Sélection et dimensionnement des soupapes de sécurité et des soupapes de sûreté

Comment sélectionner et dimensionner les soupapes de sûreté et les soupapes de sûreté à pression ?

Soupape de sécurité (gauche) et soupape de décharge (droite)Soupape de sécurité (gauche) et soupape de décharge (droite)

Figure 1 : Soupape de sécurité (gauche) et soupape de décharge (droite)

Les soupapes de sécurité et les soupapes de sûreté assurent le fonctionnement sûr des systèmes sous pression. Les deux types de vannes fonctionnent comme des soupapes de surpression, protégeant les systèmes de tuyauterie, les équipements et les vaisseaux d'une pression excessive. La surpression pouvant entraîner des dommages et même des explosions, il est important de dimensionner et de sélectionner correctement ces vannes. Cet article présente cinq critères à prendre en compte lors du dimensionnement et de la sélection des soupapes de sûreté et des soupapes de décharge :

  • Pression de consigne
  • Contre-pression
  • Capacité de soufflage
  • température
  • Matériau des vannes et des joints

Table des matières

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Pression de consigne

La pression de réglage d'une soupape de sécurité ou de décharge, ou pression de réponse, est la pression à laquelle la soupape s'ouvre. La pression de consigne ne doit pas dépasser la pression de service maximale admissible (PSMA) du système. La PSMA du système doit être supérieure d'au moins 10% à la pression de fonctionnement la plus élevée prévue dans des circonstances normales.

La figure 2 illustre les différences de profil de pression entre les soupapes de décharge et les soupapes de sécurité. Pour en savoir plus, lisez notre article sur la soupape de sécurité et la soupape de sûreté pour une comparaison détaillée des deux types de soupapes.

Une soupape de sécurité (1) s'ouvre et se ferme progressivement. Une soupape de sécurité (2) s'ouvre rapidement et ne commence à se fermer que lorsque la pression atteint un niveau sûr. Dans le graphique ci-dessus, l'augmentation de la pression est indiquée par (Y), et la remontée est indiquée par (X). A) Soupape complètement fermée, B) Soupape complètement ouverte, C) Pression de réarmement, D) Pression de réglage, E) Pression de décharge maximale, F) Soupape de décharge de la pression de purge, G) Soupape de sécurité de purge, H) Soupape de sécurité de la période d'ébullition.

Figure 2 : Débit de décharge pour les soupapes de décharge (1) et les soupapes de sécurité (2). Ces vannes alternent entre l'ouverture complète (A) et la fermeture complète (B). D'autres caractéristiques importantes sont la pression de réarmement (C), la pression de réglage (D), la pression de décharge maximale (E), la purge (F et G) et la valeur de mijotage (H).

Contre-pression

La contre-pression est la pression du côté sortie de la soupape de sécurité ou de décharge. Elle peut être constante ou variable et peut affecter la pression aval de la vanne et provoquer un claquement (ouverture et fermeture rapides). En effet, une augmentation de la contre-pression peut faire baisser la pression de consigne et provoquer l'ouverture répétée de la soupape. Le claquement peut endommager la valve. Si le système a une contre-pression variable, assurez-vous que la contre-pression ne dépasse pas 10 % de la pression de réglage de la vanne.

Capacité de purge

Les soupapes de sécurité et de sûreté doivent évacuer la pression à partir d'une certaine capacité de purge. Plusieurs facteurs déterminent la capacité de purge ou de décharge d'une soupape de sécurité, comme la géométrie de la soupape, la température du fluide et la zone de décharge. La capacité de purge est exprimée en mètres cubes par heure (m³/h), en gallons par minute (gpm) ou en livres par heure (lbs/hr).

Une soupape de décharge doit évacuer une quantité de fluide suffisante pour garantir que la pression du système ne dépasse jamais la surpression spécifiée. Il est donc crucial d'évaluer toutes les causes et sources possibles qui conduisent à une surpression dans le système. Ces causes peuvent être, par exemple, le défaut de fermeture d'une vanne d'arrêt, la défaillance d'un système de contrôle ou d'une pompe, un incendie, des réactions chimiques incontrôlées et l'isolement d'une cuve. L'analyse de ces facteurs permet de déterminer la capacité de décharge nécessaire de la soupape de sécurité/de décharge. La capacité de décharge nominale brute de la (ou des) soupape(s) de sécurité doit être supérieure à la capacité requise déterminée à partir des tests d'analyse de défaillance du système dans le pire des cas.

température

La température du milieu a une incidence sur la viscosité (la viscosité du milieu diminue avec l'augmentation de la température) et, par conséquent, sur l'écoulement du milieu. Ceci affecte à son tour la capacité de purge nécessaire. En outre, la température doit être prise en compte lors du choix de la vanne et du matériau du joint.

Matériau des vannes et des joints

Le matériau doit être compatible avec le support et la température de fonctionnement du système. Par exemple, les soupapes de sûreté en acier inoxydable sont adaptées aux milieux corrosifs et aux températures de fonctionnement élevées. Les soupapes de sûreté et de sécurité en laiton conviennent mieux aux milieux neutres et non corrosifs. Lisez notre article sur la résistance chimique des matériaux pour plus de détails sur l'adéquation des différents matériaux aux différents milieux.

Soupape de sécurité siège mou vs siège dur

Une soupape de sûreté à siège dur est une soupape à siège métal-métal. Ces vannes ont un disque ou une bille en métal comme surface d'étanchéité interne contre l'orifice. Une soupape de sûreté à siège dur est un excellent choix pour les applications à haute température et les environnements corrosifs. Une soupape de sécurité à siège souple utilise un matériau élastomère comme le téflon, le FKM, le PTFE ou le nitrile. Les soupapes de sûreté à siège souple ne conviennent pas aux applications impliquant des températures extrêmement élevées, mais elles offrent un degré d'étanchéité plus élevé que les soupapes de sûreté à siège dur.

FAQs

Comment détermine-t-on la taille d'une soupape de sécurité ou de décharge ?

Tenez compte de la pression de réglage, de la contre-pression, de la capacité de purge, de la température et du matériau de la soupape lors du choix et du dimensionnement des soupapes de sûreté ou de décharge. La pression de service maximale admissible (PSMA) du système doit être supérieure d'au moins 10 % à la pression de service la plus élevée prévue dans des circonstances normales.

Une soupape de sûreté peut-elle être surdimensionnée ?

Le surdimensionnement d'une soupape de sûreté est une pratique courante. Cependant, un surdimensionnement peut entraîner une pression d'entrée ou une contre-pression élevée. Un étouffement peut se produire à l'intérieur de la valve, ce qui peut l'endommager.

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