Vous êtes-vous déjà demandé comment les soupapes de sécurité protègent les équipements industriels contre les défaillances catastrophiques ? Les soupapes de sûreté sont essentielles pour prévenir les explosions en libérant la pression excessive des chaudières et des réservoirs sous pression. Cet article examine les types, les caractéristiques et les critères de sélection des soupapes de sûreté et propose des conseils essentiels pour une installation correcte. En lisant cet article, vous comprendrez comment choisir et entretenir ces composants essentiels pour garantir la sécurité des opérations et la conformité aux normes industrielles.
Une soupape de sécurité est un élément de sécurité essentiel pour les chaudières, les réservoirs sous pression et d'autres équipements sous pression, car elle prévient efficacement les incidents d'explosion résultant d'une surpression des dispositifs de production.
Les soupapes de sécurité jouent donc un rôle crucial dans les usines chimiques.
Pour bien comprendre les soupapes de sûreté, il est essentiel d'examiner leur classification, leurs caractéristiques, leurs critères de sélection et leurs exigences d'installation.
Les soupapes de sécurité peuvent être classées en trois catégories en fonction de leur structure globale et de leur mécanisme de chargement : le type à marteau lourd et à levier, type de ressortet le type d'impulsion.
Parmi ces trois types de soupapes, la soupape de sécurité à ressort est la plus utilisée.
1. Soupape de sécurité à levier pour marteau lourd
La soupape de sécurité à levier et à marteau lourd fonctionne en utilisant un marteau lourd et un levier pour équilibrer la force exercée sur le disque de la soupape.
Grâce au principe du levier, une masse plus petite peut générer une force plus importante en augmentant la longueur du levier, et la pression d'ouverture de la soupape de sécurité peut être ajustée en modifiant la position ou la masse du poids.
Avantages :
La soupape de sécurité à levier pour marteau lourd a une structure simple et est facile à régler avec précision. La charge n'augmente pas de manière significative lorsque le disque de la soupape s'élève.
Il convient aux applications à haute température et a été largement utilisé dans le passé, en particulier dans les chaudières et les appareils à pression qui requièrent des températures élevées.
Inconvénients :
Cependant, la soupape de sécurité à levier à marteau lourd a une structure encombrante, et le mécanisme de chargement est sujet aux vibrations et aux fuites.
En outre, la pression de repositionnement est faible, ce qui rend difficile la fermeture hermétique après l'ouverture.
2. Soupape de sécurité à ressort
La soupape de sécurité à ressort utilise la force d'un ressort de compression pour équilibrer la force exercée sur le disque de la soupape.
La compression du ressort peut être réglée en tournant l'écrou de réglage, ce qui permet de modifier la pression d'ouverture (réglage) de la soupape de sécurité en fonction des besoins.
Avantages :
La soupape de sécurité à ressort a une structure légère et compacte, est très sensible, peut être installée dans n'importe quelle position et est résistante aux vibrations. Elle est idéale pour les appareils sous pression mobiles.
Inconvénients :
Cependant, la charge sur la soupape de sécurité change au fur et à mesure que la soupape s'ouvre, ce qui signifie que lorsque le disque de la soupape s'élève, la compression du ressort augmente et la force sur le disque de la soupape augmente également. Cela peut avoir un impact sur l'ouverture rapide de la soupape de sécurité.
En outre, une exposition prolongée à des températures élevées peut réduire l'élasticité du ressort, d'où la nécessité d'envisager une isolation thermique ou une dissipation de la chaleur en cas d'utilisation sur des conteneurs soumis à des températures élevées. Cela rend la structure plus complexe.
3. Soupape de sécurité à impulsion
La soupape de sécurité à impulsion est composée d'une soupape principale et d'une soupape auxiliaire. Elle fonctionne en utilisant l'impulsion de la soupape auxiliaire pour actionner la soupape principale.
Sa structure est complexe et il ne convient généralement qu'aux chaudières et aux appareils à pression qui nécessitent une grande capacité de décharge de sécurité.
En fonction du mode de décharge du fluide, les soupapes de sécurité peuvent être classées en trois types : entièrement fermées, semi-fermées et ouvertes.
1. Soupape de sécurité entièrement fermée
La soupape de sécurité entièrement fermée évacue tout le gaz par le tuyau d'échappement, empêchant ainsi toute fuite de produit à l'extérieur lorsqu'elle fonctionne.
Ce type de soupape de sécurité est principalement utilisé dans les conteneurs qui contiennent des gaz toxiques et inflammables.
2. Soupape de sécurité semi-fermée
Dans une soupape de sécurité semi-fermée, une partie du gaz évacué passe par le tuyau d'échappement tandis que l'autre partie s'échappe par l'espace entre le couvercle et la tige de la soupape.
Ce type de soupape de sécurité est principalement utilisé dans les conteneurs contenant des gaz qui ne sont pas nocifs pour l'environnement.
3. Ouvrir la soupape de sécurité
La soupape de sécurité ouverte possède un couvercle de soupape ouvert qui relie la chambre du ressort à l'atmosphère, ce qui facilite la réduction de la température du ressort.
Ce type de soupape de sécurité est principalement utilisé dans les conteneurs contenant de la vapeur comme fluide ou des gaz à haute température qui ne nuisent pas à l'atmosphère.
La soupape de sécurité est principalement divisée en soupapes de sécurité à micro-ouverture et en soupapes de sécurité à ouverture totale sur la base du rapport entre la hauteur d'ouverture maximale du disque de la soupape et le diamètre de la voie d'écoulement de la soupape de sécurité.
1. Soupape de sécurité microlift
La hauteur d'ouverture d'une soupape de sécurité à micro-ouverture est inférieure à 1/4 du diamètre du canal, généralement de 1/40 à 1/20 du diamètre du canal.
Ce type de soupape de sécurité fonctionne par action proportionnelle et est principalement utilisé dans les applications liquides, et parfois dans les applications gazeuses à faible débit.
2. Soupape de sécurité à levée totale
La hauteur d'ouverture d'une soupape de sécurité à ouverture totale est égale ou supérieure à 1/4 du diamètre du canal d'écoulement.
La surface de décharge d'une soupape de sécurité à ouverture totale est égale à la section minimale de la gorge du siège de la soupape.
Ce type de soupape de sécurité fonctionne en deux étapes et nécessite un mécanisme de levage pour s'ouvrir complètement. Il est principalement utilisé dans les applications de gaz.
La soupape de sécurité peut également être classée en soupapes de sécurité à action directe et en soupapes de sécurité à action indirecte sur la base du principe d'action.
1. Soupape de sécurité à action directe
La soupape de sécurité à action directe fonctionne par l'action directe du fluide, ce qui signifie que la pression du fluide ouvre la soupape en surmontant la charge mécanique imposée par le mécanisme de chargement sur le disque de la soupape.
Ce type de soupape de sécurité a une structure simple et fonctionne rapidement avec une grande fiabilité. Toutefois, en raison des limites de sa structure, elle ne convient pas aux applications à haute pression et à grand diamètre.
2. Soupape de sécurité à action non directe
La soupape de sécurité à action directe peut être divisée en deux types : les soupapes de sécurité pilotées et les soupapes de sécurité avec dispositifs auxiliaires de puissance.
Détermination de divers paramètres de la soupape de sécurité :
Choisissez la pression nominale en fonction du matériau de la soupape, de la température de fonctionnement et de la pression de service maximale.
Le niveau de pression de service doit être choisi en fonction de la pression et de la température de calcul de l'appareil sous pression.
Il est important de noter que la pression de service de la soupape de sécurité n'a pas la même signification que la pression de service du ressort.
La pression de service de la soupape de sécurité correspond à la pression statique en amont de la soupape en fonctionnement normal, qui est équivalente à la pression de service du système ou de l'équipement protégé.
En revanche, le niveau de pression de travail du ressort correspond à la plage de pression admissible du ressort.
Dans cette plage, la pression d'ouverture (c'est-à-dire la pression de réglage) de la soupape de sécurité peut être ajustée en modifiant la compression de la précharge du ressort.
Les soupapes de sûreté ayant la même pression nominale peuvent avoir des niveaux de pression de service différents en fonction des exigences de conception du ressort.
Lors de la sélection d'une soupape de sécurité, il est essentiel de déterminer le niveau de pression de service en fonction de la valeur de la pression d'ouverture requise.
La pression de décharge d'une soupape de sécurité est généralement égale à 1,1 fois la pression de tarage (pression d'ouverture), tandis que la pression de décharge d'une soupape de sécurité de chaudière à vapeur est égale à 1,03 fois la pression de tarage.
La capacité de décharge de la soupape de sécurité doit être déterminée sur la base de la décharge nécessaire, et la capacité de décharge de la soupape de sécurité doit être égale ou supérieure à la décharge nécessaire.
La décharge nécessaire du système protégé se réfère à la quantité qui doit être expulsée pour éviter la surpression en cas de surpression anormale du système.
Cette valeur est déterminée par les conditions de travail, la capacité et la surpression potentielle du système ou de l'équipement.
Le matériau de la soupape de sécurité doit tenir compte de la température et de la pression de service du fluide, des propriétés du fluide, ainsi que de la faisabilité et de la rentabilité du matériau.
Détermination de la structure spéciale des soupapes de sûreté
① Pour la vapeur dont la pression d'ouverture est supérieure à 3 Mpa ou le gaz dont la température du fluide est supérieure à 320 ℃, il convient de choisir une soupape de sécurité avec radiateur (ailette).
② Dans le cas d'une soupape de sécurité qui supporte une contre-pression supplémentaire, et si la variation de la contre-pression dépasse 10% de la pression de tarage, une soupape de sécurité à soufflet doit être choisie. En outre, pour une soupape de sécurité qui traite un fluide corrosif, une soupape de sécurité à soufflet doit également être choisie pour empêcher la corrosion du ressort et du mécanisme de guidage par le fluide.
③ Pour les fluides inflammables, hautement toxiques ou extrêmement dangereux, une soupape de sécurité fermée doit être utilisée. Si une soupape de sécurité avec mécanisme de levage est nécessaire, une soupape de sécurité fermée avec clé doit être utilisée.
④ Pour les fluides non dangereux tels que l'air, l'eau chaude ou la vapeur au-dessus de 60 ℃, il convient d'adopter une soupape de sécurité avec clé.
⑤ Pour les camions-citernes de liquéfaction, il convient d'adopter une soupape de sécurité intégrée.
⑥ Pour les conditions de travail avec une grande capacité de décharge, le type d'ouverture totale doit être sélectionné. Pour des conditions de travail avec une pression de travail stable et une petite capacité de décharge, le type de micro-démarrage doit être choisi. Pour les conditions de haute pression avec une grande capacité de décharge, un type de démarrage indirect tel qu'une soupape de sécurité à impulsion doit être choisi. Pour les cuves de plus de 6 m de long, deux soupapes de sécurité ou plus doivent être installées.
⑦ Pour les réservoirs fixes dont la pression de service est faible, on peut utiliser une soupape de sécurité à poids statique (autocuiseur) ou à levier. Pour les équipements mobiles, un printemps doit être adoptée.
⑧ Si le fluide est épais et susceptible de se bloquer, il convient de choisir un dispositif de décharge combiné en série composé d'une soupape de sécurité et d'un disque de rupture.
① La soupape de sécurité doit être installée verticalement vers le haut.
② La position d'installation doit être aussi proche que possible de l'équipement ou de la canalisation protégés.
③ La soupape de sécurité doit être installée dans un endroit facile à entretenir et à régler, avec un espace suffisant autour d'elle.
④ La soupape de sécurité d'un récipient sous pression doit être installée dans l'espace en phase gazeuse au-dessus du niveau du liquide du récipient ou sur la canalisation, le point de raccordement étant situé dans l'espace en phase gazeuse du récipient sous pression.
⑤ Pour les récipients et équipements contenant des produits inflammables, toxiques ou visqueux, une vanne d'arrêt peut être installée devant la soupape de sécurité. Toutefois, la section d'écoulement de la vanne d'arrêt ne doit pas être inférieure à la section d'écoulement minimale de la vanne de sécurité, et un plombage doit être installé pour garantir que la vanne d'arrêt est entièrement ouverte et normalement ouverte.
⑥ Pour réduire l'influence de l'autogravité de la soupape et éviter la fatigue due aux contraintes et aux vibrations de décharge, la soupape de sécurité doit être installée à l'inverse de la soupape d'arrêt.
⑦ Si la soupape de sécurité risque d'être bloquée ou corrodée par des matériaux, un disque de rupture doit être placé devant son entrée, une vanne d'inspection doit être installée entre la soupape de sécurité et le disque de rupture, et des mesures anti-blocage, telles que la rétro-purge, le traçage de la chaleur ou l'isolation thermique, doivent être prises sur sa conduite d'entrée.
⑧ La soupape de sécurité installée sur la canalisation doit être placée à un endroit où la pression du fluide est relativement stable et à une certaine distance de la source de fluctuation. Elle ne doit pas être installée dans l'angle mort de la canalisation horizontale.
⑨ Pour les canalisations, les échangeurs de chaleur ou les réservoirs sous pression contenant un fluide liquide, lorsque la soupape est fermée, la dilatation thermique peut entraîner une pression élevée. Pour y remédier, la soupape de sécurité peut être installée horizontalement pour évacuer le liquide directement vers le bas.
⑩ Pour l'évacuation d'urgence de l'air, l'orifice du tuyau doit être plat, non tranchant et exempt de bavures afin d'éviter les décharges électrostatiques.
Le point d'installation de la soupape de sécurité ne doit pas la soumettre à une contre-pression excessive et doit se situer dans la plage admissible spécifiée. Le corps de la soupape de sécurité doit être soutenu de manière stable.
Pour les conteneurs contenant des produits extrêmement dangereux ou inflammables et explosifs, la sortie de la soupape de sécurité doit être dirigée vers un endroit sûr et manipulée correctement.
Si plus de deux soupapes de sécurité partagent une conduite d'évacuation, la section de la conduite d'évacuation ne doit pas être inférieure à la somme des sections des sorties de toutes les soupapes de sécurité. Toutefois, l'oxygène ou les gaz combustibles et autres gaz susceptibles de produire une réaction chimique entre eux ne peuvent pas partager une conduite de décharge.
① Pour les fluides corrosifs, la soupape de sécurité doit être installée en combinaison avec un disque de rupture.
② Pour les fluides hautement toxiques, il convient de choisir une soupape de sécurité avec une bonne étanchéité.
③ Pour les fluides à haute température, la température élevée peut avoir un impact significatif sur le ressort, de sorte que les soupapes de sécurité à ressort doivent être évitées.
④ Pour les soupapes de sécurité importantes ou vulnérables au feu, un système de protection par pulvérisation doit être mis en place.
⑤ Pour les soupapes de sécurité des réservoirs sphériques, des soupapes de sécurité doubles doivent être installées, et la capacité de décompression de n'importe quelle soupape de sécurité doit être suffisante pour répondre aux exigences de décompression de sécurité du réservoir sphérique.
⑥ La soupape de sécurité doit être équipée d'un cavalier électrostatique.
⑦ Pour éviter que la soupape de sécurité ne s'ouvre et ne se ferme de manière répétée, ce qui provoquerait un battement et endommagerait la soupape, la chute de pression dans la conduite d'entrée de la soupape de sécurité doit être réduite. Ceci peut être réalisé en augmentant le diamètre du tuyau d'entrée et en raccourcissant la section du tuyau d'entrée.