Sélection de vannes industrielles : Guide définitif

Les vannes sont l’élément de contrôle dans un système de tuyauterie. Les principales fonctions sont les suivantes :

      – Isoler l’équipement de la tuyauterie.

      – Régulation du débit.

      – Empêcher le reflux de liquide.

      – Réguler la pression de refoulement dans le système de tuyauterie.

Les vannes peuvent être utilisées pour contrôler l’écoulement de toutes sortes de fluides tels que l’air, la boue, l’huile, l’eau, la vapeur, les métaux liquides, les milieux corrosifs et les milieux radioactifs. Il est donc très important de choisir les vannes les mieux adaptées au système de tuyauterie. Pour choisir la vanne la mieux adaptée au système de tuyauterie, il est important de connaître les caractéristiques de la vanne et de connaître les étapes et les critères de sélection.

Classification des vannes :

Les vannes industrielles peuvent être classées en fonction de divers paramètres.

1. Catégorisation générale

a. Valves automatiques : Vannes qui agissent de manière autonome en fonction du type de milieu (liquide, gaz, etc.).
Exemples : Clapets anti-retour, Soupapes de sécurité, Vannes de régulation, Robinets de purge, Réducteurs de pression, etc.
b. Vannes actionnées : Vannes qui peuvent être actionnées manuellement, électriquement, hydrauliquement ou pneumatiquement.

Exemples : Robinets-vannes, Robinets à soupape, Vannes d’étranglement, Vannes papillon, Robinets à bille, Robinets à clapet, etc.

2. Classification des vannes selon leur structure

a. Robinets à soupape : La partie du bloc se déplace le long du centre du siège.
b. Robinets-vannes : La pièce du bloc se déplace le long du centre du siège vertical.
c. Robinets à tournant sphérique et à boisseau : La pièce du bloc est un piston ou une bille qui tourne autour de son centre.
d. Valves à bascule : La partie du bloc tourne autour de l’axe situé à l’extérieur du siège.
e. Vannes à papillon : Un disque de la pièce du bloc tourne autour d’un axe du siège.

f. Valves à glissière : La partie du bloc coulisse dans la direction verticale du canal.

3. Classification des vannes selon les applications :

a. Vannes à mettre en marche et à arrêter : Utilisées pour faire passer ou arrêter les fluides dans les conduites.
Exemples : Robinets à soupape, robinets-vannes, robinets à boisseau sphérique, robinets à papillon, etc.
b. Vannes pour arrêter le recyclage : Utilisées pour empêcher le reflux des fluides
Exemple : Clapet anti retour
c. Vannes de régulation : Utilisées pour réguler la pression et le débit des fluides.
Exemples : Vannes de régulation et Détendeurs de pression.
d. Vannes de distribution : Utilisées pour modifier le sens d’écoulement des fluides et leur distribution.
Exemples : Robinets en T de revêtement, vannes de distribution et vannes à tiroir.
e. Vannes de sécurité : Utilisées pour décharger un excès de fluide afin d’assurer la sécurité du système de tuyauterie et de l’équipement lorsque la pression du fluide dépasse les valeurs spécifiées.
Exemples : Soupapes de sécurité et robinets de garde.

f. Soupapes à d’autres fins spéciales : Vannes de purge, vannes d’aération et vannes de vidange.

4. Classification des vannes selon les modes de conduite :

a. Valves à commande manuelle : Actionnées à l’aide d’un volant, d’une poignée, d’un levier, de chaînes, etc.
b. Vannes à commande électrique : Actionnées à l’aide d’un moteur ou d’un autre dispositif électrique.
c. Vannes à commande hydraulique : Actionnées par de l’eau ou de l’huile.

d. Soupapes à commande pneumatique : Actionnées par de l’air comprimé.

5. Classification des soupapes en fonction de la pression nominale des soupapes :

a. Soupapes à vide : Pression absolue < 0,1Mpa, c’est-à-dire des soupapes ayant une pression de 760mm Hg (les millimètres de mercure ou les millimètres d’eau sont utilisés pour indiquer la pression).
b. Valves à basse pression : Valves à pression normale PN ≤ 1,6 Mpa (les valves en acier à pression ≤ 1,6 Mpa sont incluses dans le champ d’application).
c. Vannes à moyenne pression : Vannes à pression normale entre PN 2.5~6.4 Mpa.
d. Vannes à haute pression : Soupapes à pression normale entre PN 10.0~80.0 Mpa.

e. Super High-pressure valves: Valves with normal pressure PN ≥ 100.0 Mpa

6. Classification des vannes en fonction de la température du fluide de travail :

a. Vannes générales : Vannes utilisées lorsque la température du fluide de travail se situe entre 40℃～425℃.
b. Vannes à haute température : Vannes utilisées lorsque la température du fluide de travail est comprise entre 425℃～600℃.
c. Vannes résistantes à la chaleur : Vannes utilisées lorsque la température du fluide de travail est supérieure à 600℃.
d. Soupapes à température inférieure à zéro : Vannes utilisées lorsque la température du fluide de travail est comprise entre -150℃～-40℃

e. Valves cryogéniques : Vannes utilisées lorsque la température du fluide de travail est inférieure à -150℃.

7. Classification des vannes en fonction de leur diamètre nominal intérieur :

a. Vannes de petit diamètre : Vannes de diamètre intérieur nominal DN<40mm.
b. Vannes de diamètre moyen : Vannes dont le diamètre nominal intérieur est compris entre DN50～300mm.
c. Vannes de grand diamètre : Vannes dont le diamètre intérieur nominal est compris entre DN350～1200mm.

d. Vannes à grand diamètre : Vannes dont le diamètre intérieur nominal est compris entre DN350～1200mm.

8. Classification des vannes en fonction de leurs connexions avec les tuyaux :

a. Vannes reliées par des brides : Vannes raccordées aux tuyaux entre les brides.
b. Vannes raccordées à l’aide de filetages : Vannes à filetage interne ou externe reliées aux tuyaux par des filetages.
c. Vannes soudées : Vannes à jonction soudée et soudées avec des tuyaux.
d. Soupapes reliées par des colliers : Vannes avec orifice de serrage sur les corps de vanne et reliées aux tuyaux par des colliers de serrage.

e. Vannes avec raccord à virole : Vannes raccordées aux tuyaux par un raccord à virole.

Caractéristiques des vannes

Les vannes présentent généralement les deux caractéristiques suivantes :

1. Caractéristiques d’application :

Elle détermine les principales performances et la plage de service des vannes. Les éléments suivants font partie de ce champ d’application :
– Objectif des vannes (vannes de sectionnement, vannes de régulation, soupapes de sécurité, etc.)
– Types de vannes (robinets-vannes, robinets à soupape, vannes papillon, robinets à bille, etc.)
– Les matériaux des pièces principales (corps de vanne, couvercles de vanne, tiges, disques, surface d’étanchéité).
– Les modes de transmission des soupapes.

2. Les caractéristiques structurelles :

Elle détermine l’installation, la réparation, l’entretien et les autres méthodes de vannes. Les éléments suivants font partie du champ d’application :
– La longueur et la hauteur totale de la vanne.
– Les formes de connexion avec les tuyaux (brides, colliers, filetages internes et externes, et soudure, etc.)
– Les formes d’étanchéité (bagues d’insertion, bagues filetées, soudure par perçage, soudure par pulvérisation, corps de vannes).

– La structure de la tige de la vanne (tiges rotatives, tiges de levage, etc.)

Étapes et critères de sélection des vannes

Étapes de la sélection :

1) Confirmer à la fois les applications de la vanne dans l’équipement ou les dispositifs, et les conditions de fonctionnement de la vanne telles que les fluides applicables, la pression et les températures de fonctionnement, etc.

2) S’assurer que les diamètres nominaux et les méthodes de raccordement des conduites aux vannes, telles que les brides, les filetages, les soudures, etc.

3) Déterminer les modes de commande des vannes, c’est-à-dire si les vannes peuvent être actionnées manuellement, électriquement, électromagnétiquement, pneumatiquement ou hydrauliquement, par une liaison électrique ou électro-hydraulique, etc.

4) Déterminer, d’une part, les boîtiers en fonction du fluide transféré par les conduites, la pression et la température de service et, d’autre part, les pièces internes en fonte grise, fonte malléable, fonte nodulaire, acier au carbone, acier allié, acier inoxydable résistant aux acides ou alliage de cuivre, etc.

5) Choisir la fonction des vannes, c’est-à-dire les vannes de sectionnement, les vannes de régulation, les soupapes de sécurité, etc.

6) Assurer le type de vannes, c’est-à-dire les robinets-vannes, les robinets à soupape, les robinets à bille, les vannes papillon, les vannes d’étranglement, les soupapes de sécurité, les réducteurs de pression, les purgeurs de vapeur, etc.

7) Déterminer les paramètres dans le cas des vannes automatiques, c’est-à-dire déterminer la résistance à l’écoulement, la capacité de décharge et la contre-pression admissibles, etc., puis déterminer les diamètres nominaux des conduites et les diamètres des trous de siège de vanne en fonction des différents besoins.

8) Déterminer les paramètres géométriques des vannes sélectionnées, c’est-à-dire la longueur de la structure, la forme et les dimensions des raccords à bride, la hauteur des vannes après ouverture et fermeture, les dimensions et le nombre de trous de boulons raccordés, et les dimensions totales des vannes

9) Tirer parti des données existantes, c’est-à-dire des catalogues de produits de robinetterie, des échantillons de produits de robinetterie, etc. pour sélectionner les produits de robinetterie appropriés

Critères de sélection :

Après avoir compris les étapes de sélection d’une vanne, nous devrions mieux comprendre les critères de sélection d’une vanne.

1) Choisir en fonction des objectifs, des conditions de fonctionnement et des méthodes de contrôle du fonctionnement des vannes sélectionnées.

2) Choisir en fonction des propriétés du fluide de travail, c’est-à-dire la pression de travail, la température de travail, la résistance à la corrosion, la viscosité du fluide, la présence ou non de particules solides, la toxicité, l’inflammabilité, l’explosivité, etc.

3) Choisir la vanne en fonction des caractéristiques du fluide, c’est-à-dire la résistance à l’écoulement, la capacité de décharge, les caractéristiques de débit et le niveau d’étanchéité, etc.

4) Choisir en fonction de la taille de l’installation et des exigences en matière de dimensions externes, c’est-à-dire les diamètres nominaux, les méthodes de raccordement, les dimensions de raccordement avec les pipelines, les dimensions externes ou la limitation du poids, etc.

5) Choisir en fonction d’exigences supplémentaires en matière de fiabilité des vannes, de durée de vie et de performance antidéflagrante de leurs dispositifs électriques.

Quelques points importants dans les paramètres de sélection

• Si les soupapes doivent être utilisées à des fins de contrôle, les paramètres supplémentaires suivants doivent être déterminés :

– les méthodes de fonctionnement,

– débit maximal et minimal,

– chute de pression pour un débit normal et à la fermeture,

– la pression maximale et minimale des entrées de soupapes.

• En plus des bases et étapes mentionnées ci-dessus, comprendre en détail les structures internes des différents types de soupapes afin de sélectionner raisonnablement et correctement les soupapes, de manière à pouvoir faire le choix préférentiel des soupapes.

• Les vannes constituent le contrôle final dans les pipelines. L’ouverture et la fermeture de la vanne contrôlent la circulation du fluide dans les conduites.

• La forme des canaux d’écoulement des vannes donne à celles-ci certaines caractéristiques de débit. Il faut en tenir compte lors de la sélection des vannes les mieux adaptées au système de canalisation.

Principes à suivre lors de la sélection des vannes

1. Vannes pour l’arrêt et la libération du fluide

– Lorsque les canaux d’écoulement de la vanne sont de type droit, leur résistance à l’écoulement est faible, ils sont généralement choisis comme vannes pour l’arrêt et le dégagement.

– Les vannes fermées (vannes d’arrêt, vannes à piston) sont moins préférées en raison de leurs voies d’écoulement tortueuses et de leur plus grande résistance à l’écoulement.

– Les vannes comme les vannes de sectionnement peuvent être utilisées là où une résistance à l’écoulement plus élevée est autorisée.

2. Vannes de contrôle du débit

Les vannes sélectionnées pour un certain objectif doivent pouvoir réguler facilement le débit.

– Les vannes à fermeture vers le bas (telles que les vannes de sectionnement) conviennent à cet effet, car la taille de leur siège est proportionnelle à la course des pièces du bloc.

– Les vannes rotatives (robinets à boisseau, vannes papillon, robinets à boisseau sphérique) et les vannes à corps flexible (robinets à collier, vannes à membrane) peuvent également être utilisées pour la régulation du débit mais ne sont adaptées que pour une application dans une gamme limitée de diamètres de vanne.

– Les robinets-vannes sont des vannes en forme de disque qui effectuent un mouvement transversal par rapport au siège de vanne circulaire. Elles ne peuvent contrôler le débit que lorsqu’elles sont proches de la position fermée. C’est pourquoi ils ne sont généralement pas utilisés pour le contrôle du débit.

3. Vannes d’inversion et de dérivation

Selon les exigences d’inversion et de dérivation, les vannes peuvent avoir trois canaux ou plus. Les robinets à soupape et les robinets à bille sont plus adaptés à cette fin. Par conséquent, la plupart des vannes utilisées pour l’inversion et la dérivation sont choisies parmi l’une d’entre elles. Toutefois, dans certains cas, d’autres types de vannes peuvent également être utilisés pour inverser et dévier, à condition que deux vannes ou plus soient correctement reliées entre elles.

4. Vannes utilisées dans un milieu avec des particules en suspension

Lorsqu’il y a des particules en suspension dans le fluide, il est préférable d’utiliser des vannes avec des fonctions d’essuyage pendant que leurs parties de bloc glissent le long de la surface d’étanchéité. Si le mouvement de va-et-vient des pièces du bloc est vertical par rapport au siège de la vanne, elles peuvent retenir des particules. Ces vannes ne conviennent donc qu’aux fluides non chargés de particules, à moins que les matériaux de la surface d’étanchéité ne permettent l’incorporation de particules. Les robinets à boisseau sphérique et les robinets à tournant conique ont tous deux une fonction de raclage de la surface d’étanchéité pendant le processus d’ouverture et de fermeture, ils sont donc adaptés aux fluides contenant des particules.

Instructions pour la sélection des vannes

1. Sélection des robinets-vannes

Les robinets-vannes sont le type de vanne le plus courant. Elles conviennent non seulement aux fluides tels que la vapeur et les produits pétroliers, mais aussi aux fluides contenant des solides granuleux et à haute viscosité. Ces vannes sont également adaptées aux systèmes de ventilation et de vide poussé. Pour les fluides contenant des particules solides, les corps des robinets-vannes doivent avoir un ou deux trous de purge. Pour les fluides à basse température, des robinets-vannes spéciaux à basse température doivent être utilisés.

2. Sélection des robinets à soupape

Le robinet à soupape convient aux pipelines qui n’ont pas d’exigences strictes en matière de résistance aux fluides, c’est-à-dire de perte de pression. Ils peuvent être envisagés pour les pipelines ou les équipements à haute température et à haute pression, ainsi que pour les pipelines à vapeur et à DN<200mm. Pour les petites vannes, on peut utiliser des robinets à soupape, tels que les vannes à pointeau, les vannes pour instruments, les vannes pour l’échantillonnage, les vannes de manomètre, etc. En cas de régulation du débit ou de la pression, les robinets à soupape ou les vannes d’étranglement sont préférables en raison de leur faible précision et de leurs diamètres relativement petits. Pour les fluides hautement toxiques, il convient d’utiliser des robinets à soupape à soufflet d’étanchéité. Cependant, ils ne doivent pas être utilisés pour un fluide ayant une viscosité élevée et contenant des particules qui précipitent facilement. Ces vannes ne peuvent pas être utilisées comme vannes de purge et vannes pour les systèmes à faible vide.

3. Sélection des robinets à boisseau sphérique

La vanne à bille convient pour les fluides à basse température, à haute pression et à haute viscosité. La plupart des vannes à bille peuvent être utilisées dans des fluides contenant des particules solides en suspension et peuvent également être utilisées dans des fluides en poudre et en granulés selon les exigences des matériaux d’étanchéité. Les vannes à bille à canal complet ne sont pas adaptées à la régulation du débit, mais elles conviennent aux occasions nécessitant une ouverture et une fermeture rapides pour se fermer en cas d’urgence ou d’accident. Les robinets à boisseau sphérique sont recommandés dans les pipelines présentant des performances d’étanchéité strictes, une usure, des canaux de retrait, des actions d’ouverture et de fermeture rapides, un arrêt à haute pression (pression différentielle importante), un faible bruit, une gazéification, un faible couple de fonctionnement et une faible résistance aux fluides. Elles conviennent également aux structures légères, aux arrêts à basse pression et aux milieux corrosifs.

Bien qu’elles soient les vannes les plus idéales pour les basses températures, les vannes à boisseau sphérique avec chapeau pour les fluides cryogéniques sont utilisées dans les systèmes de canalisations et les dispositifs de fluides à basse température. Lorsque les vannes à boisseau sphérique flottantes sont choisies, les matériaux du siège doivent supporter les charges du boisseau et du fluide de travail. Les robinets à tournant sphérique de grand diamètre nécessitent un couple plus important pendant le fonctionnement. L’entraînement par vis sans fin pour le fonctionnement est préférable pour les vannes à boisseau sphérique avec DN≥200mm. En outre, les robinets à tournant sphérique utilisés dans les conduites de matériaux hautement toxiques et de fluides inflammables doivent être ignifuges et antistatiques.

4. Sélection des vannes d’étranglement

Les vannes d’étranglement conviennent aux endroits où la température du fluide est basse et la pression élevée. Elles conviennent également aux endroits où le débit et la pression doivent être régulés. Cependant, elles ne conviennent pas pour un fluide à haute viscosité et contenant des particules solides. Par conséquent, ils ne peuvent pas être utilisés comme vannes d’isolement.

5. Sélection des robinets à tournant conique

En général, les robinets à boisseau sont adaptés aux occasions qui nécessitent une ouverture et une fermeture rapides. Ils sont également adaptés aux fluides à basse température et à haute viscosité, ainsi qu’aux fluides à particules en suspension, mais ne conviennent pas à la vapeur et aux fluides à haute température.

6. Sélection des robinets à papillon

Les vannes papillon conviennent aux conduites de grand diamètre (comme DN > 600 mm) et de faible longueur structurelle, ainsi qu’à la régulation rapide du débit et aux exigences d’ouverture et de fermeture rapides. Elles sont généralement utilisées pour l’eau, le pétrole, l’air comprimé et d’autres fluides avec une température ≤80℃ et une pression ≤1.0MPa. Par rapport aux robinets-vannes et aux robinets à boisseau sphérique, les vannes papillon conviennent aux systèmes de pipeline avec une perte de pression moins stricte en raison de leur perte de pression relativement importante.

7. Sélection des clapets anti-retour

Les clapets anti-retour sont généralement adaptés aux fluides propres, mais ne conviennent pas aux fluides contenant des particules solides et à haute viscosité.

– Pour DN≤40mm, il convient d’utiliser des clapets anti-retour à élévation (uniquement autorisés dans les conduites horizontales).

– Pour DN=50～400mm, il convient d’utiliser des clapets anti-retour à battant (installés sur des conduites horizontales et verticales). S’ils sont installés sur des canalisations verticales, le sens d’écoulement du fluide doit être de bas en haut)

– Pour DN≥450mm, il convient d’utiliser des clapets anti-retour de type tampon.

– Pour DN=100～400mm, des clapets anti-retour de type “wafer” peuvent également être utilisés.

Le clapet anti-retour à battant peut être fabriqué pour une pression de service très élevée, et le PN peut atteindre 42 MPa. Selon les matériaux du boîtier et du joint, ils peuvent être appliqués à divers milieux de travail tels que l’eau, la vapeur, le gaz, les milieux corrosifs, le pétrole, etc. et à des températures de travail comprises entre -196 et 800 ℃.

8. Sélection des vannes à membrane

Les vannes à membrane conviennent pour l’huile, l’eau, les milieux acides et les milieux contenant des particules en suspension avec des températures de travail inférieures à 200℃ et une pression inférieure à 1,0 MPa, mais elles ne conviennent pas pour les milieux à base de solvants organiques et les milieux fortement oxydants.

– Les vannes à membrane de type déversoir doivent être choisies pour les fluides granulaires abrasifs. Reportez-vous à leurs tableaux de caractéristiques de débit lorsque vous choisissez des vannes à membrane à déversoir.

– Les vannes à membrane à passage direct doivent être utilisées pour les fluides visqueux, les boues de ciment et les sédiments.

– Les vannes à membrane ne doivent pas être utilisées sur les conduites et les équipements de vide, sauf si elles sont soumises à des exigences spécifiques.

Résumé

Les différents types de vannes ont une large gamme d’applications et ont une fréquence de fonctionnement élevée. Les applications des vannes se retrouvent dans divers aspects de la vie quotidienne. Le rôle des vannes est très critique pour assurer le fonctionnement normal du système de pipeline et pour prévenir l’apparition du phénomène de “gouttes et fuites”. Il est donc très important de comprendre la structure des vannes, leur fonctionnement et leurs conditions de travail pour les sélectionner correctement.