Vannes pour fluides à haute viscosité

Dans les processus industriels impliquant des fluides à haute viscosité, tels que des liquides épais ou des pâtes, les vannes sont confrontées à plusieurs défis qui affectent leur fiabilité et leur efficacité. Il est donc important de sélectionner soigneusement une vanne en fonction de ses performances afin d'obtenir un contrôle efficace et précis du débit. Cet article explore les questions qui se posent lors de l'utilisation de vannes avec des fluides visqueux et la manière de sélectionner les vannes pour ces fluides.

Table des matières

• Fluides visqueux pour vannes
• Sélection de la bonne vanne pour les fluides visqueux
• Vannes pour fluides à haute viscosité

Fluides visqueux pour vannes

Les vannes qui manipulent des fluides visqueux sont confrontées à plusieurs défis en raison de la nature épaisse et collante du fluide.

• L'augmentation de la friction et de la résistance des fluides visqueux rend plus difficile l'ouverture et la fermeture en douceur de la vanne. Cela peut entraîner des temps de réponse plus lents et une précision moindre dans le contrôle des flux.
• Les fluides visqueux peuvent provoquer un colmatage, entraînant des dysfonctionnements de la vanne et des problèmes de maintenance.
• Les fortes pertes de charge (causées par la résistance rencontrée par le fluide épais lorsqu'il s'écoule dans les passages étroits et les restrictions de la vanne) au niveau de la vanne peuvent entraîner des pertes d'énergie et une diminution de l'efficacité du système.

Une conception adéquate des vannes, la sélection des matériaux et une maintenance régulière sont essentielles pour réduire ces problèmes et garantir des performances fiables dans les applications utilisant des fluides visqueux.

Sélection de la bonne vanne pour les fluides visqueux

Les facteurs Cv, Kv et de correction de la viscosité (Fv) permettent de choisir la taille et le type de vanne adaptés aux fluides à haute viscosité.

• Le coefficient de débit d'une soupape (Cv ou Kv) mesure son efficacité à permettre l'écoulement du fluide, qui dépend de la taille et du type de la soupape.
• La viscosité d'un fluide est déterminante pour les pertes de charge dans le cas d'un écoulement semi-turbulent ou laminaire. La viscosité du fluide affecte la perte de charge différemment dans les régimes d'écoulement laminaire et turbulent.
  • Dans un écoulement laminaire, une viscosité plus élevée entraîne une chute de pression plus importante, tandis que dans un écoulement turbulent, l'impact de la viscosité est moins important.
  • Dans un écoulement turbulent, le mélange irrégulier réduit l'impact de la viscosité, ce qui rend la chute de pression moins dépendante de la viscosité et plus influencée par d'autres facteurs tels que le nombre de Reynolds.
  • Les facteurs de correction de la viscosité (une façon d'ajuster le Cv pour tenir compte de l'épaisseur du fluide) sont utilisés pour dimensionner la vanne avec précision.

L'augmentation de la taille de l'orifice est un moyen d'agir sur le coefficient d'écoulement des fluides visqueux. Mais cela peut présenter des inconvénients tels que des coûts plus élevés, une rétention accrue de particules (l'orifice plus grand peut piéger des particules présentes dans le fluide) et des pertes de vitesse. L'idéal est de choisir le bon type et la bonne taille de vanne pour assurer un débit suffisant et minimiser les autres effets tels que les pertes de charge.

Vannes pour fluides à haute viscosité

Il est essentiel de prendre en compte plusieurs paramètres lors de la sélection d'une vanne pour les fluides très visqueux.

Niveau de contamination

Il est essentiel d'évaluer d'abord le niveau de contaminants dans le fluide avant de choisir un type de vanne. Une vanne d'étranglement convient aux fluides visqueux contaminés. La hiérarchie de l'adéquation des vannes en fonction du niveau de contaminants dans le milieu est la suivante :

• Haut : Une vanne d'étranglement convient parfaitement aux fluides visqueux contaminés. Les vannes d'étranglement sont conçues pour traiter des fluides hautement contaminés et peuvent gérer efficacement l'érosion causée par ces fluides. Ils contrôlent le débit des fluides dans les pipelines, en particulier dans l'industrie du pétrole et du gaz, et sont suffisamment robustes pour supporter des pressions et des températures élevées.
• Moyen : Les vannes à membrane conviennent aux fluides présentant un niveau moyen de contaminants. Ces vannes sont utilisées à des fins d'étranglement et pour contrôler le débit du fluide. Ils offrent une meilleure fermeture que les robinets-vannes et sont souvent utilisés dans des applications où le débit doit être régulé et où les fuites doivent être minimisées.
• Faible :
  • Vannes à bille : Les robinets à tournant sphérique sont privilégiés pour le contrôle des fluides visqueux dans les opérations industrielles, pétrolières et gazières, en raison de leurs excellents coefficients de débit et de leurs pertes de charge minimales. Ils présentent des voies d'écoulement douces et des caractéristiques d'étanchéité fiables tout au long de leur durée de vie, avec des pertes de charge se produisant entre la bille et le siège.
  • Vannes à membrane : Les robinets à membrane ont de bons coefficients de débit mais sont moins bien classés que les robinets à tournant sphérique. Ces vannes limitent la contamination et l'accumulation de particules autour du corps de la vanne, ce qui les rend courantes dans les applications de fluides de haute pureté. Ils offrent une fermeture rapide, un actionnement précis et une grande propreté.
  • Vanne papillon : Les vannes papillon conviennent aux fluides faiblement contaminés et sont couramment utilisées dans les conduites de grand diamètre. Ils régulent le débit du fluide dans une section du pipeline et ont une structure simple, ce qui les rend rentables.

Facteur de récupération de la pression et clignotement

Les fluides à haute viscosité ont une plus grande résistance à l'écoulement et subissent donc une chute de pression importante lorsqu'ils traversent une vanne. Lorsqu'un fluide passe à travers une valve, sa pression diminue au niveau de la vena contracta (le point de constriction maximale) et se rétablit ensuite en aval (figure 2). Le facteur de récupération de la pression mesure le potentiel de récupération de la pression après le passage du fluide dans une vanne (figure 3).

Un facteur de récupération de la pression élevé indique que la pression se rétablit de manière significative, ce qui peut entraîner une cavitation et un clignotement si la pression tombe en dessous de la pression de vapeur du fluide.

• La conception et le style de la soupape peuvent affecter son facteur de récupération de pression. Par exemple, les robinets à soupape et les robinets d'équerre ont généralement des facteurs de récupération plus élevés que les robinets-vannes ou les robinets à tournant sphérique. En effet, ces vannes présentent une perte de charge plus importante et des trajectoires d'écoulement plus turbulentes que les vannes à soupape et les vannes d'angle.
• Les robinets à soupape sont plus performants que les robinets à papillon en ce qui concerne la répartition des pertes de pression. Les robinets à soupape ont plusieurs points de constriction qui répartissent uniformément les pertes de charge d'un système. D'autre part, les vannes papillon subissent des pertes de charge à des points de constriction limités entre le corps de la vanne et le disque, ce qui se traduit par une récupération de pression plus faible et les rend inadaptées au transport de fluides visqueux avec des limites de pression de vapeur inférieures.

Précision

La précision dans l'écoulement des vannes consiste à ajuster le débit, la pression ou la direction du fluide de manière très précise, avec de très petits incréments, pour répondre à des exigences ou à des normes spécifiques. Les processus d'écoulement de haute précision nécessitent des vannes automatisées qui réagissent efficacement aux conditions d'écoulement. Les électrovannes conviennent parfaitement aux processus d'écoulement des fluides exigeant les niveaux de précision les plus élevés. Les électrovannes coaxiales (figure 1) sont conçues pour traiter des fluides visqueux et contaminés, même sous des pressions ou des températures élevées. Les orifices d'entrée et de sortie sont opposés, ce qui crée une trajectoire d'écoulement presque linéaire. Lisez notre article sur la viscosité des fluides pour plus de détails.