Les clapets anti-retour sont vitaux pour plusieurs industries afin de protéger les chaudières et autres équipements.
Figure 1. Disque Globe Ces valves sont une version modifiée de la vanne d'arrêt Globe standard, dont la tige de valve est fixée de façon permanente sur le globe sphérique. Dans la configuration de contrôle d'arrêt, la tête de tige flotte dans le disque globe (c'est-à-dire qu'elle n'est pas attachée) (Figure 1). Les clapets anti-retour ont deux fonctions principales: 1) en tant que clapet à soupape, ils isolent ou régulent le débit et 2) sont modifiés comme clapet anti-retour, ils empêchent le flux inverse. En d'autres termes, ils sont généralement utilisés comme une soupape à soupape pour démarrer ou arrêter le flux du média, mais ils servent également de clapet anti-retour pour se fermer automatiquement en cas de perte de pression, empêchant ainsi tout refoulement chaudières ou pompes.
Pour cette raison, avoir un clapet anti-retour est comme avoir deux valves en une. Le disque interne, qui n'est pas attaché à la tige, effectue un contrôle de levage lui permettant de se déplacer librement de haut en bas lorsque la tige est relevée pour ajuster l'ouverture et la fermeture. Ceci contrôle le débit, mais en cas de reflux, le disque déconnecté fonctionne comme un piston de contrôle et se ferme rapidement, empêchant ainsi le flux inverse dans la chaudière. Si nécessaire, la tige peut être abaissée manuellement pour que le débit soit arrêté ou complètement coupé.
UTILISATION FINALE DES VANNES D'ARRÊT D'ARRÊT
Ces vannes sont principalement utilisées dans les centrales électriques, dans des applications telles que la circulation des chaudières, la production de vapeur et l'eau d'alimentation des chaudières, le refroidissement des turbines, l'eau de démarrage et les systèmes de sécurité. Ils sont également utilisés dans d'autres applications où les concepteurs de tuyauterie veulent combiner les propriétés d'un globe et d'un clapet anti-retour. Ces applications peuvent inclure le service à haute température, la récupération de chaleur, le service de sécurité haute pression, le service géothermique, les services publics, la production et le raffinage du pétrole, les systèmes de sécurité, le refroidissement et le traitement des hydrocarbures.
Dans les applications de chaudières, les vannes et les chaudières sont connectées depuis plus de 150 ans. Les soupapes utilisées sont si essentielles que le Code de la chaudière et du réservoir sous pression de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) couvre la façon dont les soupapes doivent être utilisées. Les premières soupapes d'une ligne de sortie de la chaudière sont généralement des soupapes d'arrêt, qui sont appelées ici soupapes anti-retour ou soupapes d'arrêt de chaudière. Ils sont essentiels lorsque plus d'une chaudière est connectée au collecteur de vapeur principal, et ils doivent être installés dans la canalisation entre chaque chaudière et le collecteur. Ils doivent également être placés de sorte que la pression dans la chaudière soit sous le disque.
Une autre application de la chaudière consiste à utiliser le contrôle d'arrêt comme soupape de purge. La vanne de purge permet d'éliminer l'excès d'eau d'une chaudière, ce qui est parfois nécessaire. Les clapets anti-retour sont toujours utilisés sur les chaudières fixes.
DESSINS
Figure 2. Motif Y en ligne droite installé sur une ligne horizontale
Ces vannes sont disponibles en deux modèles de base, le motif en T et le motif en Y. Dans le motif en T, la tige est perpendiculaire à la canalisation. Cela permet au disque interne de monter et descendre verticalement dans la vanne. Le poids du disque l'aide à se fermer rapidement, fournissant une vitesse inverse minimale lorsque la vanne se ferme. Cependant, en raison de son poids, il nécessite une vitesse d'écoulement plus élevée pour que la soupape soit complètement ouverte et pourrait également s'ajouter à la perte de pression de la soupape.
Figure 3. Modèle en Y droit installé dans une ligne verticale pour un écoulement ascendant
Le motif le plus récent, qui est similaire au motif en T, est le motif en Y, où la tige et le disque sont inclinés de 30 à 45 degrés. Cette conception de modèle est le plus communément utilisé sur le dessus des chaudières et vient dans une voie droite ou un chemin d'écoulement d'angle. Le motif en Y, avec sa tige et son disque inclinés, permet une vitesse d'écoulement inférieure complètement ouverte. Cependant, plus d'attention au guidage du disque est nécessaire pour un fonctionnement sans problème.
La conception rectiligne résulte en un trajet d'écoulement plus droit, qui réduit la turbulence et crée moins de friction fluide. Cela signifie moins de risques de dommages érosifs sur la vanne, ce qui permet de réduire la perte de pression et d'améliorer les caractéristiques d'écoulement globales du système de tuyauterie. Ces types de vannes doivent être installés sur des lignes horizontales (Figure 2) ou verticales (Figure 3) pour un écoulement ascendant.
La conception de la vanne d'angle est utilisée pour un écoulement ascendant à horizontal (Figure 4) ou horizontal vers le bas (Figure 5). Mais dans les deux cas, le débit est tourné de 90 degrés dans la vanne pour permettre à la vanne d'angle de servir à la fois de dispositif de contrôle de débit et d'une canalisation de 90 degrés.
Figure 4. Angle en Y installé pour un écoulement ascendant à horizontal
Étant donné que les vannes ont un élément de disque flottant de forme cylindrique qui est la seule pièce actionnée par pression, il est important qu'elles soient dimensionnées pour fournir une levée de disque pleine correcte pendant la durée de vie de la vanne. S'il est trop grand, le disque risque de fluer, augmentant le taux d'usure de la soupape et limitant sa durée de vie. Si la soupape est trop petite, elle provoquera une perte de pression beaucoup plus élevée et une vitesse élevée, ce qui pourrait également réduire la durée de vie. Si le disque est léger et correctement guidé, il peut fournir une portance maximale à des vitesses minimales pour une ouverture rapide et une faible perte de pression. De plus, le disque doit être conçu pour empêcher le filage, ce qui entraîne une faible usure et une longue durée de vie.
Figure 5. Modèle en Y d'angle installé pour un écoulement horizontal vers le bas Les conceptions de capot pour les contrôles d'arrêt sont fondamentalement les mêmes que pour les vannes à clapet. Ils viennent dans une variété de modèles à des fins différentes. Les petites vannes en bronze, dotées d'une tige à vis à l'intérieur, sont très populaires. Cependant, dans cette conception, les filets de tige sont contenus dans l'enveloppe de pression / fluide du chapeau de soupape et exposés au fluide de traitement. Cela peut entraîner des dommages en cas d'exposition à un fluide corrosif. Ces types de vannes sont normalement utilisés pour l'eau ou la vapeur à basse pression. Sur les vannes pour service corrosif, la conception du chapeau a les filets de la tige à l'extérieur de l'enveloppe de pression / fluide, ce qui aide à prévenir les dommages corrosifs pour les filetages. Une telle conception est appelée la vis extérieure et l'étrier (OS & Y) (figure 6) et est utilisée dans les vannes à clapet industriel de plus grande taille.
Les raccords d'extrémité de la plupart des robinets sont bridés conformément à la norme ASME B16.5 ou à la soudure bout à bout conforme à la norme ASME B15.25. D'autres connexions peuvent être fournies comme spécifié par le client.
Figure 6. Deux configurations de vis et de joug extérieures
FONCTIONNALITÉS
Dans les applications de chaudières, les vannes sont conçues pour remplir plusieurs fonctions très importantes, notamment:
Ils agissent comme des clapets anti-retour automatiques. En cas de défaillance d'une chaudière, la vanne peut empêcher le refoulement brut de la vapeur du collecteur principal à la chaudière.
Ils isolent une chaudière en cessant de tirer et lorsque la chaudière est soufflée. La vanne se ferme automatiquement pour empêcher le reflux de la vapeur vers la chaudière.
Ils aident à remettre la chaudière en marche après un arrêt.
Bien que la fonction de clapet anti-retour ne doive pas être utilisée pour l'arrêt primaire, elle peut restreindre le refoulement du collecteur dans la chaudière qui a été fermée et ouverte ou qui a subi une éruption de confinement sous pression.
NORMES
Bon nombre des normes sur les clapets anti-retour sont liées aux soupapes à soupape, et il y a beaucoup de ces types de normes. L'API a récemment publié une norme sur les valves à clapet qui traite des valves plus grandes que NPS 2. L'API 623, publiée en 2013, couvre les clapets anti-retour. Les sujets couverts comprennent:
La pression doit être équilibrée dans le chapeau au-dessus du disque vers le côté aval.
La conception doit comporter un disque approprié ou un guidage inférieur pour permettre au disque de bouger librement pendant le fonctionnement du clapet anti-retour. Cela empêchera toute défaillance de la fonction de prévention du retour de débit de la vanne.
Les essais doivent être conformes aux exigences de l'API 598 pour les vannes à clapet et les clapets anti-retour et satisfaire aux critères d'acceptation des deux types d'essais. Les soupapes doivent satisfaire aux critères d'essai de la soupape sur le réservoir ainsi qu'aux exigences de fuite du siège
La conception de la vanne doit être adaptée à l'installation avec la tige dans l'orientation verticale ou lorsque la tige est à moins de 45 degrés de l'orientation verticale.
Les autres normes industrielles applicables sont les suivantes:
SME B16.5-Brides de tuyauterie et raccords à brides NPS 1/2 à NPS 24 métriques / pouces
ASME B16.34-Vannes à bride, fileté et bout à souder
API 598-Inspection et essais des vannes
API 602-Robinets-vannes, clapets et clapets anti-retour en acier pour les tailles DN 100 (NPS 4) et plus petits pour l'industrie du pétrole et du gaz naturel
API 623-Robinets à soupape sphériques en acier - extrémités à collerette et à souder bout à bout, bonnets boulonnés
BSI 1873 - Clapets anti-retour et clapets anti-retour à clapet en acier et à clapet en acier pour les industries pétrolière, pétrochimique et des industries connexes
ISO 12149-Robinets à clapet en acier à chapeau boulonné pour applications générales
MSS SP-80-Bronze vanne, globe, angle et clapets anti-retour
MSS SP-85-Globe de fer gris et robinets d'équerre, embouts à brides et filetés
MSS SP-118-Compact globe en acier et clapets anti-retour (service de raffinage de produits chimiques et de pétrole)
MATÉRIAUX
Comme pour les vannes à clapet, les composants de garniture des clapets anti-retour font généralement les frais de l'écoulement du fluide pendant l'opération de fermeture. Les normes industrielles permettent aux utilisateurs finaux de spécifier les matériaux d'habillage requis pour des applications spécifiques. Dans ces normes, les éléments de finition comprennent la surface du siège du corps et du disque et la tige. Des éléments supplémentaires peuvent être spécifiés par l'utilisateur final ou peuvent être le matériau standard du fabricant.
Le choix des matériaux d'habillage corrects est essentiel pour un fonctionnement et une longévité maximum de toute vanne, en particulier les clapets anti-retour, qui sont similaires aux vannes à clapet, et qui présentent un frottement élevé et un chemin d'écoulement complexe. Lorsque le disque se rapproche de la surface du siège, la vitesse et la turbulence augmentent, ce qui crée un risque de cavitation et d'érosion, ce qui peut entraîner une fuite de la soupape et une usure excessive, réduisant ainsi la durée de vie. Ces types de défauts peuvent apparaître comme une mince tranche dans le siège du corps, le disque ou les deux. Ce petit chemin de fuite initial peut s'élargir et devenir une fuite majeure.
Sur certaines valves en bronze, la garniture est soit le même matériau que la soupape ou un alliage de bronze similaire avec une plus grande résistance. Sur les vannes en fer, le matériau de finition habituel est le bronze. La désignation de l'industrie pour cette garniture sur les vannes en fer est «IBBM», qui est définie comme «corps de fer, monté en bronze». Les vannes en acier sont offerts dans une variété de matériaux de garniture, selon les besoins du service. Cependant, ils auront généralement un ou plusieurs des éléments de finition en acier inoxydable martensitique chromé à 13%. Des parements durs tels que Stellite sont également utilisés, ainsi que des aciers inoxydables de série 300 et des alliages cuivre-nickel. La fermeture positive et la longue durée de vie du siège sont assurées par un siège à surface dure intégrale. Une garniture populaire dans les valves en acier est la garniture API # 8, 13% Cr./hardface.
CONCLUSION
Les clapets anti-retour constituent une solution relativement économique et efficace où l'isolation, la régulation et la prévention du refoulement sont des caractéristiques de performance requises pour un système de tuyauterie.
