Où les vannes sont utilisées

Où les vannes sont utilisées : Partout !

08 novembre 2017 Écrit par Greg Johnson

Les vannes peuvent être trouvées à peu près n'importe où aujourd'hui : dans nos maisons, sous la rue, dans les bâtiments commerciaux et dans des milliers d'endroits dans les centrales électriques et hydrauliques, les papeteries, les raffineries, les usines chimiques et d'autres installations industrielles et d'infrastructure.
L'industrie des vannes est vraiment large d'épaules, avec des segments allant de la distribution d'eau à l'énergie nucléaire en passant par le pétrole et le gaz en amont et en aval.Chacune de ces industries utilisatrices finales utilise certains types de vannes de base ;cependant, les détails de construction et les matériaux sont souvent très différents.Voici un échantillon :

TRAVAUX D'EAU
Dans le monde de la distribution d'eau, les pressions sont presque toujours relativement basses et les températures ambiantes.Ces deux faits d'application permettent un certain nombre d'éléments de conception de vannes qui ne se trouveraient pas sur des équipements plus difficiles tels que les vannes de vapeur à haute température.La température ambiante du service d'eau permet l'utilisation d'élastomères et de joints en caoutchouc non adaptés ailleurs.Ces matériaux souples permettent d'équiper des vannes d'eau pour sceller hermétiquement les gouttes.

Une autre considération dans les vannes de service d'eau est le choix des matériaux de construction.La fonte et la fonte ductile sont largement utilisées dans les systèmes d'eau, en particulier les conduites de grand diamètre extérieur.Les très petites lignes peuvent être très bien manipulées avec des matériaux de vanne en bronze.

Les pressions que la plupart des vannes d'aqueduc voient sont généralement bien inférieures à 200 psi.Cela signifie que des conceptions à paroi plus épaisse et à haute pression ne sont pas nécessaires.Cela dit, il existe des cas où les vannes d'eau sont conçues pour supporter des pressions plus élevées, jusqu'à environ 300 psi.Ces applications sont généralement sur de longs aqueducs à proximité de la source de pression.Parfois, des vannes d'eau à haute pression se trouvent également aux points de pression les plus élevés dans un grand barrage.

L'American Water Works Association (AWWA) a publié des spécifications couvrant de nombreux types différents de vannes et d'actionneurs utilisés dans les applications d'aqueduc.

EAUX USÉES
Le revers de la médaille de l'eau potable fraîche entrant dans une installation ou une structure est la sortie des eaux usées ou des égouts.Ces lignes collectent tous les déchets liquides et solides et les dirigent vers une station d'épuration.Ces stations d'épuration comportent de nombreuses tuyauteries et vannes basse pression pour effectuer leur "sale boulot".Les exigences pour les vannes d'eaux usées dans de nombreux cas sont beaucoup plus clémentes que les exigences pour le service d'eau propre.La porte en fer et les clapets anti-retour sont les choix les plus populaires pour ce type de service.Les vannes standard de ce service sont construites conformément aux spécifications AWWA.

INDUSTRIE ÉLECTRIQUE
La majeure partie de l'électricité produite aux États-Unis est générée dans des centrales à vapeur utilisant des combustibles fossiles et des turbines à grande vitesse.Décoller le couvercle d'une centrale électrique moderne donnerait une vue des systèmes de tuyauterie à haute pression et à haute température.Ces lignes principales sont les plus critiques dans le processus de production d'énergie à vapeur.

Les robinets-vannes restent un choix principal pour les applications de marche/arrêt des centrales électriques, bien que des vannes à soupape à motif en Y à usage spécial soient également trouvées.Les vannes à boisseau sphérique hautes performances pour service critique gagnent en popularité auprès de certains concepteurs de centrales électriques et font des percées dans ce monde autrefois dominé par les vannes linéaires.

La métallurgie est essentielle pour les vannes dans les applications de puissance, en particulier celles fonctionnant dans les plages de fonctionnement supercritiques ou ultra-supercritiques de pression et de température.F91, F92, C12A, ainsi que plusieurs alliages d'Inconel et d'acier inoxydable sont couramment utilisés dans les centrales électriques d'aujourd'hui.Les classes de pression comprennent 1500, 2500 et dans certains cas 4500. La nature modulante des centrales électriques de pointe (celles qui fonctionnent uniquement selon les besoins) exerce également une pression énorme sur les vannes et la tuyauterie, nécessitant des conceptions robustes pour gérer la combinaison extrême de cycles, de température et pression.
En plus des vannes de vapeur principales, les centrales électriques sont chargées de canalisations auxiliaires, peuplées d'une myriade de vannes à vanne, à globe, à clapet, à papillon et à bille.

Les centrales nucléaires fonctionnent sur le même principe vapeur/turbine à grande vitesse.La principale différence est que dans une centrale nucléaire, la vapeur est créée par la chaleur du processus de fission.Les vannes des centrales nucléaires sont similaires à leurs cousines à combustible fossile, à l'exception de leur pedigree et de l'exigence supplémentaire d'une fiabilité absolue.Les vannes nucléaires sont fabriquées selon des normes extrêmement élevées, la documentation de qualification et d'inspection remplissant des centaines de pages.

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PRODUCTION DE PÉTROLE ET DE GAZ
Les puits de pétrole et de gaz et les installations de production sont de gros utilisateurs de vannes, y compris de nombreuses vannes à usage intensif.Bien que des jaillissements de pétrole crachant des centaines de pieds dans les airs ne soient plus susceptibles de se produire, l'image illustre la pression potentielle du pétrole et du gaz souterrains.C'est pourquoi des têtes de puits ou des sapins de Noël sont placés au sommet d'une longue chaîne de tuyaux d'un puits.Ces assemblages, avec leur combinaison de vannes et de raccords spéciaux, sont conçus pour supporter des pressions supérieures à 10 000 psi.Bien que rarement trouvées sur les puits creusés à terre de nos jours, les pressions extrêmement élevées se retrouvent souvent sur les puits offshore profonds.

La conception des équipements de tête de puits est couverte par les spécifications API telles que 6A, Specification for Wellhead and Christmas Tree Equipment.Les vannes couvertes par 6A sont conçues pour des pressions extrêmement élevées mais des températures modestes.La plupart des sapins de Noël contiennent des robinets-vannes et des robinets à soupape spéciaux appelés étranglements.Les chokes sont utilisés pour réguler le débit du puits.

En plus des têtes de puits elles-mêmes, de nombreuses installations auxiliaires peuplent un champ pétrolier ou gazier.L'équipement de traitement pour prétraiter le pétrole ou le gaz nécessite un certain nombre de vannes.Ces vannes sont généralement en acier au carbone pour les classes inférieures.

Parfois, un fluide hautement corrosif, le sulfure d'hydrogène, est présent dans le flux de pétrole brut.Ce matériau, également appelé gaz corrosif, peut être mortel.Pour relever les défis des gaz acides, des matériaux spéciaux ou des techniques de traitement des matériaux conformément à la spécification internationale NACE MR0175 doivent être suivis.

INDUSTRIE OFFSHORE
Les systèmes de tuyauterie pour les plates-formes pétrolières offshore et les installations de production contiennent une multitude de vannes construites selon de nombreuses spécifications différentes pour gérer la grande variété de défis de contrôle de débit.Ces installations contiennent également diverses boucles de système de contrôle et des dispositifs de décompression.

Pour les installations de production de pétrole, le cœur artériel est le système de tuyauterie de récupération de pétrole ou de gaz proprement dit.Bien que pas toujours sur la plate-forme elle-même, de nombreux systèmes de production utilisent des arbres de Noël et des systèmes de tuyauterie qui fonctionnent dans des profondeurs inhospitalières de 10 000 pieds ou plus.Cet équipement de production est construit selon de nombreuses normes rigoureuses de l'American Petroleum Institute (API) et référencé dans plusieurs pratiques recommandées (RP) API.

Sur la plupart des grandes plates-formes pétrolières, des procédés supplémentaires sont appliqués au fluide brut provenant de la tête de puits.Celles-ci comprennent la séparation de l'eau des hydrocarbures et la séparation du gaz et des liquides de gaz naturel du flux de fluide.Ces systèmes de tuyauterie post-Noël sont généralement construits selon les codes de tuyauterie B31.3 de l'American Society of Mechanical Engineers avec les vannes conçues conformément aux spécifications de vanne API telles que API 594, API 600, API 602, API 608 et API 609.

Certains de ces systèmes peuvent également contenir des clapets, des clapets à bille et des clapets anti-retour API 6D.Étant donné que tous les pipelines sur la plate-forme ou le navire de forage sont internes à l'installation, les exigences strictes d'utilisation des vannes API 6D pour les pipelines ne s'appliquent pas.Bien que plusieurs types de vannes soient utilisés dans ces systèmes de tuyauterie, le type de vanne de choix est la vanne à bille.

CANALISATIONS
Bien que la plupart des pipelines soient cachés, leur présence est généralement évidente.De petits panneaux indiquant « oléoduc » sont un indicateur évident de la présence de canalisations de transport souterraines.Ces pipelines sont équipés de nombreuses vannes importantes sur toute leur longueur.Les vannes d'arrêt d'urgence des pipelines se trouvent à des intervalles spécifiés par les normes, les codes et les lois.Ces vannes remplissent la fonction vitale d'isoler une section d'une canalisation en cas de fuite ou lorsqu'une maintenance est nécessaire.

Les installations où la ligne émerge du sol et où l'accès à la ligne est disponible sont également dispersées le long d'un tracé de pipeline.Ces stations abritent des équipements de lancement "porcs", qui consistent en des dispositifs insérés dans les pipelines pour inspecter ou nettoyer la ligne.Ces stations de lancement de racleurs contiennent généralement plusieurs vannes, soit à vanne, soit à bille.Toutes les vannes d'un réseau de canalisations doivent être à passage intégral (ouverture complète) pour permettre le passage des racleurs.

Les pipelines ont également besoin d'énergie pour combattre le frottement du pipeline et maintenir la pression et le débit de la conduite.Des stations de compression ou de pompage qui ressemblent à de petites versions d'une usine de traitement sans les hautes tours de craquage sont utilisées.Ces stations abritent des dizaines de vannes à vanne, à bille et à clapet anti-retour.
Les pipelines eux-mêmes sont conçus conformément à diverses normes et codes, tandis que les vannes de pipeline suivent les vannes de pipeline API 6D.
Il existe également des pipelines plus petits qui alimentent les maisons et les structures commerciales.Ces conduites fournissent l'eau et le gaz et sont protégées par des vannes d'arrêt.
Les grandes municipalités, en particulier dans la partie nord des États-Unis, fournissent de la vapeur pour les besoins de chauffage des clients commerciaux.Ces conduites d'alimentation en vapeur sont équipées d'une variété de vannes pour contrôler et réguler l'alimentation en vapeur.Bien que le fluide soit de la vapeur, les pressions et les températures sont inférieures à celles rencontrées dans la production de vapeur des centrales électriques.Une variété de types de vannes sont utilisées dans ce service, bien que la vénérable vanne à boisseau soit toujours un choix populaire.

RAFFINAGE ET PÉTROCHIMIE
Les vannes de raffinerie représentent une utilisation plus industrielle des vannes que tout autre segment de vannes.Les raffineries abritent à la fois des fluides corrosifs et, dans certains cas, des températures élevées.
Ces facteurs dictent la façon dont les vannes sont construites conformément aux spécifications de conception des vannes API telles que l'API 600 (vannes à vanne), l'API 608 (vannes à bille) et l'API 594 (clapets anti-retour).En raison du service difficile rencontré par bon nombre de ces vannes, une tolérance de corrosion supplémentaire est souvent nécessaire.Cette tolérance se manifeste par des épaisseurs de paroi plus importantes qui sont spécifiées dans les documents de conception de l'API.

Pratiquement tous les principaux types de vannes peuvent être trouvés en abondance dans une grande raffinerie typique.Le robinet-vanne omniprésent est toujours le roi de la colline avec la plus grande population, mais les vannes quart de tour prennent une part de plus en plus importante de leur marché.Les produits quart de tour qui réussissent à percer dans cette industrie (qui était également autrefois dominée par les produits linéaires) comprennent les vannes papillon à triple excentration hautes performances et les vannes à boisseau sphérique à siège métallique.

Les robinets-vannes, les robinets à soupape et les clapets anti-retour standard se trouvent encore en masse et, en raison de la robustesse de leur conception et de l'économie de fabrication, ne disparaîtront pas de si tôt.
Les pressions nominales des vannes de raffinerie couvrent toute la gamme de la classe 150 à la classe 1500, la classe 300 étant la plus populaire.
Les aciers au carbone simples, tels que le grade WCB (moulé) et A-105 (forgé) sont les matériaux les plus populaires spécifiés et utilisés dans les vannes pour le service de raffinerie.De nombreuses applications de processus de raffinage repoussent les limites de température supérieures des aciers au carbone ordinaires, et des alliages à température plus élevée sont spécifiés pour ces applications.Les plus populaires d'entre eux sont les aciers au chrome/molybdène tels que 1-1/4 % Cr, 2-1/4 % Cr, 5 % Cr et 9 % Cr.Les aciers inoxydables et les alliages à haute teneur en nickel sont également utilisés dans certains procédés d'affinage particulièrement sévères.

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CHIMIQUE
L'industrie chimique est un grand utilisateur de vannes de tous types et matériaux.Des petites usines de traitement par lots aux énormes complexes pétrochimiques que l'on trouve sur la côte du Golfe, les vannes constituent une part importante des systèmes de tuyauterie de procédés chimiques.

La plupart des applications dans les procédés chimiques ont une pression inférieure à celle de nombreux procédés de raffinage et de production d'énergie.Les classes de pression les plus populaires pour les vannes et la tuyauterie des usines chimiques sont les classes 150 et 300. Les usines chimiques ont également été le principal moteur de la prise de part de marché que les vannes à bille ont arrachée aux vannes linéaires au cours des 40 dernières années.Le robinet à tournant sphérique à siège résilient, avec son arrêt sans fuite, convient parfaitement à de nombreuses applications d'usines chimiques.La taille compacte du robinet à tournant sphérique est également une caractéristique populaire.
Il existe encore des usines chimiques et des processus d'usine où les vannes linéaires sont préférées.Dans ces cas, les vannes populaires de conception API 603, avec des parois plus minces et des poids plus légers, sont généralement la vanne à vanne ou à soupape de choix.Le contrôle de certains produits chimiques est également effectué efficacement avec des vannes à diaphragme ou à manchon.
En raison de la nature corrosive de nombreux produits chimiques et procédés de fabrication de produits chimiques, la sélection des matériaux est essentielle.Le matériau de facto est la nuance d'acier inoxydable austénitique 316/316L.Ce matériau fonctionne bien pour lutter contre la corrosion d'une multitude de fluides parfois désagréables.

Pour certaines applications corrosives plus difficiles, une protection supplémentaire est nécessaire.D'autres nuances d'acier inoxydable austénitique à hautes performances, telles que 317, 347 et 321, sont souvent choisies dans ces situations.D'autres alliages qui sont utilisés de temps à autre pour contrôler les fluides chimiques comprennent le Monel, l'Alliage 20, l'Inconel et le 17-4 PH.

SÉPARATION GNL ET GAZ
Le gaz naturel liquéfié (GNL) et les processus requis pour la séparation des gaz reposent sur de vastes canalisations.Ces applications nécessitent des vannes capables de fonctionner à des températures cryogéniques très basses.L'industrie du GNL, qui se développe rapidement aux États-Unis, cherche continuellement à moderniser et à améliorer le processus de liquéfaction du gaz.À cette fin, la tuyauterie et les vannes sont devenues beaucoup plus grandes et les exigences de pression ont été augmentées.

Cette situation a obligé les fabricants de vannes à développer des conceptions pour répondre à des paramètres plus stricts.Les vannes quart de tour à bille et à papillon sont populaires pour le service GNL, le 316ss [acier inoxydable] étant le matériau le plus populaire.La classe ANSI 600 est le plafond de pression habituel pour la plupart des applications GNL.Bien que les produits quart de tour soient les types de vannes les plus populaires, les vannes à vanne, à soupape et anti-retour peuvent également être trouvées dans les usines.

Le service de séparation des gaz consiste à diviser le gaz en ses éléments de base individuels.Par exemple, les méthodes de séparation de l'air produisent de l'azote, de l'oxygène, de l'hélium et d'autres gaz traces.La nature très basse température du processus signifie que de nombreuses vannes cryogéniques sont nécessaires.

Les usines de GNL et de séparation des gaz ont toutes deux des vannes à basse température qui doivent rester opérationnelles dans ces conditions cryogéniques.Cela signifie que le système de garniture de la vanne doit être éloigné du fluide à basse température grâce à l'utilisation d'une colonne de gaz ou de condensation.Cette colonne de gaz empêche le fluide de former une boule de glace autour de la zone de garnissage, ce qui empêcherait la tige de vanne de tourner ou de monter.

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BÂTIMENTS COMMERCIAUX
Les bâtiments commerciaux nous entourent, mais à moins que nous ne prêtions une attention particulière à leur construction, nous avons peu d'indices quant à la multitude d'artères fluides cachées dans leurs murs de maçonnerie, de verre et de métal.

Un dénominateur commun dans pratiquement tous les bâtiments est l'eau.Toutes ces structures contiennent une variété de systèmes de tuyauterie transportant de nombreuses combinaisons du composé hydrogène/oxygène sous la forme de fluides potables, d'eaux usées, d'eau chaude, d'eaux grises et de protection contre les incendies.

Du point de vue de la survie des bâtiments, les systèmes d'incendie sont les plus critiques.La protection contre l'incendie dans les bâtiments est presque universellement alimentée et remplie d'eau propre.Pour que les systèmes d'eau d'incendie soient efficaces, ils doivent être fiables, avoir une pression suffisante et être situés de manière pratique dans toute la structure.Ces systèmes sont conçus pour s'activer automatiquement en cas d'incendie.
Les immeubles de grande hauteur nécessitent le même service de pression d'eau aux étages supérieurs qu'aux étages inférieurs, de sorte que des pompes et des canalisations à haute pression doivent être utilisées pour faire monter l'eau.Les systèmes de tuyauterie sont généralement de classe 300 ou 600, selon la hauteur du bâtiment.Tous les types de vannes sont utilisés dans ces applications ;cependant, la conception des vannes doit être approuvée par Underwriters Laboratories ou Factory Mutual pour le service principal d'incendie.

Les mêmes classes et types de vannes utilisées pour les vannes des services d'incendie sont utilisées pour la distribution d'eau potable, bien que le processus d'approbation ne soit pas aussi strict.
Les systèmes de climatisation commerciaux que l'on trouve dans les grandes structures commerciales telles que les immeubles de bureaux, les hôtels et les hôpitaux sont généralement centralisés.Ils ont une grande unité de refroidissement ou une chaudière pour refroidir ou chauffer le fluide utilisé pour transférer le froid ou la haute température.Ces systèmes doivent souvent gérer des fluides frigorigènes tels que le R-134a, un hydrofluorocarbone, ou dans le cas des grands systèmes de chauffage, de la vapeur.En raison de la taille compacte des vannes papillon et à bille, ces types sont devenus populaires dans les systèmes de refroidissement CVC.

Du côté de la vapeur, certaines vannes quart de tour ont fait des percées dans l'utilisation, mais de nombreux ingénieurs en plomberie s'appuient toujours sur des vannes linéaires et des vannes à soupape, en particulier si la tuyauterie nécessite des extrémités soudées bout à bout.Pour ces applications à vapeur modérée, l'acier a remplacé la fonte en raison de la soudabilité de l'acier.

Certains systèmes de chauffage utilisent de l'eau chaude au lieu de la vapeur comme fluide caloporteur.Ces systèmes sont bien desservis par des vannes en bronze ou en fer.Les vannes à boisseau sphérique et à papillon à siège élastique quart de tour sont très populaires, bien que certaines conceptions linéaires soient encore utilisées.

CONCLUSION
Bien que les preuves des applications de vannes mentionnées dans cet article puissent ne pas être visibles lors d'un voyage chez Starbucks ou chez la grand-mère, certaines vannes très importantes sont toujours à proximité.Il y a même des soupapes dans le moteur de la voiture utilisées pour accéder à ces endroits tels que ceux du carburateur qui contrôlent le débit de carburant dans le moteur et ceux du moteur qui contrôlent le débit d'essence dans les pistons et à nouveau.Et si ces vannes ne sont pas assez proches de notre vie quotidienne, considérez la réalité que nos cœurs battent régulièrement à travers quatre dispositifs de contrôle de débit vitaux.

Ceci n'est qu'un autre exemple de la réalité : les vannes sont vraiment partout.VM
La partie II de cet article couvre d'autres industries où des vannes sont utilisées.Rendez-vous sur www.valvemagazine.com pour en savoir plus sur les pâtes et papiers, les applications marines, les barrages et l'énergie hydroélectrique, l'énergie solaire, le fer et l'acier, l'aérospatiale, la géothermie et la brasserie et la distillation artisanales.

GREG JOHNSON est président de United Valve (www.unitedvalve.com) à Houston.Il est rédacteur en chef de VALVE Magazine, ancien président du Valve Repair Council et membre actuel du conseil d'administration de VRC.Il siège également au comité d'éducation et de formation de VMA, est vice-président du comité de communication de VMA et ancien président de la Manufacturers Standardization Society.


Heure de publication : 29 septembre 2020

Application

Underground pipeline

Canalisation souterraine

Irrigation System

Système d'irrigation

Water Supply System

Système d'approvisionnement en eau

Equipment supplies

Fournitures d'équipement