Bien quevannes en plastiquesont parfois considérées comme un produit spécial - le premier choix pour les personnes qui fabriquent ou conçoivent des produits de tuyauterie en plastique pour les systèmes industriels ou qui doivent disposer d'équipements ultra-propres - en supposant que ces vannes n'ont pas beaucoup d'utilisations générales - vision. En fait, les vannes en plastique d'aujourd'hui ont un large éventail d'utilisations, car les types de matériaux continuent de se développer, et les bons concepteurs qui ont besoin de ces matériaux signifient qu'il existe de plus en plus de façons d'utiliser ces outils multifonctionnels.

PROPRIÉTÉS DU PLASTIQUE

Les avantages des vannes thermoplastiques sont nombreux : résistance à la corrosion, aux produits chimiques et à l’abrasion ; murs intérieurs lisses; poids léger; facilité d'installation; longue espérance de vie; et un coût de cycle de vie inférieur. Ces avantages ont conduit à une large acceptation des vannes en plastique dans des applications commerciales et industrielles telles que la distribution d'eau, le traitement des eaux usées, la transformation des métaux et des produits chimiques, l'alimentation et la pharmacie, les centrales électriques, les raffineries de pétrole et les vannes en plastique peuvent être fabriquées à partir d'un certain nombre de matériaux différents utilisés. dans un certain nombre de configurations. Les valves thermoplastiques les plus courantes sont constituées de chlorure de polyvinyle (PVC), de chlorure de polyvinyle chloré (CPVC), de polypropylène (PP) et de fluorure de polyvinylidène (PVDF). Les vannes en PVC et en CPVC sont généralement reliées aux systèmes de tuyauterie par des extrémités à emboîture collées au solvant ou par des extrémités filetées et à brides ; tandis que le PP et le PVDF nécessitent l'assemblage des composants du système de tuyauterie, soit par des technologies de fusion thermique, bout à bout ou électro-fusion.

Les vannes thermoplastiques excellent dans les environnements corrosifs, mais elles sont tout aussi utiles dans le service général de l'eau car elles sont sans plomb1, résistantes à la dézincification et ne rouillent pas. Les systèmes de tuyauterie et les vannes en PVC et CPVC doivent être testés et certifiés selon la norme NSF [National Sanitation Foundation] 61 pour les effets sur la santé, y compris l'exigence de faible teneur en plomb de l'annexe G. Le choix du matériau approprié pour les fluides corrosifs peut être effectué en consultant la résistance chimique du fabricant. guider et comprendre l'effet que la température aura sur la résistance des matériaux plastiques.

Bien que le polypropylène ait la moitié de la résistance du PVC et du CPVC, il possède la résistance chimique la plus polyvalente car il n’existe aucun solvant connu. Le PP fonctionne bien dans les acides acétiques et les hydroxydes concentrés, et il convient également aux solutions plus douces de la plupart des acides, alcalis, sels et de nombreux produits chimiques organiques.

Le PP est disponible sous forme de matériau pigmenté ou non (naturel). Le PP naturel est gravement dégradé par les rayons ultraviolets (UV), mais les composés contenant plus de 2,5 % de pigmentation en noir de carbone sont suffisamment stabilisés aux UV.

Les systèmes de tuyauterie en PVDF sont utilisés dans diverses applications industrielles, depuis l'industrie pharmaceutique jusqu'à l'exploitation minière, en raison de la résistance du PVDF, de sa température de fonctionnement et de sa résistance chimique aux sels, aux acides forts, aux bases diluées et à de nombreux solvants organiques. Contrairement au PP, le PVDF n’est pas dégradé par la lumière du soleil ; cependant, le plastique est transparent à la lumière du soleil et peut exposer le fluide aux rayons UV. Bien qu'une formulation naturelle et non pigmentée de PVDF soit excellente pour les applications intérieures de haute pureté, l'ajout d'un pigment tel qu'un rouge de qualité alimentaire permettrait une exposition à la lumière du soleil sans effet indésirable sur le milieu fluide.

Les systèmes en plastique présentent des défis de conception, tels que la sensibilité à la température et à la dilatation et à la contraction thermiques, mais les ingénieurs peuvent concevoir et ont conçu des systèmes de tuyauterie durables et rentables pour les environnements généraux et corrosifs. La principale considération de conception est que le coefficient de dilatation thermique des plastiques est supérieur à celui du métal : le thermoplastique est cinq à six fois supérieur à celui de l'acier, par exemple.

Lors de la conception de systèmes de tuyauterie et de l'impact sur le placement et les supports de vannes, l'allongement thermique est un facteur important à prendre en compte dans les thermoplastiques. Les contraintes et les forces résultant de la dilatation et de la contraction thermique peuvent être réduites ou éliminées en assurant la flexibilité des systèmes de tuyauterie grâce à des changements de direction fréquents ou à l'introduction de boucles de dilatation. En offrant cette flexibilité le long du système de tuyauterie, la vanne en plastique n'aura pas besoin d'absorber autant de contraintes (Figure 1).

Les thermoplastiques étant sensibles à la température, la pression nominale d’une vanne diminue à mesure que la température augmente. Différentes matières plastiques présentent une dépréciation correspondante avec l'augmentation de la température. La température du fluide n'est peut-être pas la seule source de chaleur susceptible d'affecter la pression nominale d'une vanne en plastique : la température externe maximale doit être prise en compte lors de la conception. Dans certains cas, une conception non adaptée à la température externe de la tuyauterie peut provoquer un affaissement excessif dû au manque de supports de tuyauterie. Le PVC a une température de service maximale de 140°F ; Le CPVC a un maximum de 220°F ; Le PP a un maximum de 180°F ; et les vannes PVDF peuvent maintenir une pression jusqu'à 280°F (Figure 2).

À l’autre extrémité de l’échelle de température, la plupart des systèmes de tuyauterie en plastique fonctionnent plutôt bien à des températures inférieures à zéro. En fait, la résistance à la traction augmente dans les tuyaux thermoplastiques à mesure que la température diminue. Cependant, la résistance aux chocs de la plupart des plastiques diminue à mesure que la température baisse et une fragilité apparaît dans les matériaux de tuyauterie concernés. Tant que les vannes et le système de tuyauterie adjacent ne sont pas perturbés, ne sont pas menacés par des coups ou des chocs d'objets et que la tuyauterie ne tombe pas pendant la manipulation, les effets néfastes sur la tuyauterie en plastique sont minimisés.

TYPES DE VANNES THERMOPLASTIQUES

Vannes à bille,clapets anti-retour,vannes papillonet les vannes à membrane sont disponibles dans chacun des différents matériaux thermoplastiques pour les systèmes de tuyauterie sous pression de série 80 qui disposent également d'une multitude d'options de garniture et d'accessoires. Le robinet à tournant sphérique standard est le plus souvent une véritable conception à raccord union pour faciliter le retrait du corps de vanne à des fins de maintenance sans interruption de la tuyauterie de raccordement. Les clapets anti-retour thermoplastiques sont disponibles sous forme de clapets à bille, de clapets à battant, de clapets en Y et de clapets à cône. Les vannes papillon s'accouplent facilement aux brides métalliques car elles sont conformes aux trous de boulons, aux cercles de boulons et aux dimensions hors tout de la classe ANSI 150. Le diamètre intérieur lisse des pièces thermoplastiques ne fait qu'ajouter au contrôle précis des vannes à membrane.

Les robinets à tournant sphérique en PVC et CPVC sont fabriqués par plusieurs sociétés américaines et étrangères dans des tailles de 1/2 pouce à 6 pouces avec des raccords à douille, filetés ou à brides. La véritable conception union des robinets à tournant sphérique contemporains comprend deux écrous qui se vissent sur le corps, comprimant les joints en élastomère entre le corps et les connecteurs d'extrémité. Certains fabricants ont conservé la même longueur de pose des robinets à tournant sphérique et les mêmes filetages d'écrou pendant des décennies afin de permettre un remplacement facile des vannes plus anciennes sans modification de la tuyauterie adjacente.

Les robinets à tournant sphérique avec joints élastomères éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) doivent être certifiés NSF-61G pour une utilisation dans l'eau potable. Les joints élastomères fluorocarbonés (FKM) peuvent être utilisés comme alternative pour les systèmes où la compatibilité chimique est un problème. Le FKM peut également être utilisé dans la plupart des applications impliquant des acides minéraux, à l'exception du chlorure d'hydrogène, des solutions salines, des hydrocarbures chlorés et des huiles de pétrole.

Figure 3. Un robinet à bille à bride fixé à un réservoirFigure 4. Un clapet anti-retour à bille installé verticalementLes robinets à tournant sphérique en PVC et CPVC, de 1/2 pouce à 2 pouces, sont une option viable pour les applications d'eau chaude et froide où l'eau maximale sans choc le service peut atteindre 250 psi à 73°F. Les robinets à tournant sphérique plus grands, de 2-1/2 pouces à 6 pouces, auront une pression nominale inférieure de 150 psi à 73°F. Couramment utilisés dans le transport de produits chimiques, les robinets à tournant sphérique en PP et PVDF (Figures 3 et 4), disponibles dans des tailles de 1/2 pouce à 4 pouces avec des raccords à douille, filetés ou à bride, sont généralement évalués pour un service d'eau maximum sans choc de 150 psi à température ambiante.

Les clapets anti-retour à bille thermoplastiques reposent sur une bille dont la densité est inférieure à celle de l'eau, de sorte que si la pression est perdue du côté amont, la bille retombera contre la surface d'étanchéité. Ces vannes peuvent être utilisées dans le même service que des vannes à bille en plastique similaires car elles n'introduisent pas de nouveaux matériaux dans le système. D'autres types de clapets anti-retour peuvent inclure des ressorts métalliques qui peuvent ne pas durer dans des environnements corrosifs.

Figure 5. Une vanne papillon avec revêtement en élastomère La vanne papillon en plastique dans les tailles de 2 pouces à 24 pouces est populaire pour les systèmes de tuyauterie de plus grand diamètre. Les fabricants de vannes papillon en plastique adoptent des approches différentes en matière de construction et de surfaces d'étanchéité. Certains utilisent un revêtement en élastomère (Figure 5) ou un joint torique, tandis que d'autres utilisent un disque recouvert d'élastomère. Certains fabriquent le corps à partir d'un seul matériau, mais les composants internes en contact avec le fluide servent de matériaux du système, ce qui signifie qu'un corps de vanne papillon en polypropylène peut contenir un revêtement en EPDM et un disque en PVC ou plusieurs autres configurations avec des joints thermoplastiques et élastomères courants.

L'installation d'une vanne papillon en plastique est simple car ces vannes sont fabriquées sous forme de plaquette avec des joints en élastomère conçus dans le corps. Ils ne nécessitent pas l’ajout d’un joint. Situé entre deux brides d'accouplement, le boulonnage d'une vanne papillon en plastique doit être manipulé avec soin en augmentant le couple de serrage recommandé en trois étapes. Ceci est fait pour garantir une étanchéité uniforme sur toute la surface et qu'aucune contrainte mécanique inégale n'est appliquée sur la vanne.

Figure 6. Une vanne à membraneLes professionnels des vannes métalliques trouveront familiers les principaux fonctionnements des vannes à membrane en plastique avec les indicateurs de roue et de position (Figure 6) ; cependant, la vanne à membrane en plastique peut présenter certains avantages distincts, notamment les parois intérieures lisses du corps thermoplastique. Semblable au robinet à tournant sphérique en plastique, les utilisateurs de ces vannes ont la possibilité d'installer un véritable raccord-union, ce qui peut être particulièrement utile pour les travaux de maintenance sur la vanne. Un utilisateur peut également sélectionner des connexions à brides. Grâce à toutes les options de matériaux du corps et de la membrane, cette vanne peut être utilisée dans diverses applications chimiques.

Comme pour toute vanne, la clé de l'actionnement des vannes en plastique consiste à déterminer les exigences de fonctionnement, telles que le pneumatique par rapport à l'électricité et l'alimentation CC par rapport à l'alimentation CA. Mais avec le plastique, le concepteur et l'utilisateur doivent également comprendre quel type d'environnement entourera l'actionneur. Comme mentionné précédemment, les vannes en plastique constituent une excellente option pour les situations corrosives, qui incluent les environnements extérieurement corrosifs. Pour cette raison, le matériau du boîtier des actionneurs pour vannes en plastique est un facteur important à prendre en compte. Les fabricants de vannes en plastique disposent d'options pour répondre aux besoins de ces environnements corrosifs sous la forme d'actionneurs recouverts de plastique ou de boîtiers métalliques recouverts d'époxy.

Comme le montre cet article, les vannes en plastique offrent aujourd'hui toutes sortes d'options pour de nouvelles applications et situations.