Introduction aux vannes à soufflet

Vannes à soufflet(s) à joint(s)

Les fuites à divers points des pipelines des usines chimiques créent des émissions. Tous ces points de fuite peuvent être détectés à l'aide de diverses méthodes et instruments et doivent être notés par l'ingénieur de l'usine. Les points de fuite critiques comprennent les joints d'étanchéité à bride et la garniture du presse-étoupe de la vanne/pompe, etc. Aujourd'hui, l'industrie des procédés chimiques s'oriente vers une technologie plus sûre pour une meilleure protection de l'environnement et il est devenu de la responsabilité de chaque ingénieur de procédés de concevoir des installations qui limitent les dommages à l'environnement grâce à la prévention des fuites de tout produit chimique toxique.

Fuite au niveau du presse-étoupe ou de la boîte à garnitureest normalement une préoccupation pour l'ingénieur de maintenance ou l'ingénieur de l'usine. Cette fuite signifie :
a) Perte de matière b) Pollution de l'atmosphère c) Dangereux pour les employés de l'usine.

Par exemple, prenons le cas d’une fuite de vapeur à travers le presse-étoupe. À 150 PSI, un jeu de seulement 0,001″ à travers le presse-étoupe entraînera une fuite au rythme de 25 lb/heure. Cela équivaut à une perte de 1,2 USD par poste de huit heures, soit 1 100 USD par an. De même, une petite goutte de 0,4 mm de diamètre par seconde entraîne un gaspillage d’environ 200 litres par an d’huile ou de solvant coûteux. Cette fuite peut être considérablement réduite en utilisant la vanne à soufflet. Cet article va maintenant considérer la construction et le fonctionnement du joint à soufflet.

Construction du soufflet

La cartouche à soufflet est soudée au chapeau de valve et à la tige de valve. La cartouche à soufflet comporte un certain nombre de circonvolutions et ces circonvolutions se compriment ou se dilatent en fonction du mouvement de la tige de valve. (Scientifiquement parlant, le soufflet est comprimé lorsque la vanne est en position ouverte et se dilate lorsque la vanne est fermée). Il est important d'installer correctement les corps de vanne. Le soufflet peut être scellé aux vannes de deux manières différentes. Tout d'abord, le soufflet peut être soudé à la tige de la vanne en haut et au corps de la vanne en bas. Dans ce cas, le fluide de procédé est contenu à l'intérieur du soufflet ou, dans la deuxième méthode, le soufflet est soudé à la tige de la vanne en bas et au corps en haut. Dans ce cas, le fluide de procédé est contenu dans la région annulaire entre le chapeau de vanne et le soufflet (depuis l'extérieur).

Le soufflet est un composant essentiel et constitue le cœur des vannes à soufflet. Pour éviter toute torsion du soufflet, la vanne doit avoir une tige à mouvement linéaire uniquement. Ceci peut être réalisé en utilisant ce que l'on appelle un écrou-manchon sur la partie arcade du chapeau de vanne. Un volant est monté sur le manchon-écrou qui transfère efficacement un mouvement rotatif du volant en un mouvement linéaire dans la tige de la vanne.

Types de soufflets

Il existe deux principaux types de soufflets : le soufflet forgé et le soufflet soudé. Les soufflets de type formé sont fabriqués en laminant une feuille plate (feuille à paroi mince) dans un tube qui est ensuite soudé par fusion longitudinalement. Ce tube est ensuite formé mécaniquement ou hydrostatiquement en un soufflet à plis arrondis et largement espacés. Le soufflet à feuilles soudées est fabriqué en soudant des plaques de métal mince en forme de rondelles ensemble au niveau de la circonférence intérieure et extérieure des plaques en forme de rondelles. Un soufflet à feuilles soudées présente plus de plis par unité de longueur qu'un soufflet forgé. Ainsi, à course égale, les soufflets forgés sont deux à trois fois plus longs que leurs homologues à vantaux soudés.

Il semblerait que les soufflets forgés mécaniquement échouent à des endroits aléatoires, tandis que la feuille soudée échoue généralement au niveau ou à proximité d'une soudure. Pour garantir une pénétration complète des extrémités du soufflet et du soudage des colliers d'extrémité, il est conseillé de fabriquer par soudage micro-plasma.

Conception du soufflet

La conception à soufflet multicouche est préférée pour la manipulation de fluides à haute pression (généralement deux ou trois épaisseurs de paroi métallique). Un soufflet à deux épaisseurs peut augmenter sa pression nominale de 80 à 100 % par rapport à un soufflet à une seule épaisseur de même épaisseur. Alternativement, si un soufflet à une seule couche d'une épaisseur équivalente à la pression nominale d'un soufflet à deux couches est utilisé, la longueur de course est réduite. Ainsi, une conception de soufflet multicouche offre un avantage distinct par rapport à un soufflet simple couche. Il est clair que le soufflet est sujet à la fatigue du métal et cette fatigue peut provoquer une rupture des soudures. La durée de vie en fatigue du soufflet est affectée par le matériau de construction, la technique de fabrication, la longueur et la fréquence de course, en plus des paramètres habituels tels que la température et la pression du fluide.

Matériaux du soufflet

Le matériau de soufflet en acier inoxydable le plus populaire est l'AISI 316Ti, qui contient du titane pour résister à des températures élevées. Alternativement, l'Inconel 600 ou l'Inconel 625 améliorent la résistance à la fatigue et à la corrosion par rapport aux soufflets en acier inoxydable. De même, l'Hastalloy C-276 offre une plus grande résistance à la corrosion et à la fatigue que l'Inconel 625. La résistance à la fatigue peut être améliorée en utilisant un système à soufflets multiples et en réduisant la longueur de course ; cela peut augmenter considérablement la durée de vie du soufflet.

Options de vannes

Les types de vannes les plus couramment équipés de joints à soufflet sont les modèles à vanne et à globe (voir Figure 1). Ils sont très adaptés à une utilisation avec des soufflets en raison de leur construction interne et du mouvement axial de la tige de vanne.
Sur la base des informations disponibles, il semble que la taille actuelle des vannes à soufflet varie de 3 mm NB à 650 mm NB. Les pressions nominales sont disponibles de ANSI 150# à 2500#. Les options de matériaux pour les vannes incluent l'acier au carbone, l'acier inoxydable et les alliages exotiques.

Applications

Médias de transfert de chaleur : l'huile chaude est couramment utilisée dans les industries telles que les fibres synthétiques / POY (Partially Oriented Yarn). Cependant, il existe toujours un risque d'incendie dû au déversement d'huile chaude sur des produits chimiques hautement inflammables. Ici, les vannes à soufflet peuvent arrêter la fuite.

Vide/ultra vide : certaines applications nécessitent une pompe à vide pour extraire en permanence l'air d'une canalisation. Toutes les vannes conventionnelles installées sur le pipeline peuvent permettre à l'air extérieur de pénétrer dans le pipeline par le presse-étoupe de la vanne. La vanne à soufflet est donc la seule solution pour empêcher l'air de passer à travers le presse-étoupe.
Fluides très dangereux : pour les fluides tels que le chlore (voir Figure 2), l'hydrogène, l'ammoniac et le phosgène, la vanne à soufflet est une conception idéale car les fuites à travers le presse-étoupe sont totalement éliminées.
Centrale nucléaire, usine d'eau lourde : dans les cas où les fuites de rayonnement doivent être évitées à tout moment, la vanne à soufflet est le choix ultime.
Fluides coûteux : dans certaines applications, les fuites doivent être évitées simplement en raison du coût élevé du fluide. Ici, une évaluation économique privilégie souvent l'utilisation de vannes à soufflet.
Normes environnementales : partout dans le monde, les normes en matière d’émissions et d’environnement sont de plus en plus strictes. Il peut donc être difficile pour les entreprises de se développer dans des locaux existants. Avec l'utilisation de vannes à soufflet, expansion sans environnement supplémentaire
des dommages sont possibles.