Les Robinets Et Clapets de Non Retour

LES ÉQUIPEMENTS LES ROBINETS ET CLAPETS DE NON RETOUR

SUPPORT DE FORMATION Cours EXP-PR-EQ050 Révision 0.1

Exploration & Production Les Équipements Les Robinets et Clapets de non retour

LES ÉQUIPEMENTS LES ROBINETS ET CLAPETS DE NON RETOUR SOMMAIRE 1. OBJECTIFS .....................................................................................................................4 2. LES FONCTIONS DES ROBINETS ................................................................................5 3. LES DIFFÉRENTS TYPES DE ROBINETS.....................................................................6 3.1. INTRODUCTION.......................................................................................................6 3.2. LES ROBINETS ........................................................................................................6 3.2.1. Les robinets vannes ..........................................................................................7 3.2.1.1. Les robinets vannes à passage direct..........................................................7 3.2.1.2. Les robinets vannes à coin conique .............................................................8 3.2.1.3. Les robinets vannes à sièges parallèles libre dilation ..................................9 3.2.1.4. Les robinets vannes à auto-serrage...........................................................10 3.2.2. Les robinets à soupape ou clapets..................................................................11 3.2.2.1. Robinet à clapet plat ..................................................................................11 3.2.2.2. Robinet à clapet conique............................................................................12 3.2.2.3. Robinet à clapet pointeau et parabolique ...................................................13 3.2.2.4. Robinet à clapet plat et conique .................................................................13 3.2.2.5. Robinet à soupape incliné ..........................................................................14 3.2.3. Les robinets à papillon.....................................................................................15 3.2.3.1. Les robinets à papillon non étanche...........................................................16 3.2.3.2. Les robinets à papillon étanche..................................................................16 3.2.4. Les robinets à tournants ..................................................................................17 3.2.4.1. Robinets à tournant sphérique (Ball valve).................................................19 3.2.4.2. Robinet à tournant conique standard .........................................................20 3.2.4.3. Robinet à tournant conique inversé............................................................21 3.2.4.4. Les robinets à piston ..................................................................................22 3.2.4.5. Les robinets à membrane...........................................................................23 3.2.4.6. Les robinets de niveau à glace...................................................................24 3.3. LES CLAPETS DE NON RETOUR .........................................................................28 3.3.1. Clapet de non-retour à battant.........................................................................28 3.3.2. Clapet de non-retour à piston ..........................................................................29 3.3.3. Clapet de non-retour à balle ............................................................................30 4. CHOIX ET UTILISATION DES ROBINETS ...................................................................31 4.1. LE CHOIX DES ROBINETS ....................................................................................31 4.2. UTILISATION DES ROBINETS...............................................................................32 4.3. NOTION DE DIMENSIONNEMENT DES VANNES ................................................33 5. LES DISPOSITIFS DE MANŒUVRE DES ROBINETS.................................................34 5.1. LES DISPOSITIFS MANUELS ................................................................................34 5.2. LES DISPOSITIFS AUTOMATIQUES.....................................................................36 5.2.1. Le fonctionnement d’une vanne automatique..................................................37 5.2.2. Servomoteurs à piston.....................................................................................38 5.2.3. Actuateur pneumatique ...................................................................................39 Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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5.2.4. Actuateur électrique.........................................................................................39 5.2.5. Position de sécurité .........................................................................................40 5.2.6. Les accessoires des vannes automatiques .....................................................42 6. LA REGULATION DES VANNES ..................................................................................43 6.1. REGULATION SANS POSITIONNEUR ..................................................................44 6.2. REGULATION AVEC POSITIONNEUR ..................................................................44 7. GLOSSAIRE ..................................................................................................................46 8. SOMMAIRE DES FIGURES ..........................................................................................47 9. SOMMAIRE DES TABLES ............................................................................................49

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1. OBJECTIFS


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2. LES FONCTIONS DES ROBINETS Les robinets constituent l’ensemble des appareils disposés sur les tuyauteries permettant de modifier ou d’interrompre la circulation des fluides. Ces appareils sont caractérisés par la présence d’un OBTURATEUR commandé soit manuellement, soit par un SERVOMOTEUR tout ou rien


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3. LES DIFFÉRENTS TYPES DE ROBINETS 3.1. INTRODUCTION Il existe différents types de vannes et robinets : Les robinets Les clapets Les soupapes Les purgeurs Les soupapes et les purgeurs ne sont pas traités dans ce cours. Le type de robinetterie utilisé dépendra de sa fonction: Réglage du débit Nature du fluide Conditions opératoires Isolement et disposition

3.2. LES ROBINETS Dans les robinets, on fait la distinction entre Les robinets vannes Les robinets à soupape Les robinets à papillon Les robinets tournants Les robinets à piston Les robinets à membrane


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3.2.1. Les robinets vannes On distingue plusieurs types de robinets vannes : Les robinets vannes à passage direct Les robinets vannes à coin conique Les robinets vannes à sièges parallèles Les robinets vannes à coin flexible

3.2.1.1. Les robinets vannes à passage direct

Figure 1: Composants d’un robinet vanne

Les robinets vannes à passage direct se caractérisent par : Obturateur se déplaçant parallèlement au siège. La tige de vanne se déplace verticalement.– elle ne tourne pas Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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Relation longueur tige et diamètre obturateur Bonne étanchéité Faible perte de charge

3.2.1.2. Les robinets vannes à coin conique Même matériel que la vanne à passage direct Portées obliques avec une pente > 33%. Étanchéité totale à la fermeture par coincement.ou par pression Évite un effort trop grand sur le volant au moment de l'ouverture. Obturateur pratiquement indéformable.

Inconvénients: Ne convient pas si la pression et / ou la température du fluide ou des efforts extérieurs peuvent provoquer des déformations mécaniques.

Figure 2: Robinet vanne à coin conique


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3.2.1.3. Les robinets vannes à sièges parallèles libre dilation Utilisé sur circuit Haute Pression Eau & Vapeur. Obturateur constitué de 2 opercules plats, écartés par un ressort, les maintenant en appui sur les deux sièges parallèles. La poussée du ressort et la pression du fluide assurent l'étanchéité. Une bague de butée permet un positionnement précis par rapport au siège

Inconvénients : Lors des manœuvres, les opercules restent en contact avec les sièges, d’où une usure rapide des portées.

Figure 3 : Robinet vanne à sièges parallèles

Action du fluide lors des montées en pression Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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3.2.1.4. Les robinets vannes à auto-serrage Obturateur composé de deux opercules indépendants qui en position de fermeture sont bloqués contre le siége du corps par un ou plusieurs coins. La forme du coin provoque un effet d'écartement des opercules, en venant en butée au fond du corps de vanne. Dispositif facilement décoinçable au moment de l'ouverture Elle est utilisée sur la vapeur saturée basse pression.

Figure 4: Robinet vanne à auto-serrage

Remarque : Les robinets vannes n’ont pas besoin d’un sens de montage par rapport au sens de circulation du fluide. Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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3.2.2. Les robinets à soupape ou clapets Les robinets à soupape sont utilisés principalement pour le réglage de débit. Certains peuvent être utilisés en sectionnement. Le déplacement de l’obturateur se fait : Parallèlement au fluide Perpendiculairement au siège On distingue différents types de vannes à clapets : A clapet plat A clapet conique A clapet pointeau ou aiguille A clapet parabolique A clapet plat et conique Inclinée généralement à 45 degrés 3.2.2.1. Robinet à clapet plat Les robinets à clapet plat sont utilisés sur la vapeur quand une bonne étanchéité est nécessaire. Figure 5: Robinet à clapet plat

Figure 6: Clapet plat Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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3.2.2.2. Robinet à clapet conique Obturateur appelé soupape ou clapet, se déplaçant perpendiculairement au siège. Peut occuper toutes les positions entre Ouverture et Fermeture totale, permettant un réglage du débit. Aptes au réglage de débit, mais inaptes au sectionnement, après utilisation prolongée car ils ne sont pas totalement étanches. Ouverture le plus souvent aidée par le mouvement du fluide, la fermeture s'effectue à contre-courant, imposant un sens de montage. Écrou de tige fixe sur le chapeau Tige et volant se déplacent lors des manœuvres. Dans les petites dimensions, le clapet est très conique,et prend l’appellation de robinet à pointeau.

Figure 7: Robinet à soupape à clapet conique

Figure 8: Clapet conique


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3.2.2.3. Robinet à clapet pointeau et parabolique Le robinet à clapet pointeau est aussi appelé "à aiguille" Ces robinets sont utilisés pour les réglages de débit

Figure 9: Robinet à clapet pointeau

Figure 10: Clapet pointeau

3.2.2.4. Robinet à clapet plat et conique Le robinet à clapet plat et conique est un robinet d’étanchéité vapeur

Figure 11: Robinet à clapet plat et conique


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3.2.2.5. Robinet à soupape incliné L’écoulement du fluide en chicane à l'intérieur du corps fait que la perte de charge est plus faible s’il est utilisé en sectionnement par rapport au robinet à soupape droit Il est utilisé en réglage de débit sur des produits chargés car moins sujets aux dépôts

Figure 12: Robinet à soupape incliné


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3.2.3. Les robinets à papillon L’obturateur est un disque de forme elliptique qui fait une rotation perpendiculaire à la direction du fluide. Les petits diamètres sont manœuvrés en prise directe par un carré, la manœuvre des grands diamètres est facilitée par un démultiplicateur. Ils peuvent aussi être motorisés. Ils sont montés entre deux brides ou sont euxmêmes muni de brides. Les qualités des robinets papillon : Perte de charge, peu importante : Le fluide ne change pas de sens. Facilité et sécurité de manœuvre Encombrement et poids réduits Facilité d'installation Apte au sectionnement et au réglage de débit Étanchéité satisfaisante, pour des pressions < 10 b et des températures < 120°C.

Figure 13: Composition d’un robinet à papillon

On distingue deux types de robinets papillon : Les robinets à papillon non étanche Les robinets à papillon étanche .

Figure 14: Robinet à papillon


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3.2.3.1. Les robinets à papillon non étanche Le contact obturateur-siège est métal-métal. Ils sont utilisés uniquement pour régler un débit et sont inaptes au sectionnement.

Figure 15: Etanchéité robinet à papillon non étanche

3.2.3.2. Les robinets à papillon étanche

L’étanchéité est obtenue par contact élastomère métal. Le joint élastomère est fixé soit sur le papillon, soit sur le corps du robinet.

Si le joint est fixé sur le corps du robinet, il assure aussi une protection anti-corrosion du corps Ils sont inaptes au réglage de débit (destruction de la garniture

Figure 16: Robinet à papillon étanche (1)

Figure 17: Robinet à papillon étanche (2)


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3.2.4. Les robinets à tournants Autrefois, appelés robinets à boisseau, les robinets à tournants sont constitués d'un corps et d'un obturateur. L’obturateur se déplace dans un mouvement de rotation perpendiculaire au sens du fluide, appelé tournant. Le corps et tournant possèdent des lumières qui : Se font face lors de l’ouverture Se contrarient à la fermeture La forme du tournant détermine son appellation, on distingue : Les robinets à tournant sphérique Les robinets à tournant cylindrique avec lumière du tournant rectangulaire. Les robinets à tournant conique standard avec lumière du tournant trapézoïdale et la petite base du tronc de cone en bas Les robinets à tournant conique inversé avec lumière du tournant trapézoïdale et la petite base du tronc de cone en haut

Figure 18: Tournants et lumières


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Ils sont très utilisés pour les hydrocarbures légers les hydrocarbures visqueux les gaz de nombreux produits corrosifs. Les robinets à tournants cylindriques et coniques sont utilisés exclusivement pour la fonction sectionnement. Les robinets à tournant sphérique peuvent aussi être utilisés exceptionnellement pour le réglage du débit.suivant le process Les pertes de charges pour les robinets à tournant restent généralement faibles et disparaissent en position d’ouverture totale. Inconvénients : Manque de visibilité de l'ouverture ou fermeture. Nécessité de tournants lubrifiés pour parfaire l'étanchéité à l’exception des tournants sphériques


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3.2.4.1. Robinets à tournant sphérique (Ball valve) La lumière du tournant est sphérique. Ce type de robinet à tendance à remplacer, de plus en plus, les robinets à tournant cylindrique ou conique.

Figure 19: Robinet à tournant sphérique

Le manœuvre de la vanne est réalisée par un levier quart de tour, jusqu'au diamètre 4" et par un démultiplicateur au dessus. Diam > 2" : Raccordement aux tuyauteries par brides (Montage entre brides, parfois.) Diam < 2" : Embout à visser au-dessous.

Ils sont aptes au sectionnement et exceptionnellement au réglage de débit et ils sont très employés sur le gaz combustible vers les brûleurs des fours.

Figure 20: Composition d'un robinet à tournant sphérique


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3.2.4.2. Robinet à tournant conique standard Le Diaphragme évite à la garniture d'être endommagée par la rotation du tournant, serré entre le corps et le couvercle il est un joint efficace contre les fuites à l'extérieur.

Figure 21: Robinet à tournant conique standard

Les Rainures sur le tournant et des évidements dans le corps sont conçus pour le graissage de telle sorte que lorsqu'une rainure traverse la lumière durant la rotation, elle est isolée du système de graissage sous pression d'où faible perte de graisse pendant la conduite.


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3.2.4.3. Robinet à tournant conique inversé Les robinets à tournant conique inversé sont employé sur : Air comprimé Gaz inertes Liquides propres.

Figure 22: Robinet à tournant conique inversé Ils comportent une réserve de graisse, mise en pression par un piston et un ressort, suffisante pour plusieurs milliers de manœuvres. Ils sont utilisés pour des diamètres DN 15 à DN 50 et des pressions < 7 bars.


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3.2.4.4. Les robinets à piston Caractéristique : Absence de siège, leur conception les rapproche des robinets soupape. L’Obturateur est un piston cylindrique, se déplaçant perpendiculairement au sens du fluide. Le corps est en acier moulé, le piston en acier Inoxydable et la tige en acier au carbone. Le piston se déplace dans une bague métallique, percée de lumières, appelée lanterne, Figure 23: Robinet à piston en position fermé

En masquant plus ou moins ces lumières, le piston permet le réglage du débit. L’étanchéité est réalisée par l'intermédiaire de rondelles souples et interchangeables placées de part et d'autre de la lanterne. Des rondelles ressort type "Belleville" sont disposées sous les écrous des goujons elles compensent les effets dus à la dilatation des goujons sous l'action de la température du fluide. Figure 24: Robinet à piston en position ouverte Le serrage des écrous des goujons comprime les rondelles d'étanchéité contre la paroi de leur logement, et contre le piston, ce qui maintient une bonne étanchéité Ils ont une bonne étanchéité et sont aptes au sectionnement.


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3.2.4.5. Les robinets à membrane L’obturateur est une membrane souple, insérée entre le corps et le chapeau du robinet. L’obturation est assurée par appui de cette membrane sur le siège Figure 25: Robinet à membrane en position fermé L’appui est réalisé par déformation de la membrane poussée par un sabot presseur, sous l'action de la tige de commande. Ils peuvent aussi être équipé d’un servomoteur pneumatique

Avantages: Isolation du mécanisme par rapport au produit et suppression du presse étoupe. Impossibilité de grippage Perte de charge faible, Bonne étanchéité, donc apte au sectionnement Sont utilisés avec des produits corrosifs, boues, etc.., à basse pression et température

Figure 26: Robinet à membrane en position ouverte


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3.2.4.6. Les robinets de niveau à glace Ces robinets sont du type robinet à soupape, mais conçus avec un logement pour une bille qui fait office de clapet en s'appuyant sur le siège.

Figure 27: Robinet de niveau de glace inférieur

Ces robinets sont montés par paire sur chaque niveau à glace, perpendiculairement au ballon et aussi parfaitement de niveau que possible.

Figure 28: Principe de montage des robinets de niveau


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Robinet de niveau à glace en position fermée : Le clapet est en appui sur le siège par sa face avant et isole le niveau de la capacité. Le niveau peut être purgé. La bille est repoussée sur son siège par la tige P1 = 0 = Pression atmosphérique

Figure 29: Robinet de niveau à glace en position fermée

Mise en service du niveau à glace: Le robinet est fermé. Ouvrir d'un quart de tour. Le clapet décolle de son siège, la tige maintient la bille éloignée de son siège. Pour le robinet supérieur, le gaz est admis dans le niveau P1 = P2, ouvrir en grand le robinet. Pour le robinet inférieur, le liquide est admis dans le niveau. Lorsque le niveau est stabilisé, ouvrir en grand le robinet.

Figure 30: Mise en service niveau à glace


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Service normal du niveau à glace : Le robinet est ouvert en grand et bute sur un siège par sa face arrière. Les pressions P1 et P2 sont équilibrées, de ce fait la bille repose sur le fond de son logement. Le liquide de la capacité et en communication avec le liquide du niveau, et chaque variation sera visible au niveau.

Figure 31: Service normal du niveau à glace

Sécurité en cas de bris de glace Le robinet est ouvert en grand. Le clapet est en appui sur le siège par sa face arrière. Le niveau à glace se vide du liquide. La capacité est pleine de liquide qui exerce une pression P2 > P1 plaquant ainsi la bille sur le siège et créant l'étanchéité

Figure 32: Sécurité en cas de bris de glace


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Déplacement de l’obturateur

Déplacement de la tige

Aptitude

Equipement

Liaisons

Perte de charge

Observations

Robinet vanne

Perpendiculaire au fluide

Fixe en rotation Libre en translation

Sectionnement

Back-seating

<2" vissé ou soudé >2" Brides

Très faible

Usage courant inapte au réglage

Robinet à soupape

Parallèle au fluide

Tige et volant solidaires

Réglage inapte au sectionnement

Back-seating

<2" vissé ou soudé >2" Brides

Assez grande

Attention au sens de montage

Robinet à papillon

Rotation Perpendiculaire

Quart de tour

Réglage et sectionnement

Brides ou entre brides

Faible

Limites d'étanchéité 10 b et 120°C

Robinet à tournant

Rotation Perpendiculaire

Quart de tour

Sectionnement et réglage

Brides ou entre brides

Très faible

Robinet à piston

Perpendiculaire au fluide


Sectionnement et réglage

Brides

Faible

Sens de montage

Robinet à membrane

Appui de la Membrane


Sectionnement

Brides

Faible

Limité en pression et en température

Translation et rotation guidée

Sectionnement

Brides

Très faible

Sens de montage

Translation et otation guidée

Sectionnement

Brides

Très faible

Sens de montage

Robinet « Orbit «

Robinet « Goodwin »

Écartement obturateur sphérique puis rotation Écartement obturateur conique puis rotation

Graissage

Flushing de gasoil

Table 1: Récapitulatif des différents robinets Support de Formation EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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3.3. LES CLAPETS DE NON RETOUR Les clapets de non-retour permettent à un fluide de s’écouler dans une seule direction, interdisant donc l’écoulement dans le sens opposé. Les différents types de clapets sont les suivants : Clapet de non retour à battant Clapet de non retour à,levée vertical Clapet de non retour à bille/boule Clapet de non retour à double battant.

Figure 33: Clapet de non-retour

3.3.1. Clapet de non-retour à battant Les clapets à battant sont utilisés largement pour les liquides. Ils travaillent en ayant un disque à charnière Ils autorisent le passage direct à travers le corps du clapet Ils provoquent une légère résistance à l’écoulement du fluide. Ils peuvent être installés horizontalement ou verticalement.

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Corps Couvercle Siège Clapet Battant Axe de battant Joint Écrou de fixation du clapet Boulonnerie

Figure 34: Clapet de nonretour à balancement

3.3.2. Clapet de non-retour à piston Les clapets de non retour à piston disposent d’un piston ou d’un clapet reposant sur son siège. Le piston est guidé dans le corps de la vanne. Quand le fluide passe à travers le corps de du clapet le piston se soulève du siège. Quand le courant passe du coté opposé le piston s’appui sur le siège et ferme le clapet.

Figure 35: Clapet de non-retour à piston

Le système sans ressort doit être installé horizontalement, par contre le système à ressort peut être installé verticalement. Support de Formation EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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3.3.3. Clapet de non-retour à balle Les clapets à balle travaillent de la même façon que les clapets à piston mais utilisent une balle au lieu d'un piston. Ils peuvent être utilisés pour les fluides lourds. Ils peuvent être installés horizontalement ou verticalement

Figure 36: Clapet de non-retour à balle


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4. CHOIX ET UTILISATION DES ROBINETS 4.1. LE CHOIX DES ROBINETS Le choix d'un robinet n'est pas régi par des règles précises, le type d'appareil est fonction du rôle à remplir Pour le sectionnement ou l'isolement d'un fluide, on utilise soit : Des robinets vannes Des robinets à soupape Des robinets à tournants Des robinets à papillon à fermeture étanche

Pour le réglage du débit d'un fluide, on emploie soit : Des robinets à soupape ou pointeau. Des robinets à papillon.

Le choix de la catégorie d'appareil étant connu, il faut tenir compte des conditions d'utilisation, qui permettent de déterminer précisément l’appareil: Pression Température Nature et débit du fluide Perte de charge.

La pression et la température vont conditionner la forme de l'appareil les alliages à employer


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La nature du fluide (viscosité - caractéristiques chimiques) influe sur la section de passage, l'étanchéité, le presse-étoupe les alliages de construction

4.2. UTILISATION DES ROBINETS A l'ouverture du robinet : Ouvrir l'opercule totalement jusqu'à sa position de butée. Dans le cas d'une commande par tige filetée et volant, refermer l'opercule d'un quart de tour afin de dégager le filetage et de ne pas rester bloqué en ouverture A la fermeture : Fermer l'opercule modérément, puis ouvrir légèrement pour laminer entre le siège et l'opercule afin d’assurer le nettoyage des portées. Fermer le robinet. Sectionnement de produits chauds : Fermer le robinet comme précédemment, après avoir laminé le passage du fluide entre le siège et l’opercule afin d’assurer le nettoyage des portées . Fermer totalement sans forcer et vérifier que le produit se refroidit, Un robinet chaud fermé trop fortement, a de grandes chances de rester grippé définitivement à froid. Robinets à piston : Ils ne comportent pas de siège. Il est inutile de chercher à le bloquer en fermeture. Après la fermeture, revenir un 1/2 tour en arrière. Les robinets vanne et à soupape sont munis d’un dispositif d’étanchéité de secours avec l’atmosphère appelé « back sitting ».Celui-ci n’est utilisable que lorsque le robinet est totalement ouvert en bloquant le volant à fond. Ce dispositif ne doit pas servir une ligne en service, pour ajouter ou remplacer des tresses.


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4.3. NOTION DE DIMENSIONNEMENT DES VANNES Pour dimensionner une vanne, il faut déterminer le coefficient de débit appelé Cv Le Cv est un coefficient déterminé expérimentalement par le constructeur pour chaque type et chaque dimension de vanne; Il caractérise le débit du fluide qui s'écoule dans la vanne

Définition du coefficient de débit Cv C'est le débit d'eau à 60°F (15,6°C) exprimé en gallons US qui traverse en 1 minute la vanne grande ouverte en créant dans celle-ci une perte de charge de 1 psi ( 70 hPa / 69 mbar ) Cv = Q

d ∆P

Q: débit en gallon US par minute d: densité ∆P: perte de charge en psi

, .Q Cv = 116

d ∆P

Q: débit en m3/h d: densité ∆P: perte de charge en bars


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5. LES DISPOSITIFS DE MANŒUVRE DES ROBINETS Afin de faciliter la manipulation des robinets on utilise différents dispositifs de manœuvre parmi lesquels on peut citer : Les volants de vanne à chaîne Les tiges d'extension Les renvois d'angle Les réducteurs Les motorisations pneumatiques Les motorisations électriques Les motorisations hydrauliques

5.1. LES DISPOSITIFS MANUELS

Figure 37: Commande par renvoi d’angle

Figure 38: Tige d’extension simple


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Figure 39: Commande par réducteur

Figure 40: Volant à chaîne


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5.2. LES DISPOSITIFS AUTOMATIQUES Comme vue précédemment les vannes peuvent être manœuvrés manuellement ou automatiquement. Une vanne automatique est constituée de deux parties différentes : Le servomoteur Le corps de la vanne La vanne présentée montre les différentes parties constituant le SERVOMOTEUR et le corps de la vanne.

Figure 41: Différents parties d'une vanne automatique


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5.2.1. Le fonctionnement d’une vanne automatique D'un côté, nous avons la force due à la pression régnant dans le servomoteur (pression modulée venant du régulateur). Elle est proportionnelle à la pression d'air et à la surface de la membrane. De l'autre côté, la force due à la compression du ressort qui est d'autant plus importante lorsque le ressort est comprimé. Figure 42: Forces dans une vanne automatique

Pour une pression d'air donnée dans le servomoteur, le ressort se contracte d'une longueur telle que la force résultante (proportionnelle au raccourcissement du ressort) soit égale à la force motrice correspondante. Pour chaque valeur de la pression, le déplacement de la membrane est transmis par la tige au clapet, dont la course est ainsi proportionnelle à la pression d'air qui s'exerce sur la membrane. La variation de débit dans la vanne est fonction de l'ouverture (ou course), exprimée en pourcentage, peut être représentée par une courbe qui constitue la "Caractéristique de Débit" du clapet.

Les caractéristiques de débit sont essentiellement de 3 formes : Linéaire si le débit varie proportionnellement à la course du clapet Egal pourcentage, si une même variation de course donne un même pourcentage d'augmentation de débit Ouverture rapide, les clapets disque permettent une ouverture complète de la vanne très rapidement, ils équipent généralement les vannes de sécurité.


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5.2.2. Servomoteurs à piston Les servomoteurs à piston fonctionnent à des pressions beaucoup plus élevées que ceux à membrane. Ces pressions pneumatiques ou hydrauliques peuvent être de plusieurs dizaines de bar. Ils sont capables de développer des forces et des courses beaucoup plus importantes permettant de vaincre de très fortes chutes de pression à travers le corps de vanne. Les vannes de sécurité utilisent des pistons: simple effet avec ressort de rappel qui permet d’obtenir la position de sécurité voulue. double effet avec accumulateur hydraulique ou réservoir pneumatique qui sont utilisés en cas de manque de pression pour ramener la vanne dans sa position de sécurité. Les vannes de régulation utilisent généralement des pistons double effet avec positionneur. Sans ressort de rappel, il n’y a pas de position de sécurité possible.

Figure 43: Servomoteur à piston


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5.2.3. Actuateur pneumatique Les actuateurs pneumatiques peuvent être utilisés sur les vannes de contrôle parce qu'ils peuvent contrôler toutes les positions de la vanne entre complètement ouvert et complètement fermé.

Figure 44: Actuateur pneumatique

5.2.4. Actuateur électrique Les actuateurs électriques sont utilisés principalement pour ouvrir ou fermer complètement des vannes. Ils peuvent mettre seulement la vanne dans 2 positions: Complètement ouvert Complètement fermé Support de Formation EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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Les vannes qui peuvent être complètement ouvertes ou complètement fermées seulement ne sont pas de vraies vannes de contrôle. Cependant, les actuateurs électriques sont inclus ici parce que les opérateurs les utiliseront pendant les opérations. Il y a deux types principaux : Opéré par solénoïde Opéré par moteur

Figure 45: Actuateur électrique

5.2.5. Position de sécurité Il peut arriver que le servomoteur de la vanne automatique ne soit plus alimenté, pour diverses raisons: Panne sur le réseau Air Instrument Bouchage du filtre détendeur Avarie sur le positionneur Liaison positionneur – Servomoteur défectueuse, etc… Support de Formation EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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La membrane est alors seulement soumise à l'action du ressort et la vanne est dans ce cas, en position de sécurité : Soit totalement ouverte. Soit totalement fermée. La figure donne en fonction du sens d'action de chacun de ces 2 organes, la position de sécurité de la vanne.

Figure 46: Positions de sécurité Le choix de la position de sécurité de la vanne dépend de sa place dans le procédé, il est dicté par des raisons de sécurité Support de Formation EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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5.2.6. Les accessoires des vannes automatiques Certains auxiliaires peuvent équiper une vanne automatique, nous pouvons trouver par exemple : Une électrovanne de déclenchement Elle permet ainsi, par mise à l'atmosphère de l'air de commande du Servomoteur, de passer la vanne en position de sécurité rapidement. Des limiteurs de course Ils sont employés pour éviter la fermeture complète des vannes, le plus souvent pour des raisons de sécurité. Ainsi, ils équiperont les vannes alimentaires de train d'échange. Des systèmes de graissage Pour lubrifier la tige de commande de vanne, le presse-étoupe Des positionneurs de vanne Ils permettent d’actionner la tige de la vanne pour réguler débit, pression et renvoyer l’information à la salle de contrôle Des actionneurs Les actionneurs sont les éléments qui permettent le mouvements de la vannes en fermeture ouverture ou régulation, par automatisme.


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6. LA REGULATION DES VANNES Pour un bon fonctionnement de la régulation, il est indispensable que la course du clapet demeure exactement proportionnelle à la valeur du signal de sortie du régulateur. Cependant, certaines forces parasites peuvent gêner le mouvement du clapet : Poussée exercée par le fluide (surtout, cas des clapets simple siège) Frottement de la tige de transmission dans le Presse-étoupe Ressort exerçant une force qui n'est pas exactement proportionnel au déplacement qu'il subit (hystérésis) Variation de surface due à la déformation de la membrane, etc.… Ces forces dépendent des conditions de service

Dessin symbolique

Sigle

Signification

AF

Air Ferme

MAO

Manque Air Ouvre

OPMA

Ouvre Par Manque Air

AO

Air Ouvre

MAF

Manque Air Ferme

FPMA

Fermé Par Manque Air

Position de sécurité

Ouverte

Fermée

Table 2: Symbolisation des vannes automatiques


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6.1. REGULATION SANS POSITIONNEUR Le Servomoteur de la vanne reçoit directement le signal pneumatique (0,2 – 1bars) de la conversion I / P du signal régulateur.

6.2. REGULATION AVEC POSITIONNEUR Le positionneur alimenté en Air Instrument (1,4 bars) reçoit le signal de commande. Un levier d'asservissement permet au positionneur de comparer la position du clapet de vanne avec la position théorique correspondant au signal du régulateur et de moduler en conséquence la pression d'air vers la membrane du Servomoteur.

Figure 47: Positionneur pneumatique

Cette pression de sortie peut suivant les cas, être inférieure ou supérieure en % à celle du signal régulateur. En cas d’utilisation d’un positionneur électropneumatique, il y a un signal électrique qui vient du régulateur.

Figure 48: Positionneur électropneumatique

Ce signal électrique est converti dans un signal pneumatique par le convertisseur I/P et envoyé vers le positionneur pneumatique.


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Le schéma ci-dessous situe le positionneur par rapport aux autres éléments d'une boucle de régulation pneumatique.

Figure 49: Boucle de régulation pneumatique


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7. GLOSSAIRE


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8. SOMMAIRE DES FIGURES Figure 1: Composants d’un robinet vanne ...........................................................................7 Figure 2: Robinet vanne à coin conique ..............................................................................8 Figure 3 : Robinet vanne à sièges parallèles .......................................................................9 Figure 4: Robinet vanne à auto-serrage ............................................................................10 Figure 5: Robinet à clapet plat ...........................................................................................11 Figure 6: Clapet plat ..........................................................................................................11 Figure 7: Robinet à soupape à clapet conique...................................................................12 Figure 8: Clapet conique....................................................................................................12 Figure 9: Robinet à clapet pointeau ...................................................................................13 Figure 10: Clapet pointeau.................................................................................................13 Figure 11: Robinet à clapet plat et conique........................................................................13 Figure 12: Robinet à soupape incliné ................................................................................14 Figure 13: Composition d’un robinet à papillon..................................................................15 Figure 14: Robinet à papillon .............................................................................................15 Figure 15: Etanchéité robinet à papillon non étanche........................................................16 Figure 16: Robinet à papillon étanche (1) ..........................................................................16 Figure 17: Robinet à papillon étanche (2) ..........................................................................16 Figure 18: Tournants et lumières .......................................................................................17 Figure 19: Robinet à tournant sphérique............................................................................19 Figure 20: Composition d'un robinet à tournant sphérique ................................................19 Figure 21: Robinet à tournant conique standard................................................................20 Figure 22: Robinet à tournant conique inversé ..................................................................21 Figure 23: Robinet à piston en position fermé ...................................................................22 Figure 24: Robinet à piston en position ouverte.................................................................22 Figure 25: Robinet à membrane en position fermé............................................................23 Figure 26: Robinet à membrane en position ouverte .........................................................23 Figure 27: Robinet de niveau de glace inférieur ................................................................24 Figure 28: Principe de montage des robinets de niveau ....................................................24 Figure 29: Robinet de niveau à glace en position fermée ..................................................25 Figure 30: Mise en service niveau à glace.........................................................................25 Figure 31: Service normal du niveau à glace.....................................................................26 Figure 32: Sécurité en cas de bris de glace.......................................................................26 Figure 33: Clapet de non-retour.........................................................................................28 Figure 34: Clapet de non-retour à balancement ................................................................29 Figure 35: Clapet de non-retour à piston ...........................................................................29 Figure 36: Clapet de non-retour à balle .............................................................................30 Figure 37: Commande par renvoi d’angle..........................................................................34 Figure 38: Tige d’extension simple ....................................................................................34 Figure 39: Commande par réducteur.................................................................................35 Figure 40: Volant à chaîne.................................................................................................35 Figure 41: Différents parties d'une vanne automatique......................................................36 Figure 42: Forces dans une vanne automatique................................................................37 Figure 43: Servomoteur à piston........................................................................................38 Figure 44: Actuateur pneumatique.....................................................................................39 Support de Formation EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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Figure 45: Actuateur électrique..........................................................................................40 Figure 46: Positions de sécurité.........................................................................................41 Figure 47: Positionneur pneumatique ................................................................................44 Figure 48: Positionneur électropneumatique .....................................................................44 Figure 49: Boucle de régulation pneumatique ...................................................................45


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9. SOMMAIRE DES TABLES Table 1: Récapitulatif des différents robinets .....................................................................27 Table 2: Symbolisation des vannes automatiques.............................................................43


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Les Robinets Et Clapets de Non Retour

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