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Choisir des vannes pour des systèmes fluides industriels

Sélection de vannes Swagelok pour un système d’échantillonnage

Choisir les vannes adaptées à un système fluide industriel

Joe Bush, directeur de produit, Swagelok

Bien choisir les vannes fait partie des bonnes pratiques de conception et de maintenance des systèmes industriels, de tuyauterie et d’instrumentation. Une vanne inadaptée à une application spécifique peut nuire aux performances du système, provoquer des mises à l’arrêt et engendrer des risques pourtant évitables pour la sécurité.

En général, le choix des vannes se fait lors de la conception du système. Pendant toute la durée de vie du système, les techniciens de maintenance remplacent généralement une vanne – et la plupart des autres composants – par un produit identique à celui qui a été imposé au départ dans le cahier des charges. Il est donc d’autant plus important de choisir dès le début une vanne adaptée à l’application, ce qui pourra éviter d’avoir à la remplacer prématurément par la suite.

Comment faire le bon choix ?

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Pour bien choisir une vanne, les concepteurs de systèmes et les techniciens peuvent suivre la méthode STAMPED, qui tient compte de plusieurs critères – taille (Size), température (Temperature), application (Application), matériau (Material), pression (Pressure), raccordement (End connection), livraison (Delivery). Un examen approfondi de chacun de ces critères guidera un professionnel des systèmes fluides et d’échantillonnage industriels dans son choix.;

Voici comment appliquer la méthode STAMPED à la conception de votre système :

La taille (S)

La capacité de débit d’une vanne dépend de sa taille, laquelle devra être déterminée en fonction du débit souhaité (ou exigé) dans votre système. Les fabricants précisent le coefficient de débit (Cv) de leurs vannes, une valeur qui renseigne sur la relation entre la chute de pression dans une vanne et le débit correspondant.

Le coefficient de débit, ou Cv, correspond à la quantité d’eau, exprimée en gallons américains par minute, qui traverse une vanne avec une chute de pression de 1 psi à une température de 60°F. Pour les fluides compressibles comme les gaz, le calcul du paramètre Cv est plus complexe, tout comme son utilisation pour prédire le débit, mais cela reste néanmoins une méthode efficace pour dimensionner des vannes dans une application donnée.

Les facteurs qui influent sur le Cv sont la taille et la forme du passage d’écoulement. La taille de la section de passage d’une vanne a une incidence sur le débit du fluide qui la traverse. Plus la section de passage est grande, plus la capacité de débit est importante. Cette section peut varier considérablement selon le type de vanne. Par exemple, une vanne à boisseau sphérique offrira une résistance minimale à l’écoulement, tandis qu’une vanne à pointeau aura tendance à restreindre ou à ralentir l’écoulement. Ce sont des aspects qui doivent être pris en compte dans le processus de sélection.

En cas de doute, adressez-vous au fabricant de la vanne – un fabricant sérieux saura vous aider à dimensionner la vanne dont vous avez besoin. Swagelok met ainsi à la disposition de ses clients un calculateur de Cv qui peut servir de point de départ pour sélectionner la vanne adaptée à votre application.

La température (T)

Gardez à l’esprit les températures auxquelles votre vanne sera soumise pendant son utilisation. Cela comprend à la fois la température du fluide du système et la température du milieu environnant. Posez-vous la question suivante : « Ces températures vont-elles rester constantes ou vont-elles au contraire varier fréquemment ? » Ces conditions pourront influencer votre choix ou avoir une incidence sur la fréquence des opérations de maintenance préventive.

Tenez compte des variations de température susceptibles d’entraîner une dilatation ou une contraction des matériaux d’étanchéité. De plus, les composants métalliques peuvent perdre de leur résistance à des températures plus élevées, avec comme conséquence une baisse de la pression nominale de la vanne. Il est donc important de s’assurer auprès du fabricant de la vanne que celle-ci a été testée à des températures extrêmes.

L’application (A)

Réfléchissez à la fonction de la vanne dans votre système. Sert-elle à démarrer/arrêter l’écoulement ? À réguler le débit du fluide ? À contrôler le sens de l’écoulement ? À protéger le système contre les surpressions ?

Les réponses à ces questions vous guideront pour choisir le type de vanne adapté à votre application. Prenons à nouveau un exemple, celui d’une simple vanne à boisseau sphérique deux voies. Si certaines vannes à boisseau sphérique d’autres fabricants permettent de restreindre l’écoulement, la plupart de ces vannes ne doivent être utilisées ni pour limiter, ni pour réguler le débit, et sont conçues pour fonctionner en position complètement ouverte ou complètement fermée. Si vous cherchez à limiter ou à réguler le débit, optez plutôt pour une vanne à pointeau ou une vanne de réglage fin.

Le fluide (M)

Le fluide qui va traverser votre système doit également être pris en compte dans la mesure où cela va conditionner les matériaux de fabrication de la vanne que vous allez choisir. Assurez-vous que ce fluide est compatible avec les matériaux du corps de la vanne, des sièges, des embouts de tige et d’autres matériaux plus souples. Une incompatibilité entre le fluide du système et les matériaux de fabrication peut entraîner des problèmes de corrosion, de fragilisation ou de fissuration par corrosion sous contrainte – qui peuvent tous engendrer des risques pour la sécurité – ainsi que des problèmes de production coûteux.

Comme pour la température, vous devez également tenir compte de l’endroit où la vanne sera mise en service. Sera-t-elle installée dans un environnement climatisé comme l’intérieur d’une usine ou une armoire d’instrumentation chauffée ? À l’extérieur, exposée à la lumière directe du soleil, à la pluie, à la neige, au gel, au givre ou à des variations de température ? Dans un environnement marin, exposée aux ions chlorure ? Les vannes et leurs composants sont disponibles dans des matériaux divers. Choisissez des matériaux adaptés à ces conditions pour maximiser la durée de vie et de fonctionnement des vannes.

La pression (P)

La pression est un autre point important à examiner avant de choisir une vanne. Notez que le terme est utilisé dans deux contextes différents :

  • La pression de service correspond à la pression d’exploitation normale du système.
  • La pression nominale est indiquée par le fabricant et correspond à la pression maximale d’utilisation de la vanne. Il ne faut jamais dépasser la pression nominale d’un composant de système fluide, sauf dans le cadre d’essais contrôlés.

Dans un système fluide, la pression est limitée par le composant dont la pression nominale est la plus basse – un point dont il faudra se rappeler pour sélectionner votre vanne. La pression et la température du fluide du process ont un impact considérable sur les performances des composants. La vanne que vous choisissez doit pouvoir tenir la pression et fonctionner si besoin sur une plage de température et de pression étendue. La conception, le choix des matériaux et la validation sont des aspects essentiels de la performance des vannes. N’oubliez pas non plus que la pression et la température ont également des effets l’une sur l’autre. En général, lorsque la température du fluide augmente, la pression de service diminue.

Les raccordements (E)

Les vannes sont proposées avec différents raccordements d’extrémité. Ces raccordements peuvent prendre la forme de raccords pour tubes intégrés, de filetages, de brides, d’extrémités à souder, etc. Bien qu’ils soient généralement sans rapport direct avec la structure d’une vanne, les raccordements sont un élément essentiel des caractéristiques globales de la vanne et influent sur la capacité de celle-ci à maintenir un système étanche. Veillez à choisir des raccordements adaptés à la pression et à la température du système et assurez-vous qu’ils sont dimensionnés correctement – un raccordement adapté peut permettre de simplifier l’installation et d’éviter des points de fuite potentiels supplémentaires.

La livraison (D)

Après avoir examiné tous les facteurs exposés précédemment et choisi la vanne adaptée à votre application, posez-vous les questions suivantes : « Quand ai-je besoin de mes vannes ? Combien m’en faut-il ? »

Le respect des délais de livraison et la fiabilité des approvisionnements sont deux aspects tout aussi importants que les autres facteurs pour faire en sorte que votre système fluide reste opérationnel et efficient. La dernière étape de la méthode STAMPED consiste à évaluer vos fournisseurs. Sont-ils capables de fournir les pièces nécessaires au moment où vous en avez besoin ? Sont-ils accessibles ? Est-ce qu’ils collaborent avec vous pour comprendre les besoins de votre système ?

Le choix des vannes fait partie intégrante de la phase de conception d’un système fluide sûr et efficient. Vous souhaitez en savoir plus sur la sélection des vannes et la conception des systèmes fluides ? Songez à suivre l’une de nos formations pour parfaire vos connaissances dans ce domaine. Découvrez dès aujourd’hui nos prochaines formations virtuelles :

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Directeur de produit chez Swagelok, Joe Bush est chargé d’établir la vision et la stratégie à long terme de l’entreprise pour la gamme des vannes industrielles à usage général. Au cours des 26 années passées dans l’entreprise, il a acquis une vaste expérience à différents postes – chef du service technique pour le groupe haute pureté, analyste principal des prix et responsable du marché du pétrole et du gaz.

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