1 Points clés pour le choix de la vanne

1.1 Préciser le rôle de la vanne dans l'équipement ou le dispositif

Déterminer les conditions de fonctionnement de la vanne : la nature du fluide applicable, la pression de service, la température de service et la méthode de commande de fonctionnement, etc. ;

1.2 Sélectionner correctement le type de vanne

Le choix approprié du type de vanne repose sur une compréhension globale, par le concepteur, de l'ensemble du processus de production et des conditions de fonctionnement. Lors de la sélection du type de vanne, le concepteur doit d'abord maîtriser les caractéristiques structurelles et les performances de chaque vanne ;

1.3 Déterminer le raccordement final de la vanne

Parmi les raccords filetés, à brides et à souder, les deux premiers sont les plus courants. Les vannes filetées sont principalement celles dont le diamètre nominal est inférieur à 50 mm. Au-delà de ce diamètre, l'installation et l'étanchéité du raccord deviennent très difficiles. Les vannes à brides sont plus faciles à installer et à démonter, mais plus lourdes et plus coûteuses que les vannes filetées. Elles conviennent donc aux raccordements de tuyauteries de diamètres et de pressions variés. Les raccords à souder sont adaptés aux fortes charges et plus fiables que les raccords à brides. Cependant, leur démontage et leur remontage sont complexes, ce qui limite leur utilisation aux applications où un fonctionnement fiable et durable est garanti, ou aux environnements exigeants et à haute température.

1.4 Sélection des matériaux de vannes

Outre les propriétés physiques (température, pression) et chimiques (corrosivité) du fluide de travail, la propreté de ce dernier (présence de particules solides) doit être prise en compte lors du choix des matériaux du corps de vanne, des pièces internes et de la surface d'étanchéité. Il convient également de se référer à la réglementation en vigueur, tant au niveau national qu'au niveau de l'utilisateur. Un choix judicieux des matériaux de la vanne permet d'optimiser sa durée de vie et ses performances. L'ordre de préférence des matériaux du corps de vanne est le suivant : fonte – acier au carbone – acier inoxydable ; pour les matériaux de la bague d'étanchéité, l'ordre est le suivant : caoutchouc – cuivre – acier allié – F4.

1,5 Autres

De plus, il convient de déterminer le débit et le niveau de pression du fluide traversant la vanne, et de sélectionner la vanne appropriée à l'aide des informations existantes (telles que les catalogues de produits de vannes, les échantillons de produits de vannes, etc.).

2 Introduction aux vannes courantes

Il existe de nombreux types de vannes, et leurs variétés sont complexes. Les principaux types sont :vannes à guillotine, vannes d'arrêt, vannes d'étranglement,vannes papillon, vannes à boisseau sphérique, vannes électriques, vannes à membrane, clapets anti-retour, soupapes de sécurité, détendeurs,purgeurs de vapeur et vannes d'arrêt d'urgence,Parmi celles-ci, les plus couramment utilisées sont les vannes à guillotine, les vannes d'arrêt, les vannes à papillon, les vannes à boisseau sphérique, les clapets anti-retour et les vannes à membrane.

2.1 Vanne à guillotine

Une vanne à guillotine est une vanne dont le corps (le clapet) est actionné par la tige et se déplace verticalement le long du siège, permettant ainsi de contrôler le passage du fluide. Comparée à un robinet d'arrêt, la vanne à guillotine offre une meilleure étanchéité, une moindre résistance au fluide, un effort d'ouverture et de fermeture réduit et une certaine marge de réglage. C'est l'une des vannes d'arrêt les plus couramment utilisées. Ses inconvénients sont sa taille plus importante, sa structure plus complexe que celle d'un robinet d'arrêt, l'usure rapide de son siège et la difficulté de sa maintenance. Elle est généralement inadaptée à la régulation de débit. Selon la position du filetage sur la tige, on distingue deux types de vannes à guillotine : à tige montante et à tige encastrée. Selon les caractéristiques structurelles du clapet, on distingue deux types : à coin et à guillotine parallèle.

2.2 Vanne d'arrêt

La vanne d'arrêt est une vanne à fermeture par le bas, dont les parties d'ouverture et de fermeture (disque de vanne) sont actionnées par la tige de vanne et se déplacent verticalement le long de l'axe du siège (surface d'étanchéité). Comparée à la vanne à guillotine, elle présente de bonnes performances de réglage, une étanchéité moindre, une structure simple, une fabrication et une maintenance aisées, une résistance élevée aux fluides et un prix bas. C'est une vanne d'arrêt couramment utilisée, généralement pour les canalisations de moyen et petit diamètre.

2.3 Vanne à bille

Les organes d'ouverture et de fermeture de la vanne à bille sont des sphères percées de trous circulaires. La rotation de la sphère, associée à celle de la tige de la vanne, permet l'ouverture et la fermeture de celle-ci. La vanne à bille présente une structure simple, une commutation rapide, une utilisation aisée, des dimensions réduites, un poids léger, un nombre limité de pièces, une faible résistance à l'écoulement, une bonne étanchéité et une maintenance facile.

2.4 Papillon des gaz

Hormis le disque de soupape, le papillon des gaz présente une structure similaire à celle du robinet d'arrêt. Son disque, élément de régulation du débit, possède des caractéristiques spécifiques selon sa forme. Le diamètre du siège de soupape ne doit pas être trop important, car une faible hauteur d'ouverture entraîne une augmentation du débit du fluide, accélérant ainsi l'usure du disque. Le papillon des gaz est compact, léger et offre de bonnes performances de réglage, mais sa précision de réglage reste limitée.

2.5 Vanne à bouchon

La vanne à boisseau utilise un corps percé d'un orifice traversant comme élément d'ouverture et de fermeture. Ce corps tourne avec la tige de la vanne pour assurer l'ouverture et la fermeture. La vanne à boisseau présente une structure simple, une ouverture et une fermeture rapides, une grande facilité d'utilisation, une faible résistance à l'écoulement, un nombre réduit de pièces et un poids léger. Elle existe en versions à passage direct, à trois voies et à quatre voies. Les vannes à passage direct servent à interrompre le flux de fluide, tandis que les vannes à trois et quatre voies permettent de modifier ou de dévier ce flux.

2.6 Vanne papillon

La vanne papillon est constituée d'un papillon qui pivote à 90° autour d'un axe fixe dans le corps de la vanne pour assurer l'ouverture et la fermeture. De petite taille, légère et de conception simple, elle ne comporte que quelques pièces.

Elle s'ouvre et se ferme rapidement par une rotation de 90° et est facile à manipuler. En position complètement ouverte, l'épaisseur du papillon constitue la seule résistance au passage du fluide. La perte de charge est donc très faible, ce qui confère à la vanne d'excellentes caractéristiques de régulation de débit. Il existe deux types d'étanchéité pour les vannes papillon : à joint souple élastique et à joint rigide métallique. Dans le cas des vannes à joint élastique, la bague d'étanchéité peut être intégrée au corps de la vanne ou fixée à la périphérie du papillon. Ce type de vanne offre une bonne étanchéité et convient à la régulation de débit, ainsi qu'aux canalisations sous vide moyen et aux fluides corrosifs. Les vannes à joint métallique ont généralement une durée de vie plus longue que celles à joint élastique, mais l'étanchéité parfaite est plus difficile à obtenir. Elles sont généralement utilisées lorsque le débit et la perte de charge varient fortement et qu'une bonne régulation de débit est requise. Les joints métalliques supportent des températures de fonctionnement plus élevées, contrairement aux joints élastiques dont la performance est limitée par la température.

2.7 Clapet anti-retour

Un clapet anti-retour est une vanne qui empêche automatiquement le reflux d'un fluide. Sous l'effet de la pression du fluide, le disque du clapet s'ouvre, permettant ainsi au fluide de s'écouler de l'entrée vers la sortie. Lorsque la pression à l'entrée est inférieure à celle à la sortie, le disque se ferme automatiquement sous l'effet de la différence de pression et de sa propre gravité, empêchant ainsi le reflux. Selon sa structure, on distingue le clapet anti-retour à levage et le clapet anti-retour à battant. Le clapet à levage offre une meilleure étanchéité et une résistance au fluide supérieure au clapet à battant. Pour l'orifice d'aspiration de la pompe, il convient d'utiliser un clapet de pied. Ce dernier permet de remplir d'eau la conduite d'aspiration avant le démarrage de la pompe et de maintenir la conduite et le corps de pompe remplis d'eau après l'arrêt, en vue du redémarrage. Le clapet de pied est généralement installé uniquement sur la conduite verticale d'aspiration de la pompe, le fluide s'écoulant alors de bas en haut.

2.8 Valve à membrane

L'élément d'ouverture et de fermeture de la vanne à membrane est une membrane en caoutchouc, prise en sandwich entre le corps de la vanne et le couvercle de la vanne.

La partie saillante du diaphragme est fixée sur la tige de la vanne, et le corps de la vanne est revêtu de caoutchouc. Le fluide ne pénétrant pas dans la cavité interne du couvercle de la vanne, la tige ne nécessite pas de presse-étoupe. La vanne à diaphragme présente une structure simple, une excellente étanchéité, une maintenance aisée et une faible résistance au fluide. Il existe quatre types de vannes à diaphragme : à déversoir, à passage direct, à angle droit et à courant continu.

3 Instructions courantes de sélection des vannes

3.1 Instructions de sélection de la vanne à guillotine

En règle générale, il convient de privilégier les vannes à guillotine. Outre la vapeur, l'huile et d'autres fluides, elles sont également adaptées aux fluides contenant des particules solides et présentant une viscosité élevée, et conviennent aux systèmes de purge et de vide partiel. Pour les fluides contenant des particules solides, le corps de la vanne doit comporter un ou deux orifices de purge. Pour les fluides à basse température, il est nécessaire de choisir une vanne à guillotine spéciale basse température.

3.2 Instructions de sélection de la vanne d'arrêt

La vanne d'arrêt convient aux canalisations présentant de faibles exigences en matière de résistance au fluide (la perte de charge étant négligeable), ainsi qu'aux canalisations ou dispositifs transportant des fluides à haute température et haute pression. Elle est adaptée aux canalisations de vapeur et autres fluides de diamètre nominal inférieur à 200 mm. Les vannes de petit diamètre, telles que les vannes à pointeau, les vannes d'instrumentation, les vannes d'échantillonnage et les vannes de manomètre, peuvent être utilisées. Les vannes d'arrêt permettent la régulation du débit ou de la pression, mais leur précision est limitée et le diamètre des canalisations est relativement petit ; il est donc préférable d'opter pour des vannes d'arrêt ou des vannes à détente. Pour les fluides hautement toxiques, il convient de choisir des vannes d'arrêt à soufflet. En revanche, les vannes d'arrêt ne doivent pas être utilisées pour les fluides à haute viscosité ou contenant des particules susceptibles de précipiter, ni comme soupapes de purge ou pour les systèmes à vide partiel.

3.3 Instructions de sélection de la vanne à bille

Les vannes à bille conviennent aux fluides à basse température, haute pression et haute viscosité. La plupart peuvent être utilisées avec des fluides contenant des particules solides en suspension, ainsi qu'avec des fluides pulvérulents et granulaires, selon les exigences du matériau d'étanchéité. Les vannes à bille à passage intégral ne sont pas adaptées à la régulation de débit, mais conviennent aux applications nécessitant une ouverture et une fermeture rapides, facilitant ainsi la coupure d'urgence en cas d'incident. Elles sont généralement recommandées pour les canalisations exigeant une étanchéité parfaite, une faible résistance à l'usure et au retrait des canaux, une ouverture et une fermeture rapides, une coupure haute pression (forte différence de pression), un faible niveau sonore, une absence de gazéification, un faible couple de manœuvre et une faible résistance à l'écoulement. Les vannes à bille conviennent aux structures légères, aux coupures basse pression et aux fluides corrosifs. Elles sont également idéales pour les fluides à basse température et très froids. Pour les systèmes et dispositifs de canalisations fonctionnant avec des fluides à basse température, il convient de choisir des vannes à bille basse température avec couvercle. Lors de l'utilisation de vannes à bille flottantes, le matériau du siège doit supporter la charge de la bille et du fluide. Les vannes à bille de grand diamètre nécessitent une force plus importante lors de leur fonctionnement, et les vannes à bille DN ≥ 200 mm doivent utiliser une transmission par engrenage à vis sans fin ; les vannes à bille fixes conviennent aux applications avec des diamètres plus importants et des pressions plus élevées ; en outre, les vannes à bille utilisées pour les canalisations de matériaux de traitement hautement toxiques et de fluides inflammables doivent avoir des structures ignifuges et antistatiques.

3.4 Instructions de sélection du papillon des gaz

Les vannes à débit variable conviennent aux applications à basse et moyenne température et à haute pression, et sont adaptées aux pièces nécessitant un réglage du débit et de la pression. Elles ne conviennent pas aux fluides à haute viscosité ou contenant des particules solides, ni aux vannes d'isolement.

3.5 Instructions de sélection pour la vanne à bouchon

Les vannes à boisseau sont adaptées aux applications nécessitant une ouverture et une fermeture rapides. Elles ne conviennent généralement pas à la vapeur ni aux fluides à haute température. Elles sont utilisées pour les fluides à basse température et à viscosité élevée, et conviennent également aux fluides contenant des particules en suspension.

3.6 Instructions de sélection pour la vanne papillon

Les vannes papillon conviennent aux applications nécessitant de grands diamètres (DN > 600 mm) et des longueurs réduites, ainsi qu'à celles exigeant une régulation de débit et une ouverture/fermeture rapide. Elles sont généralement utilisées pour des fluides tels que l'eau, l'huile et l'air comprimé à des températures ≤ 80 °C et des pressions ≤ 1,0 MPa. Du fait de leurs pertes de charge relativement importantes par rapport aux vannes à guillotine et aux vannes à boisseau sphérique, les vannes papillon sont particulièrement adaptées aux réseaux de canalisations où les exigences en matière de pertes de charge sont moins strictes.

3.7 Instructions de sélection du clapet anti-retour

Les clapets anti-retour sont généralement adaptés aux fluides propres et ne conviennent pas aux fluides contenant des particules solides ou présentant une viscosité élevée. Pour un DN ≤ 40 mm, il est conseillé d'utiliser un clapet anti-retour à levage (installation autorisée uniquement sur les conduites horizontales). Pour un DN compris entre 50 et 400 mm, il est conseillé d'utiliser un clapet anti-retour à levage oscillant (installation possible sur les conduites horizontales et verticales ; en cas d'installation sur une conduite verticale, le fluide doit circuler de bas en haut). Pour un DN ≥ 450 mm, il est conseillé d'utiliser un clapet anti-retour tampon. Pour un DN compris entre 100 et 400 mm, un clapet anti-retour à plaquette peut également être utilisé. Le clapet anti-retour oscillant peut supporter une pression de service très élevée (PN jusqu'à 42 MPa) et s'adapte à tous les fluides et à toutes les plages de températures de service, selon les matériaux utilisés pour la coque et les joints. Le fluide peut être de l'eau, de la vapeur, du gaz, un fluide corrosif, de l'huile, un médicament, etc. La plage de température de fonctionnement du fluide est comprise entre -196 et 800 °C.

3.8 Instructions de sélection de la valve à membrane

Les vannes à membrane conviennent aux huiles, à l'eau, aux milieux acides et aux milieux contenant des matières en suspension, à une température de service inférieure à 200 °C et une pression inférieure à 1 MPa, mais pas aux solvants organiques ni aux oxydants puissants. Les vannes à membrane à déversoir sont adaptées aux milieux granulaires abrasifs. Le tableau des caractéristiques d'écoulement doit être utilisé pour le choix de ces vannes. Les vannes à membrane à passage direct conviennent aux fluides visqueux, aux coulis de ciment et aux milieux sédimentaires. Sauf exigences particulières, les vannes à membrane ne doivent pas être utilisées sur les canalisations et les équipements sous vide.