Quels sont les types de vannes utilisés dans l'industrie du pétrole et du gaz ?

TYPES DE VANNE

Vannes utilisées dans les l'industrie du pétrole et du gaz et pour les applications de tuyauterie peuvent être classés de multiples façons :

VALVES PAR TYPE DE DISQUE

MOUVEMENT LINÉAIRE : robinets-vannes, robinets à soupape, robinets à membrane, robinets à manchon et clapets de retenue

MOTION ROTATIVE: robinets à papillon, à bille, à tournant, à excentrique et à battant

QUART DE TOURLes dispositifs qui nécessitent un mouvement d'environ un quart de tour, de 0 à 90° de la tige, pour passer d'une position de fermeture complète à une position d'ouverture complète ou vice-versa.

Types de vannes pour le pétrole et le gaz	Vannes à mouvement linéaire	Vannes à mouvement rotatif	Vannes quart de tour
Vanne d'arrêt	x
Robinet à soupape	x
Clapet anti-retour		x
Vanne à bille		x	x
Vanne papillon		x	x
Robinet à boisseau conique		x	x
Vanne à membrane	x
Soupape de sécurité/soupape de sûreté	x
Valve à pincement	x

VANNES PAR MATÉRIAU DU CORPS

CAST (le corps est obtenu par coulée d'acier). Les principaux matériaux de moulage pour les soupapes sont énumérés dans cet article.

FORGED (le corps est fabriqué par forgeage de l'acier)

VANNES PAR TYPE D'ACTIONNEMENT

MANUELLa valve est actionnée manuellement, par des leviers, des roues ou des engrenages ;

ACTUALISÉ : la vanne est actionnée par des dispositifs électromécaniques, appelés actionneurs, qui peuvent être électriques, pneumatiques, hydrauliques et à gaz ou à huile

VALVE DE CONCEPTION

VANNE DE PORTE: Ce type de vanne est le plus souvent utilisé dans les applications de tuyauterie et de tubes. Les robinets-vannes sont des dispositifs à mouvement linéaire qui ouvrent et ferment le passage du fluide (vanne d'arrêt). Les robinets-vannes ne peuvent pas être utilisés pour des applications d'étranglement, par exemple pour réguler le débit du fluide (dans ce cas, il convient d'utiliser des robinets à soupape ou des robinets à tournant sphérique). Une vanne est donc entièrement ouverte ou fermée (par l'intermédiaire de roues manuelles, d'engrenages ou d'actionneurs électriques, pneumatiques et hydrauliques).

VANNE GLOBE: Ce type de vanne est utilisé pour étrangler (réguler) le débit d'un fluide. Les robinets à soupape peuvent également interrompre le débit, mais les robinets-vannes sont préférés pour cette fonction. Un robinet à soupape crée une chute de pression dans la canalisation car le fluide doit passer par un passage non linéaire.

VANNE DE CONTRÔLELa soupape de sûreté : ce type de soupape est utilisé pour éviter les retours d'eau dans le système de tuyauterie ou la canalisation qui pourraient endommager les appareils en aval tels que les pompes, les compresseurs, etc. Lorsque le fluide a une pression suffisante, il ouvre la vanne ; lorsqu'il revient (flux inverse) à la pression de calcul, il ferme la vanne - empêchant ainsi les flux non désirés.

VANNE À BOULE: Un robinet à bille est un robinet quart de tour utilisé pour les applications d'arrêt. La vanne ouvre et ferme le passage du fluide par l'intermédiaire d'une bille intégrée qui tourne à l'intérieur du corps de la vanne. Les robinets à boisseau sphérique sont la norme industrielle pour les applications tout ou rien et sont plus légers et plus compacts que les robinets-vannes, qui remplissent des fonctions similaires. Les deux principaux modèles sont les vannes flottantes et les vannes à tourillon (entrée latérale ou supérieure).

VANNE PAPILLON: Il s'agit d'une vanne polyvalente et rentable qui permet de moduler ou d'ouvrir/fermer le débit du fluide. Les vannes papillon sont disponibles en version concentrique ou excentrique (double/triple), ont une forme compacte et deviennent plus compétitives que les vannes à bille en raison de leur construction plus simple et de leur coût.

PLUG VALVE: Le robinet à boisseau conique est un robinet quart de tour destiné aux applications de fermeture. Les Romains ont introduit les premiers robinets à tournant conique pour contrôler les canalisations d'eau.

SOUPAPE DE SÉCURITÉ: Une soupape de sécurité protège une tuyauterie contre les surpressions dangereuses qui peuvent menacer la vie humaine ou d'autres biens. Essentiellement, une soupape de sécurité libère la pression lorsqu'une valeur définie est dépassée.

VANNE À PINCE: Ce type de vanne à mouvement linéaire peut être utilisé pour l'étranglement et la fermeture dans les applications de tuyauterie qui manipulent des matériaux solides, des boues et des fluides denses. Une vanne à pincement est équipée d'un tube à pincement pour réguler le débit.

VANNES DE CONTRÔLEIl s'agit de vannes destinées à l'automatisation de processus pétrochimiques complexes.

TRAINEUR EN YSles filtres en Y : bien qu'ils ne soient pas à proprement parler des vannes, les filtres en Y ont pour fonction vitale de filtrer les débris et de protéger les équipements en aval qui pourraient être endommagés par d'autres moyens

TAILLE DES SOUPAPES

Pour garantir l'interchangeabilité des vannes de différents fabricants, les dimensions face à face des principaux types de vannes ont été normalisées par la spécification ASME B16.10.

ASME B16. 34 : CONFORMITÉ DES VANNES

The ASME valve B16.34 is a globally accepted standard for design, manufacture, and test valves used in the oil and gas industry. ASME B16.34 is also mentioned in the more general ASME specification ASME B31.1, “Power Piping Design.

A partir de 1988, le champ d'application de cette norme a été modifié pour inclure les vannes à bouts filetés et soudés ainsi que les vannes à brides.

Une vanne est conforme à la norme ASME B16 lorsque :

• Le corps de la vanne et l'amplificateur ; les matériaux de la coque sont conformes aux normes ASME et ASTM en matière de chimie et de résistance.
• Les matériaux de la coque sont traités thermiquement pour garantir une structure granulaire, une résistance à la corrosion et une dureté adéquates.
• L'épaisseur des parois du corps et des autres composants sous pression est conforme aux valeurs minimales ASME B16.34 spécifiées pour chaque classe de pression.
• Les raccords NPT et SW sont conformes aux normes ASME B1.20.1 ou ASME B16.11.
• Les tiges sont chargées intérieurement et résistantes à l'éclatement.
• Tous les boulons doivent être de qualité ASTM et la contrainte maximale appliquée doit être conforme à la norme B16.34.
• Chaque soupape est testée en coquille à 1,5 fois la pression nominale pendant une durée spécifique.
• Chaque soupape est testée pour vérifier l'étanchéité du siège dans les deux sens pendant une durée spécifique.
• Each valve is permanently tagged with materials of construction, operating limits, and the manufacturer’s name.

VANNES DE CONTRÔLE

Une vanne de régulation est utilisée dans l'industrie pétrolière et gazière pour réguler le débit du fluide dans un pipeline ou un processus (et les paramètres de processus connexes tels que la pression, la température et le niveau) en fonction des signaux gérés par un contrôleur. Le rôle d'une vanne de régulation de débit dans le processus pétrochimique complexe est vital, car les multiples boucles impliquées dans le processus doivent faire l'objet d'un contrôle strict et dynamique pour s'assurer que le processus, dans son ensemble, fonctionne comme prévu et produit le résultat souhaité en termes de quantité, de qualité et de temps.

L'application des vannes de régulation de débit a augmenté ces dernières années en raison de l'automatisation croissante des processus dans la plupart des industries.

Ces vannes sont utilisées dans les systèmes d'irrigation, les usines de traitement des eaux, les usines pétrolières et gazières, la production d'électricité, les systèmes de prévention des incendies et les industries agro-alimentaires, car elles permettent de rationaliser la réponse aux changements de processus et d'assurer une meilleure sécurité pour le personnel et les équipements.

Une vanne de régulation de débit utilisée dans l'industrie du pétrole et du gaz peut avoir la forme d'un globe, d'un papillon ou d'une bille et est disponible en différentes qualités de matériaux et en différentes tailles. Le type d'actionneur le plus utilisé est l'actionneur pneumatique, car il implique moins d'équipements auxiliaires (tels que le câblage et l'appareillage de commutation) que les autres actionneurs.

L'ouverture et la fermeture de la vanne et sa régulation s'effectuent sous l'effet combiné d'un contrôleur électronique, d'un positionneur et de l'actionneur de la vanne (qui peut être électrique, pneumatique ou hydraulique).

L'actionneur ouvre et ferme la vanne de régulation en réponse aux changements des paramètres cruciaux du processus, tels que la pression, le niveau, la température et le débit. Grâce à cette action, les paramètres du processus sont maintenus dans la plage cible requise afin de garantir que le processus, dans son ensemble, fonctionne comme prévu et produit un produit final dans la quantité et la qualité souhaitées.

DÉBIT VANNE DE CONTRÔLE COMPOSANTS

Les principaux composants d'une vanne de régulation sont

Le corps de la valveL'élément modulant est contenu dans le boîtier et fonctionne.

Le positionneur est l'élément qui contrôle le degré d'ouverture de la valve et est monté sur le corps de la valve.

L'actionneur: c'est le dispositif qui déplace l'élément modulant de la vanne, le disque ou la tige.

ACTIONNEURS DE VANNES À FAIBLE DÉBIT

The selection of actuators is based on the rod’s required thrust and the valve’s movement.

Les ingénieurs doivent déterminer si l'actionneur schématique ou l'actionneur à piston est le type le plus approprié. Les actionneurs sont la principale source d'énergie pour déplacer et positionner l'élément de contrôle du débit dans le corps de la vanne.

Il en existe différents types : pneumatiques, électriques, hydrauliques, électro-hydrauliques et manuels. Les actionneurs pneumatiques sont le plus souvent utilisés pour les applications de contrôle.

Depuis plus d'un siècle, trois types d'actionneurs pneumatiques sont considérés comme la norme en matière de contrôle automatique : le piston, le ressort et la membrane, et la palette rotative. Les deux premiers peuvent être adaptés pour être utilisés sur des vannes à tige rotative ou coulissante ; le dernier n'est utilisé que sur des vannes rotatives.

DÉBIT VANNE DE CONTRÔLE ACCESSOIRES

En règle générale, la sélection des accessoires tels que les positionneurs, les transducteurs, les amplificateurs, les électrovannes, les interrupteurs de fin de course, les volants et les butées, les amortisseurs, les régulateurs et les lignes de transmission se fait sur la base de spécifications techniques.

Le coût est un facteur important dans la sélection des matériaux.

Le coût de la désinstallation de la soupape ne comprend pas seulement le coût du matériau en dollars par livre, mais aussi le coût de la fabrication et de l'inspection. Le prix de l'installation comprend non seulement le coût de l'installation, mais aussi le coût de tout dommage résultant d'une installation incorrecte et les frais d'inspection.

Ce dernier comprend des éléments tels que l'analyse chimique des matériaux, l'examen radiographique et de surface des pièces moulées et des soudures, et la vérification de l'orientation correcte de la vanne installée.

Le choix du type approprié ou optimal de vanne de régulation dépend de l'étude particulière du système de tuyauterie et de l'état de son fluide. Néanmoins, la taille de la vanne de contrôle doit être telle que ce soit la chute de pression à travers elle et non la chute de pression de la tuyauterie qui contrôle le débit.

Toutes les vannes, y compris les vannes de régulation de la vapeur, sont conçues pour répondre à une norme de fuite interne acceptable (FCI / ANSI). Plus les fuites sont importantes, plus le taux de fuite interne admissible est faible.

Une soupape de classe I aura le taux de fuite interne le plus élevé et généralement le coût le plus bas, tandis qu'une soupape de classe VI aura le taux de fuite interne le plus bas autorisé. Les vannes à vapeur doivent être spécifiées pour avoir un taux de fuite d'au moins la classe IV. Une vanne de régulation de vapeur de classe IV aura une longue durée de vie.

TYPES DE RÉGULATEURS DE DÉBIT

Les vannes de contrôle peuvent être classées en deux catégories principales en fonction du mouvement de la tige :

Mouvement linéaire/réciproque: Vannes de régulation à soupape (droite, angulaire, à trois voies), à membrane et à pincement.

Tige tournanteLes vannes de contrôle à soupape sont des types de vannes de contrôle à bille, à papillon et à clapet. Les vannes de régulation à soupape peuvent être à simple ou double siège.

Les ingénieurs de procédés doivent prendre en compte de nombreux facteurs pour sélectionner la vanne de régulation appropriée. Les critères généraux à prendre en compte pour la sélection sont résumés ci-dessous :

Type de contrôle; le degré de puissance ; le degré de fermeture.

Perte de charge admissibletempérature de calcul ; pression de calcul.

Corrosivité des fluidespropriétés d'érosion des fluides ; autres caractéristiques, telles que le tartre ou le coke.

Les caractéristiques inhérentes comprennent la valve Cv : degré de risque de fuite ; conservation de la chaleur ou du froid ; coût.

Lorsque les critères de conception sont connus, les ingénieurs des procédés peuvent sélectionner le type de vanne de contrôle et l'équipement connexe adéquats, ainsi que le matériau de la vanne elle-même.

L'étape suivante consiste à élaborer une spécification détaillée et à créer une spécification d'achat décrivant la vanne pour les fournisseurs.

La spécification doit contenir au minimum : une description du type de vanne de régulation (rotative, coulissante) ; l'alésage et la pression nominale ; les connexions terminales ; le type de joints dans le corps ; la spécification des matériaux pour les composants du corps, les finitions, les joints et la boulonnerie ; les exigences en matière de positionneur et de contrôleur ; une référence à une norme de conception industrielle pour le type de vanne. En général, un système informatisé aide les ingénieurs à déterminer la vanne de régulation la plus appropriée et ses caractéristiques en fonction des paramètres du processus.