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31/01/2018 - SAMMY SOETAERT

LA BONNE VANNE DE REGULATION EST SYNONYME D’EFFICACITE ET DE SECURITE

Le choix depend du procede a prendre en compte

Les vannes de régulation se trouvent au cœur des procédés techniques et garantissent leur bon fonctionnement, au rythme des réglages effectués depuis le poste de commande. Une vanne inadaptée peut entraîner de la corrosion, de la cavitation ou d’autres dommages aux conséquences bien spécifiques. Lorsque l’on choisit un modèle de vanne, on va surtout s’intéresser à l’efficacité et la fiabilité du produit, précisément pour éviter ces problèmes. Il y a de nombreux paramètres, si bien qu’il s’agit souvent d’un travail de spécialiste. C’est au fournisseur de vannes de partager un maximum d’informations.

EN PLEIN CŒUR DU PROCEDE

A propos des vannes

Les vannes de régulation sont des instruments mécaniques intégrées dans un environnement actif, en plein cœur du procédé, si bien qu’elles subissent évidemment les influences de ce procédé spécifique (voir plus loin). Elles garantissent le bon déroulement du procédé technique au bénéfice de l’entreprise. Elles varient leur ouverture en fonction du moment, permettant un flux plus ou moins important; la bonne pression et le bon débit. Le réglage peut être manuel, mais est généralement automatisé. Dans ce cas spévifique, on parle d’une 'boucle' continue entre un point de mesure, un point de comparaison (dans la salle des commandes) et un point de fonctionnement, ce dernier élément étant la vanne de régulation. Elle se compose de trois éléments fixes spécifiques: la commande, l’entraînement et la vanne.

Fonctionnement

La commande ou le positionneur permet de mettre en exécution le réglage en fonction des mesures. L’entraînement traduit un signal électrique en signal pneumatique e assure le bon mouvement de la vanne, afin qu’elle s’adapte à la bonne pression et au bon débit.

Typologies et technologies

En fonction de leur construction, on distingue trois typologies de vannes de régulation. Les vannes papillons sont les plus abordables. Elles comprennent un élément rotatif, comme les Vee-balls. Enfin, les vannes globe sont droites et intègrent donc un élément coulissant de haut en bas pour la régulation. Comme toutes les vannes, les vannes de régulation sont soumises à des contraintes physiochimiques, comme l’usure, les frottements, l’hystérésis, … Afin d’éviter les dommages ou d’autres problèmes (bruits, vibrations, ...), chacune de ces typologies est équipée de technologies spécifiques (voir plus loin). Par conséquent, la vanne de régulation n’est jamais un produit standard: les fabricants prévoient des designs spécifiques pour leurs clients, spécialement conçus pour des applications ciblées.

LA BONNE VANNE AU BON ENDROIT

Lorsqu’il faut choisir une nouvelle vanne, il y a énormément de paramètres à prendre en compte: la pression sur la vanne, le type de fluide à traiter, sa température, la pression de la vapeur, … Lorsque le procédé est soumis à des changements rapides, on privilégiera une solution temporaire à une solution définitive au ROI (‘return on investment’) beaucoup trop élevé. Si le moment est venu de remplacer une vanne, c’est l’occasion de s’informer auprès de son fournisseur afin de trouver la meilleure solution.

Il est par ailleurs nécessaire d’en savoir suffisamment sur le système de conduites dans lequel la vanne est intégrée. Les vannes de régulation doivent avoir suffisamment d’impact pour assurer une bonne régulation. En cas de fermetures rapides, l’effet de retour d’eau peut entraîner une forte pression, dont le comportement dynamique est d’abord déterminé par le système de conduites dans lequel se trouve la vanne. Cela ne sert à rien de suivre une liste de critères, même si, globalement, pour un nouvel investissement, l’efficacité et la fiabilité maximales sont deux éléments-clés.

Efficacité

La valeur Cv ('coefficient de flux', en unités respectivement impériales ou européennes) permet de mesurer l’efficacité ou la fluidité de circulation du fluide ou du gaz. Elle varie évidemment en fonction du pourcentage d’ouverture de la vanne. L’augmentation de cette valeur par rapport à l’ouverture de la vanne résulte en une courbe spécifique (linéaire, équiprocentuelle, quick opening, ...). Elle permet de faire des simulations et de déterminer la technologie la plus adaptée à la construction intérieure de la vanne, qui peut aller de très simple à très complexe (voir encadré). La valeur Cv (gallons/h) est directement égale au débit (Q, gallons/h) et à la masse volumique du fluide (MV, kg/m3), et inversement égale à la différence de pression (P, PSI) juste avant et après la vanne: Cv = 1,156 Q √(SG/?P). La valeur Cv (m³/h) indique la puissance en cas d’une variation de pression d’1 bar sur la vanne: Cv = Q √(SG/?P).

Plusieurs paramètres importants entrent donc en ligne de compte, qui en cas d’extrêmes résultent à chaque fois en une typologie et/ou technologie spécifique. Par conséquent, un mauvais choix peut entraîner de grosses pertes d’énergie (débits de fuite) et un surcoût pour l’entreprise.

Fiabilité

Par ailleurs, les spécialistes en technologies visent évidemment une fiabilité maximale et une sécurité totale, lorsque l’entreprise investit dans une nouvelle vanne. Les vannes doivent fonctionner avec une grande précision, dans toutes circonstances, leur longévité doit être maximale et elles doivent idéalement ne nécessiter qu’un minimum d’entretien pour empêcher ou du moins limiter les arrêts de production. Pour toutes ces raisons, il est conseillé de procéder à une RCA ('root cause analysis'), dès que l’on envisage un investissement de remplacement, afin d’éviter de rencontrer les problèmes de l’ancienne vanne sur la nouvelle. Naturellement, les fabricants de vannes se penchent donc sur des points tels que la maintenance prédictive et l’Internet des Objets. Ils équipent leurs outils de capteurs intelligents, afin de voir venir les choses et de planifier les entretiens. Cela permet par exemple également de prévenir une grosse panne et donc de limiter les coûts.

CONCLUSION

Grâce aux avancées techniques d’une part et au manque croissant de spécialistes en entreprise d’autre part, les entreprises techniques doivent constamment former leurs collaborateurs chez les fabricants ou distributeurs afin de faire le bon choix de vannes. Il est donc crucial de fournir suffisamment d’informations aux experts afin d’obtenir un conseil rapide et adapté en fonction de l’application concernée.

TECHNOLOGIES POUR EVITER OU LIMITER LES DOMMAGES


  • CAVITATION
    Phénomène qui entraîne une usure poreuse au matériau (comparable à de la pierre ponce, pleine de petits trous) et qui peut entraîner de fortes vibrations. Il peut être évité grâce au 'pressure staging' ou en utilisant une vanne à bon 'facteur de récupération' (valeur FL basse). Les ouvertures permettent de trouver le bon facteur de récupération afin de rester juste au-dessus de la pression de vapeur du liquide (PV). La technologie choisie dépendra du fluide ou du procédé dans lequel ce fluide est utilisé.
  • FLASHING
    Le flashing est une usure du matériau qui résulte d’une vitesse élevée de circulation du fluide, et caractérisée par une surface très lisse. Contrairement à la cavitation, le flashing ne peut pas être évité. La seule solution est de garder le phénomène d’usure sous contrôle. En fonction de l’intensité, il existe différents matériaux.
  • BRUITS
    La perte de pression ou la vitesse de circulation du fluide peut entraîner la production de bruit. Ces bruits peuvent être limités en traitant directement la source grâce à une technologie adaptée. Plus la surface à parcourir est grande (plusieurs niveaux superposés), moins la vitesse sera élevée et moins il y aura de bruit.
  • CORROSION
    Dans les applications sensibles à la corrosion, ce n’est pas le modèle, mais bien le matériau de la vanne qui sera déterminant. En fonction du matériau utilisé, l’usure peut être très variable. En photo: Alloy 6 non résistant au liquide (‘eaux grises’); usure après quatorze mois d’utilisation. Le matériau à utiliser ici était de l’Inconel 718 avec carbure de tungstène.
  • EROSION
    Les liquides qui contiennent des particules, peuvent également abîmer le matériel. L’érosion peut être comparée au sablage de matériau, et ici aussi, le problème d’usure est directement lié à la vitesse de circulation du liquide. Trois solutions possibles: veiller à ce que le liquide reste exempt de particules, travailler avec des matériaux durs (même si le choix du matériau ne permettra que de ralentir l’usure) ou réduire la vitesse d’écoulement du liquide (ou des particules) grâce à des technologies de pointe.