Dispositifs alternatifs de protection d'installation et terminologie

Autres méthodes de soulagement de la surpression expliquées ; plus une section de terminologie utile.

Dispositifs alternatifs de protection d’installation et terminologie

Bien que les safety valves soient de loin les dispositifs les plus couramment utilisés pour la protection des installations dans les systèmes vapeur, il existe plusieurs autres dispositifs disponibles pour protéger les installations contre les conditions de surpression. Bien que certains d’entre eux puissent être utilisés à la place d’une safety valve, la plupart ont leurs propres applications uniques et en effet certains dispositifs, tels que le disque de rupture, peuvent être utilisés pour compléter la safety valve.

• Clapet à contrepoids - C’est le type de dispositif de protection contre la surpression le plus simple, et il est utilisé sur les réservoirs à basse pression et les condenseurs, pour le soulagement de pression, le soulagement de vide ou les deux. Un poids est appliqué sur le dessus d’un disque, le maintenant fermé jusqu’à ce que la pression agissant sur la face inférieure du clapet soit égale au poids. En raison des poids importants nécessaires pour maintenir un clapet fermé, ce type de vanne est conçu pour des applications à basse pression en dessous de 0,1 bar. Pour des pressions de consigne plus élevées, le poids requis serait prohibitif et dangereux si une oscillation du clapet se produisait à l’ouverture de la vanne.
• Safety valve à contrepoids - Bien qu’elles aient été largement remplacées par les safety valves à ressort, elles sont parfois encore utilisées pour des applications à basse pression. La force de fermeture de la safety valve est fournie par un poids plutôt que par un ressort. Comme la force de fermeture est fournie par un poids, elle restera constante et une fois la pression de consigne atteinte, la safety valve s’ouvrira complètement.
• Safety valve à charge supplémentaire - Une safety valve à charge supplémentaire se compose d’une safety valve conventionnelle dotée d’une force d’étanchéité supplémentaire qui est libérée une fois la pression de consigne atteinte. L’une des principales préoccupations avec ce type de dispositif est de s’assurer que la charge est correctement libérée lorsque la pression de consigne est atteinte. La norme EN ISO 4126 stipule que même en cas de défaillance du mécanisme de libération, la vanne doit atteindre sa capacité de décharge certifiée dans les 115% de la pression de consigne. Les safety valves à charge supplémentaire ont tendance à n’être utilisées que lorsque toute fuite du fluide en dessous de la pression de consigne est inacceptable, ou sur des systèmes à très haute pression où le maintien d’une fermeture étanche est autrement difficile.
• Systèmes de contrôle de sécurité pour le soulagement de pression (CSPRS) - Ce sont des systèmes électriques ou électro-pneumatiques, qui ne sont pas auto-activants. Lorsqu’une situation de surpression est détectée, un dispositif de contrôle agit pour corriger la situation.

Dispositifs de soulagement de pression non refermables

Les dispositifs non refermables sont ceux conçus pour rester ouverts après le fonctionnement. Un moyen manuel de réinitialisation est généralement fourni.

• Disques de rupture - Ceux-ci se composent d’une membrane élastomère ou d’un disque métallique mince qui éclatera à une pression définie, soulageant toute surpression. Bien qu’ils puissent être utilisés seuls, sur de nombreuses applications, ils sont utilisés en conjonction avec une safety valve. Un disque de rupture peut être installé soit côté entrée soit côté sortie de la safety valve. S’il est installé côté entrée, il isole le fluide contenu de la safety valve. Lorsqu’il y a une situation de surpression, le disque de rupture éclate permettant au fluide de s’écouler dans la safety valve, qui se soulèvera ensuite. Cette disposition est utilisée pour protéger les éléments internes de la safety valve contre les fluides corrosifs. Alternativement, si la safety valve décharge dans un collecteur contenant des fluides corrosifs, un disque de rupture peut être installé sur la sortie de la safety valve, empêchant tout fluide du collecteur de contacter les éléments internes de la safety valve en utilisation normale. Les disques de rupture peuvent également être installés à côté d’une safety valve comme dispositif de soulagement secondaire. Les disques de rupture sont étanches et peu coûteux, mais ils nécessitent un remplacement après chaque fonctionnement. La plupart des installations de disques de rupture contiennent un mécanisme pour indiquer quand le disque a éclaté et qu’il doit être remplacé. Typiquement, un manomètre est utilisé (voir Figure 9.6.3b). Les panneaux d’explosion ou disques de rupture d’explosion sont similaires aux disques de rupture mais sont conçus pour une utilisation à des taux de montée en pression plus élevés, et pour des capacités plus grandes.
• Dispositifs à bouchon fusible - Ceux-ci se composent d’un bouchon avec un point de fusion inférieur à la température de fonctionnement maximale du système qu’il doit protéger. Dans les anciennes locomotives à vapeur, ce type de dispositif était utilisé pour vider l’eau de la chaudière sur le feu en cas de surtempérature.
• Dispositifs à goupille de rupture - Un dispositif à goupille de rupture est un dispositif de soulagement de pression non refermable actionné par la pression statique d’entrée et conçu pour fonctionner par la rupture d’une section porteuse de charge d’une goupille, qui supporte un élément contenant la pression. La force de la surpression force la goupille à fléchir et la vanne à s’ouvrir. La vanne peut ensuite être repositionnée après la suppression de la pression et une nouvelle goupille peut être installée. Ces dispositifs sont généralement installés sur des applications à basse pression et de grands systèmes de distribution de gaz. Ils ont des applications de processus limitées.

Terminologie

Les définitions suivantes sont tirées de la DIN 3320 mais il convient de noter que bon nombre des termes et définitions associés utilisés sont universels et apparaissent dans de nombreuses autres normes. Lorsque les termes couramment utilisés ne sont pas définis dans la DIN 3320, l’ASME/ANSI PTC25.3 a été utilisé comme source de référence. Cette liste n’est pas exhaustive et est destinée uniquement comme guide ; elle ne doit pas être utilisée à la place de la norme en vigueur pertinente : Pression de service (pression de travail) est la pression manométrique existant dans les conditions de fonctionnement normales du système à protéger. Pression de consigne est la pression manométrique à laquelle, dans les conditions de fonctionnement, les safety valves à charge directe commencent à se soulever. Pression d’essai est la pression manométrique à laquelle, dans les conditions d’essai (contre-pression atmosphérique), les safety valves à charge directe commencent à se soulever. Pression d’ouverture est la pression manométrique à laquelle la levée est suffisante pour décharger la capacité d’écoulement prédéterminée. Elle est égale à la pression de consigne plus la différence de pression d’ouverture. Pression de refermeture est la pression manométrique à laquelle la safety valve à charge directe se referme. Contre-pression d’accumulation est la pression manométrique qui s’accumule côté sortie par le soufflage. Contre-pression superposée est la pression manométrique côté sortie de la vanne fermée. Contre-pression est la pression manométrique qui s’accumule côté sortie pendant le soufflage (contre-pression d’accumulation + contre-pression superposée). Accumulation est l’augmentation de pression au-dessus de la pression de service maximale admissible du système à protéger. Différence de pression d’ouverture est la montée en pression au-dessus de la pression de consigne nécessaire pour une levée permettant la capacité d’écoulement prédéterminée. Différence de pression de refermeture est la différence entre la pression de consigne et la pression de refermeture. Différence de pression fonctionnelle est la somme de la différence de pression d’ouverture et de la différence de pression de refermeture. Différence de pression de service est la différence de pression entre la pression de consigne et la pression de service. Levée est la course du disque depuis la position fermée. Début de levée (ouverture) est le premier mouvement mesurable du disque ou la perception du bruit de décharge. Section d’écoulement est la section transversale en amont ou en aval du siège du corps calculée à partir du diamètre minimum qui est utilisé pour calculer la capacité d’écoulement sans aucune déduction pour les obstructions. Diamètre d’écoulement est le diamètre géométrique minimum en amont ou en aval du siège du corps. Désignation de taille nominale d’une safety valve est la taille nominale de l’entrée. Capacité d’écoulement théorique est le débit massique calculé d’un orifice ayant une section transversale égale à la section d’écoulement de la safety valve sans tenir compte des pertes d’écoulement de la vanne. Capacité d’écoulement réelle est 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 de la capacité de décharge réelle à la capacité de décharge théorique. Coefficient de décharge certifié est le coefficient de décharge réduit de 10% (également connu sous le nom de coefficient de décharge réduit). Les termes suivants ne sont pas définis dans la DIN 3320 et sont tirés de l’ASME/ANSI PTC25.3 : Blowdown (différence de pression de refermeture) - différence entre la pression d’ouverture réelle et la pression de refermeture réelle, généralement exprimée en pourcentage de la pression de consigne ou en unités de pression. Pression d’essai différentielle à froid la pression à laquelle une vanne est réglée sur un banc d’essai en utilisant un fluide d’essai à température ambiante. Cette pression d’essai inclut les corrections pour les conditions de service, par exemple la contre-pression ou les hautes températures. Pression nominale d’écoulement est la pression statique d’entrée à laquelle la capacité de soulagement d’un dispositif de soulagement de pression est mesurée. Pression d’essai d’étanchéité est la pression statique d’entrée spécifiée à laquelle un essai quantitatif d’étanchéité de siège est effectué conformément à une procédure standard. Capacité de soulagement mesurée est la capacité de soulagement d’un dispositif de soulagement de pression mesurée à la pression nominale d’écoulement. Capacité de soulagement nominale est la partie de la capacité de soulagement mesurée permise par le code ou la réglementation applicable pour être utilisée comme base pour l’application d’un dispositif de soulagement de pression. Surpression est une augmentation de pression au-dessus de la pression de consigne d’une safety valve, généralement exprimée en pourcentage de la pression de consigne. Pression d’ouverture est la valeur de la pression statique d’entrée croissante d’une safety valve à laquelle il y a une levée mesurable, ou à laquelle la décharge devient continue telle que déterminée par la vue, le toucher ou l’ouïe. Pression de soulagement est la pression de consigne plus la surpression. Frémissement est la zone de pression entre la pression de consigne et la pression d’ouverture. Pression de service maximale est la pression maximale attendue pendant le fonctionnement du système. Pression de service maximale admissible (MAWP) est la pression manométrique maximale admissible au sommet d’un récipient complet en position de fonctionnement pour une température désignée. Pression accumulée maximale admissible (MAAP) est la pression de service maximale admissible plus l’accumulation telle qu’établie par référence aux codes applicables pour les contingences de fonctionnement ou d’incendie.