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Quels tubes choisir pour le transport de liquides corrosifs ?

Frederik Koninckx — Wed, 18 Jan 2023 09:06:00 +0000

La sélection du matériau constitutif de tubes dépend du liquide corrosif que vous souhaitez transporter. Dans de nombreux cas, le recours à une matière synthétique s’impose. En effet, la résistance chimique des matières synthétiques est supérieure à celle des métaux. Mais il faut bien entendu tenir compte de certaines limites pour garantir le bon fonctionnement et la durabilité des installations. Exécutez cette procédure en trois temps pour procéder à la sélection du matériau le plus approprié lorsqu’il s’agit de réaliser des canalisations conçues pour l’acheminement de liquides corrosifs.

Étape 1: Résistance chimique – servez-vous d’une liste

Le transport de gaz, vapeurs et liquides corrosifs s’effectue très souvent par le biais de systèmes de tuyauterie en matière synthétique. La résistance chimique du matériau à employer en déterminera dans une large mesure la sélection. D’une grande fiabilité, la liste des résistances chimiques est facile à consulter. Vous y découvrirez une foule de recommandations détaillées concernant les matières synthétiques et élastomères (joints) d’étanchéité les plus importants auxquels les professionnels ont recours pour acheminer les substances et produits chimiques courants. Cette liste vous permettra de procéder à une première sélection approximative avant d’affiner votre choix lors de la seconde étape.

Étape 2: Recherche et interprétation de la courbe de P/T

Lors de la sélection du matériau constitutif des tubes et accessoires de canalisations, il faut tenir compte de la courbe de P/T (pression/température) correspondante. Ces courbes rendent compte, pour un matériau déterminé, de la combinaison admissible entre la pression et la température, dans des conditions théoriquement idéales. Ces courbes de P/T sont établies en prenant comme fluide l’eau (ou tout autre liquide dont le comportement chimique est comparable à celui de l’eau) et en admettant une durée de vie théorique de 25 ans. Étant donné que, dans la plupart des cas, le fluide considéré n’est pas une eau, le choix final du matériau à employer sera déterminé par sa résistance chimique et sa courbe de P/T.

Notez aussi que les courbes de P/T relatives aux matériaux constitutifs des tubes diffèrent de celles associées aux vannes et raccords. Si vous souhaitez en savoir plus concernant l’interprétation d’une courbe de P/T, lisez cet article.

Diagramme de p/T affichée par l’outil en ligne

Étape 3: Autres critères

Outre les données minimales relatives au fluide, à sa concentration, à la température et à la pression du processus, un certain nombre d’autres paramètres ne manqueront pas d’influer sur le choix du matériau. En voici quelques exemples:

Charges de sol et de circulation
Température ambiante
Rayonnement UV en cas d’installation à l’extérieur
Environnement chimique
Dépression
Coups de bélier ou grandes variations de pression
Diffusion du fluide
Accumulation de charges électrostatiques ou environnement potentiellement explosif
Techniques de raccordement disponibles (*)
Types de vannes disponibles
…

La lecture de ce billet de blog vous apprendra pourquoi les systèmes de tuyauterie en PVC-U gagnent rapidement du terrain.

Par ailleurs, nous vous recommandons de consulter votre fournisseur afin de prendre en considération l’ensemble des paramètres susceptibles d’influer sur votre application.

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Découvrez 9 types de vannes et les accessoires fréquemment utilisés avec celles-ci

Frederik Koninckx — Tue, 17 Jan 2023 14:22:00 +0000

Les 9 types de vannes

L’éventail des types d’accessoires et vannes d’acheminement de liquides divers est très large. Globalement, on dénombre une dizaine de types de vannes et accessoires qui se prêtent au transport de liquides corrosifs. Les quatre types les plus importants feront l’objet d’explications détaillées, les autres d’une brève présentation. Si vous avez des questions concernant l’une ou l’autre de ces vannes, n’hésitez pas à prendre contact avec nos services; nos experts se feront un plaisir de vous aider: info@gf-eez.com

Vanne à bille
Vanne à membrane
Vanne papillon
Vanne de régulation de la pression
Clapet de ventilation (brève intro)
Clapet à cône (brève intro)
Clapet à battant (brève intro)
Clapet en ligne à siège oblique (brève intro)
Débitmètre du type à flux (brève intro)

Bon nombre des vannes et accessoires les plus répandus sont exécutés dans des métaux classiques tels que l’acier, l’inox et la fonte. Les vannes métalliques comptent rarement au nombre des solutions les mieux adaptées au transport de liquides corrosifs ou à ces applications pour lesquelles le poids est un facteur important. Ces dernières années, l’usage de vannes et accessoires s’est imposé graduellement pour ces applications. Spécialement conçus pour le transport de liquides corrosifs, ces vannes et accessoires confèrent aux installations une réelle valeur ajoutée sur le plan de la durée de vie, de la sécurité, du confort de montage, etc. Ci-après figurent quelques applications caractéristiques des vannes en matière synthétique:

Traitement des eaux industrielles
Neutralisation et épuration des eaux usées
Traitement de surface dans l’industrie métallurgique
Remplissage et vidange des réservoirs de produits chimiques
Dosage, groupage et mélange de produits chimiques
Lavage de gaz (scrubbers)
Transport de produits chimiques à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment
Applications nécessitant l’utilisation d’eaux d’une grande pureté en laboratoire ainsi que dans le cadre de processus pharmaceutiques
Piscines et aquariums
Systèmes de réfrigération secondaires à usage industriel
Climatisations industrielles

1. Vanne à bille

Le fonctionnement d’une vanne à bille repose en particulier sur une pièce centrale sphérique percée d’un passage transversal. Lorsqu’elle est en position « ouverte », la vanne autorise l’écoulement du fluide à travers ce passage ; lorsqu’elle est en position « fermée », la vanne en interdit l’écoulement. En règle générale, la bille doit effectuer une rotation de 90° pour passer de la position ouverte à la position fermée et vice versa. Essentiellement vouée à l’exécution de fonctions d’ouverture / fermeture (On/Off), la vanne à bille présente l’avantage d’autoriser un passage intégral. De plus, son installation garantit des pertes de charge minimes à pleine ouverture. Toutefois, l’emploi de vannes à bille est moins indiqué lorsqu’il s’agit de réguler un débit.

Les vannes industrielles à bille reposent sur le principe de la bille flottante. En vertu de ce principe, le pouvoir d’obturation de la vanne augmente sous l’effet de la pression croissante exercée par le fluide. Une vanne à bille flottante se caractérise surtout par le fait qu’elle ne s’articule qu’autour d’un seul axe central et qu’en position de fermeture, sa bille jouit d’une certaine liberté de mouvement dans le plan horizontal par rapport à cet axe. En conséquence, la bille se cale sur son siège avec une vigueur fluctuante (en fonction de la pression exercée par le fluide). C’est la raison pour laquelle, les sièges de bille doivent être pourvus d’une bague d’appui en élastomère. L’éclaté ci-après présente, à titre d’exemple, une vanne industrielle à bille GF du type 546Pro et en illustre la structure.

Il convient d’observer que les vannes à bille se distinguent par un large éventail de types et de qualités, allant des modèles les plus simples destinés au jardinage et aux aquariums, aux modèles les plus sophistiqués conçus pour l’industrie chimique.

Outre l’incorporation ou non d’une bille flottante, les vannes à bille se différencient également par nombre de caractéristiques qui en déterminent la qualité et l’usage. La liste ci-après en répertorie quelques-unes:

axe de vanne pourvu d’un simple ou d’un double joint d’étanchéité
démontabilité et remontabilité du mécanisme intérieur de la vanne (bille, sièges de la bille, axe de la vanne, joints toriques internes)
diversité des matériaux d’étanchement (les vannes élémentaires conçues pour l’eau sont d’ordinaire pourvues de joints en EPDM et en NBR, tandis que les vannes conçues pour les produits chimiques se déclinent également dans des versions munies de joints en FKM et en FFKM)
sièges de bille en PE (vannes élémentaires) ou en PTFE (vannes pour produits chimiques)
verrouillabilité de la vanne considérée
option d’affichage électronique du positionnement de la vanne
type de filet sur lequel se montent les manchons de serrage de la vanne
option ou non d’identification par numérotation
option d’automatisation de la ou des vannes (électriques, pneumatiques)
disponibilité de diverses matières synthétiques aptes à la fabrication de vannes : PVC-U, PVC-C, ABS, PP, PVDF
tests de qualité de fabrication effectués et certificats correspondants
résultats d’essais d’étanchéité effectués en usine et certificats correspondants (soumission de séries entières plutôt que de simples échantillons à de tels essais)
…

Voici quelques exemples de vannes à bille accompagnées de leurs principaux domaines d’application:

Nous vous recommandons vivement de vous mettre en contact avec votre fabricant pour examiner avec lui l’application particulière à laquelle vous destinez votre vanne afin de faire le meilleur choix.

2. Vanne à membrane

La conception des vannes à membrane est d’une grande simplicité ; un déplacement vertical vers le bas de la tige (axe) de la vanne suffit à fermer cette dernière en comprimant la membrane sur son siège. Inversement, un déplacement vertical vers le haut de la tige (axe) de la vanne suffit à l’ouvrir. Si le fluide transporté requiert une amélioration sensible de la résistance chimique de cette membrane généralement exécutée en élastomère (EPDM, FKM ou NBR) pour atteindre la flexibilité requise, rien ne s’oppose à ce que cette dernière soit revêtue d’une deuxième couche en PTFE. En règle générale, les vannes à membrane sont particulièrement indiquées pour l’acheminement de liquides corrosifs, abrasifs et pollués.

Elles se distinguent de surcroît par une bonne aptitude à la régulation du débit. Cependant, les vannes à membrane en matière synthétique ne sont pas à passage intégral (en raison de leur siège renforcé). Dès lors, elles ne permettent pas d’atteindre les mêmes coefficients de débit (Kv 100) que les vannes à bille.

Toutefois, les efforts consentis, ces dernières années, dans le domaine de la conception ont permis aux coefficients de débit Kv 100 de rattraper une partie de leur retard. Nous allons aborder le rapport existant entre le coefficient Kv 100 et le débit dans cette partie et vous découvrirez ci-après les écarts conceptuels significatifs entre une vanne à membrane classique (p. ex. GF type Série 3) et une version moderne (p. ex. GF type Série 5).

À cet égard, soyez attentif aussi bien à la forme du corps (ancien = section carrée contre nouveau = section circulaire) qu’à celle du siège (ancien = siège vertical renforcé contre nouveau = siège à renfort très arrondi et surfacé) ainsi qu’au fait que l’assemblage des vannes de conception récente se passe désormais de boulons sensibles à la corrosion.

Tableau comparatif des coefficients de débit Kv 100 et des différences de conception:

DN	Kv conception classique [l/min @ ▲P = 1bar]	Kv conception récente [l/min @ ▲P = 1bar]	Amélioration des vannes de conception récente par rapport aux vannes de conception classique [%]
15	56 à 72	125	+74% à +123%
20	120 à 137	271	+98% à +126 %
25	175 à 230	481	+109% à +175 %
32	301 à 341	759	+123% à +152 %
40	418 à 460	1263	+175% à +202 %
50	685 à 768	1728	+125 % à +152%

Ci-avant: conception classique comportant un corps boulonné de section carrée (à gauche) par opposition à une conception récente comportant un corps sans boulonnage de section circulaire (à droite). Au-dessous de chacune de ces illustrations figure deux représentations schématiques de leurs écoulements respectifs. Ces représentations montrent clairement que l’écoulement du liquide à travers le corps d’une vanne récente est plus fluide.

Structure d’une vanne à membrane moderne (GF type Série 5):

3. Vanne papillon

Une vanne papillon se caractérise essentiellement par la présence d’un disque central (que l’on nomme également papillon). L’axe de la vanne est perpendiculaire à la direction d’écoulement du fluide dans la canalisation. En règle générale, le papillon doit effectuer une rotation de 90° pour passer de la position ouverte à la position fermée et vice versa. Caractérisée par une longueur d’installation restreinte, la vanne papillon est essentiellement vouée à l’exécution de fonctions d’ouverture / fermeture (On/Off), mais, dans certains cas, elle peut aussi faire office de vanne de régulation (surtout en version automatisée).

Disponibles en DN50, les vannes papillon se montent systématiquement entre des brides. Il convient également de souligner que, vu la taille de leur papillon, ces vannes ne présentent une efficacité de fonctionnement satisfaisante quant au débit qu’à partir d’un diamètre plus important de l’ordre de DN100.

À l’instar des vannes à bille, les vannes papillon se déclinent en une multitude de types conçus pour un large éventail d’applications, allant des modèles les plus simples (jardinage, aquariums et jeux d’eau) aux modèles les plus sophistiqués (industrie chimique). Les vannes le plus simples sont pourvues d’une garniture en élastomère (EPDM, FKM, NBR) au centre de laquelle pivote un papillon. Mais il en existe également plusieurs types dont la garniture d’étanchéité en élastomère recouvre également le papillon central. La conception et la fabrication de ces deux types de vanne est d’une grande simplicité. En conséquence, ces vannes sont peu coûteuses.

Toutefois, en raison du contact permanent entre le papillon, la garniture d’étanchéité et le corps de ces vannes, elles présentent l’inconvénient d’engendrer davantage de frottements entre ces trois éléments et, partant, de réclamer l’application d’un couple de commande plus élevé et de subir une usure plus importante, laquelle ne manquera pas d’en réduire la durée de vie utile. C’est pourquoi ces différents types de vannes papillon sont essentiellement voués au traitement d’eaux pures et moins aptes, voire inadaptés à l’acheminement de produits chimiques fluides ou de liquides contenant des particules en suspension et autres impuretés (sédimentation, agglomération, abrasion).

Vanne papillon central (à gauche) et vanne papillon double excentrique (à droite).

La vannes papillon et à double axe excentrique sont conçues pour les applications les plus exigeantes. Cela signifie concrètement que l’axe et le papillon sont légèrement décalés par rapport au centre de la vanne. Ce décalage s’applique aussi bien à la périphérie circonférentielle de la vanne qu’à sa longueur d’installation. Dans ce cas particulier, lors de l’ouverture et de la fermeture de la vanne, le papillon exécute un mouvement de rotation décentré en raison duquel le papillon et la garniture d’étanchéité appliquée à l’intérieur du corps de la vanne n’entrent en contact que dans les derniers 7 à 9° de rotation lors de la fermeture (ou dans les premiers 7 à 9° de rotation lors de l’ouverture). Lors de la fermeture, le papillon exerce une pression contre la garniture d’étanchéité plutôt qu’il ne la soumet à des contraintes dues aux frottements.

Coupe verticale d’une vanne papillon double excentrique.

Dans le premier cas de figure (illustré à gauche) où une sécurité de verrouillage maximale et/ou une protection accrue contre les coups de bélier s’imposent, on procédera au montage de la vanne souhaitée de telle sorte que sa fermeture s’opère dans le sens de l’écoulement. Dans l’autre cas de figure (illustré à droite) où il faut s’attendre à ce que le couple de commande à appliquer soit très inférieur, on procédera au montage de la vanne souhaitée de telle sorte que sa fermeture s’opère plutôt dans le sens contraire à l’écoulement. S’agissant des effets du mode d’installation retenu, nous vous recommandons de consulter le fabricant de la vanne.

Les vannes papillon se distinguent encore les unes des autres tant sur le plan de la commande que du montage:

Commande:

- Levier à main classique (réglable par paliers de 5 à 10°, selon le fabricant)
- Levier à main à réglage progressif, selon le fabricant
- Commande à vis sans fin

Montage:

- «Type à battant » (version dépourvue de trous de boulon taraudés)
- «Type à bride » (version pourvue de trous de boulon taraudés)

De gauche à droite : Vanne du « type à battant » équipée d’un levier classique, d’une levier à réglage progressif ou d’un dispositif de commande à vis sans fin et vanne du « type à bride ».

4. Vanne de régulation de la pression

Le fonctionnement des vannes de régulation de la pression repose sur une structure interne très particulière ainsi que sur la pression à laquelle le fluide acheminé est soumis. Ces vannes permettent de réguler la pression à laquelle le fluide est soumis sans nécessiter l’intervention d’aucun dispositif d’entraînement motorisé. En règle générale, on fait la distinction entre trois types de vannes, lesquelles se différencient par leur fonctionnement spécifique:

Régulation de la pression du fluide entrant (on parle volontiers de vanne de maintien de pression)
Régulation de la pression du fluide sortant (on parle volontiers de vanne de réduction de pression)
Prévention des risques de surpression susceptible d’affecter certains tronçons de canalisation

L’illustration ci-dessus présente une vanne de réduction de pression GF du type V582. Soyez attentif aux pictogrammes renvoyant à une pression variable du fluide entrant et à une pression stabilisée par réglage du fluide sortant. S’agissant des vannes de maintien de pression, leur mode de fonctionnement est diamétralement opposé. Il va sans dire que le sens de l’écoulement à travers ces vannes est déterminant. Une petite flèche apposée par le fabricant sur le corps de ces vannes en indique l’orientation à respecter au montage.

Concrètement, le fonctionnement global d’une vanne de régulation de la pression consiste, dans un premier temps, à porter le fluide acheminé à la pression spécifique souhaitée par le biais d’un ressort monté dans la partie supérieure de la vanne, puis à en vérifier l’obtention sur un manomètre (monté tantôt sur la canalisation, tantôt sur la vanne elle-même). L’itinéraire particulier que doit emprunter le fluide acheminé à travers la vanne, la force exercée par le ressort et la position spécifique de la membrane de régulation contraindront la vanne à compenser automatiquement toute variation de pression indésirable à laquelle le fluide serait soumis.

Membrane ou cartouches

Les vannes de régulation commercialisées à l’heure actuelle sont de deux types : vannes à membrane classiques et vannes dont le fonctionnement repose sur l’utilisation de pastilles/cartouches interchangeables. Ces dernières présente l’avantage suivant : il suffit d’en remplacer la pastille pour que ces vannes se comportent, selon le cas, en vanne de réduction ou en vanne de maintien de pression. C’est à la simplicité sans précédent des opérations de montage et de démontage des pièces (la coiffe de la vanne se visse sur le corps de celle-ci) que les réparations éventuelles doivent leur précision accrue, leur vitesse d’exécution supérieure et leur moindre sensibilité aux erreurs potentielles.

En raison de contraintes structurelles, la section des versions équipées de pastilles interchangeables est limitée d’ordinaire à DN50. Les vannes de grandes dimensions se caractérisent par l’adoption d’une membrane classique et l’assemblage des éléments constitutifs de leurs corps respectifs s’effectue au moyen de boulons métalliques. Pour plus d’informations concernant l’aptitude fonctionnelle d’une vanne de régulation de la pression à prévenir les situations de surpression, lisez cet article consacré à l’utilisation des PRV.

Vous trouverez ci-dessous deux coupes transversales. Veuillez noter que la construction générale de la vanne est identique, mais que la différence de fonctionnement se concentre autour de la pastille interchangeable.

La structure d’une vanne de régulation de la pression d’une section comprise entre DN65 et DN100 est sensiblement différente, comme le montre l’illustration ci-après. Ces vannes reposent sur l’utilisation d’une autre sorte de membrane et de piston.

La sélection de la vanne la plus appropriée à une application spécifique revêt une grande importance. Non seulement sur le plan de la compatibilité des matériaux avec le fluide à traiter et les conditions de température et de pression, mais aussi quant au mode de fonctionnement et à l’adéquation du dimensionnement. Cet aspect de la question est souvent négligé, comme en atteste la sélection par trop fréquente d’une vanne de même section que la canalisation dont l’installation se traduit souvent par un mauvais fonctionnement de la vanne et du processus de régulation. Cet outil permet d’étudier les paramètres de sélection de la vanne adéquate.

5. Vanne de ventilation et vanne de purge et de ventilation

Ces vannes permettent de procéder à la purge de cuves et de systèmes de tuyauteries. Les vannes de ventilation s’utilisent dans toutes ces situations nécessitant un apport en air contrôlé et sûr. En outre, ces vannes préviennent aussi tout déversement du fluide traité. Ces vannes sont plus fiables que jamais grâce à une innovation récente dont bénéficie leur flotteur. Dans la zone d’étanchement, ce flotteur présente une surface bombée qui lui permet de s’ajuster parfaitement sur la bague d’étanchéité. Le double palier du flotteur prévient de surcroît tout risque de blocage, même en cas de mouvements de fermeture très rapides.

6. Clapet à cône

Les clapets à cône appartenant à cette nouvelle génération s’articulent autour d’un cône de contrôle qui prévient tout reflux du fluide traité. La géométrie optimisée de l’écoulement permet de réduire au maximum la résistance à l’écoulement et les pertes de charge. Une nouvelle zone d’étanchement et une garniture d’étanchéité spécialement conçue pour ce clapet en garantissant l’étanchéité absolue, même en cas de mouvements de fermeture très rapides. Le cône de contrôle présente une surface bombée dans la zone d’étanchement. Le double palier du cône de contrôle prévient tout risque de blocage. En conséquence, toute défaillance est exclue.

7. Clapet à battant

Lorsqu’un fluide se déplace dans le sens d’écoulement du flux, le disque du clapet à battant s’ouvre en permettant au fluide acheminé de s’écouler dans la direction voulue. Dès que la pression moyenne baisse en deçà d’un seuil déterminé, le clapet se referme à nouveau.

8. Clapet en ligne à siège oblique

Le clapet en ligne à siège oblique est pourvu d’un piston monté au centre du clapet. Ce piston exerce une pression sur une assise ou un siège plan. Le clapet s’ouvre dès que la pression exercée par le fluide acheminé repousse le cône vers le haut.

9. Débitmètre du type à flux

Un débitmètre à surface variable se compose d’un conduit conique dans lequel le fluide afflue de bas en haut. Ce conduit conique accueille un flotteur à déplacement vertical. Lorsqu’un fluide dont la vitesse d’écoulement vers le haut à travers le conduit conique monté à la verticale atteint une valeur suffisante, le flotteur est soulevé jusqu’au point d’équilibre entre le poids du flotteur et la poussée exercée par le fluide. Comme le débit moyen est proportionnel à la quantité de fluide qui s’écoule par unité pendant un laps de temps déterminé, la position d’équilibre correspond à la mesure du débit à ce moment précis.

Explorez notre section dédiée à la Robinetterie pour approfondir vos connaissances sur le fonctionnement et les applications variées des différentes vannes.

Si vous avez des interrogations sur les vannes ou accessoires présentés, n’hésitez pas à contacter nos experts. Ils seront ravis de répondre à vos questions.

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Qu’est-ce qu’une vanne de régulation automatisée ? Comment et pourquoi la choisir en fonction de l’application utilisée

Joeri Tomas Fahim — Tue, 17 Jan 2023 14:22:00 +0000

La vanne de régulation automatisée s’utilise essentiellement dans l’industrie de transformation pour maintenir une ou plusieurs variables d’un processus dans les limites d’une plage déterminée, en garantissant, ce faisant, la qualité du produit fini.

Ces opérations s’effectuent par le biais d’un circuit de régulation comportant les composants suivants : capteur, émetteur, unité de commande et vanne de régulation.

Fonctionnement du circuit fermé

Le capteur recueille des informations relatives aux variables du processus, l’émetteur les convertit en un signal utilisable, puis les complète (éventuellement d’un visuel affichable) avant de les transmettre à l’unité de commande.

Se présentant sous la forme d’un API, d’un système SCADA ou DCS, l’unité de commande poursuit le traitement de ces informations et établit les opérations à effectuer pour atteindre le point de consigne souhaité.

Dans la foulée, l’unité de commande pilote la vanne de régulation et détermine le taux d’ouverture de ladite vanne. En fonction de l’écart entre les valeurs réelles et souhaitées que prennent ou devraient prendre les variables du processus, l’unité de commande maintient le taux d’ouverture de la vanne de régulation à un niveau supérieur, inférieur ou identique. Cette vanne permet d’agir sur les variables du processus et de maintenir la ou les valeurs souhaitées.

Une vanne de régulation se compose de 3 organes majeurs:

‘Positioner’ ou positionneur de la vanne
‘Actuator’ ou actionneur
‘Valve body’ ou corps de la vanne

Le positionneur reçoit le signal électrique provenant de l’unité de commande. Ce signal électrique dépend du protocole de communication employé par l’unité de commande et peut prendre l’une des formes suivantes: un signal électrique analogique de 4 à 20 mA (avec ou sans HART) ou un signal numérique par le biais d’un bus du type Modbus, Profibus, Profinet ou Foundation Fieldbus. Le positionneur convertit le signal et le transmet à l’actionneur de la vanne.

Cet actionneur n’est autre que le moteur de la vanne. Ce dernier transmet une force (mouvement linéaire) ou un moment (mouvement de rotation) à la partie mécanique de la vanne pour que cette dernière s’ouvre, se ferme ou occupe une position intermédiaire. Les actionneurs sont de trois types: pneumatique, électrique ou hydraulique. En fonction de la source d’énergie qui alimente l’actionneur de la vanne, le positionneur transmet à ce dernier un signal du même type.

Monté sur la canalisation concernée, le corps de la vanne de régulation est mécaniquement solidaire de l’actionneur.

Sélection de la vanne de régulation adéquate

Pour procéder au dimensionnement correct d’une vanne de régulation ainsi qu’à sa sélection, il faut disposer d’un certain nombre de données importantes.

Il s’agit des données suivantes:

débits (Q)
dénomination du fluide et concentration ou composition de ce dernier
masse volumique (en présence d’un fluide), poids moléculaire (en présence d’un gaz) ou poids spécifique (densité)
température du processus et température nominale du fluide
pressions à l’entrée et à la sortie de la vanne (P1 & P2) et pression nominale du processus
nature du dispositif d’entraînement et réaction souhaitée en cas de défaillance
diamètre de la canalisation, matériau constitutif de la canalisation, classe de pression et raccordement souhaité
signal d’entrée du positionneur.

Si le diamètre de la canalisation n’est pas encore fixé, la formule suivante permet de le déterminer:

di = diamètre intérieur de la canalisation (mm)

Q = débit (m³/h)

v = vitesse d’écoulement du fluide (m/s)

Le calcul par approximation de la vitesse d’écoulement d’un fluide s’effectue en fonction du type de canalisation et de l’état du fluide.

Valeurs standard de la vitesse d’écoulement :

Liquides
v = 0,5 à 1,0 m/s pour les conduites d’aspiration

v = 1,0 à 3,0 m/s pour les conduites de refoulement

Gaz
v = 10 à 30 m/s

Exemple de calcul:

Conduite de refoulement d’eau

Q = 14 m³/h

v = 2 m/s

La conduite sélectionnée doit présenter un DN50.

La section de la vanne de régulation est souvent inférieure à celle de la conduite retenue, mais cette approximation laisse à désirer.

Le dimensionnement correct d’une vanne de régulation revêt une grande importance. La capacité d’une vanne s’exprime par le coefficient de débit Kv (en Europe) ou Cv (dans les autres régions du monde). La formule simplifiée qui suit permet de calculer cette capacité:

Il s’agit de la capacité déterminée expérimentalement d’une vanne dont l’ouverture spécifique correspond à une perte de pression d’un bar lors de l’acheminement d’une eau portée à une température comprise entre 5 et 40 °C. Cette capacité s’exprime en m³/h ou en l/min.

Ci-après figure un exemple de courbe caractéristique de débit d’une vanne à bille du type 546 Pro en DN40:

Calcul du coefficient de débit Kv

Il est possible de calculer le coefficient de débit Kv en fonction des conditions connues d’exécution du processus, puis de le comparer avec la courbe caractéristique de débit de la vanne souhaitée. Ces conditions doivent se situer dans la plage de réglage (région verte de la courbe) de la vanne. Pour obtenir un dimensionnement convenable, il faut que les conditions d’exécution du processus soient réunies pour un angle d’ouverture de la vanne compris entre 20 et 80 degrés.

Si le coefficient de débit Kv calculé en fonction des conditions d’exécution du processus ne s’obtient qu’avec un angle d’ouverture inférieur à 20°, ce dernier se situe en dehors de la plage de réglage de la vanne. Dès lors, il est préférable de sélectionner une vanne de plus petite taille. Un angle d’ouverture inférieur à 20° risque d’entraîner une instabilité du réglage susceptible d’engendrer des vibrations et, partant, d’endommager la vanne ou la canalisation.

Si le coefficient de débit Kv calculé en fonction des conditions d’exécution du processus ne s’obtient qu’avec un angle d’ouverture supérieur à 80°, cet angle ne manquera pas d’entraîner une instabilité du réglage au risque de provoquer des dommages dus à la cavitation et d’engendrer des vibrations plus importantes ainsi qu’un niveau de bruit accru. En pareil cas, il est préférable d’opter pour une vanne de plus grande taille.

Exemple de calcul:

Conduite d’eau DN50

P1 = 3 bars(g)

P2 = 2 bars(g)

Q = 14 m³/h

Poids spécifique (densité) = 1

Admettons que le diamètre de la vanne soit d’une dimension inférieure à celle de la conduite, à savoir DN40.

La courbe caractéristique de débit de la vanne 546 Pro DN40 (voir courbe) révèle que le coefficient de débit Kv correspond à un angle d’ouverture de 50°, lequel se situe au beau milieu de la plage de réglage de la vanne à bille.

Les variables suivantes contribuent à déterminer le choix du type de vanne:

pression de vapeur (formation ou non de gaz)
viscosité
présence de particules en suspension et/ou cristallisation du fluide
paramètres ambiants
existence de conditions de dépression

Dans la gamme GF, les types de vannes susceptibles de remplir une mission de régulation sont les suivants:

Détail des applications envisageables

Dans le cadre de toute application comportant le transport de liquides ou de gaz le long d’une canalisation et nécessitant le maintien précis d’une variable de processus déterminée, la solution réside dans l’installation d’une vanne de régulation automatisée.

La variable de processus dont le maintien s’impose compte vraisemblablement au nombre de celles qui suivent : débit, pression, température, acidité (pH), niveau, conductivité et bien d’autres encore.

Exemples d’applications

Régulation du débit d’une canalisation au moyen de débitmètres GF et d’électrovannes à membrane (e-diastar) pilotées par une unité de commande émettant un signal de 4 à 20 mA.

Vanne pneumatique à membrane (diastar) pilotée par l’intermédiaire d’un positionneur (type DSR500) émettant un signal de 4 à 20 mA

Régulation d’un débit ou du niveau d’une cuve au moyen d’une vanne pneumatique à membrane (diastar) pilotée par l’intermédiaire d’un positionneur (type DSR500) émettant un signal de 4 à 20 mA ou bien au moyen d’une électrovanne à bille pilotée par une unité de commande émettant un signal de 4 à 20 mA ainsi que par le biais d’une série de jauges de niveau et débitmètres GF.

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Méthode de sélection des vannes ou clapets le mieux adaptés au transport de liquides corrosifs

Frederik Koninckx — Sun, 15 Jan 2023 03:06:00 +0000

Il existe de nombreux accessoires et de vannes pour différents liquides, mais tous ne conviennent pas de la même manière au transport de liquides corrosifs. D’une manière générale, une dizaine de types de raccords et de vannes sont spécifiquement adaptés à ce type de transport. Une brève présentation des vannes les plus importantes est disponible ci-dessous.

Pour choisir la bonne vanne, il est préferable de passer par certaines étapes indispensables:

Vérifier le fluide
• La résistance chimique
• La pression et la température
• La propreté du fluide en termes de présence de particules et de formation de cristaux
• La viscosité
• Le fluide gazeux
Déterminez la ou les fonctionnalités que votre vanne doit remplir
• Contrabilité ou simplement ON/OFF
• Indication de position nécessaire ou non
• Passage intégral ou non
• Résistance aux fuites sous vide
• Déclenchement de coups de bélier ou de coups de pression
Techniques de raccordement des vannes et accessoires
Automatisation des vannes et accessoires

L’automatisation peut apporter une solution là où le contrôle manuel existe encore aujourd’hui.

Étape 1 : Résistance chimique

Pour examiner la résistance chimique requise du matériau de la vanne et des joints associés, nous suivons tout d’abord la même logique que pour la selection des matériau de tuyauterie. Vous trouverez des informations à ce sujet dans cet article sur la sélection du materiau des tuyaux pour les liquides corrosifs.

Toutefois, lors du choix des vannes et des accessoires, il convient d’accorder un peu plus d’attention au type de joints. Comme les vannes et les accessoires sont également soumis à des charges dynamiques et mécaniques (par le biais de mouvements, de déformations, de frottements, etc.), le choix du matériau d’étanchéité peut varier. Par exemple : la membrane d’une vanne à membrane subit une charge mécanique totalement différente de celle des joints toriques sur l’arbre d’une vanne à bille.

Dans le premier cas, la membrane subit une déformation directe due au mouvement vertical de l’arbre auquel elle est raccordée et, lorsqu’elle est fermée, cette membrane est également partiellement comprimée contre le siège du corps de la vanne. Les joints toriques sur l’arbre d’une vanne à bille subissent une contrainte mécanique tout à fait différente. Dans ce cas, le mouvement est de nature rotative et crée un frottement.

Dans les deux cas, il est particulièrement important de savoir que les vannes sont conçues de manière à pouvoir effectuer un nombre minimal théorique de cycles d’ouverture-fermeture selon la norme DIN. Il va sans dire que l’action de certains produits chimiques peut avoir une incidence négative sur la durée de vie et le nombre de cycles d’ouverture-fermeture disponibles. Toutefois, cette situation doit être évaluée au cas par cas, de préférence en étroite concertation avec le fabricant.

Pression et température
Comme pour les matériaux de tuyauterie, il convient d’examiner le diagramme P/T (pression-température) du matériau de la vanne. Ici aussi, le lien avec la résistance chimique doit être établi et les deux aspects doivent être évalués dans leur ensemble. Pour cela, nous vous renvoyons à l’article sur la lecture d’un diagramme P/T.

Dans le cas des vannes et des accessoires, il faut cependant tenir compte d’un aspect supplémentaire, à savoir le fait que les diagrammes P/T des vannes sont souvent différents des diagrammes P/T du matériau de la conduite. Cela s’explique par le fait que, contrairement aux matériaux des tuyaux, les vannes et les accessoires sont des produits composites, dont les différents composants doivent pouvoir fonctionner comme un tout dans toutes les conditions P/T et chimiques prévues. Cela signifie également que dans un système de tuyauterie avec vannes, il ne suffit pas d’évaluer le matériau de la tuyauterie en ce qui concerne la résistance chimique et le P/T, mais qu’il faut évaluer l’ensemble de la tuyauterie, des raccords, des joints, des vannes, des raccords, etc. y compris la technologie d’assemblage envisagée.

Voici un exemple concret des diagrammes P/T de respectivement : tuyau en PVC-U GF, vanne à membrane GF en PVC-U, vanne à bille GF 546Pro en PVC-U.

Diagramme P/T des tuyaux GF en PVC-U

Diagramme P/T de la vanne à membrane série GF Type 5 en PVC-U

Diagramme P/T de la vanne à bille GF type 546Pro en PVC-U

Étapes 1C, 1D et 1E

Au cours de ces étapes, nous découvrons que la nature spécifique du milieu peut également influencer fortement le choix de la vanne. Un exemple très concret et très fréquent dans la pratique est celui des liquides contenant des particules solides (par exemple, les eaux usées chimiques contenant de petites particules métalliques provenant d’un processus de traitement de surface) et des liquides ayant des propriétés cristallisantes (par exemple, le NaOH). Dans ce cas, les vannes à billes sont généralement peu ou pas adaptés, tandis que les vannes à membrane le sont davantage. Il convient toutefois de noter que la nature des particules, leur taille et leur concentration doivent être prises en compte. Le tableau ci-dessous donne un premier aperçu des possibilités générales. En cas de doute, il est certainement conseillé de consulter le fabricant.

Étape 2 : Les propriétés fonctionnelles de la vanne

Lors de la sélection de la bonne vanne, il est important de savoir à quoi elle servira spécifiquement. Vous trouverez ci-dessous un bref aperçu de certaines propriétés fonctionnelles courantes qu’il est préférable de vérifier.

Nous allons mettre l’accent sur un exemple, à savoir la contrôlabilité. La plupart des vannes d’un système de tuyauterie sont utilisées soit pour ouvrir et fermer (fonctionnement tout ou rien), soit pour contrôler un débit (modulation ou équilibrage). En mode tout ou rien, l’utilisation de la vanne est principalement axée sur sa fonction première, à savoir l’ouverture et la fermeture en toute sécurité de la canalisation. En position fermée, il est essentiel que la vanne, quelle que soit la pression du fluide, se ferme aussi hermétiquement que possible et que les fuites internes soient évitées. En position ouverte, nous préférons un débit aussi élevé que possible et donc des pertes de charge (pertes de pression) aussi faibles que possible.

Si nous prenons en compte ces paramètres et que nous les comparons, par exemple, à des vannes à bille et à des vannes à membrane, nous constatons que les vannes à bille excellent principalement dans le fonctionnement tout ou rien, tandis que les vannes à membrane ont un fonctionnement beaucoup plus réglable. La réponse concernant le fonctionnement contrôlable peut être trouvée dans les caractéristiques de contrôle des vannes. Ce qui est important ici, c’est que la zone linéaire et proportionnelle de la courbe de contrôle soit aussi large que possible et, de préférence, située assez au centre du diagramme.

Cette caractéristique est nettement plus marquée avec les vannes à membrane qu’avec les vannes à bille. Avec les vannes à bille, nous constatons que la première ouverture de 70 % n’a d’effet que sur les premiers 30 % du débit maximal possible à travers la vanne. Sachant qu’une vanne à bille ne tourne généralement que sur 90° entre la fermeture et l’ouverture complètes, il est donc très difficile de le régler ou de l’ajuster. Dans le cas des vannes à membrane, la situation est tout à fait différente. Nous constatons ici qu’entre une ouverture d’environ 20 % et une ouverture de 80 % de la vanne, il existe une relation presque totalement linéaire et proportionnelle entre le degré d’ouverture et le débit.

De plus, cette zone linéaire se situe bien au centre de la courbe. Un avantage supplémentaire à cet égard est le fait qu’avec une vanne à membrane, il faut tourner la tige plusieurs fois sur 360° pour passer de la position complètement fermée à la position complètement ouverte. Cela permet donc de régler assez finement le débit souhaité.

Courbe de contrôle de la vanne à bille GF type 546Pro (d16-d63 mm)

Courbe de contrôle d’une vanne à membrane GF de la série 5 (d20-d63 mm)

Il convient de noter qu’il existe également des vannes à bille qui disposent d’une connexion proportionnelle sur une grande partie de leur courbe de régulation. La vanne en question ne comporte alors plus un alésage central classique, mais une cavité de forme spéciale. Il convient toutefois de noter que ce type de vannes à bille est moins favorable en termes de pertes de charge et de débit maximal potentiel et que la relation proportionnelle et linéaire, en fonction du diamètre nominal de la vanne, ne commence qu’à partir d’un certain angle d’ouverture. Le choix entre une vanne à membrane ou une vanne à bille “linéaire”, en termes de contrôlabilité/modulabilité, dépend de divers paramètres concernant le processus dans lequel la vanne fonctionne. Ce sujet est expliqué plus en détail dans les vannes de régulation automatisées.

Courbe de contrôle du vanne à bille GF type 546Pro “linéaire” (d20-d63 mm)

Cependant, en ce qui concerne les pertes de charge induites, d’une part, et le débit maximal possible lorsqu’une vanne est ouverte, d’autre part, nous constatons que les vannes à bille, qui ont un passage intégral à 100 % d’ouverture, obtiennent les meilleurs résultats par rapport aux vannes à membrane. Les tableaux des valeurs Kv100 (qui décrivent le débit à 100 % d’ouverture de la vanne et une pression différentielle de 1 bar à travers la vanne) montrent les différences en termes de génération de débit.

Valeurs Kv100 des vannes à bille GF type 546Pro et type 546Pro “linéaire”

Valeurs Kv100 des vannes à membrane GF série 5 (d20-d63 mm)

Les tableaux ci-dessous montrent les différences de pertes de charge induites entre les vannes à bille et les vannes à membrane. Dans ce cas, il s’agit de vannes jusqu’à d63/DN50 mm. Des diagrammes similaires existent pour des diamètres plus importants : Planning Fundamentals

Pertes de charge du vanne à bille GF type 546Pro (d16-d63 mm)

Pertes de charge des vannes à membrane GF série 5 (d20-d63 mm)

Étape 3 : Techniques de raccordement pour les vannes et les accessoires

Comme nous ne pouvons pas actuellement donner la priorité aux techniques d’assemblage du plastique mbt octopus link, nous développerons ce sujet plus en détail ultérieurement ! Pour l’instant, je suggère que nous nous limitions à ce qui suit.

Les différents types de vannes et d’accessoires en plastique peuvent à leur tour être intégrés de diverses manières dans le système de tuyauterie. Les vannes en plastique peuvent être couplées assez facilement avec des tuyaux en plastique et divers tuyaux en métal. Les méthodes de raccordement les plus courantes sont les suivantes :

Brides (brides libres ou fixes)
Raccords en trois parties (matériau identique ou différent des deux cotés)
Raccords filetés

L’un des avantages des vannes en plastique est la flexibilité du choix. Par exemple, il existe des vannes en plastique équipées en usine de brides ou de raccords en trois parties, mais les mêmes types de vannes avec des extrémités à souder ou à coller auxquelles des colliers de soudure avec brides ou raccords en trois parties peuvent être raccordés à la carte, en fonction de ce qui est le plus approprié sur le site à ce moment-là. Ces colliers de soudure sont souvent disponibles pour différentes méthodes de soudage ou de collage (collage Tangit, soudage bout à bout, soudage par emboîtement). Un large aperçu des différentes méthodes d’assemblage et des composants associés est facilement accessible via le lien suivant : Planning Fundamentals

Étape 4: Automatisation des vannes et accessoires

L’étape finale consiste à automatiser les vannes et les accessoires. Un nouveau sujet sera bientôt publié à ce sujet.

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