Qu'est-ce qu'une soupape de sécurité ?

Une soupape de sécurité protège un système contre la surpression, qui se produit lorsque la pression du système dépasse sa Pression Maximale de Service Admissible (PMSA). La soupape s'ouvre à une pression prédéterminée, d'abord légèrement puis complètement, pour libérer rapidement l'excès de pression. Cela prévient les dysfonctionnements liés à la pression, les risques d'incendie ou les explosions. Les soupapes de sécurité sont actionnées mécaniquement, garantissant leur fonctionnement même en cas de panne de courant, et elles servent de sauvegarde fiable lorsque les dispositifs de sécurité électroniques ou pneumatiques tombent en panne.

Table des matières

• Terminologie importante
• Soupape de sécurité à mécanisme à ressort
• Critères de sélection
• Applications
• Symbole de la soupape de sécurité
• Certifications des soupapes de sécurité
• Soupape de sécurité vs vanne de décharge
• FAQ

Terminologie importante

• Surpression : Excès de pression au-delà de la pression de réglage de la soupape de sécurité.
• Pression de fonctionnement : La pression à laquelle le système fonctionne dans des conditions normales d'exploitation.
• Pression de réglage : La pression à laquelle le disque de la soupape de sécurité commence à se soulever et à s'ouvrir.
• Levée : La distance que le disque parcourt de la position fermée à la position requise pour l'évacuation.
• Contre-pression : La pression qui s'accumule à la sortie de la soupape de sécurité pendant l'écoulement. Contre-pression = Contre-pression accumulée + Contre-pression superposée.
• Contre-pression accumulée : La pression à la sortie lorsque la soupape de sécurité s'ouvre.
• Contre-pression superposée : La pression à la sortie d'une soupape de sécurité fermée.
• Pression maximale de service admissible (MAWP) : La pression maximale admissible à une température désignée dans des conditions normales de fonctionnement. La MAWP est la pression maximale que le composant le plus faible du système peut supporter.
• Pression de fermeture : La différence entre la pression à laquelle le disque se soulève et la pression à laquelle la vanne se ferme. La pression de fermeture est généralement exprimée en pourcentage.
• Capacité de décharge : Le taux auquel la soupape de sécurité peut libérer l'excès de pression.

Soupape de sécurité à mécanisme à ressort

Le type de soupape de sécurité le plus courant est une soupape de sécurité à ressort ou à action directe. Un avantage de ce type est qu'il est disponible pour des plages de pression d'environ 1 à 1400 bar. Le mécanisme se compose des éléments suivants :

• Chambre d'expansion : La chambre d'expansion (Figure 2 étiquetée A) augmente la surface contre laquelle le fluide du système pousse pour ouvrir la soupape de sécurité, lui permettant de s'ouvrir rapidement.
• Ressort : La rigidité du ressort (Figure 2 étiquetée B) détermine à quelle pression le fluide du système peut commencer à ouvrir la vanne.
• Disque : Le disque (Figure 2 étiqueté C) repose sur la buse et se déplace de haut en bas pour permettre ou empêcher l'écoulement à travers la soupape de sécurité.
• Bague de buse : La bague de buse (Figure 2 étiquetée D) affecte la pression à laquelle le disque se referme. Un réglage élevé peut faire que le disque se referme trop tard, tandis qu'un réglage bas peut entraîner l'ouverture et la fermeture aléatoires du disque lorsqu'il ne le devrait pas.
• Buse : La buse (Figure 2 étiquetée E) contrôle la surface du disque avec laquelle le fluide interagit avant l'ouverture de la vanne. Cela fait que le fluide agit contre une plus grande surface lorsque la vanne s'ouvre, augmentant la force agissant sur le disque et ouvrant le disque rapidement.

L'équilibre entre la force du ressort d'une soupape de sécurité et la force d'entrée contrôle l'ouverture et la fermeture de la vanne. La pression d'alimentation et la surface du disque avec laquelle le fluide interagit déterminent la force d'entrée. Selon la loi de Pascal, la force est égale au produit de la pression et de la surface. Par conséquent, à mesure que la surface du disque avec laquelle le fluide interagit augmente, la force augmente également.

La caractéristique la plus importante des soupapes de sécurité est qu'elles s'ouvrent rapidement et entièrement pour atteindre la capacité de décharge maximale en un temps minimal. Cela est possible car le disque de la vanne a un diamètre plus grand que la buse. Dès que la pression d'alimentation est suffisamment élevée, le disque se soulève. À ce moment, la surface du disque que le fluide peut atteindre devient plus grande. Il en résulte une force d'entrée beaucoup plus grande que la force du ressort, et la vanne s'ouvre complètement.

Il existe des versions spéciales de soupapes de sécurité pour les fluides incompressibles et compressibles ainsi que pour les gaz/vapeurs. Les soupapes de sécurité pour les gaz et les vapeurs s'ouvrent souvent avant que la pression de réglage ne soit atteinte et s'ouvrent à au moins 50% de levée à la pression de réponse (voir Figure 3). Les soupapes de sécurité de ce type ont un inconvénient important : elles sont très sensibles à la contre-pression, ce qui peut affecter négativement la sécurité de la vanne.

Critères de sélection

Pour protéger votre système contre la surpression, il est essentiel de comprendre les cinq critères de sélection ci-dessous. Veuillez lire notre article technique sur la sélection des soupapes de sécurité pour mieux comprendre ces critères :

• Pression de réglage
• Contre-pression
• Capacité de décharge
• Températures de fonctionnement
• Matériau de la vanne et du joint

Applications

L'objectif principal d'une soupape de sécurité est d'être utilisée dans des applications industrielles pour protéger contre la surpression, qui peut causer des situations dangereuses telles que des incendies ou des explosions. Les soupapes de sécurité industrielles se trouvent souvent dans :

• Industrie pétrolière, gazière et pétrolière : Par exemple, les soupapes de sécurité de fond de puits, ou soupapes de sécurité de fond, sont courantes sur les puits de pétrole offshore. En cas de dysfonctionnement de l'équipement, une soupape de sécurité peut se fermer rapidement pour empêcher le pétrole et le gaz de remonter dans le puits dans des conditions dangereuses.
• Énergie : Les soupapes de sécurité dans les centrales électriques sont courantes pour les gaz compressibles tels que la vapeur et l'air.
• Sanitaire : Les soupapes de sécurité en acier inoxydable sont idéales pour les industries qui nécessitent des conditions sanitaires. Par exemple, dans les industries alimentaire, des boissons et pharmaceutique.
• CVC : Les soupapes de sécurité libèrent la pression en cas de décharge bloquée, d'expansion thermique ou de chaleur externe qui peut endommager les composants.

Symbole de la soupape de sécurité

Certifications des soupapes de sécurité

Les soupapes de sécurité doivent être conformes à diverses normes nationales et internationales en matière de sécurité et de qualité. Pour s'assurer que le produit est conforme, veuillez consulter les normes locales.

TÜV

La certification TÜV évalue la sécurité d'un produit. Elle vérifie qu'il répond aux exigences minimales de la Directive sur les équipements sous pression (DESP) 2014/68/UE. La DESP définit les normes de conception et de fabrication des équipements sous pression tels que les dispositifs de décharge de pression, les chaudières à vapeur, les canalisations et les récipients sous pression fonctionnant à une pression maximale admissible supérieure à 0,5 bar.

ASME

L'ASME (American Society of Mechanical Engineers) assure la spécification et l'accréditation des récipients sous pression, des chaudières et des dispositifs de décharge de pression.

ISO 4126

La norme ISO 4126 est une spécification générale pour les vannes de décharge de pression, quel que soit le fluide de l'application.

Soupape de sécurité vs vanne de décharge

Les soupapes de sécurité et les vannes de décharge présentent des similitudes et des différences importantes.

• Similitudes : Les deux types de vannes sont des dispositifs de sécurité conçus pour s'ouvrir automatiquement à un niveau de pression défini afin d'éviter une surpression dans un système.
• Différences : Les soupapes de sécurité sont conçues pour s'ouvrir rapidement et libérer rapidement la pression. Les vannes de décharge s'ouvrent plus progressivement pour contrôler la diminution de la pression du système. Les vannes de décharge font partie du fonctionnement normal.

Pour en savoir plus, consultez notre article complet comparant les soupapes de sécurité et les vannes de décharge.

FAQ

Que fait une soupape de sécurité ?

Une soupape de sécurité réduit rapidement la pression d'un système lorsqu'elle atteint des niveaux dangereux. La soupape de sécurité continue de fonctionner jusqu'à ce que la pression du système revienne à des niveaux sûrs.

Quelle est la différence entre une vanne de décharge et une soupape de sécurité ?

Une vanne de décharge n'arrêtera pas immédiatement le fonctionnement des composants en aval, contrairement à une soupape de sécurité.

Quels sont les types de soupapes de sécurité ?

Les types courants de soupapes de sécurité sont à action directe, à pilote et à soufflet équilibré.

Qu'est-ce qu'une soupape de sécurité ASME ?

Une soupape de sécurité ASME répond aux exigences de la Section I du code des récipients sous pression de l'ASME. Ces vannes doivent avoir un débit constant élevé à une surpression ne dépassant pas 10%.