Installation des safety valves

Conseils d’installation importants, incluant la manipulation, les conditions de l’installation, la configuration de la tuyauterie, le marquage et les considérations de bruit.

Étanchéité de siège

L’étanchéité de siège est une considération importante lors de la sélection et de l’installation d’une safety valve, car non seulement elle peut entraîner une perte continue de fluide système, mais la fuite peut également provoquer la détérioration des surfaces d’étanchéité, ce qui peut entraîner un soulèvement prématuré de la vanne. L’étanchéité de siège est affectée par trois facteurs principaux ; premièrement par les caractéristiques de la safety valve, deuxièmement par l’installation de la safety valve et troisièmement, par le fonctionnement de la safety valve.

Caractéristiques de la safety valve

Pour qu’une vanne à siège métallique fournisse une fermeture acceptable, les surfaces d’étanchéité doivent avoir un haut degré de planéité avec une très bonne finition de surface. Le disque doit s’articuler sur la tige et le guide de tige ne doit provoquer aucun effet de friction excessif. Les chiffres typiques requis pour une fermeture acceptable d’une vanne à siège métallique sont de 0,5 μm pour la finition de surface et deux bandes de lumière optiques pour la planéité. De plus, pour une durée de vie raisonnable, les surfaces d’accouplement et d’étanchéité doivent avoir une haute résistance à l’usure. Contrairement aux vannes d’isolement ordinaires, la force de fermeture nette agissant sur le disque est relativement faible, en raison de la petite différence entre la pression du système agissant sur le disque et la force du ressort qui s’y oppose. Des joints élastiques ou élastomères incorporés dans les disques de vanne sont souvent utilisés pour améliorer la fermeture, lorsque les conditions du système le permettent. Il convient de noter, cependant, qu’un joint souple est souvent plus susceptible d’être endommagé qu’un siège métallique.

Installation de la safety valve

Des dommages au siège peuvent souvent se produire lorsqu’une vanne est soulevée pour la première fois dans le cadre de la procédure générale de mise en service de l’installation, car très souvent, de la saleté et des débris sont présents dans le système. Pour s’assurer que les matières étrangères ne passent pas à travers la vanne, le système doit être rincé avant l’installation de la safety valve et la vanne doit être montée là où la saleté, le tartre et les débris ne peuvent pas s’accumuler. Il est également important pour les applications vapeur de réduire la propension aux fuites en installant la vanne de sorte que le condensat ne puisse pas s’accumuler sur le côté amont du disque. Cela peut être réalisé en installant la safety valve au-dessus de la tuyauterie vapeur comme illustré à la Figure 9.5.1. Lorsque les safety valves sont installées en dessous de la tuyauterie, la vapeur se condensera, remplira la tuyauterie et mouillera le côté amont du siège de la safety valve. Ce type d’installation n’est pas recommandé mais est illustré à la Figure 9.5.2 à titre de référence. De plus, il est essentiel à tout moment de s’assurer que la tuyauterie aval est bien drainée de sorte que l’inondation aval (qui peut également favoriser la corrosion et les fuites) ne puisse pas se produire, comme illustré à la Figure 9.5.3.

Fonctionnement de la safety valve

Des fuites peuvent également être observées lorsqu’il y a de la saleté ou du tartre sur la face du siège. Cela se produit généralement pendant les soulèvements périodiques exigés par les compagnies d’assurance et les programmes de maintenance courants. Un soulèvement supplémentaire du levier éliminera généralement toute saleté pouvant se trouver sur la face du siège. La grande majorité des problèmes de fuite de siège de safety valve se produisent après la fabrication initiale et les essais. Ces problèmes résultent typiquement de dommages pendant le transport, et parfois d’une mauvaise utilisation et de la contamination, ou en raison d’une mauvaise installation. La plupart des normes de safety valves n’incluent pas de paramètres détaillés de fermeture. Pour celles qui le font, les exigences et les procédures d’essai recommandées sont généralement basées sur la norme API 527, qui est couramment utilisée dans l’industrie des safety valves. La procédure d’essai des vannes réglées sur l’air consiste à bloquer tous les chemins de fuite secondaires, tout en maintenant la vanne à 90% de la pression de consigne sur l’air (voir Figure 9.5.4). La sortie de la safety valve est connectée à un tuyau de 6 mm de diamètre intérieur, dont l’extrémité est maintenue à 12,7 mm sous la surface de l’eau contenue dans un récipient transparent approprié. Le nombre de bulles déchargées par ce tuyau par minute est mesuré. Pour la majorité des vannes réglées en dessous de 70 bar g, le critère d’acceptation est de 20 bulles par minute. Pour les vannes réglées sur la vapeur ou l’eau, le taux de fuite doit être évalué en utilisant le milieu de réglage correspondant. Pour la vapeur, il ne doit pas y avoir de fuite visible observée contre un fond noir pendant une minute après une période de stabilisation de trois minutes. Dans le cas de l’eau, il y a une petite tolérance de fuite, dépendant de la section de l’orifice, de 10 ml par heure par pouce du diamètre nominal d’entrée. La procédure ci-dessus peut être chronophage, il est donc assez courant pour les fabricants d’utiliser un essai avec des méthodes alternatives, par exemple, en utilisant un équipement de mesure de débit précis étalonné contre les paramètres définis dans l’API 527. En aucun cas une charge supplémentaire ne doit être appliquée au levier de décharge et la vanne ne doit être bloquée en aucune façon pour augmenter l’étanchéité de siège. Cela affectera les caractéristiques de fonctionnement et peut entraîner un défaut de soulèvement de la safety valve en conditions de surpression. S’il y a un niveau inacceptable de fuite de siège, la vanne peut être rénovée ou réparée, mais uniquement par du personnel autorisé, travaillant avec l’approbation du fabricant, et utilisant les informations fournies par le fabricant. Les pièces de rechange couramment fournies comprennent typiquement des ressorts, des disques et des buses, des joints élastiques et des garnitures. De nombreuses vannes ont des bagues de siège qui ne sont pas amovibles et celles-ci peuvent parfois être re-profilées et re-rodées dans le corps. Cependant, il est important que la taille de l’orifice du siège soit maintenue exactement conformément aux plans d’origine car cela peut modifier la section effective et, par conséquent, affecter la pression de consigne. Il est inacceptable que le disque soit rodé directement sur le siège dans le corps, car une rainure sera créée sur le disque empêchant une fermeture cohérente après le soulèvement. Dans le cas des vannes à joint élastique, habituellement le joint (qui est normalement un joint torique ou un disque) peut être changé dans l’ensemble du disque. Si l’approbation d’une autorité indépendante doit être maintenue, il est obligatoire que le réparateur agisse en tant qu’agent agréé du fabricant. Pour les vannes approuvées ASME, le réparateur doit être indépendamment approuvé par le National Board et est ensuite autorisé à appliquer un poinçon « VR », qui indique qu’une vanne a été réparée.

Marquage

Les normes de safety valves sont normalement très spécifiques sur les informations qui doivent figurer sur la vanne. Le marquage est obligatoire à la fois sur le corps, habituellement moulé ou estampé, et sur la plaque signalétique, qui doit être solidement fixée à la vanne. Un résumé général des informations requises est listé ci-dessous : Sur le corps :

Désignation de taille.
Désignation du matériau du corps.
Nom ou marque du fabricant.
Flèche de direction d’écoulement. Sur la plaque d’identification :
Pression de consigne (en bar g pour les vannes européennes et psi g pour les vannes ASME).
Numéro de la norme pertinente (ou poinçon ASME pertinent).
Référence du modèle du fabricant.
Coefficient de décharge réduit ou capacité certifiée.
Section d’écoulement.
Levée et surpression.
Date de fabrication ou numéro de référence. Les poinçons ASME approuvés par le National Board sont appliqués comme suit : V safety valves ASME I approuvées. UV safety valves ASME VIII approuvées. UD dispositifs à disque de rupture ASME VIII approuvés. NV vannes de soulagement de pression ASME III approuvées. VR réparateur autorisé de vannes de soulagement de pression. Le Tableau 9.5.1 détaille le système de marquage requis par le TÜV et le Tableau 9.5.2 détaille les lettres de référence des fluides.

Installation

Les safety valves sont des éléments de précision de l’équipement de sécurité ; elles sont réglées à des tolérances serrées et ont des pièces internes usinées avec précision. Elles sont sensibles au désalignement et aux dommages si elles sont mal manipulées ou incorrectement installées. Les vannes doivent être transportées debout si possible et ne doivent jamais être portées ou soulevées par le levier de décharge. De plus, les bouchons de protection et les protecteurs de bride ne doivent pas être retirés avant l’installation réelle. Il faut également faire attention pendant le déplacement de la vanne pour éviter de la soumettre à des chocs excessifs car cela peut entraîner des dommages internes considérables ou un désalignement.

Tuyauterie d’entrée

Lors de la conception de la tuyauterie d’entrée, l’une des principales considérations est de s’assurer que la perte de charge dans cette tuyauterie est minimisée. L’EN ISO 4126 recommande que la perte de charge soit maintenue en dessous de 3% de la pression de consigne lors de la décharge. Lorsque les safety valves sont connectées avec de courtes connexions « en bout », la tuyauterie d’entrée doit être au moins de la même taille que le raccord d’entrée de la safety valve. Pour les lignes plus grandes ou toute ligne incorporant des coudes ou des raccords coudés, la connexion de dérivation doit être au moins de deux tailles de tuyau supérieures au raccord d’entrée de la safety valve, à ce point elle est réduite à la taille d’entrée de la safety valve (voir Figure 9.5.5a). Une perte de charge excessive peut entraîner un « claquement », ce qui peut réduire la capacité et endommager les faces de siège et d’autres parties de la vanne. Afin de réduire la perte de charge à l’entrée, les méthodes suivantes peuvent être adoptées :

Augmenter le diamètre du tuyau (voir Figure 9.5.5 (a)).
S’assurer que les coins sont correctement arrondis. La norme EN ISO 4126 : Partie 1 recommande que les coins aient un rayon d’au moins un quart du diamètre intérieur (voir Figure 9.5.5 (b)).
Réduire la longueur de la tuyauterie d’entrée.
Installer la vanne à au moins 8 à 10 diamètres de tuyau en aval de tout raccord en Y convergent ou divergent, ou de tout coude (voir Figure 9.5.5 (c)).
Ne jamais installer la dérivation de la safety valve directement en face d’une dérivation sur le côté inférieur de la ligne de vapeur.
Éviter les prises de dérivation (comme pour d’autres processus) dans la tuyauterie d’entrée, car cela augmentera la perte de charge. Les safety valves doivent toujours être installées avec le capuchon verticalement vers le haut. L’installation de la vanne dans toute autre orientation peut affecter les caractéristiques de performance. Les directives de l’API Recommended Practice 520 stipulent également que la safety valve ne doit pas être installée à l’extrémité d’une longue tuyauterie horizontale qui n’a normalement pas d’écoulement. Cela peut entraîner l’accumulation de matières étrangères ou de condensat dans la tuyauterie, ce qui peut causer des dommages inutiles à la vanne, ou interférer avec son fonctionnement.

Tuyauterie de sortie

Il existe deux types possibles de système de décharge - ouvert et fermé. Un système ouvert décharge directement dans l’atmosphère tandis qu’un système fermé décharge dans un collecteur avec d’autres safety valves. Il est recommandé que la tuyauterie de décharge monte pour les systèmes vapeur et gaz, tandis que pour les liquides, elle doit descendre. La tuyauterie horizontale doit avoir une pente descendante d’au moins 1 sur 100 depuis la vanne, garantissant que toute décharge sera auto-drainante. Il est important de drainer toute tuyauterie de décharge montante. Les montées verticales nécessiteront un drainage séparé. Note : tous les points de drainage du système sont soumis aux mêmes précautions, notamment que les performances de la vanne ne doivent pas être affectées, et que tout fluide doit être déchargé vers un emplacement sûr. Il est essentiel de s’assurer que le fluide ne peut pas s’accumuler sur le côté aval d’une safety valve, car cela nuira à ses performances et provoquera la corrosion du ressort et des pièces internes. De nombreuses safety valves sont dotées d’un raccord de drainage du corps, si celui-ci n’est pas utilisé ou n’est pas fourni, alors un petit drain de faible diamètre doit être installé à proximité de la sortie de la vanne (voir Figure 9.5.3). L’une des principales préoccupations dans les systèmes fermés est la perte de charge ou la contre-pression d’accumulation dans le système de décharge. Comme mentionné dans le Module 9.2, cela peut affecter considérablement les performances d’une safety valve. La norme EN ISO 4126 : Partie 1 stipule que la perte de charge doit être maintenue en dessous de 10% de la pression de consigne. Pour y parvenir, la tuyauterie de décharge peut être dimensionnée en utilisant l’Équation 9.5.1. La pression (P) doit être prise comme la perte de charge maximale admissible selon la norme pertinente. Dans le cas de l’EN ISO 4126 : Partie 1, ce serait 10% de la pression de consigne et c’est à cette pression que vg est pris. Exemple 9.5.1 Calculer le diamètre nominal de la tuyauterie de décharge pour une safety valve devant décharger 1 000 kg/h de vapeur saturée ; étant donné que la vapeur doit être déchargée dans un réservoir ventilé via la tuyauterie, qui a une longueur équivalente de 25 m. La pression de consigne de la safety valve est de 10 bar g et la contre-pression acceptable est de 10% de la pression de consigne. (Supposer une perte de charge nulle le long du réservoir). Réponse : Si la contre-pression maximale de 10% est autorisée, alors la pression manométrique à la sortie de la safety valve sera : Par conséquent, la tuyauterie connectée à la sortie de la safety valve doit avoir un diamètre intérieur d’au moins 54 mm. Avec un tuyau schedule 40, cela nécessiterait un tuyau DN65. S’il n’est pas possible de réduire la contre-pression en dessous de 10% de la pression de consigne, une safety valve équilibrée doit être utilisée. Les safety valves équilibrées nécessitent que leurs capuchons soient ventilés vers l’atmosphère. Dans le cas du type à soufflet, il n’y aura pas de décharge du fluide de processus, elles peuvent donc être ventilées directement vers l’atmosphère. La principale considération de conception est de s’assurer que cette ventilation ne sera pas obstruée, par exemple par des matières étrangères ou de la glace. Avec le type à piston équilibré, il faut considérer le fait que le fluide de processus peut être déchargé à travers la ventilation du capuchon. Si la décharge se fait vers un système sous pression, la ventilation doit être correctement dimensionnée, de sorte qu’aucune contre-pression n’existe au-dessus du piston. Les safety valves installées à l’extérieur d’un bâtiment pour une décharge directe dans l’atmosphère doivent être recouvertes d’un capot. Le capot permet la décharge du fluide, mais empêche l’accumulation de saleté et d’autres débris dans la tuyauterie de décharge, ce qui pourrait affecter la contre-pression. Le capot doit également être conçu pour ne pas affecter la contre-pression.

Collecteurs

Les collecteurs doivent être dimensionnés de sorte que dans le pire des cas (c’est-à-dire lorsque toutes les vannes du collecteur déchargent), la tuyauterie soit suffisamment grande pour faire face sans générer de niveaux de contre-pression inacceptables. Le volume du collecteur devrait idéalement être augmenté à mesure que chaque sortie de vanne y entre, et ces connexions doivent entrer dans le collecteur à un angle ne dépassant pas 45° par rapport à la direction de l’écoulement (voir Figure 9.5.6). Le collecteur doit également être correctement fixé et drainé si nécessaire. Pour les applications vapeur, il n’est généralement pas recommandé d’utiliser des collecteurs, mais ils peuvent être utilisés si une considération appropriée est donnée à tous les aspects de la conception et de l’installation.

Forces de réaction lors de la décharge

Dans les systèmes ouverts, une attention particulière doit être portée aux effets des forces de réaction générées dans le système de décharge lorsque la vanne se soulève. Dans ces systèmes, il y aura une force résultante significative agissant dans la direction opposée à celle de la décharge. Il est important d’empêcher des charges excessives d’être imposées à la vanne ou au raccord d’entrée par ces forces de réaction, car elles peuvent causer des dommages à la tuyauterie d’entrée. L’amplitude des forces de réaction peut être calculée en utilisant la formule de l’Équation 9.5.2 : Les forces de réaction sont généralement faibles pour les safety valves d’un diamètre nominal inférieur à 75 mm, mais les safety valves plus grandes que cela ont généralement des brides de montage pour une barre de réaction sur le corps pour permettre à la vanne d’être fixée. Ces forces de réaction sont généralement négligeables dans les systèmes fermés, et peuvent donc être ignorées. Quelle que soit l’amplitude des forces de réaction, la safety valve elle-même ne doit jamais être utilisée pour supporter la tuyauterie de décharge et un support doit être fourni pour résister au poids de la tuyauterie de décharge. Ce support doit être situé aussi près que possible de l’axe central du tuyau de ventilation (voir Figure 9.5.7). Les Figures 9.5.8 et 9.5.9 montrent des installations typiques de safety valves pour les systèmes ouverts et fermés.

Vannes de commutation

Les vannes de commutation (voir Figure 9.5.10) permettent de monter deux vannes côte à côte, l’une en service et l’autre isolée. Cela signifie que la maintenance régulière peut être effectuée sans interruption de service ni du récipient protégé. Les vannes de commutation sont conçues de telle sorte que lorsqu’elles sont actionnées, la section de passage n’est jamais réduite. Les vannes de commutation peuvent également être utilisées pour connecter les sorties de safety valves de sorte que la tuyauterie de décharge n’ait pas être dupliquée. L’action des vannes de commutation d’entrée et de sortie doit être limitée et synchronisée pour des raisons de sécurité. Cela se fait généralement au moyen d’un système d’entraînement par chaîne reliant les deux volants. Il faut tenir compte de la perte de charge causée par la vanne de commutation lors de l’établissement de la perte de charge d’entrée de la safety valve, qui doit être limitée à 3% de la pression de consigne.

Émission de bruit

Bien que la décharge d’une safety valve ne devrait pas se produire fréquemment, si elle se produit, le bruit généré peut souvent être significatif. Il est donc nécessaire de déterminer le niveau sonore des safety valves pour s’assurer que les niveaux de réglementation de santé et de sécurité pertinents ne sont pas dépassés. En supposant une décharge de buse à débit sonique, une valeur approximative du niveau sonore, LP, en décibels à une sortie de bride peut être calculée en utilisant la formule donnée dans l’Équation 9.5.3 (Source API 521). Il existe plusieurs moyens de réduire le niveau sonore, le plus simple étant d’utiliser des tuyaux de décharge de plus grand diamètre, ou de calorifuger le tuyau de décharge (cependant, la vanne ne doit pas être calorifugée). Il est également permis d’utiliser un silencieux dans les cas extrêmes, auquel cas toute contre-pression générée doit alors être prise en compte.