05 Robinetterie Texte

8/10/2019 05 Robinetterie Texte

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BE MTU - 00899_B_F - Rév. 3 25/09/2006

Raffinage-Pétrochimie-Chimie-Ingénierie———

TECHNOLOGIE DU MATÉRIEL PÉTROLIER, PÉTROCHIMIQUE ET CHIMIQUE

LA ROBINETTERIE(VALVES)

1 - Le robinet à vanne (Gate valve) ................................................................................................ 3

2 - Le robinet à soupape (Globe valve) .......................................................................................... 5

3 - Le robinet à tournant (Rotary motion valve: ball and plug valve) .............................................. 7

4 - Le robinet à papillon (Butterfly valve) ........................................................................................ 9

5 - Le robinet à piston (Piston valve) ............................................................................................10

6 - Le clapet de non retour (Check valve) ..................................................................................... 10

7 - Le purgeur de vapeur (Steam trap) ......................................................................................... 12

8 - Les dispositifs de sécurité face à l'action de la pression (Safety valve and rupture disc) ....... 13

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La robinetterie désigne l'ensemble des équipements principaux qui sont montés sur les réseaux de tuyauterie,mais également sur les appareils tel que les équipements chaudronnés, les machines tournantes, lesréservoirs, les générateurs de vapeur et qui contiennent des fluides à l'état gazeux ou liquide.

Elle est destinée, en général, à modifier une caractéristique de l'écoulement de ce fluide comme, par exemplele débit, et par voie de conséquence a une influence sur la pression.

L'ensemble de la robinetterie comporte quelques grandes familles d'équipements, qui sont :

- les robinets

- les clapets de retenu ou de non retour

- les purgeurs de vapeur

- les soupapes de sécurité de pression, qui sont quelquefois aussi considérées comme deséléments d'instrumentation.

- une série d'éléments, aux services complémentaires dans l'ensemble de la constitution d'unréseau de tuyauterie ; ces éléments peuvent être des filtres, des voyants de circulation, desvannes de détente et même des vannes de régulation automatique.

La classification de la robinetterie ainsi définie peut s'effectuer selon divers paramètres : fonction, désignationconstructive, nature du fluide, …

Il est possible de distinguer ainsi :

- les fonctions de coupure et de laminage : robinet à vanne, robinet à soupape, clapets denon retour, ...

- les fonctions de protection et de sécurité : purgeurs, soupapes de sécurité

- les fonctions de réglage : détendeurs- les fonctions diverses : filtres, voyant de circulation, ...

Tous ces appareils de robinetterie sont composés d'un corps dont les jonctions avec la ligne de tuyauteriepeuvent être :

- à vissées ( threaded)- à emmanchement à souder (socket welding)- à souder en bout ( butt welding)- à brides- à monter entres brides

Dans la majorité des cas, les extrémités à emmanchement à souder ou à visser sont utilisées sur des lignes

dont le diamètre nominal est au plus égal à DN 50. De plus pour des raisons de sécurité, les jonctions àvisser sont souvent proscrites par les spécifications de tuyauteries éditées par les utilisateurs.




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F O N C

T I O N S D E B A S E

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l a n c h e n ° 1 —

D é

f i n i t i o n s

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i l s

S e c t i o n n e m e n t

R é g l a g e

É t a b l i r o u s u s p e n d r e à v o l o n t é , à l

’ a i d e d ’ u n r o b i n e t , l ’ é c o u l e m e n t d ’ u n f l u i d e

d a n s u n e c o n d u i t e .

A j u s t e r , a u x b e s o i n s d u p r o c é d é ,

l e d é b i t o u l a p e r t e d e c h a r g e d ’ u n f l u i d e

t r a v e r s a n t u n r o b i n e t .

-

R o b i n e t s - v a n n e s

-

R o b i n e t s à t o u r n a n t

-

R o b i n e t s à p a p i l l o n

-

R o b i n e t s à o b t u r a t e u r d é f o r m a b l e

-

R o b i n e t s à s o u p a p e

R é g u l a t i o n

M o d u l e r e n p e r m a n e n c e u n p a r a

m è t r e d u f l u i d e e n f o n c t i o n d e d o n n é e s

d ’ e n t r é e ( l o i s , c o n s i g n e s )

-

V a n n e à o b t u r a t e u r r o t a t i f e x c e n t r é

-

V a n n e à c a g e

-

V a n n e s t r o i s v o i e s

-

V a n n e m i c r o d é b i t à C v a j u s t a b l e

-

V a n n e p a p i l l o n

-

V a n n e d ’ a n g l e

-

V a n n e à m e m b r a n e

-

V a n n e à b o u l e

-

V e n t e l l e s

A n t i r e t o u r

I n t e r r o m p r e a u t o m a t i q u e m e n t l ’ é c o u l e m e n t d ’ u n f l u i d e l o r s q u e s o n s e n s

s ’ i n v e r s e .

-

C l a p e t s d e n o n r e t o u r

P r o t e c t i o n

S û r e t é

P r o t é g e r u n e e n c e i n t e c o n t e n a n t u n f l u i d e s o u s p r e s s i o n c o n t r e l e s r i s q u e s

d ’ é c l a t e m e n t .

-

S o u p a p e s d e s û r e t é

-

D i s p o s i t i f s d e r é a r m e m e n t

-

É q u i p e m e n t s d e p r o t e c t i o n

-

D é t e n d e u r s , r é d u c t e u r s d e p r e s s i o n

D i s p o s i t i f s

d e m a n œ u v r e

S y s t è m e s m a n u e l s o u c o m m a n d é s p a r u n e é n e r g i e a u x i l i a i r e d e s t i n é s à

m a n œ u v r e r l e s r o b i n e t s ( o u v e

r t u r e ,

s e c t i o n n e m e n t o u r é g l a g e d e

l ’ é c o u l e m e n t d u f l u i d e ) .

-

M a n u e l s

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A s s i s t é s

-

M o t o r i s é s

-

O r g a n e s d e c o m m a n d e e t d e c o n t r ô l e

-

O r g a n e s d e s é c u r i t é

A u t r e s f o n c t i o n s

A n t i p o l l u t i o n .

L u t t e c o n t r e l ’ i n c e n d i e .

S é p a r a t i o n .

C o n t r ô l e

-

D i s c o n n e c t e u r s

-

S o u p a p e a n t i v i d e

-

C l a p e t s a n t i p o l l u t i o n

-

P u r g e u r s

-

F i l t r e s e t s é p a r a t e u r s

-

A u t r e s a p p a r e i l s




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1 - LE ROBINET À VANNE (GATE VALVE)

Dans ce type de robinet, l'obturateur, commandé au moyen d'une tige, se déplace linéairement et

perpendiculairement au sens de circulation de la veine fluide ; ses deux portées d'étanchéité, appelées"portage", viennent s'appuyer en fin de course de fermeture, sur deux autres portées solidaires ducorps de vanne, qui leur font face et appelées "sièges". Si les faces des sièges sont parallèles, ledéplacement de l'obturateur s'effectue parallèlement à leur plan, si elles sont obliques, l'obturateur sedéplace alors dans un plan médian.

C'est un robinet d'isolement qui de par sa construction ne peut réaliser de réglage de débit même endébut d'ouverture, car dans cette configuration d'utilisation, il se produit alors une érosion sur les bordsdes sièges et de l'obturateur, provoquant la destruction de ses qualités d'étanchéité. Les robinets àvanne se différencient les uns des autres par la constitution de leur obturateur.

Un robinet à vanne, appelé communément robinet-vanne ou vanne, est constitué généralement deséléments suivants :

- un corps prévu pour tenir aux effets de la pression de service et dont les extrémités sont enconcordance avec les impositions de la spécification de tuyauterie. Ce corps est élaboré par procédé de moulage, de forgeage ou en construction mécano-soudée. Il reçoit les siègesd'étanchéité, rapporté par vissage ou emboîtement et pointage par points de soudure

- un couvercle ou chapeau qui obture le corps et qui est destiné à recevoir l'ensemble demanoeuvre et son dispositif d'étanchéité. L'étanchéité du plan de liaison avec le corps estréalisée par l'emploi d'un joint en matériaux souple (aujourd'hui matériaux de synthèsedestiné à remplacer les joints en amiante-élastomère)

- une tige de commande avec son dispositif d'entraînement, ce dernier étant relier auchapeau par l'intermédiaire de l'arcade. Cette tige de manoeuvre est dans la majorité descas à filetage extérieur, donc non soumise à l'action du fluide ; cette tige se déplacelinéairement à l'extérieur du corps par entraînement du volant de manoeuvre et devient ainsiun indicateur de position pour l'obturateur qui est à l'intérieur du corps. L'inconvénient decette conception est de présenter, en position d'ouverture, un encombrement importantdans l'environnement du robinet à vanne. À l'autre extrémité de la tige de commande, undispositif d'attelage avec l'obturateur équipé d'un ensemble d'étanchéité arrière dite de"back setting"

- un dispositif d'étanchéité ou "presse-étoupe " au droit du passage de la tige decommande. Dans la grande majorité des constructions cette étanchéité est réalisée à partir d'un empilage de tresses, immobilisées entre une bague de fond et le fouloir

- un obturateur, équipé ou non de bagues de portage, avec son dispositif d'accouplement àla tige de commande. L'obturateur se présente sous la forme d'un coin usiné de façon àretarder au maximum le contact entre celui-ci et les sièges, afin d'en diminuer l'usure

C'est la conception de l'obturateur qui va différencier les divers types de robinet à vanne. Il estdistingué dans ce type de construction :




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a - Les robinets à vanne à simple opercule ou "monobloc" ou encore à "coin".

L'obturateur est réalisé en un seul élément venu de fonderie ou de forge ; les portées obliques sur lecorps du robinet ont leurs angles parfaitement confondus avec ceux de l'obturateur de façon à obtenir une étanchéité totale, à la fermeture, par coincement. L'angle de pente étant suffisant afin d'éviter uneffort trop important sur la tige lors de l'ouverture. Cette robinetterie est utilisée pour des séries PN 20et PN 50 et jusque des températures de 400°C. L'obturateur suivant très mal les déformations ducorps, l'emploi de ce type de robinet est limité lorsque la pression du fluide à tendance, par déformation, à écarter l'obturateur du siège amont et à le plaquer sur le siège aval ; l'étanchéité étantdans ce cas difficilement maintenue. Il en est de même lorsque la température du fluide engendre desdéformations par dilatation.

b - Les robinets à vanne à coin flexible

Cette conception d'obturateur permet le déplacement relatif d'un siège par rapport à l'autre, lors de ladéformation du corps. Ceci est obtenu en pratiquant un usinage dans l'épaisseur du coin rigide, ou àpartir de deux demi-coins soudés entre eux, dans la zone centrale.

c - Les robinet à vanne à double opercule

Dans cette conception, l'obturateur est constitué par deux demi-coins s'articulant entre eux, autour d'unpoint, afin d'autoriser de faibles variations de position d'un siège par rapport à l'autre. L'articulation estréalisée :

- soit par les opercules eux-mêmes usinés avec une zone de contact en forme de rotule àgrand rayon de courbure et s'appuyant l'un sur l'autre.

- soit par l'intermédiaire d'une bille de très fort diamètre, placé dans un logement entre cesdeux opercules.

Cette conception permet de pallier les défauts de l'obturateur monobloc, mais n'estpratiquement employé que sur les lignes de vapeur saturée à basse pression ;

d - Les robinets à vanne à double opercules et à sièges parallèles, à libre dilatation

L'obturateur se compose alors de deux disques ou opercules indépendants qui, la vanne étant fermée,peuvent se déplacer librement, par rapport à leur siège, sous l'effet de la dilatation du corps.

Les deux opercules, écartés par un ressort central, s'appuient sur les sièges parallèles placés dans lecorps.

La poussée déployée par le ressort est insuffisante pour assurer l'étanchéité à la fermeture, l'operculeamont, sous la pression appliquée par le fluide, est alors décollé de son siège ; l'opercule aval, sous la

poussée exercée par le fluide et régnant alors dans le corps, est lui plaqué sur son siège, assurantainsi la fonction de l'étanchéité.

Dans ce type d'équipement, l'étanchéité est fonction de la pression régnant dans l'enceinte (effetautoclave), ce type d'obturateur est mal adapter au service sous faible différentielle de pression ; maisest surtout efficace sur des circuits sous haute pression et à de plus l'avantage, d'être pratiquementinsensible aux déformations du corps. Le contact entre les sièges et l'obturateur étant permanent, afind'en diminuer l'usure, les faces en contact sont alors revêtus d'une couche de matériau extrêmementdure (Stellite). En fin de fermeture, la course de l'obturateur étant libre, une bague de butée estgoupillée sur la tige de commande afin d'exclure un effort de forçage dans la position extrême et donneune position précise de l'obturateur dans le corps de la vanne.




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Les caractéristiques générales de construction des robinets à soupape sont très proches de celles desrobinets à vanne ; ils sont constitués de :

- un corps, destiné à contenir les effets de la pression et recevoir les internes et le siègerapporté en matériau résistant très efficacement aux conséquences de l'abrasion causéepar le laminage pendant la phase de début d'ouverture du réglage. Les extrémités du corpssont équipées afin d'être en accord avec la spécification de tuyauterie sur le mode deraccordement avec les tubes. Le corps est fermé par le chapeau recevant l'arcade et ledispositif de manoeuvre de la tige de commande ainsi que l'ensemble destiné à assurer l'étanchéité au passage de cette tige.

- la tige de commande, solidaire du clapet qui est lui même éventuellement guidé dans sondéplacement sur les grands diamètres et les fortes pressions. Dans ce type de robinet, levolant est en général solidaire de la tige et se déplace avec les mouvements du clapet ; cesdéplacements se réalise sur une course beaucoup plus faible que dans les robinets à vanne(~ 1/4 du diamètre moyen du siège).

La conception du dispositif d'étanchéité est identique à celle décrite pour les robinets à vanne. Lesdifférents robinets à soupape vont se distinguer entre eux par la forme de leur clapet et de leur siègeconjugué ; les principaux sont :

a - Les robinets à soupape et à siège conique

Ce sont les plus employés dans les industries pétrochimiques. L'obturateur est monté articulé sur latige et s'applique sur le siège usiné en forme de cône ; la forme de l'obturateur est une portion desurface sphérique et fait en sorte que le contact entre ces deux éléments soit une ligne circulaire. Lescontraintes liés au contact obligent, dans cette conception, d'obtenir un niveau de dureté très importantsur ces surfaces de portage (en général par dépôt de Stellite). Afin de limiter l'importance des efforts àl'ouverture, le fluide à contrôler attaque le clapet à sa partie inférieure, facilitant ainsi l'opérationd'ouverture.

b - Les robinets à soupape à pointeau ou robinet pointeau

La sensibilité de la course d'ouverture d'un robinet à soupape est trop faible pour pouvoir assurer desréglages de débit d'une grande finesse. Il est pallié à ce défaut en augmentant la progressivité de lavariation de la section de passage au droit du siège par l'emploi d'un clapet à grande course et deforme conique allongée. Le clapet prend alors la forme d'un pointeau, constitué même quelquefois par extrémité de la tige de commande.

Sur les très petits orifices, ce type d'obturateur devient encore plus effilé et porte le nom de robinetaiguille ; son usage est surtout développé sur les réseaux sous haute pression.

c - Les robinets à membrane

Dans cette conception, l'obturateur métallique est remplacé par une membrane souple fixée entre lecorps et le chapeau. L'étanchéité à la fermeture est obtenue par appui de la membrane sur le siègehorizontal ou incurvé, la membrane accompagnant le déplacement de la tige par l'intermédiaire d'unepièce de forme conjuguée. De plus, la membrane assure la protection du mécanisme de manoeuvre ;mais en cas de fuite, au travers de cette membrane, l'étanchéité vers l'extérieur n'est plus dans cesconditions, assurée.

Avantages des robinets à membrane

– isolation avec l'extérieur ; pas de presse-étoupe

Inconvénients des robinets à membrane

– maintenance importante dans le cas d'une utilisation courante (problème de fiabilité)

– température et pression opératoires limitées par la matière de la membrane – par conception pas très étanche – temps de manœuvre important




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d - Les robinets à soupape divers

Il existe d'autres types de ces équipements, mais leur emploi est assez exceptionnel dans lesindustries pétrochimiques. Il est possible de rencontrer :

- les robinets à soupape à siège plan, dans cette conception l'obturateur articulé, montésur la tige de commande, s'applique sur le siège du corps usiné selon un plan. L'étanchéitéétant difficile à obtenir, les constructeurs, afin de l'améliorer, prévoient l'adjonction d'unportage souple (caoutchouc, néoprène, PTFE).

- les robinets à soupape équilibrée, conçus pour assurer une fonction de réglage la plusprécise possible, c'est à dire une position de l'obturateur qui ne dépende uniquement quede l'ordre transmis par l'intermédiaire de l'action du volant ou d'un servomoteur. Pour cela,la circulation du fluide est approvisionnée entre deux clapets montés en opposition ; lespoussées sur ces deux clapets se neutralisant alors, les effets de la pression du fluide sur leclapet étant ainsi fortement atténué, l'ensemble mobile est équilibré et ne requiert qu'unfaible effort lors de son déplacement, quelle que soit la pression exercée par le fluide. Cetteconfiguration de montage est très largement employée sur les vannes de régulationautomatiques.

- les robinets à soupape inclinée, ils ont un agencement où la position angulaire du siègepar rapport à la circulation du fluide permet de diminuer fortement les pertes de chargesgénérées par l'organisation interne classique des robinets à soupape.

Inconvénients des robinets à soupape

– plus adapté à la régulation de débit – étanchéité interne plus diff icile à réaliser (il faut un système de recalage de l'obturateur sur

le siège lors de son application sur celui-ci, ce qui rend l'ensemble plus complexe) – configuration valable pour un flux unidirectionnel car fortement non symétrique

– forte perte de charge par le changement de direction du flux et la forme du siège – le robinet n'est pas "naturellement fermé" : le courant de fluide tend à repousser l'obturateur,à la différence des autres technologies où le fluide s'appuie sur le siège.

3 - LE ROBINET À TOURNANT (ROTARY MOTION VALVE: BALL AND PLUG VALVE)

Souvent appelé "robinet à boisseau", ce type d'équipement est composé d'un corps (le boisseau)dans lequel vient s'incorporer une pièce de forme conjuguée, l'obturateur (ou tournant) mise enmouvement autour de son axe de rotation qui est confondu avec l'axe de l'évidement du corps. Leboisseau et le tournant sont percés d'orifices appelés lumières qui viennent se contrarier à lafermeture et se superposer à l'ouverture, selon la position angulaire du tournant. La forme géométrique

du tournant détermine la forme de la lumière, rectangulaire pour les tournants cylindriques,trapézoïdale pour les tournants coniques et circulaire pour les tournants sphériques. La disposition destubulures est en général, dans les industries pétrochimiques, en opposition mais il existe des robinetsà trois, voire quatre tubulures. Le tournant est dit foncé, lorsque le passage du fluide au travers ducorps s'effectue perpendiculairement à l'axe du tournant ; il est dit défoncé, dans le cas d'unecirculation parallèle (usage rare sur les fluides procédé).

Les principales parties constitutives d'un robinet à tournant sont :

- un corps évidé sur lequel sont implantées des tubulures de raccordement aux tuyauteries

- un obturateur , prolongé d'une tige de commande dont l'extrémité est usinée afin recevoir un carré de manoeuvre, dispositif dit "quart de tour" sur les modèles non motorisés ; dont lecouple de manoeuvre est à son maximum lors de l'ouverture ou de la fermeture et

pratiquement nul pendant la rotation.- un couvercle de fermeture qui reçoit le dispositif d'étanchéité de passage de la tige de

commande.




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Il existe plusieurs modèles de robinet à tournant, les plus couramment employés sont :

a - Les robinets à tournant conique

De par leur conception, ce ne sont pas, en principe, des organes de réglage de débit ; certains ne sontpas lubrifiés et ils nécessitent des opérations de maintenance périodiques afin de conserver leur fonction d'étanchéité. Ils sont employés sur des fluides autolubrifiants (gasoil par exemple) et sousbasse pression. D'autres sont équipés d'un dispositif de lubrification à la graisse qui permet, enservice, de faciliter l'opération de rotation et d'augmenter l'étanchéité. Ces derniers sont par contreemployés sur des réseaux de fluide sous forte pression. L'opération de graissage s'effectuant sousune pression de l'ordre 200 à 300 bar, à l'aide d'une pompe à graisse, lors de chaque manoeuvre, cequi en alourdi fortement l'exploitation. Ces modèles ont été quelquefois avantageusement remplacéspar des robinets à tournant qui ont été chemisé à l'aide d'un revêtement de PTFE.

Avantages des robinets à tournant conique

– temps de manœuvre réduit (1/4 de tour)

– symétrique

Inconvénients des robinets à tournant conique

– perte de charge un peu plus importante que pour les robinets à tournant sphérique – frottement important par contact entre le cylindre ou le cône et son logement, et risque de

grippage – joint d'étanchéité délicat à mettre en œuvre (géométrie 3 D) – pas adapté aux manœuvres fréquentes

b - Les robinets à tournant sphérique (ball valves)

Dans ce type de robinet, le tournant est une sphère percée d'un orifice circulaire. La conception de ce

type d'organe permet de pouvoir, sur certains, effectuer une opération de régulation de débit. Lasphère peut être introduite dans un corps en éléments soudés (robinet indémontable sur les petitsdiamètres) ou par la partie supérieure du corps (type top entry) ; sur d'autres conceptions le corps esten plusieurs parties avec un plan de liaison perpendiculaire à l'axe principal du robinet (type endentry). Ce dernier type, par contre, rend obligatoire la dépose de l'ensemble du réseau de tuyauterielors de la réfection du tournant et de son étanchéité.

L'étanchéité est assurée par des garnitures en matériau plastique (le plus souvent en PTFE) ce qui enlimite l'emploi face à la température. En cas d'utilisation sur des fluides inflammables, ils doivent êtreéquipés de sièges dit "sécurité feu", afin d'assurer, après destruction éventuelle par l'action de latempérature, une étanchéité, par contact métal sur métal ; dans cette configuration ultime, il est àremarquer que la manoeuvre en est alors impossible.

Avantages des robinets à tournant sphérique

– adapté à de fréquentes manœuvres – temps de manœuvre réduit (1/4 de tour) – symétrique – à ouverture totale : perte de charge réduite lors de la traversée du robinet – large gamme de température et de pressions – pour la sphère flottante, robinets de petit diamètre économiques (disponibles jusqu'à

DN 200) – pour la sphère arbrée, sphère maintenue de manière rigide par 2 demi-axes : usure moins

rapide du siège – pour la sphère arbrée, le siège peut être plaqué contre l'obturateur par un système de

ressorts (rodage du siège et constance de l'appui malgré l'usure du siège)




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Inconvénients des robinets à tournant sphérique

– la sphère flottante n'est tenue que par un axe : du jeu peut se produire à cause des DPsuccessives, ce qui peut induire une perte d'étanchéité

– robinet assez lourd et encombrant aux grands diamètres

4 - LE ROBINET À PAPILLON (BUTTERFLY VALVE)

Dans ce type de robinet, l'obturateur est de forme circulaire ou elliptique et tourne autour de son axede rotation, perpendiculairement à celui des tubulures, d'une valeur maximale de 90°.

Il est très souvent employé, afin de remplacer les robinets à soupape, sur des lignes d'un diamètresupérieur à DN 300 ou 350 lors des sélections en vue d'effectuer une opération de réglage. Il en existedeux grandes familles :

a - Les robinets à papillon non étanche

Le contact de l'obturateur sur le corps, est un contact métal sur métal et de ce fait, la fonctionétanchéité n'est pas assurée. Ils sont utilisés pour assurer la fonction de réglage sur des lignes de gaz,d'air et d'eau sous faible pression et grand débit.

b - Les robinets à papillon étanche

La constitution de ce type de robinet est alors identique à la précédente, mais l'étanchéité à lafermeture est obtenue par contact d'un élément souple sur un autre élément plus compact, grâce à laprésence d'une garniture déformable, en matériau compatible avec le fluide, qui est soit placé sur lepourtour de l'obturateur, soit sous la forme d'un revêtement interne du corps. Cette garniture limite, engénéral, l'usage du robinet face à l'action de la température.

Le corps de ces robinets peut être équipé d'un ensemble de brides pour raccordement au réseau ouêtre prévu pour être monté entre deux brides de tuyauterie.

Avantages des robinets à papillon

– adapté à de fréquentes manœuvres – temps de manœuvre réduit (1/4 de tour) – économique – peu lourd et peu encombrant – facilité de démontage – couple de manœuvre relativement faible : opérateur moins puissant

– pour le type "haute performance"*, appui dynamique de l'obturateur sur le siège : meilleureefficacité de mise en étanchéité

Inconvénients des robinets à papillon

– non symétrique (sens autoclave plus étanche que le sens non-autoclave) – à ouverture non totale (perte de charge due au profil de l'obturateur dans la veine fluide) – classe de pression inférieure à PN 50 voire PN 100 – pour le type "conventionnel"**, pas d'appui dynamique sur le siège : étanchéité moins

performante

* Haute performance (axes de rotation et de la surface de contact excentrés : l'obturateur s'appuie sur le siège qu'en fin de fermeture)

** Conventionnel : axe de rotation = axe de la surface de contact de l'obturateur.




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5 - LE ROBINET À PISTON (PISTON VALVES)

Ce type d'organe de robinetterie est un compromis entre le robinet à soupape (déplacement parallèleau sens de circulation du fluide au niveau du siège) et le robinet à tournant (obturateur de formecylindrique). L'obturateur de ce type de robinet, se déplace parallèlement à son axe, entre deux siègesconstitués par des garnitures d'étanchéité annulaires ; découvrant ainsi des lumières de circulation.Son emploi est sélectionné lors de service sur des réseaux de fluide tel que la vapeur, l'eausurchauffée et les fluides thermiques. Ces conditions de service sont limitées à une températured'environ 340 à 400°C et pour des diamètres de DN 200 (limité en pratique à DN 50 sur beaucoup desites).Ce type de robinet est très souvent connu sous son appellation commerciale de "Robinet àpiston KLINGER".

6 - LE CLAPET DE NON RETOUR (CHECK VALVES)

Par rapport au robinet dont l'obturateur est nécessairement commandé de l'extérieur, le clapet de non

retour, possède un obturateur libre dont le déplacement n'est asservi qu'au sens de circulation dufluide et à sa vitesse, donc à son débit. Il existe divers types de clapet de non retour :

a - Les clapets de non retour à battant (swing check valves)

Le corps est équipé d'un siège perpendiculaire à l'axe de la tuyauterie, ou légèrement incliné par rapport à celui-ci, sur lequel vient s'appuyer un obturateur plan, oscillant autour d'un axe d'articulation.L'axe d'articulation étant placé très au dessus du centre de gravité de l'obturateur, la positiond'ouverture est conservée tant que la poussée exercée par le fluide sur le battant maintient celui-cisoulevé ; à l'inversion du sens de circulation du fluide, le battant retombe sur son siège et l'étanchéitéest alors assurée par la poussée inverse du fluide. C'est un organe de robinetterie unidirectionnel. Cetype de clapet est constitué par :

- un corps recevant les sièges d'étanchéité et sur lequel sont rapportés les éléments deliaison avec le réseau de tuyauterie. Ce corps est fermé à la partie supérieure par uncouvercle boulonné avec un ensemble de joint circulaire, généralement à emboîtement.

- un ensemble battant composé de l'axe d'articulation, d'un bras oscillant avec à sonextrémité le clapet. L'axe d'articulation a souvent ses extrémités traversant le corps,l'étanchéité étant assurée par un dispositif de garniture presse-étoupe classique ouhydraulique sous pression (dans le cas d'utilisation sur un réseau soumis à la pressionextérieure). L'implantation de cet élément s'effectue sur une ligne horizontale et même sur une ligne verticale si le sens de circulation du fluide est ascendant.

b - Les clapets de non retour à levée verticale (Left check valves)

Dans ce type, le clapet est guidé suivant son axe et se déplace parallèlement à l'axe d'écoulement dufluide au niveau du siège, qui peut être plan ou conique. La fermeture est obtenue automatiquement,sans intervention extérieure, lorsque le sens normal de l'écoulement est inversé ; souvent sous l'actiondu poids propre du clapet et quelquefois par l'action complémentaire d'un ressort placé entre lecouvercle et ce même clapet.

La technologie de construction de ce type de clapet est la même que celle du robinet à soupape en cequi concerne l'agencement du corps. Il est destiné à être implanté sur une ligne, de tuyauterie,horizontale et malgré qu'il génère des pertes de charge assez importante par rapport à la conceptiondu clapet à battant, il est employé couramment lorsque la fréquence et l'intensité des battements estassez grandes (sur refoulement de pompes alternatives par exemple).

c - Les clapets de non retour à bille (ball check valves)

Dans cette conception, l'obturateur est constitué par une bille ou une boule s'appliquant sur une portéede siège conique ou sphérique. Ce type de clapet est utilisé sur des lignes verticales ascendantes, dediamètre inférieur ou égal à DN 50 et sous haute pression.




11

À b a t t a n t

T y p e s

s

c h é m a s

C r i t è r e d e

p r é s é l e c t i o n

P a r t i c u l a r i t é t e c h n i q u e s - C o n s e i l s

• A

p p a r e i l n o n b i d i r e c t i o n n e l s ( à m o n t e r

d a

n s l e s e n s d é t e r m i n é p a r l a f l è c h e s u r

l e c o r p s )

• É t a n c h é i t é e n l i g n e

• L

e s t y p e s :

—

à b a t t a n t

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à p a p i l l o n

p e

u v e n t ê t r e é q u i p é s d ' u n a m o r t i s s e u r

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t t e n t i o n a u c o u p d e b é l i e r e t a u x p e r t e s d e c

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a p o s i t i o n d ' u n c l a p e t d a n s l ' i n s t a l l a t i o n e s t i m p o r t a n t e .

À é l o i g n e r a u m a x i m u m d e s p o m p e s e t c o m p r e s s e u r s ,

d e

s c o u d e s d e l a t u y a u t e r i e

• L

a p o s i t i o n d e m o n t a g e s u r l a t u y a u t e r i e p e u t ê t r e s i m p o s é e

s u r c e r t a i n s t y p e s

• L

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P t r è s f a i b l e s s o n t d é f a v o r a b l e s à l ' é t a n c h é i t é

• C

h o i s i r l e D N l e + a d é q u a t p o u r a s s u r e r l e s c o n d i t i o n s

d e

p l e i n e o u v e r t u r e ( e t l i m i t e r l e s b a t t e m e n t s )

À d o u b l e b a t t a n t

À l e v é e v e r t i c a l e

( g u i d é e )

À p a p i l l o n

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• C o u p d e b é l i e r p r o v o q u é

• T e m p é r a t u r e

A d a p t é à

• E n c o m b r e m e n t

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3 0 %

8 0 %

7 0 %

• B r u i t

3 0 %

• R é s i s t a n c e à l ' é

c o u l e m e n t

c o e f d e d é b i t K v ( C v )

1 0 0 %

5 0 %


I d e m à b a t t a n t s a

u f :

I d e m à b a t t a n t s a

u f :

• C l a p e t s à d i a p h r a g m e

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• C l a p e t s à b o u l e

• C l a p e t s b l o c a b l e s ( s t o p c h e c k )

• C l a p e t s a n t i p o l l u t i o n

( r é s e a u x d ' e a u )

• C l a p e t s d e p i e d d e c r é p i n e

( à l ' a s p i r a t i o n d e s p o m p e s )

L i f t A x i a l

5 0 %


8 0 %


c o u l e m e n t

8 0 %


c o u l e m e n t

D M E Q 1 7 5 9 A

D M E Q 1 7 5 9 A

C

L A P E T S D E N O N R E T O U R




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7 - LE PURGEUR DE VAPEUR (STEAM TRAP)

L'emploi de la chaleur contenue dans la vapeur, par utilisation de sa chaleur latente, transforme celle-

ci en condensat qui génère dans les enceintes la présence d'un film liquide sur les parois et qui vaainsi créer un obstacle au transfert de la chaleur, rendant nécessaire l'évacuation automatique de cecondensat tout en conservant la vapeur encore active. De plus, il faut assurer, également, l'évacuationde l'air et des gaz dissous dans la vapeur (gaz carbonique et oxyde de carbone principalement) qui setrouvent piégés dans les réseaux et les capacités. Cette évacuation est réalisée par un organe derobinetterie particulier : le purgeur de vapeur.

Il en existe trois grandes familles, qui se différencient par le principe physique de fonctionnement sur lequel ils sont basés :

a - Les purgeurs mécaniques

Ils fonctionnent sur le principe de la flottabilité (Loi d'Archimède). Ils utilisent la différence de densité

entre l'eau et la vapeur, qui par déplacement d'un flotteur actionnant un mécanisme, ouvre ou ferme,un orifice qui laisse s'échapper le condensat et retient la vapeur. Il est distingué deux types :

- les purgeurs à flotteur fermé : dans ceux-ci, le mécanisme s'apparente à celui d'unechasse d'eau. Il est utilisé sur des services où une grande variation de débit d'évacuation decondensat est recherchée, sans toutefois dépassé sa capacité d'évacuation maximale.C'est un modèle de purgeur très fiable, peu sensible aux effets du gel, car à l'arrêt il necontient, à l'intérieur du corps, qu'une petite quantité d'eau ; par contre le flotteur, enceintefermée, craint énormément les conséquences de l'action des coups de bélier et de lacorrosion des condensats, parfois agressifs.

- les purgeurs à flotteur ouvert : dans ce type de purgeur, le flotteur est ouvert à sa partieinférieure et l'alimentation en condensat s'effectue à l'intérieur de ce flotteur. Lorsque le

condensat traverse le purgeur le flotteur reste sur la base inférieure du corps et permetl'évacuation du condensat par l'orifice, alors ouvert, situé à la partie supérieure de ce mêmecorps.

Lorsque la vapeur arrive à l'intérieur du flotteur, elle le remplit provoquant son élévation, quia pour conséquence de fermer l'orifice d'évacuation. La vapeur contenue dans le flotteur secondense alors, diminuant la flottabilité de celui-ci, qui dans sa chute provoque laréouverture de l'orifice d'évacuation des condensats. À la partie supérieure du flotteur, unorifice de très petit diamètre a été percé afin de permettre l'évacuation des incondensablesqui pourraient se concentrer dans le flotteur et bloquer ainsi le fonctionnement du purgeur.

b - Les purgeurs thermostatiques

Ils fonctionnent sur le principe de la déformation d'un corps sous l'action de la dilatation, liée à latempérature qui règne à l'intérieur du corps du purgeur. Selon le type de l'élément se dilatant, diversmodèles de purgeurs peuvent se rencontrer :

- les purgeurs thermostatiques à soufflet équilibré : l'élément fonctionnel est un souffletmonté dans le corps du purgeur. À la partie inférieur du soufflet est monté un clapet, quidans son déplacement peut obturer l'orifice d'évacuation. Ce soufflet est rempli d'unmélange d'eau et d'alcool, qui possède un point d'ébullition inférieur à celui de l'eau.Lorsque la vapeur arrive dans le purgeur, le liquide se trouvant dans le soufflet se vaporisesous l'action de la montée en température et entraîne la dilatation du soufflet qui ferme alorsl'orifice d'évacuation. Le clapet reste fermé jusqu'à ce que la chaleur contenue dans lepurgeur soit évacuée, principalement par convection de l'ensemble, afin de permettre grâceà la contraction du soufflet la réouverture de l'orifice d'évacuation. Ce type de purgeur est àfroid en position d'ouverture totale, permettant ainsi un démarrage extrêmement rapide del'installation grâce à l'évacuation des condensats et des gaz, il est très efficace en début deservice.




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Ce type de purgeur est par contre très fragile face aux coups de bélier et il faut porter uneattention très grande à son contexte d'implantation afin éviter toutes les rétentions d'eau enamont, causé par une longueur droite de tuyauterie trop importante ou par la présence d'unpoint bas ; de même il est insensible aux effets du gel s'il est dans une situation où ledrainage du corps est correctement effectuée.

- les purgeurs thermostatiques à dilatation d'un matériau bimétallique : la partie motricede ce type de purgeur est constituée par un empilage d'éléments composés de matériauxdifférents et qui se dilatent sous l'action d'une augmentation de température. Ils sontd'ailleurs connu sous le nom de "purgeur bimétallique". Ils ont un faible encombrement et nesont pas soumis aux contraintes liées aux conséquences du gel. Ils sont conçu pour lesservices en haute température et sur la vapeur surchauffée ; mais ne permettent pas desuivre les variations rapides de température malgré leur faible inertie. Afin d'améliorer leur fonctionnement le bilame peut être profilé avec la forme d'une étoile à branches inégales,ceci afin de suivre dans sa déformation, sous l'action de la température, le plus possible lacourbe de saturation de la vapeur.

c - Les purgeurs thermodynamiques

Le type le plus courant dans cette famille est connu, aujourd'hui, sous le terme de "purgeur à disque"L'organe principal de ce purgeur est un disque circulaire, plan, placé sur un orifice central d'entrée etsur une évacuation annulaire conduisant vers un orifice de décharge ; l'ensemble étant placé dans unchapeau boulonné sur le corps du purgeur. Ce type de purgeur est essentiellement un appareilfonctionnant par cycles périodiques, fortement influencés par la température extérieure ambiante (par temps froid ce rythme se trouve être accéléré) ; il est très sensible aux phénomènes d'érosion et auxtraces de pollution qui peuvent être contenus dans le condensat ou la vapeur. Théoriquement il estapte à fonctionner dans toutes les positions, mais son rendement est optimum en position d'installationhorizontale. La réparation de ce purgeur est délicate, seul l'échange standard est conseillé.

8 - LES DISPOSITIFS DE SÉCURITÉ FACE À L'ACTION DE LA PRESSION(SAFETY VALVE AND RUPTURE DISC)

Tout équipement fonctionnant sous l'action de la pression (capacité ou ligne de tuyauterie ) peut êtresoumis aux conséquences d'une surpression pouvant provoquer la ruine mécanique de cetéquipement, ceux-ci sont alors protéger par un organe de robinetterie au fonctionnement automatique,les soupapes de sécurité de pression (safety valves). Selon l'état physique du fluide provoquantl'action de la pression, il sera employé, un clapet d'expansion sur les liquides, aux impositionsd'installation plus simples (il n'est pas réglementé pour son tarage et son contrôle) ; ou une soupapede sécurité de pression, sur les gaz, dont la pression de tarage, ainsi que la périodicité de vérificationsont réglementés par des textes et des décrets de lois, ou des codes de construction

a - Les soupapes de sécurité de pression à ressort

Ces éléments de robinetterie sont constitué d'une façon générale par :

- un corps en acier moulé équipé de deux raccordements généralement à bride et d'équerre,un des orifices de raccordement étant relié à l'équipement à protéger (le plus souvent sur une tubulure de celui-ci ) l'autre étant raccordé à un réseau de torche ou à l'atmosphère.

- un siège, vissé ou soudé sur le corps, en acier inoxydable à portée stellité associé à une oudeux bagues de réglage d'ouverture

- un chapeau ou arcade supportant l'ensemble du dispositif antagoniste de force (ressort etson dispositif de réglage) ; ce chapeau peut être complètement étanche sur les fluides deprocédé ou à arcade ouverte sur les réseaux de vapeur.

- un équipage mobile constitué de la tige, avec le clapet à sa partie inférieure et du dispositif d'appui et de réglage du ressort. Cet ensemble étant construit le plus souvent en acier inoxydable, ainsi que les divers éléments de guidage intermédiaire.




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- un ressort de pression prenant appui sur la partie supérieure du chapeau et exerçant saréaction sur le clapet par l'intermédiaire d'une rondelle d'appui, plaquant ainsi le clapet sur son siège.

- un bouchon obturateur à la partie haute de l'arcade assurant l'étanchéité du chapeau sibesoin et protégeant également le dispositif de vérification et d'essai en marche. Sur lessoupapes ouvertes (utilisées sur les réseaux vapeur), à la partie haute du chapeau, il est ànoter la présence d'un levier de décharge manoeuvrable manuellement afin de s'assurer dubon état de fonctionnement de la soupape (blocage éventuel par une action corrosive oumécanique).

b - Fonctionnement des soupapes à ressort

• La soupape est en position fermée

Le clapet est appliqué sur son siège sousl'action de la force antagoniste provoquée par la compression de tarage du ressort. Lors dela montée en pression du fluide, il s'exerce sur la face inférieure du clapet une réaction égaleau produit de la pression dans la capacité par la surface de la section exposée du clapet.

D M E Q 1 7 8 3 A

• La soupape est en position d'ouverture

D M E Q 1 7 8 3 B

Lorsque le bilan des forces précédentes vient às'équilibrer, le clapet quitte son appui sur lesiège ; il y a alors ouverture partielle de lasoupape. Le flux qui s'échappe alors est dirigévers une section plus importante par le jeuxdes bagues entourant la section de passage audroit du siège et produit une force de réaction,à la force développé par la compression duressort, qui déclenche très rapidement une

ouverture franche par une levée du siège sur environ les 2/3 de sa course.




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• La soupape est en position de totale ouverture

Si la pression continue à augmenter, la soupapes'ouvre alors totalement à 3% au-dessus de lapression de tarage développée par le ressort.

Lorsque la pression diminue, le clapet reprend saposition intermédiaire pour la conserver jusqu'àenviron 3% en-dessous de la valeur de la pressionde tarage du dispositif à ressort.

D M E Q 1 7 8 3 C

c - Les clapets d'expansion thermique

Ce sont des dispositifs de protection contre les surpressions employés sur les capacités contenant desliquides, qui par leur dilatation dans un volume clos, peuvent provoquer un excès de pression qui setraduirait par la ruine de la capacité. Le principe de leur agencement est identique à celui dessoupapes à ressort mais de conception plus simpliste, un faible volume de liquide évacuédécomprimant instantanément la capacité

d - Les soupapes de sécurité à ouverture assistée

Les soupapes de sécurité à ressort présente quelques inconvénients liés à leur exploitation et à leur réglage. Elles sont alors quelquefois utilisées avec un dispositif complémentaire monté sur la tête de la

soupape afin d'assister celle-ci lors des opérations d'ouverture ou de fermeture. L'assistance peut êtrepneumatique ou électrique et asservie à une information provenant d'un manostat. Pour rester dans uncadre réglementaire, elles sont toutefois en double emploi d'une soupape classique à ressort.

e - Les disques de rupture

Les disques de rupture présentent l'avantage d'une étanchéité totale, d'un tarage très précis et d'unencombrement très réduit. Son prix de revient est très faible mais son remplacement est parfois trèsincommode.

Ils sont employés :

- soit en parallèle de soupapes de sûreté à ressort, afin de prévenir, dans certaines

conditions de procédé de brutales montées en pression et palier ainsi le manque de rapiditéde réaction des soupapes à ressort

- soit en protection d'une soupape, en le plaçant entre cette dernière et la capacité àprotéger, afin éviter le contact de la soupape avec des produits très corrosifs ou susceptiblede cristallisation. Dans cette condition d'implantation, la face aval du disque peut être reliéeà un indicateur de pression vers la salle de contrôle et ainsi alerter de la rupture du disques'il n'y a eu aucune réaction de la part de la soupape à ressort



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Les disques de rupture sont constitués de deux grandes catégories de matériaux :

- disques métalliques constitué d'une quinzaine de matériaux différents. Trois grandesconceptions technologiques sont proposées :

• disque conventionnel dômé, le dôme est dans la direction de l'action de lapression de rupture et se rompt sous l'action d'une force de tension

• disque dômé inverse, le dôme fait face à la direction de la pression de rupture etse rompt sous l'action d'une force qui le gauchis, le plie ou le cisaille

• disque de rupture avec ligne de fente prédécoupé, il est alors constitué de deuxou plusieurs couches, l'une d'entre elles étant fendue ou rainurée de façon àcontrôler le plus exactement la pression de rupture

- disques de sécurité en graphite ils sont constitués par un disque en graphite comportantun voile de rupture étalonné avec une grande précision de façon à obtenir une libération de

la surface active quasi instantanément en se déchirant sous l'action de la pression. Ils ontun tarage beaucoup plus précis au niveau de la pression d'éclatement que les disquesmétalliques, mais présentent, lors de leur éclatement, l'inconvénient de se pulvériser enpetites particules dans toute l'installation

05 Robinetterie Texte

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