Les avantages du haut

Il existe différents types de vannes pouvant être utilisées dans des applications exigeantes, dangereuses et corrosives. Cependant, il y a lieu de défendre les avantages inhérents d'une conception à entrée par le haut dans les applications de service sévères. Bien que les conceptions de vannes à boisseau sphérique à entrée par le haut offrent naturellement l'avantage de la réparabilité en ligne, ce n'est que l'un des avantages de ce type de vanne. Les robinets à tournant sphérique à entrée par le haut offrent une technologie de siège ingénieuse. Ceci est différent d'un joint de vanne à bille flottante traditionnel commun sur d'autres types de conceptions. C'est l'une des différences de conception les plus importantes des conceptions de vannes à boisseau sphérique à siège souple. La conception à entrée par le haut minimise également les points de fuite potentiels vers l'atmosphère. Il s'agit d'une préoccupation majeure lorsque l'on considère les émissions fugitives et les gaz ou vapeurs.

Avec l'introduction des robinets à tournant sphérique à entrée par le haut, de nombreux inconvénients et problèmes de fiabilité rencontrés par les installations industrielles peuvent être minimisés. Ces vannes, faciles à entretenir, sont résistantes et efficaces pour fonctionner en toute sécurité dans des applications sévères telles que l'ammoniac, l'acide fluorhydrique, le chlore, l'oxyde d'éthylène, le phosgène, l'oxygène et de nombreuses autres applications.

Il existe quatre conceptions courantes de vannes à boisseau sphérique, notamment les vannes à entrée d'extrémité, les vannes à corps divisé (deux pièces), les vannes à trois pièces et les vannes à entrée par le haut. Comme toutes les comparaisons, chacune de ces options présente des avantages et des inconvénients. La question à laquelle les utilisateurs doivent répondre est la suivante : "Quels attributs d'une conception de vanne à boisseau sphérique donnée sont les plus importants pour l'application ?" Pour les utilisateurs ayant des applications de service sévères, un arrêt fiable, la réduction des émissions fugitives et la facilité/rapidité de la maintenance en ligne sont généralement en tête de liste.

La vanne d'entrée d'extrémité est populaire en raison de sa conception monocoque compacte qui empêche les contraintes de tuyauterie d'être appliquées au joint critique de la bille et du siège. Les vannes à entrée d'extrémité utilisent une conception dans laquelle la bille et les sièges sont insérés et retirés via l'extrémité de la vanne. Un inconvénient de cette conception est que l'utilisateur doit retirer la vanne du tuyau pour l'entretenir. Si les filetages de l'embout sont corrodés, le retrait de l'embout et le remplacement éventuel de la boule et des sièges peuvent devenir difficiles.

Les sièges d'une vanne à entrée d'extrémité ressemblent aux conceptions en deux et trois pièces, qui sont emballées dans le corps de la vanne et auront une pression continue sur les sièges, provoquant des problèmes d'écoulement à froid. Comme les vannes à entrée d'extrémité ne sont généralement disponibles qu'en extrémités à brides, les vannes à entrée par le haut offrent plus de polyvalence avec les différentes configurations d'extrémité.

Semblable à la vanne d'extrémité est la vanne à corps divisé (deux pièces). Les vannes à boisseau sphérique à corps divisé utilisent une conception de corps en deux parties séparées pour remplacer la bille et les sièges. Il est généralement utilisé pour les applications de service général et commun pour les diamètres de vanne plus grands. Il est plus facile de manipuler les moitiés de corps de vanne lors de l'entretien de routine par rapport au corps monobloc. Cependant, la connexion à bride au centre du corps de vanne ajoute un point de fuite potentiel et est soumise aux contraintes du système de tuyauterie. Comme les autres configurations de robinet à tournant sphérique où les sièges sont soumis à une charge constante, les problèmes d'écoulement à froid se produiront plus rapidement, entraînant une fuite prématurée du siège. Ces vannes sont généralement fournies uniquement en extrémité à bride, ce qui limite les configurations de connexion d'extrémité et n'est pas utilisable en ligne.

La conception de vanne à bille la plus courante et la plus économique dans l'industrie aujourd'hui est la vanne à bille en trois parties. Les vannes en trois parties utilisent une conception de corps en trois parties qui permet à la section centrale de pivoter en desserrant un boulon et en retirant les autres fixations, permettant ainsi aux sièges et à la bille d'être remplacés en ligne. Un avantage de cette conception est obtenu lorsque l'on considère la tuyauterie vissée et soudée.

Malheureusement, ce type de vanne nécessite généralement un démontage avant soudage ou le remplacement des joints de corps (joints factices) après soudage. Sur des vannes à entrée par le haut spécifiques, elles peuvent être soudées en place sans qu'il soit nécessaire de retirer ou de remplacer les sièges et le joint de chapeau. Cela empêche un utilisateur d'annuler le test d'acceptation en usine effectué par l'OEM et permet d'économiser du temps et de l'argent sur les coûts d'installation. À l'instar de la conception à entrée d'extrémité et à corps divisé, les sièges de vanne à boisseau sphérique en trois parties sont soumis à une charge constante. Ainsi, les problèmes d'écoulement à froid se produiront plus rapidement et entraîneront une fuite prématurée du siège. Cette conception de vanne présente intrinsèquement un risque plus élevé de fuite atmosphérique. Il existe deux points de fuite potentiels dans le corps qui doivent être entretenus. Comme pour la conception à corps divisé, les contraintes dans le système de tuyauterie sont directement appliquées aux fixations du corps, ce qui à son tour affecte la fiabilité des joints du corps. Il est essentiel que les couples de fixation du corps soient maintenus sur cette conception pour éviter une fuite involontaire dans l'atmosphère.

Enfin, il y a la vanne à boisseau sphérique à entrée par le haut, qui a été conçue pour les applications de service sévères et offre une fermeture fiable, une conformité aux émissions fugitives et une facilité de maintenance en ligne. Comme l'entrée d'extrémité, l'entrée par le haut bénéficie d'une conception monocoque compacte qui empêche les contraintes de tuyauterie d'être appliquées au joint critique de la bille et du siège. Contrairement aux autres conceptions, la fonction d'entrée par le haut permet de maintenir la vanne en ligne sans retirer la vanne du système de tuyauterie. La conception à entrée par le haut utilise un capot supérieur qui permet un accès rapide à la boule et aux sièges et le capot lui-même abrite la tige et les joints de tige. Le fait d'enlever le capot donne ainsi accès à tous les composants nécessitant une maintenance. De plus, les contraintes de la tuyauterie n'ont pas d'impact sur les fixations du chapeau qui maintiennent l'étanchéité critique entre le corps et le joint du chapeau. Cela facilite le maintien d'une étanchéité fiable du joint et minimise le risque de fuite atmosphérique entre le corps de la vanne et le joint du chapeau.

Le concept de conceptions de chapeau interchangeables ou modulaires est également une caractéristique des robinets à tournant sphérique à entrée par le haut. La conception à entrée par le haut permet à l'utilisateur de convertir ou de mettre à niveau facilement un style de système de garniture (chapeau) à un autre sans avoir à acheter une nouvelle vanne. Avec les nombreuses options de conception de chapeau disponibles sur les vannes à entrée par le haut, la sélection du chapeau peut être adaptée aux paramètres de fonctionnement spécifiques de l'application. Cela facilite la mise à niveau d'une conception de capot standard vers un capot de service étendu ou sévère. Des mises à niveau du chapeau sont proposées pour permettre l'utilisation d'extensions de la tige dans les applications nécessitant l'utilisation d'isolation sur le système de tuyauterie ou pour les applications de service sévères nécessitant des joints de tige spécialisés, tels que les joints de tige en V, qui sont couramment utilisés pour répondre aux normes d'émissions fugitives dans l'industrie telles que l'Organisation internationale de normalisation (ISO) 15848 et l'American Petroleum Institute (API) 622.

Les robinets à boisseau sphérique à entrée en bout, à corps divisé et à corps en trois parties utilisent une technologie de siège conventionnelle. Grâce à cette technologie, une pression constante est exercée sur le ballon en position ouverte et fermée. Le temps, la température et la pression entraîneront un refroidissement plus rapide des sièges. Le résultat au fil du temps est une diminution de la stabilité dimensionnelle des sièges, ce qui peut grandement affecter l'arrêt. Les vannes à boisseau sphérique flottantes conventionnelles dépendent également de la pression de la ligne pour pousser la bille dans le siège en aval. Cette dépendance à l'égard de la pression de ligne pour l'étanchéité peut devenir un problème dans des conditions de basse pression ou de faible chute de pression. En particulier, à mesure que les sièges s'usent, l'arrêt est compromis et une pression plus élevée est nécessaire pour asseoir la bille afin de maintenir une fermeture étanche.

Les vannes à boisseau sphérique à entrée par le haut nécessitent un jeu pour que la bille et le siège soient installés dans les berceaux de siège du corps de la vanne. Il existe essentiellement deux méthodes pour y parvenir. La technologie de siège la plus couramment utilisée par les fabricants de vannes à boisseau sphérique à entrée par le haut est la conception de siège en coin. Comme une vanne à boisseau, les sièges sont calés dans un corps conique et maintenus en place par un ressort. Comme la vanne à boisseau, ce type de siège se traduit par une étanchéité fiable, mais avec une charge accrue sur les sièges et un couple de fonctionnement accru. L'avantage est un joint étanche sur le siège amont et aval indépendamment de la pression de ligne.

Il existe une conception alternative bille/siège pour permettre aux vannes à entrée par le haut d'être assemblées, d'augmenter la durée de vie du siège et de minimiser le couple de fonctionnement. La géométrie entre l'interface bille/siège peut être modifiée de sorte qu'il y ait un jeu lorsque la bille est en position ouverte et une action de came contre les sièges lorsque la bille est tournée en position fermée. Cette conception à bille comprime mécaniquement les sièges en amont et en aval pour créer un joint étanche et fiable indépendant de la pression de la conduite. Deux avantages de cette méthode sont que les exigences de couple de fonctionnement sont réduites et que l'étanchéité positive de l'action de came permet à la vanne d'assurer une étanchéité fiable à basse pression. Il a été prouvé que cette conception respecte et dépasse les normes d'arrêt des sièges de l'industrie telles que l'API 598 et l'American National Standards Institute (ANSI)/Fluid Controls Institute (FCI) 70-2. Étant donné que cette conception n'applique une pression sur les sièges que lorsque la vanne est en position fermée, les sièges n'ont pas besoin d'être chargés en continu. Par conséquent, la durée de vie du siège pour cette conception est la plus favorable par rapport à la technologie de siège de vanne à bille conventionnelle.

Bien que différentes conceptions de vannes présentent des avantages et des inconvénients, les avantages des vannes à boisseau sphérique à entrée par le haut ont été adaptés pour répondre aux besoins des applications de service sévères. Leur facilité de maintenance en ligne, leur fermeture étanche fiable et leur conformité aux émissions fugitives sont idéales pour les applications critiques. Cela permet aux utilisateurs de se concentrer moins sur la maintenance des vannes et de concentrer leur temps et leurs efforts sur l'amélioration de leur efficacité opérationnelle.

Nang Chau est chef de produit mondial chez ITT Engineered Valves LLC. Il a plus de 18 ans d'expérience dans l'industrie de la manipulation des fluides avec un accent sur les pompes, les vannes et la technologie d'étanchéité.

Tim Cassel est ingénieur produit chez ITT Engineered Valves LLC. Il est titulaire d'un baccalauréat en génie mécanique de l'Université d'État de Pennsylvanie. Pour plus d'informations, rendez-vous sur itt.com.