fermeture est appelée purge et est généralement exprimée en pourcentage de la pression de consigne.
Soupapes à soufflet équilibré et Soupapes à piston équilibré
Lorsque la contre-pression superposée est variable, un soufflet équilibré ou un piston équilibré est recommandé. Un soufflet équilibré typique est montré à droite. Le soufflet ou le piston est conçu avec une pression égale à la zone de sécurité du disque., Le capot est ventilé pour s’assurer que la zone de pression du soufflet ou du piston sera toujours exposée à la pression atmosphérique et pour fournir un signe révélateur si le soufflet ou le piston commence à fuir. Les variations de contre-pression n’auront donc aucun effet sur la pression de consigne. La contre-pression peut cependant affecter le débit.
de Pression de la Soupape à Soufflet Type
les Autres modèles de Soupapes
Soupape de Sécurité.
Une soupape de sécurité est une soupape de surpression actionnée par une pression statique d’entrée et caractérisée par une ouverture rapide ou une action pop., (Il est normalement utilisé pour les services de vapeur et d’air.
- Soupape de sécurité à faible portance
Une soupape de sécurité à faible portance est une soupape de sécurité dans laquelle le disque se soulève automatiquement de telle sorte que la zone de décharge réelle est déterminée par la position du disque. - Soupape de sécurité à levage complet
Une soupape de sécurité à levage complet est une soupape de sécurité dans laquelle le disque se soulève automatiquement de telle sorte que la zone de décharge réelle n’est pas déterminée par la position du disque.,
Soupape de surpression
Une soupape de surpression est un dispositif de surpression actionné par une pression statique d’entrée ayant une levée progressive généralement proportionnelle à l’augmentation de la pression par rapport à la pression d’ouverture. Il peut être pourvu d’un boîtier à ressort fermé adapté à une application de système de décharge fermé et est principalement utilisé pour le service de liquide.,
Soupape de sécurité
Une soupape de sécurité est une soupape de sécurité caractérisée par une ouverture rapide ou une action pop, ou par une ouverture proportionnelle à l’augmentation de la pression par rapport à la pression d’ouverture, selon l’application et peut être utilisée soit pour un liquide, soit pour un fluide compressible.
- Soupape de sûreté conventionnelle
Une soupape de sûreté conventionnelle est une soupape de sûreté qui a son logement de ressort ventilé au côté de décharge de la soupape., Les caractéristiques de fonctionnement (pression d’ouverture, pression de fermeture et capacité de détente) sont directement affectées par les changements de contre-pression sur la vanne. - Soupape de sécurité équilibrée
Une soupape de sécurité équilibrée est une soupape de sécurité qui comprend des moyens de minimiser l’effet de la contre-pression sur les caractéristiques opérationnelles (pression d’ouverture, pression de fermeture et capacité de soulagement).,
Soupape de Surpression pilotée
Une soupape de surpression pilotée est une soupape de surpression dans laquelle le dispositif de décompression majeur est combiné avec et est commandé par une soupape de surpression auxiliaire auto-actionnée.
Soupape de surpression actionnée par la puissance
Une soupape de surpression actionnée par la puissance est une soupape de surpression dans laquelle le dispositif de décompression majeur est combiné et contrôlé par un dispositif nécessitant une source d’énergie externe.,
Soupape de Surpression actionnée par la température
Une soupape de surpression actionnée par la température est une soupape de surpression qui peut être actionnée par une température externe ou interne ou par une pression du côté de l’entrée.
Soupape de décharge de vide
Une soupape de décharge de vide est un dispositif de décharge de pression conçu pour admettre le fluide afin d’éviter un vide interne excessif; il est conçu pour se refermer et empêcher un écoulement ultérieur du fluide après que les conditions normales ont été rétablies.,
Codes, Normes et pratiques recommandées
De nombreux Codes et normes sont publiés dans le monde entier qui traitent de la conception et de l’application des soupapes de surpression. Le plus largement utilisé et reconnu d’entre eux est le Code de chaudière et de récipient à pression ASME, communément appelé le code ASME.
La plupart des codes et normes sont facultatifs, ce qui signifie qu’ils peuvent être utilisés par les fabricants et les utilisateurs et peuvent être inscrits dans les spécifications d’achat et de construction., Le Code ASME est unique aux États-Unis et au Canada, ayant été adopté par la majorité des législatures des États et des provinces et mandaté par la loi.
Le code ASME fournit des règles pour la conception et la construction des récipients sous pression. Diverses sections du Code couvrent les navires à feu, les navires nucléaires, les navires non cuits et d’autres sujets, tels que le soudage et l’examen non destructif. Les navires fabriqués conformément au code ASME doivent être protégés contre la surpression. Le type et la conception des dispositifs de protection contre la surpression autorisés sont détaillés dans le Code.,
Terminologie
Les définitions suivantes sont tirées de la norme DIN 3320, mais il convient de noter que bon nombre des termes et des définitions associées utilisés sont universels et figurent dans de nombreuses autres normes. Lorsque les termes couramment utilisés ne sont pas définis dans la norme DIN 3320, l’ASME PTC25.3 a été utilisé comme source de référence., Cette liste n’est pas exhaustive et ne doit être utilisée qu’à titre indicatif; elle ne doit pas être utilisée à la place de la norme pertinente en vigueur:
- Pression de service (pression de service)
est la pression manométrique existant dans des conditions normales de fonctionnement dans le système à protéger. - Pression de réglage
est la pression manométrique à laquelle, dans des conditions de fonctionnement, les soupapes de sécurité à charge directe commencent à se lever. - La pression d’essai
est la pression manométrique à laquelle, dans des conditions de banc d’essai (contre-pression atmosphérique), les soupapes de sécurité à charge directe commencent à se soulever., - Pression d’ouverture
est la pression manométrique à laquelle la portance est suffisante pour décharger la capacité d’écoulement prédéterminée. Il est égal à la pression réglée plus la différence de pression d’ouverture. - La pression de reseating
est la pression manométrique à laquelle la soupape de sécurité à charge directe est refermée. - Contre-pression accumulée
est la pression manométrique accumulée du côté de la sortie par soufflage. - Contre-pression superposée
est la pression manométrique sur le côté de sortie de la vanne fermée., - Contre-pression
est la pression manométrique accumulée du côté de la sortie pendant le soufflage (contre-pression accumulée + contre-pression superposée). - L’accumulation
est l’augmentation de la pression par rapport à la pression de travail maximale autorisée du système à protéger. - Différence de pression d’ouverture
est la montée de pression sur la pression de consigne nécessaire pour une portance apte à permettre la capacité d’écoulement prédéterminée. - Différence de pression de reseating
est la différence entre la pression de réglage et la pression de reseating., - La différence de pression fonctionnelle
est la somme de la différence de pression d’ouverture et de la différence de pression de reseating. - Différence de pression de service
est la différence de pression entre la pression de consigne et la pression de service. - Ascenseur
est le déplacement du disque à l’écart de la position fermée. - Début de portance(ouverture)
est le premier mouvement mesurable du disque ou la perception du bruit de décharge., - Surface d’écoulement
est la surface transversale en amont ou en aval du siège de la caisse calculée à partir du diamètre minimum qui est utilisé pour calculer la capacité d’écoulement sans aucune déduction pour les obstructions. - Le diamètre d’écoulement
est le diamètre géométrique minimal en amont ou en aval du siège de la caisse. - La désignation de la taille nominale
d’une soupape de sécurité est la taille nominale de l’entrée., - Débit théorique
est le débit massique calculé à partir d’un orifice ayant une section transversale égale à la surface d’écoulement de la soupape de sécurité sans tenir compte des pertes d’écoulement de la soupape. - Capacité d’écoulement actuelleest la capacité d’écoulement déterminée par mesure.
- Capacité d’écoulement certifiée
est la capacité d’écoulement réelle réduite de 10%. - Coefficient de décharge
est le rapport entre la capacité réelle et la capacité théorique de décharge., - Coefficient de décharge certifié
est le coefficient de décharge réduit de 10% (également appelé coefficient de décharge déclassé).
Les termes suivants ne sont pas définis dans la norme DIN 3320 et sont tirés de l’ASME PTC25.3:
- Blowdown (reseating pressure difference) –
différence entre la pression de popping réelle et la pression de reseating réelle, généralement exprimée en pourcentage de la pression réglée ou en unités de pression. - Pression d’essai différentielle à froid
pression à laquelle une vanne est réglée sur un banc d’essai à l’aide d’un fluide d’essai à température ambiante., Cette pression d’essai comprend des corrections pour les conditions de service, par exemple la contre-pression ou les températures élevées. - La pression nominale de débit
est la pression statique d’entrée à laquelle la capacité de soulagement d’un dispositif de décompression est mesurée. - La pression d’essai d’étanchéité
est la pression statique d’entrée spécifiée à laquelle un essai quantitatif d’étanchéité du siège est effectué conformément à une procédure standard. - La capacité de soulagement mesurée
est la capacité de soulagement d’un dispositif de décompression mesurée à la pression nominale de débit., - La capacité de soulagement nominale
est la partie de la capacité de soulagement mesurée autorisée par le code ou le règlement applicable à utiliser comme base pour l’application d’un dispositif de soulagement de la pression. - La surpression
est une augmentation de pression par rapport à la pression de consigne d’une soupape de surpression, généralement exprimée en pourcentage de la pression de consigne. - Popping pressure
est la valeur de l’augmentation de la pression statique d’entrée d’une soupape de surpression à laquelle il y a une portance mesurable, ou à laquelle la décharge devient continue comme déterminé par voir, sentir ou entendre., - Soulager la pression
est réglé pression plus surpression. - laisser Mijoter
est la zone de pression entre la pression et éclater de pression. - pression Maximale de fonctionnement
est la pression maximale prévue pendant le fonctionnement du système. - Pression de service maximale admissible(PSMA)
est la pression manométrique maximale admissible au sommet d’un récipient terminé dans sa position de fonctionnement pour une température désignée., - Pression maximale admissible accumulée(MAAP)
est la pression maximale admissible de service plus l’accumulation établie par référence aux codes applicables pour les éventualités d’exploitation ou d’incendie.
Stockage manutention et transport des soupapes de sécurité
Stockage et manutention
Étant donné que la propreté est essentielle au bon fonctionnement et à l’étanchéité d’une soupape de sécurité, des précautions doivent être prises pendant le stockage pour éviter tout corps étranger. Les protecteurs d’entrée et de sortie doivent rester en place jusqu’à ce que la vanne soit prête à être installée dans le système., Veillez à garder l’entrée de la vanne absolument propre. Il est recommandé que la vanne soit stockée à l’intérieur dans le conteneur d’expédition d’origine à l’abri de la saleté et d’autres formes de contamination.
Les soupapes de sécurité doivent être manipulées avec précaution et ne jamais être soumises à des chocs. Une manipulation brutale peut modifier le réglage de la pression, déformer les pièces de la vanne et nuire à l’étanchéité du siège et aux performances de la vanne.
La vanne ne doit jamais être soulevée ou manipulée à l’aide du levier de levage.,
Lorsqu’il est nécessaire d’utiliser un palan, la chaîne ou l’élingue doit être placée autour du corps et du capot de la vanne de manière à assurer que la vanne est en position verticale pour faciliter l’installation.
Installation
De nombreuses vannes sont endommagées lors de la première mise en service en raison d’un défaut de nettoyage correct de la connexion lors de l’installation. Avant l’installation, les faces de bride ou les raccords filetés à la fois sur l’entrée de la vanne et le récipient et/ou la conduite sur laquelle la vanne est montée doivent être soigneusement nettoyés de toute saleté et de tout corps étranger.,
Étant donné que les corps étrangers qui passent dans et à travers les soupapes de sécurité peuvent endommager la soupape, les systèmes sur lesquels les soupapes sont testées et finalement installées doivent également être inspectés et nettoyés. Les nouveaux systèmes, en particulier, sont susceptibles de contenir des corps étrangers qui, par inadvertance, sont piégés pendant la construction et détruiront la surface d’assise lorsque la vanne s’ouvre. Le système doit être soigneusement nettoyé avant l’installation de la soupape de sécurité.
Les joints utilisés doivent être dimensionnellement corrects pour les brides spécifiques., Les diamètres intérieurs doivent dégager complètement les ouvertures d’entrée et de sortie de la soupape de sécurité afin que le joint ne limite pas le débit.
Pour les vannes à brides, abaissez uniformément tous les goujons ou boulons de connexion pour éviter toute distorsion possible du corps de la vanne. Pour les vannes filetées, n’appliquez pas de clé sur le corps de la vanne. Utilisez les méplats hexagonaux fournis sur la bague d’entrée.
Les soupapes de sécurité sont conçues pour s’ouvrir et se fermer dans une plage de pression étroite. Les installations de vannes nécessitent une conception précise à la fois de la tuyauterie d’entrée et de décharge. Se reporter aux Normes internationales, nationales et de l’industrie pour les lignes directrices.,
Tuyauterie d’entrée
Raccorder cette vanne aussi directement et aussi près que possible de la cuve protégée.
La vanne doit être montée verticalement en position verticale, soit directement sur une buse de la cuve sous pression, soit sur un raccord court qui assure un écoulement direct et dégagé entre la cuve et la vanne. L’installation d’une soupape de sécurité dans une autre position que celle recommandée nuira à son fonctionnement.
La vanne ne doit jamais être installée sur un raccord ayant un diamètre intérieur inférieur à celui du raccord d’entrée de la vanne.,
Tuyauterie de décharge
La tuyauterie de décharge doit être simple et directe. Une connexion » cassée » près de la sortie de la vanne est préférable dans la mesure du possible. Toutes les conduites de refoulement doivent être conduites aussi directement que possible jusqu’au point de rejet final pour élimination. La vanne doit être déchargée dans une zone d’élimination sûre. La tuyauterie de décharge doit être vidangée correctement pour éviter l’accumulation de liquides sur le côté aval de la soupape de sécurité.
Le poids de la tuyauterie de décharge doit être porté par un support séparé et être correctement fixé pour résister aux forces de poussée réactives lorsque la vanne se relâche., La vanne doit également être supportée pour résister à tout balancement ou aux vibrations du système.
Si la vanne se décharge dans un système sous pression, assurez-vous que la vanne est de conception « équilibrée ». La pression sur la décharge d’une conception » déséquilibrée » affectera négativement les performances de la vanne et la pression de réglage.
Les raccords ou les tuyaux ayant un diamètre intérieur inférieur à celui des raccords de sortie de vanne ne doivent pas être utilisés.
Les bonnets des soupapes de sécurité à soufflet équilibré doivent toujours être ventilés pour assurer le bon fonctionnement de la soupape et fournir un signal en cas de défaillance d’un soufflet., Ne branchez pas ces évents ouverts. Lorsque le fluide est inflammable, toxique ou corrosif, l’évent du capot doit être acheminé vers un endroit sûr.
Source et images de cette page:
Crosby®- Manuel d’ingénierie des soupapes de surpression –
Anderson Greenwood Crosby-Manuel du Séminaire technique –
Spirax Sarco-Autres dispositifs phytopharmaceutiques et terminologie –
Il est important de se rappeler qu’une soupape de surpression est un dispositif de sécurité utilisé pour protéger les récipients ou les systèmes sous pression d’une défaillance catastrophique., Dans cet esprit, l’application des soupapes de surpression ne devrait être attribuée qu’à un personnel pleinement formé et être strictement conforme aux règles prévues par les codes et normes en vigueur.