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Installation d’un déverseur : conseils pour les ingénieurs responsables d’un système d'échantillonnage | Point de repère

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Installation d’un déverseur : conseils pour les ingénieurs responsables d’un système d'échantillonnage

28 mai 2019 | Jon Kestner, responsable produit

Pour faire bon usage d'un déverseur, les ingénieurs responsables d’un système d'échantillonnage doivent veiller à éviter ces quelques erreurs de conception courantes qui consistent à :

  • Négliger l'importance d'un dispositif limitant le débit en amont
  • Laisser un débit trop élevé traverser l'analyseur
  • Monter un détendeur en série avec un déverseur sans réducteur de débit entre les deux dispositifs. 

Dans cet article, nous allons nous pencher sur la meilleure manière de concevoir et construire un système d'échantillonnage contenant un déverseur et découvrir comment éviter ces erreurs de conception courantes.

Installer un déverseur

Contrairement à un détendeur, un déverseur régule la pression d'entrée et est généralement installé en bout de ligne. À l’inverse, un détendeur régule la pression de sortie et est généralement installé en début de ligne. Ces deux types de régulateurs ont pour fonction d’équilibrer la force résultant de la pression du système avec la force exercée par le ressort, laquelle dépend de la pression de réglage du régulateur.

Si cet équilibre est perturbé par une baisse ou une hausse de la pression extérieure, le clapet du régulateur se rapproche ou s’éloigne du siège. Selon le mouvement du clapet, l’écoulement à travers le régulateur est facilité ou retenu jusqu’à ce que l’équilibre des forces soit rétabli. 

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La figure 1 représente le schéma typique du montage d’un déverseur. Le déverseur maintient une pression constante au niveau de l'analyseur (A) en jouant sur la quantité de fluide déviée dans une ligne de dérivation. Les réducteurs de débit (R1 et R2) aident le déverseur à réguler correctement la pression. Image © 2013 “Industrial Sampling Systems

La figure 1 représente l’installation typique d’un déverseur dans un système d'échantillonnage. Lorsqu'une partie de l’écoulement n’est pas utilisée par l’analyseur (A sur la figure 1), le rôle du déverseur est de détourner le fluide dans une ligne de dérivation. Lorsque la pression varie en amont, le déverseur modifie alors le débit dans la ligne de dérivation de manière à ce que sa pression d’entrée reste constante et qu’un débit constant traverse l'analyseur.

Un déverseur nécessite qu'un réducteur de débit (généralement une vanne à pointeau) soit installé en amont (R1 sur la figure 1) pour l’aider à réguler la pression d'entrée. Si aucun réducteur de débit n’est installé entre le déverseur et le système (même un tube de grande longueur n’occasionnera qu'une chute de pression minime avec un gaz), le déverseur va alors s'ouvrir entièrement pour tenter, sans succès, de faire baisser la pression en amont en déviant suffisamment de gaz. Avec un réducteur en place, l’augmentation de la vitesse d’écoulement entraînera une chute de pression plus forte à ce niveau et fera baisser la pression en aval.  

Une erreur majeure souvent commise par les concepteurs de systèmes d'échantillonnage consiste à ignorer les réducteurs de débit et à penser que le déverseur peut à lui seul réguler directement la pression en amont. Or, sans réducteur, la pression ne va que très légèrement varier si le débit vient à changer dans le système. Le régulateur continuera à gaspiller du fluide pour augmenter le débit alors que la pression d'entrée qu’il essaie de réguler ne va pas varier. Le régulateur peut ainsi se retrouver en position complètement ouverte.

Laisser une grande quantité de fluide traverser le réducteur de débit placé avant l’analyseur (R2 sur la figure 1) est une autre erreur de conception majeure, car cela peut faire descendre la pression à l’entrée du régulateur en dessous de la pression de réglage de ce dernier. Cela peut aboutir à la fermeture complète du régulateur, ce qui va réduire le débit dans la ligne de mise à l’air libre. Pour une meilleure régulation de la pression, le réducteur de débit placé en amont (R1) doit être dimensionné de manière à permettre une certaine circulation du fluide dans le régulateur, même lorsque le débit est égal au débit maximal toléré par l'analyseur.

Pour parvenir à un système fonctionnel tel que celui représenté sur la figure 1, les concepteurs doivent commencer par fermer le réducteur R2 et régler le réducteur R1 de manière à ce que le débit dans la ligne de dérivation soit suffisant pour obtenir le temps de réponse souhaité, puis affiner le réglage du réducteur R2 pour obtenir le débit souhaité dans l’analyseur. Le débit dans la ligne de dérivation devrait baisser automatiquement dans les mêmes proportions. Si nécessaire, ouvrez lentement le réducteur R1 jusqu'à ce que l’écoulement dans la ligne de dérivation soit au moins aussi rapide que l’écoulement dans la ligne de mise à l’air libre au-delà de l'analyseur. Cela permettra au déverseur de réguler la pression d'entrée lorsque la pression varie en amont. Si vous prévoyez des variations importantes de la pression, réglez le réducteur R1 de manière à générer un faible écoulement dans la ligne de dérivation à une pression égale à la plus faible pression attendue en amont.

Dans la mesure où le déverseur régule le débit dans la ligne de dérivation, il n’est pas nécessaire d’installer une vanne à pointeau ou tout autre réducteur de débit sur la ligne de mise à l’air libre de la dérivation. Cependant, un débitmètre installé sans vanne à pointeau sur la ligne de dérivation est utile pour vérifier que le déverseur laisse passer du fluide et qu’il régule sa pression d'entrée.

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Figure 2. Cette figure illustre l’erreur courante d’un système dans lequel un détendeur et un déverseur montés en série se retrouvent en concurrence et ne parviennent pas à maîtriser la pression de manière efficace.  Image © 2013 “Industrial Sampling Systems”

Utilisation d’un déverseur et d’un détendeur montés en série

Comme le montre la figure 2, placer un déverseur juste après un détendeur est une autre erreur de conception. Vu que deux régulateurs ne peuvent pas contrôler la même pression, l’un des deux doit l’emporter sur l’autre.

Examinons alors deux situations. Dans la première, la pression de réglage du déverseur est supérieure à la pression de sortie du détendeur. Le déverseur restera alors fermé faute d’une force suffisante pour soulever le clapet de contre-pression du siège et permettre au fluide de s’écouler. Dans ce cas de figure, le fluide ne circule pas dans la ligne de dérivation et le déverseur reste fermé. 

Dans la seconde situation, la pression de réglage du déverseur est inférieure à la pression de sortie du détendeur. Comme le débit augmente à présent, la pression à la sortie du détendeur va diminuer en suivant la courbe de baisse graduelle de la pression de sortie du détendeur utilisé. Le débit augmente sensiblement, ce qui fait monter la pression à l’entrée du déverseur et amène celui-ci dans le haut de sa courbe d’accumulation.

Le résultat de cette augmentation dépend des réglages des deux régulateurs :

  • Si les deux pressions de réglage sont proches, le débit va augmenter jusqu'à ce que la pression à la sortie du détendeur s’équilibre avec la pression à l'entrée du déverseur. Cela se produira toutefois à un débit très élevé. 
  • Si l’écart entre les deux pressions de réglage est important, le débit va augmenter jusqu'à ce que l’un des régulateurs ne contrôle plus rien. Un régulateur contrôlera la pression tandis que l’autre va agir comme un réducteur de débit.

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La figure 3 montre comment l'erreur de conception représentée sur la figure 2 amène les deux régulateurs à maintenir une pression intermédiaire entre leurs pressions de réglage respectives, mais à un débit élevé.  Image © 2013 “Industrial Sampling Systems”

Le débit dans la ligne de dérivation dépend de l’écart entre les deux pressions de réglage. Il augmente jusqu'à ce que les deux régulateurs « déclarent une trêve ». Lorsque la pression en amont varie ou que le débit vers l'analyseur fluctue, les deux régulateurs tentent de maintenir une pression intermédiaire entre leurs pressions de réglage respectives avec un résultat incertain. La figure 3 illustre ce qui se produit dans ce cas.

Cela ne signifie pas que les deux régulateurs ne peuvent pas fonctionner s’ils sont montés en série. En revanche, il est impératif de prévoir un réducteur de débit entre les deux. La figure 4 illustre cette situation dans laquelle les deux régulateurs, s'ils sont bien réglés, fonctionnent normalement et maintiennent une pression constante de chaque côté des deux réducteurs de débit. La régularité de cette pression permet d’obtenir un débit stable et protège l'analyseur des variations de la pression en amont du détendeur et en aval du déverseur.

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La figure 4 montre comment l'utilisation d'un réducteur de débit entre deux régulateurs – un déverseur et un détendeur – permet de contrôler efficacement la pression et le débit.  Image © 2013 “Industrial Sampling Systems”

Un système fonctionnel

Pour garantir le bon fonctionnement d'un déverseur, le système d'échantillonnage doit être conçu avec soin de manière à être certain que le déverseur va remplir son rôle de régulation de la pression. Une pression trop élevée ou trop basse peut causer des dégâts ou augmenter le temps de réponse du système. Pour obtenir un système d'échantillonnage dans lequel la pression et le débit au niveau de l’analyseur sont fiables et constants, les ingénieurs concernés devraient suivre les indications données ci-dessus.

APPRENDRE DES NOTIONS DE BASE SUR LES RÉGULATEURS DE PRESSION

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