La soupape de sécurité est un dispositif de sécurité utilisé pour empêcher la pression dans les équipements sous pression de dépasser la valeur admissible. Son fonctionnement est assuré par le processus suivant : lorsque le système atteint la pression maximale admissible, la soupape s'ouvre avec précision, atteint rapidement la hauteur d'ouverture nominale et évacue la quantité nominale de fluide. En position ouverte, l'évacuation doit être stable. Lorsque la pression du système chute en dessous d'une certaine valeur, la soupape doit être refermée à temps et, à ce stade, maintenue étanche. Les exigences de performance de base des soupapes de sécurité sont décrites ci-dessous.
1. Ouvrir avec précision
La soupape de sécurité doit s'ouvrir de manière fiable jusqu'à la hauteur d'ouverture spécifiée sous la pression prédéterminée et atteindre la capacité de refoulement spécifiée. C'est l'exigence fondamentale d'une soupape de sécurité. Autrement dit, lorsque la pression d'entrée atteint la pression de consigne prédéterminée, la soupape de sécurité doit s'ouvrir avec précision et atteindre rapidement la hauteur d'ouverture spécifiée.
Lorsque la pression dans le système atteint la pression maximale admissible, l'insensibilité de la soupape de sécurité à l'augmentation de pression peut entraîner des situations dangereuses telles que la rupture et l'endommagement des chaudières, des appareils à pression et des canalisations. Le danger est particulièrement élevé pour les gaz compressibles.
La pression de réglage de la soupape de sécurité ne doit pas être supérieure à la valeur de pression de conception de la chaudière, du récipient sous pression et de la canalisation.
L'écart de pression positive de la soupape de sécurité est clairement stipulé dans les réglementations et normes en vigueur. Lors du réglage de la soupape de sécurité à la pression de tarage, cet écart doit être strictement contrôlé dans la plage spécifiée.
2. Émissions stables
Une fois que la soupape de sécurité a atteint la hauteur d'ouverture spécifiée, elle maintient un état de décharge stable et peut évacuer une quantité nominale de fluide de travail. De bonnes propriétés mécaniques (absence de sauts de fréquence, de vibrations, etc.) doivent être assurées pendant le processus de décharge du fluide. Cette exigence est primordiale.
La soupape de sécurité doit avoir une structure et un ressort suffisamment rigides pour maintenir de bonnes caractéristiques mécaniques et une capacité de décharge stable. La taille du passage d'écoulement de la soupape de sécurité doit répondre aux paramètres requis pour le calcul. Si la section du passage d'écoulement est trop petite, après l'ouverture de la soupape de sécurité, la surpression du fluide ne peut être évacuée à temps et la pression du système continue d'augmenter, ce qui est très dangereux. À l'inverse, si la section du passage d'écoulement est trop grande, après l'ouverture de la soupape de sécurité, la pression chutera brutalement en dessous de la pression de service et le disque de la soupape se fermera, provoquant un choc violent sur le siège de la soupape. Cependant, comme le facteur d'augmentation de pression du système n'a pas été éliminé, le disque s'ouvrira à nouveau, créant un saut de fréquence, endommageant ainsi le siège de la soupape et la surface d'étanchéité du disque en raison des chocs répétés. Lorsque les soupapes de sécurité sont utilisées pour des liquides incompressibles, les sauts de fréquence peuvent également provoquer des coups de bélier dans le système.
La pression d'entrée de la soupape de sécurité, lorsqu'elle atteint sa hauteur d'ouverture nominale, est appelée pression de refoulement. Utilisée dans différents milieux ou dans le même milieu dans des conditions de fonctionnement différentes, sa pression de refoulement nominale est différente, ce qui est clairement stipulé dans les réglementations et normes applicables. Elle est généralement exprimée en pourcentage de la pression de consigne dépassant cette valeur. La conception structurelle de la soupape de sécurité doit garantir que la pression de refoulement nominale est strictement contrôlée dans la plage spécifiée.
3. Fermer dans le temps
Lorsque la soupape de sécurité réduit la pression du fluide à une certaine valeur, le clapet entre en contact avec la surface d'étanchéité du siège et se ferme à nouveau. La soupape de sécurité peut être fermée rapidement et efficacement, ce qui est un indicateur important de ses performances.
Le fonctionnement de la soupape de sécurité ne nécessite pas nécessairement l'arrêt ou la réparation de l'équipement ou du système. Il arrive que le fonctionnement de la soupape de sécurité soit dû à des facteurs accidentels, tels qu'un dysfonctionnement du système. Dans ce cas, il est déconseillé que la pression de retour de la soupape soit trop inférieure à la pression de service. Une pression de retour trop faible entraîne une perte excessive d'énergie et de fluide, et perturbe le fonctionnement normal de l'ensemble du système. En revanche, la pression de retour du siège n'est pas trop élevée. Si la pression de retour est proche de la pression d'ouverture, la soupape de sécurité risque de se rouvrir, ce qui entraîne des sauts fréquents et nuit au rétablissement de l'étanchéité après fermeture. De plus, si la soupape de sécurité ne peut pas être fermée de manière fiable, le fluide entre les surfaces d'étanchéité n'étant pas complètement isolé, il est impossible de rétablir l'étanchéité à la pression de service normale du système.
La conception de la soupape de sécurité doit permettre une fermeture rapide et efficace. Un retour rapide et puissant du siège favorise davantage l'étanchéité qu'un retour progressif et lent.
La performance de rappel du siège d'une soupape de sécurité est mesurée par la valeur de la pression d'ouverture, généralement déterminée par la différence de pression d'ouverture et de fermeture. Les soupapes de sécurité utilisées pour différents fluides présentent des différences de pression d'ouverture et de fermeture différentes, clairement stipulées dans les réglementations et normes en vigueur.
4. Étanchéité fiable
Lorsque le système protégé fonctionne à la pression normale, la soupape de sécurité fermée offre une étanchéité fiable et performante. Une fuite de la soupape de sécurité entraîne une perte de fluide (parfois très coûteux ou dangereux), une augmentation de la consommation d'énergie et une pollution de l'environnement et de l'atmosphère. Une fuite excessive peut affecter le fonctionnement normal de l'équipement ou du système, voire provoquer l'arrêt de l'appareil. Une fuite continue peut également corroder la surface d'étanchéité de la soupape de sécurité, entraînant sa défaillance complète.
Rétablir l'étanchéité après l'actionnement de la soupape de sécurité est plus difficile que maintenir l'étanchéité initiale. La soupape étant fermée, la pression moyenne agit sur la plus grande surface du disque, mais avant l'ouverture, elle n'agit que sur la plus petite surface limitée par la surface d'étanchéité. Par conséquent, l'étanchéité de la soupape risque d'être réduite après l'actionnement, voire perdue. En particulier, il est plus difficile de résoudre le problème de l'étanchéité du siège arrière des soupapes de sécurité à actionnement direct. Pour les soupapes de sécurité à commande auxiliaire, ce problème est résolu par une étanchéité forcée.
Il est plus difficile d'exiger des soupapes de sécurité qu'elles maintiennent leur étanchéité que les soupapes généralement utilisées pour les vannes d'arrêt. En raison de l'absence de force importante entre les joints, le disque de la soupape de sécurité adhère au siège de la soupape uniquement pour former une pression d'étanchéité avec une faible pression spécifique. Cette pression d'étanchéité est déterminée par la différence entre la pression de tarage de la soupape de sécurité et la pression de service de l'équipement, généralement faible (10 % de la pression de tarage). La taille et la rugosité de la surface d'étanchéité de la soupape de sécurité sont donc très strictes.
Les exigences d'étanchéité des soupapes de sécurité varient selon le fluide ou les conditions de fonctionnement. En général, il est difficile d'obtenir une soupape de sécurité avec une surface d'étanchéité métal-métal garantissant une étanchéité parfaite. Une soupape de sécurité avec une structure d'étanchéité souple métal-non métallique offre de bien meilleures performances d'étanchéité.
Date de publication : 02/09/2021