Bien quevannes en plastiqueParfois considérées comme des produits spécifiques, particulièrement prisés par les fabricants et les concepteurs de tuyauteries en plastique pour les systèmes industriels ou les personnes nécessitant des équipements ultra-propres, il est difficile de présumer que ces vannes n'ont pas de nombreuses applications générales. En réalité, les vannes en plastique actuelles offrent un large éventail d'applications, car les types de matériaux ne cessent de se développer et, grâce à l'expertise des concepteurs, ces outils multifonctionnels offrent de plus en plus de possibilités d'utilisation.

PROPRIÉTÉS DU PLASTIQUE

Les vannes thermoplastiques présentent de nombreux avantages : résistance à la corrosion, aux produits chimiques et à l'abrasion ; parois intérieures lisses ; légèreté ; facilité d'installation ; longue durée de vie ; et coût de cycle de vie réduit. 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'industrie agroalimentaire et pharmaceutique, les centrales électriques, les raffineries de pétrole, etc. Les vannes en plastique peuvent être fabriquées à partir de différents matériaux et utilisées dans diverses configurations. Les vannes thermoplastiques les plus courantes sont en polychlorure de vinyle (PVC), en polychlorure de vinyle chloré (CPVC), en polypropylène (PP) et en polyfluorure de vinylidène (PVDF). Les vannes en PVC et en CPVC sont généralement assemblées aux systèmes de tuyauterie par collage au solvant, par embouts à emboîtement ou par embouts filetés et à brides ; tandis que le PP et le PVDF nécessitent l'assemblage des composants des systèmes de tuyauterie par thermofusion, par soudage bout à bout ou par électrofusion.

Les vannes thermoplastiques excellent dans les environnements corrosifs, mais elles sont tout aussi utiles pour 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 61 relative aux effets sur la santé, y compris l'exigence de faible teneur en plomb de l'annexe G. Le choix du matériau adapté aux fluides corrosifs peut être facilité en consultant le guide de résistance chimique du fabricant et en comprenant l'effet de la température sur la résistance des matériaux plastiques.

Bien que le polypropylène soit deux fois moins résistant que le PVC et le CPVC, il offre la plus grande polyvalence chimique, car il ne contient aucun solvant connu. Le PP est performant dans les acides et hydroxydes acétiques concentrés, et convient également aux solutions plus douces de la plupart des acides, alcalis, sels et de nombreux produits chimiques organiques.

Le PP est disponible en version pigmentée ou non pigmentée (naturelle). Le PP naturel est fortement dégradé par les rayons ultraviolets (UV), mais les composés contenant plus de 2,5 % de pigmentation au noir de carbone sont bien stabilisés aux UV.

Les systèmes de tuyauterie en PVDF sont utilisés dans diverses applications industrielles, de l'industrie pharmaceutique à l'exploitation minière, en raison de sa robustesse, de sa température de service et de sa résistance chimique aux sels, aux acides forts, aux bases diluées et à de nombreux solvants organiques. Contrairement au PP, le PVDF ne se dégrade pas au soleil ; cependant, le plastique est transparent et peut exposer le fluide aux rayons UV. Si une formulation naturelle et non pigmentée de PVDF est idéale pour les applications intérieures de haute pureté, l'ajout d'un pigment, tel qu'un rouge alimentaire, permettrait une exposition au soleil sans effet néfaste sur le fluide.

Les systèmes en plastique présentent des défis de conception, tels que leur sensibilité à la température et à la dilatation et à la contraction thermiques. Cependant, les ingénieurs peuvent concevoir des systèmes de tuyauterie durables et économiques pour les environnements généraux et corrosifs. Le principal facteur de conception est que le coefficient de dilatation thermique des plastiques est supérieur à celui des métaux ; le thermoplastique est par exemple cinq à six fois supérieur à celui de l'acier.

Lors de la conception de systèmes de tuyauterie et de l'évaluation de l'impact sur le positionnement et les supports des vannes, l'allongement thermique est un élément important à prendre en compte dans le cas des thermoplastiques. Les contraintes et les forces résultant de la dilatation et de la contraction thermiques peuvent être réduites, voire éliminées, en apportant de la flexibilité aux systèmes de tuyauterie grâce à des changements fréquents de direction ou à l'introduction de boucles de dilatation. Grâce à cette flexibilité, la vanne en plastique n'aura pas à absorber autant de contraintes (figure 1).

Les thermoplastiques étant sensibles à la température, la pression nominale d'une vanne diminue avec l'augmentation de la température. Les différents matériaux plastiques présentent une dilatation proportionnelle à la température. La température du fluide n'est pas la seule source de chaleur pouvant affecter la pression nominale d'une vanne en plastique ; la température extérieure maximale doit être prise en compte lors de la conception. Dans certains cas, une conception non adaptée à la température extérieure de la tuyauterie peut entraîner un affaissement excessif dû à l'absence de supports. Le PVC a une température de service maximale de 60 °C ; le CPVC, de 100 °C ; le PP, de 82 °C ; et les vannes en PVDF peuvent maintenir une pression jusqu'à 135 °C (figure 2).

À l'autre extrémité de l'échelle de température, la plupart des systèmes de tuyauterie en plastique fonctionnent assez bien à des températures négatives. En effet, la résistance à la traction des tuyauteries thermoplastiques augmente avec la baisse de température. Cependant, la résistance aux chocs de la plupart des plastiques diminue avec la baisse de température, et les matériaux de tuyauterie affectés deviennent cassants. Tant que les vannes et la tuyauterie adjacente ne sont pas perturbées, ne sont pas endommagées par des chocs ou des objets, et que la tuyauterie ne tombe pas lors de la manipulation, les effets néfastes sur la tuyauterie en plastique sont minimisés.

TYPES DE VANNES THERMOPLASTIQUES

Vannes à boisseau sphérique,clapets anti-retour,vannes papillonLes vannes à membrane sont disponibles dans différents matériaux thermoplastiques pour les systèmes de tuyauterie sous pression Schedule 80, avec une multitude d'options de garniture et d'accessoires. Le robinet à boisseau sphérique standard est généralement de type union, facilitant le démontage du corps pour la maintenance, sans perturber 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'adaptent facilement aux brides métalliques car elles sont conformes aux trous de boulonnage, aux cercles de boulonnage et aux dimensions hors tout de la norme ANSI Classe 150. Le diamètre intérieur lisse des pièces thermoplastiques contribue à la précision de contrôle des vannes à membrane.

Les robinets à boisseau sphérique en PVC et CPVC sont fabriqués par plusieurs entreprises américaines et étrangères, dans des dimensions de 1/2 à 6 pouces, avec des raccords à emboîtement, filetés ou à bride. La conception à union véritable des robinets à boisseau sphérique contemporains comprend deux écrous qui se vissent sur le corps, comprimant ainsi les joints élastomères entre le corps et les raccords d'extrémité. Certains fabricants ont conservé la même longueur de pose et le même filetage d'écrou pour les robinets à boisseau sphérique depuis des décennies afin de faciliter le remplacement des anciens robinets sans modifier la tuyauterie adjacente.

Les robinets à boisseau sphérique avec joints élastomères en éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) doivent être certifiés NSF-61G pour une utilisation dans le domaine de l'eau potable. Les joints élastomères en fluorocarbone (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 boisseau sphérique à bride fixé à un réservoir. Figure 4. Un clapet anti-retour à boisseau sphérique installé verticalement. Les robinets à boisseau 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 la pression maximale d'eau sans choc peut atteindre 250 psi à 73 °F. Les robinets à boisseau sphérique plus grands, de 2-1/2 pouces à 6 pouces, auront une pression nominale inférieure de 150 psi à 73 °F. Couramment utilisés pour le transport de produits chimiques, les robinets à boisseau 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 conçus pour une pression maximale d'eau sans choc de 150 psi à température ambiante.

Les clapets anti-retour à bille thermoplastiques utilisent une bille dont la densité est inférieure à celle de l'eau. Ainsi, en cas de perte de pression en amont, la bille retombe contre la surface d'étanchéité. Ces clapets peuvent être utilisés dans les mêmes conditions que les clapets à bille en plastique similaires, car ils n'introduisent pas de nouveaux matériaux dans le système. D'autres types de clapets anti-retour peuvent être équipés de ressorts métalliques, qui peuvent ne pas résister aux environnements corrosifs.

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

L'installation d'une vanne papillon en plastique est simple, car ces vannes sont fabriquées avec des joints élastomères intégrés au corps. Aucun joint n'est requis. Placée entre deux brides, la vanne papillon en plastique doit être vissée avec précaution en augmentant le couple de serrage recommandé en trois étapes. Cette opération permet d'assurer une étanchéité uniforme sur toute la surface et d'éviter toute contrainte mécanique inégale sur la vanne.

Figure 6. Vanne à membrane. Les professionnels des vannes métalliques retrouveront les avantages des vannes à membrane en plastique, avec leur volant et leurs indicateurs de position (figure 6). Cependant, la vanne à membrane en plastique présente des avantages distinctifs, notamment les parois intérieures lisses de son corps en thermoplastique. À l'instar de la vanne à boisseau sphérique en plastique, ces vannes peuvent être équipées d'un raccord union, particulièrement utile pour les travaux de maintenance. Il est également possible d'opter pour des raccords à brides. Grâce à la multitude de matériaux disponibles pour le corps et la membrane, cette vanne peut être utilisée dans diverses applications chimiques.

Comme pour toute vanne, la clé de l'actionnement des vannes en plastique réside dans la détermination des exigences de fonctionnement, telles que le choix entre un fonctionnement pneumatique et électrique, et un fonctionnement en courant continu ou alternatif. Cependant, avec le plastique, le concepteur et l'utilisateur doivent également comprendre le type d'environnement dans lequel l'actionneur sera installé. Comme mentionné précédemment, les vannes en plastique constituent une excellente option pour les environnements corrosifs, notamment les environnements externes corrosifs. De ce fait, le matériau du boîtier des actionneurs pour vannes en plastique est un facteur important. Les fabricants de vannes en plastique proposent des options pour répondre aux exigences de ces environnements corrosifs, sous la forme d'actionneurs recouverts de plastique ou de boîtiers métalliques revêtus d'époxy.

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