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Soupape de sécurité - un dispositif de contrôle et de sécurité pour les chaudières et les récipients sous pression

Les soupapes de sécurité sont un agencement ou un mécanisme permettant de libérer une substance du système concerné en cas de pression ou de température dépassant une limite prédéfinie particulière. Les systèmes dans le contexte peuvent être des chaudières, des chaudières à vapeur, des récipients sous pression ou d'autres systèmes connexes. Selon l'arrangement mécanique, celui-ci s'intègre dans l'image plus grande (partie de l'arrangement plus grand) appelée PSV ou PRV, c'est-à-dire les soupapes de sécurité ou de surpression.

Ce type de dispositif de sécurité a été largement mis en place pour contrer le problème d'explosion accidentelle des chaudières à vapeur. Initiées dans le fonctionnement d'un digesteur à vapeur, de nombreuses méthodologies ont ensuite été adaptées pendant la phase de la révolution industrielle. Et depuis lors, ce mécanisme de sécurité a parcouru un long chemin et s'adapte désormais à divers autres aspects.

Ces aspects tels que les applications, les critères de performance, les gammes, les normes nationales (des pays comme les États-Unis, l'Union européenne, le Japon, la Corée du Sud fournissent des normes différentes), etc. parviennent à différencier ou à catégoriser ce segment de soupape de sécurité. Ainsi, il peut y avoir de nombreuses manières différentes de différencier ces soupapes de sécurité, mais une plage commune de bifurcation est la suivante :

• COMME MOI
• Ascenseur
• Flux contrôlé
• Équilibré
• Actionné électriquement
• Ligne pleine de levage complet
• Sécurité directe chargée
• Maître

L'American Society of Mechanical Engineers (ASME) I tap est un type de soupape de sécurité qui s'ouvre par rapport à 3% et 4% de pression (code ASME pour les applications de récipients sous pression) tandis que la soupape ASME VIII s'ouvre à 10% surpression et se ferme à 7%. Les soupapes de sécurité de levage sont en outre classées comme à faible levée et à pleine levée. Les vannes de régulation de débit régulent la pression ou le débit d'un fluide tandis qu'une vanne équilibrée est utilisée pour minimiser les effets induits par la pression sur les caractéristiques de fonctionnement de la vanne dans son contexte.

Une vanne motorisée est un type de soupape de surpression dans laquelle une source d'alimentation externe est également utilisée pour soulager la pression. Une soupape de décharge proportionnelle s'ouvre de manière relativement stable par rapport à l'augmentation de la pression. Il existe 2 types de soupapes de sécurité à chargement direct, le premier étant à membrane et le second à soufflet. les diaphragmes sont des vannes qui jaillissent pour la protection des effets de la membrane liquide tandis que les soufflets fournissent un agencement où les parties des éléments rotatifs et des sources sont protégées des effets du liquide via des soufflets.

Dans une vanne maîtresse, le fonctionnement et même l'initiation sont contrôlés par le fluide qui est évacué via une vanne pilote. Passons maintenant à la vue d'ensemble, le segment basé sur les soupapes de sécurité de pression est classé comme suit :

• Soupapes de pression thermique (utilisées pour fournir une protection en cas de surpression si l'appareil subit une augmentation de température).
• Vannes de débit (entrent en scène lorsque de plus grandes quantités de gaz ou de liquides doivent être libérées rapidement pour revivre la pression croissante).
• Vannes d'arrêt (utilisées pour fermer une conduite à base de fluide ou de gaz et pour arrêter le flux de matériaux).

Ainsi, dans l'ensemble, les soupapes de sécurité de pression, les soupapes de surpression, les soupapes de décharge, les soupapes de décharge pilotées, les soupapes de sécurité basse pression, les soupapes de sécurité de dépression, etc. complètent la gamme des mesures de sécurité dans les chaudières et les appareils associés.

Quelle devrait être la capacité de décharge d'une soupape de sécurité ?

Les soupapes de sécurité ont différentes capacités de décharge. Ces capacités sont basées sur la surface géométrique du siège du corps en amont et en aval de la vanne. Le diamètre d'écoulement est le diamètre géométrique minimal en amont et en aval du siège du corps. 

La désignation de la taille nominale se réfère au diamètre de l'orifice d'entrée. La capacité d'écoulement théorique d'une soupape de sécurité est le débit massique à travers un orifice avec la même section transversale que la section d'écoulement de la soupape. Cette capacité ne tient pas compte des pertes de débit causées par la vanne. La capacité réelle est mesurée et la capacité de débit certifiée est la capacité de débit réelle réduite de 10%.

La capacité de décharge d'une soupape de sécurité dépend de la pression de réglage et de la position dans un système. Une fois la pression de réglage calculée, la capacité de refoulement doit être déterminée. Les soupapes de sécurité peuvent être surdimensionnées ou sous-dimensionnées en fonction du débit et/ou de la pression de tarage de la soupape.

La capacité de décharge réelle d'une soupape de sécurité dépend du type de système de décharge utilisé. En service liquide, les soupapes de sécurité sont généralement automatiques et actionnées par pression directe. 

Si vous voulez en savoir plus sur la capacité de décharge d'une soupape de sécurité, continuez à lire cet article.

Que sont les soupapes de sécurité ?

Une soupape de sécurité est utilisée pour protéger contre la surpression dans un système de fluide. Sa conception permet un soulèvement du disque, indiquant que la vanne est sur le point de s'ouvrir. Lorsque la pression d'entrée dépasse la pression définie, le guide se déplace vers la position ouverte et le fluide s'écoule vers la sortie via le tube pilote. Une fois que la pression d'entrée tombe en dessous de la pression définie, la vanne principale se ferme et empêche la surpression. Il existe cinq critères pour sélectionner une soupape de sécurité.

La première exigence et la plus fondamentale d'une soupape de sécurité est sa capacité à contrôler en toute sécurité le débit de gaz. Par conséquent, la vanne doit pouvoir contrôler le débit de gaz et d'eau. La vanne doit être capable de résister aux hautes pressions du système. En effet, le gaz ou la vapeur provenant de la chaudière va se condenser et remplir le tuyau. La vapeur va alors mouiller le siège de la soupape de sécurité.

L'autre exigence majeure pour les soupapes de sécurité est leur capacité à empêcher l'accumulation de pression. Ils préviennent les conditions de surpression en permettant au liquide ou au gaz de s'échapper. Les soupapes de sécurité sont utilisées dans de nombreuses applications différentes. Les conduites de gaz et de vapeur, par exemple, peuvent éviter des dommages catastrophiques à l'usine. Elles sont également connues sous le nom de soupapes de sécurité. En cas d'urgence, une soupape de sécurité s'ouvre automatiquement et évacue la pression de gaz ou de liquide d'un système sous pression, l'empêchant d'atteindre des niveaux dangereux.

Quelle devrait être la capacité de décharge d'une soupape de sécurité ?

La capacité de décharge d'une soupape de sécurité est basée sur sa surface d'orifice, sa pression de réglage et sa position dans le système. La capacité de décharge d'une soupape de sécurité doit être calculée sur la base du débit maximal à travers ses orifices d'entrée et de sortie. Sa taille nominale est souvent déterminée par les spécifications du fabricant. 

Sa capacité de décharge est le débit maximal à travers la vanne qu'elle peut soulager, basé sur le débit maximal à travers chaque chemin d'écoulement individuel ou chemin d'écoulement combiné. La pression de refoulement de la soupape de sécurité doit être supérieure à la pression de fonctionnement du système. En règle générale, la pression de décharge doit être supérieure de 10% à la pression de service du système.

Il est important de choisir la capacité de décharge d'une soupape de sécurité en fonction des tailles de tuyauterie d'entrée et de sortie. Idéalement, la capacité de décharge doit être égale ou supérieure à la puissance maximale du système. Une soupape de sécurité doit également être installée verticalement et dans un raccord propre. Lors de l'installation d'une vanne, il est important d'utiliser une clé appropriée pour l'installation. La tuyauterie de refoulement doit être inclinée vers le bas pour évacuer tout condensat.

La capacité de décharge d'une soupape de sécurité est mesurée de différentes manières. Le premier est la pression d'épreuve. Cette pression manométrique est la pression à laquelle la vanne s'ouvre, tandis que la seconde est la pression à laquelle elle se referme. Les deux sont mesurés dans un banc d'essai dans des conditions contrôlées. Une soupape de sécurité avec une pression d'essai de 10 000 psi est évaluée à 10 000 psi (selon ASME PTC25.3).

La capacité de décharge d'une soupape de sécurité doit être suffisamment grande pour dissiper un grand volume de pression. Une petite vanne peut convenir à un système plus petit, mais une plus grande peut provoquer une explosion. Dans une usine de fabrication à grande échelle, les soupapes de sécurité sont essentielles pour la sécurité du personnel et de l'équipement. Le choix de la bonne taille de vanne pour un système particulier est essentiel à son efficacité.

Comment calculer la capacité de décharge d'une soupape de sécurité ?

Avant d'utiliser une soupape de sécurité, vous devez connaître sa capacité de décharge. Voici quelques étapes à suivre pour calculer la capacité de décharge d'une soupape de sécurité.

• Les procédures d'essai

Pour vérifier la capacité de décharge d'une soupape de sécurité, la soupape de sécurité doit être installée à l'endroit approprié. Sa tuyauterie d'entrée et de sortie doit être soigneusement nettoyée avant l'installation. Il est important d'éviter une utilisation excessive de ruban PTFE et de s'assurer que l'installation est solide. La soupape de sécurité ne doit pas être exposée à des vibrations ou à des contraintes excessives. Lors du montage d'une soupape de sécurité, celle-ci doit être installée verticalement et avec le levier de test vers le haut. Le raccord d'entrée de la soupape de sécurité doit être fixé au récipient ou à la conduite avec la longueur de tuyau la plus courte. Il ne doit être interrompu par aucune vanne d'isolement. La perte de charge à l'entrée d'une soupape de sécurité ne doit pas dépasser 3% de la pression de tarage. 

• Calcul de la capacité de décharge d'une soupape de sécurité

Le dimensionnement d'une soupape de sécurité dépend de la quantité de fluide qu'elle doit contrôler. La capacité de refoulement nominale est fonction de la surface de l'orifice de la soupape de sécurité, de la pression de réglage et de la position dans le système. En utilisant les spécifications du fabricant pour la surface de l'orifice et la taille nominale de la soupape, la capacité d'une soupape de sécurité peut être déterminée. Le débit de refoulement peut être calculé en utilisant le débit maximal à travers la vanne ou les débits combinés de plusieurs voies. Lors du dimensionnement d'une soupape de sécurité, il est nécessaire de tenir compte à la fois de sa capacité de décharge théorique et réelle. Idéalement, la capacité de décharge sera égale à la surface minimale.

• Réglage de la pression de service maximale autorisée

Pour déterminer la pression de réglage correcte pour une soupape de sécurité, tenez compte des critères suivants. Il doit être inférieur au MAAP du système. Une pression de réglage de 5% supérieure à la MAAP entraînera une surpression de 10%. Si la pression réglée est supérieure à la MAAP, la soupape de sécurité ne se fermera pas. La MAAP ne doit jamais dépasser la pression réglée. Une pression de réglage trop élevée entraînera une mauvaise fermeture après décharge. Selon le type de vanne, une variation de contre-pression de 10% à 15% de la pression de consigne ne peut pas être gérée par une vanne classique.