Introduction
Un robinet à boisseau lubrifié inversé est une vanne d'isolement quart de tour-utilisée dans les systèmes de tuyauterie industrielle où la vanne doit isoler le fluide de traitement dans des conditions de pression et de température définies. Sa construction combine un agencement de clapet inversé avec un système de lubrification qui fournit du produit d'étanchéité à la zone de contact entre le clapet et le corps de la vanne.
Contrairement à une description de vanne à boisseau conventionnelle qui se concentre principalement sur le boisseau tournant à 90 degrés, une conception lubrifiée inversée nécessite de prêter attention à la relation entre la géométrie du boisseau, les surfaces d'étanchéité, la pression interne et la lubrification. Ces facteurs influencent le couple de fonctionnement, le comportement de l'étanchéité et les exigences de maintenance.
Ce type de vanne est généralement envisagé pour les oléoducs et gazoducs, les raffineries, les installations pétrochimiques et autres applications de tuyauterie de traitement. L'API 599 couvre spécifiquement les vannes à boisseaux lubrifiées et non lubrifiées, y compris les exigences liées à la conception, aux matériaux, aux dimensions face à face, aux pressions nominales, à la température, à l'inspection et aux tests. L'API 6D fournit des exigences relatives aux vannes de pipelines et de tuyauteries utilisées dans les applications de pétrole et de gaz naturel et inclut les vannes à boisseau dans son champ d'application.
Pour les équipes achats, comprendre le principe de fonctionnement de la vanne n’est qu’un point de départ. La sélection réelle doit être basée sur le fluide de traitement, la pression, la température, la taille de la vanne, le matériau, le raccordement d'extrémité, l'actionnement et les normes de projet applicables.
Qu'est-ce qu'un robinet à boisseau lubrifié inversé ?
Construction du robinet à tournant sphérique
Un robinet à boisseau utilise un boisseau rotatif avec un passage à travers son corps. Lorsque le passage est aligné avec le pipeline, la vanne est ouverte. La rotation du bouchon d'environ 90 degrés déplace la section solide dans le chemin d'écoulement et isole la conduite.
Un robinet à boisseau lubrifié inversé utilise une disposition inversée du boisseau et du système d'étanchéité. Ses principaux composants comprennent généralement le corps de la vanne, le clapet, la tige, les surfaces d'étanchéité et le système d'injection de lubrification.
La construction détaillée peut varier selon les fabricants et les tailles de vannes. L'API 599 couvre plusieurs groupes généraux de conception de robinets à tournant sphérique et n'exige pas que chaque fabricant utilise une configuration interne identique.
C’est un point important lors de la comparaison des devis. Deux vannes peuvent toutes deux être décrites comme des vannes à boisseau lubrifiées tout en ayant des géométries de boisseau, des dispositions d'étanchéité ou des mécanismes de fonctionnement différents. La spécification technique doit donc être revue plutôt que de se fier uniquement au nom du produit.
Comment fonctionne la conception du joint d'étanchéité du bouchon inversé
La disposition inversée modifie la manière dont le bouchon interagit avec la zone d'étanchéité sous pression interne.
Selon les informations produit publiées par DMLV, l'installation inversée modifie la direction d'étanchéité, permettant à la pression agissant sur le bouchon de le pousser vers la zone du siège. Le fabricant identifie également le système de lubrification et la conception du clapet conique comme faisant partie de la construction de la vanne.
Le comportement réel de l'étanchéité dépend de la conception mécanique complète, y compris la géométrie du bouchon, l'état de surface, la combinaison de matériaux et les conditions de pression-température.
Pour cette raison, le terme "étanchéité assistée par pression" ne doit pas être traité comme une spécification de performances autonome. Les acheteurs doivent confirmer la pression nominale du fabricant, la procédure de test d'étanchéité et la norme applicable pour la configuration spécifique de la vanne.
Rôle de la lubrification
La lubrification fait partie intégrante d'un robinet à boisseau lubrifié.
La vanne contient des passages de lubrification internes à travers lesquels le produit d'étanchéité peut être introduit dans la zone de contact du corps du bouchon-. Le lubrifiant réduit la friction entre les surfaces en contact et peut aider à maintenir l'interface d'étanchéité pendant le fonctionnement de la vanne.
L'API 599 inclut spécifiquement des exigences relatives aux systèmes de lubrification interne utilisés dans les vannes à boisseau lubrifiées.
Le choix du lubrifiant compte également. Il doit être compatible avec le fluide de traitement, les matériaux des vannes et la température de fonctionnement. Un système de lubrification doit donc être considéré comme faisant partie des spécifications complètes de la vanne plutôt que comme un accessoire de maintenance indépendant.
Principales caractéristiques de conception et spécifications techniques
Étanchéité métal-à-métal
De nombreux robinets à boisseau lubrifiés utilisent des surfaces de contact métalliques entre le boisseau et le corps. Les surfaces d'étanchéité sont usinées pour établir le contact requis lorsque le bouchon atteint la position fermée.
Le lubrifiant est introduit par les passages internes et atteint les zones d'étanchéité concernées. En plus de réduire la friction, le mastic peut combler les petites irrégularités de surface entre les composants en contact.
Le comportement d'étanchéité qui en résulte est influencé par la précision de l'usinage, la géométrie du bouchon, le choix du matériau et la pression de fonctionnement. Pour cette raison, une description d'étanchéité métal-sur-métal ne définit pas à elle seule les conditions de service admissibles de la vanne.
L'API 599 traite des valeurs de pression-température dans le cadre de ses exigences relatives aux vannes à boisseau métallique.
Système d'injection de lubrification
Un système d'injection de lubrification typique comprend un raccord d'injection externe connecté aux passages internes de la vanne.
Cet agencement permet au lubrifiant d'atteindre les surfaces d'étanchéité sans retirer la vanne de la canalisation. DMLV identifie un canal de lubrification et un raccord d'injection de mastic dans sa conception publiée.
Pour l'achat, les acheteurs doivent confirmer le type de lubrifiant ou de produit d'étanchéité recommandé par le fabricant, sa plage de température applicable, sa compatibilité avec le fluide de traitement et l'intervalle de maintenance recommandé.
Si la vanne est installée dans un processus où l'accès régulier est difficile, l'emplacement du raccord d'injection doit également être pris en compte lors de l'étape de configuration de la tuyauterie.
Couple de fonctionnement
La rotation du clapet génère un couple car le clapet interagit avec les surfaces d'étanchéité tandis que la pression interne agit sur la vanne.
Le système de lubrification peut réduire la friction pendant le mouvement du bouchon. DMLV identifie le couple de fonctionnement réduit comme l'une des caractéristiques de sa conception lubrifiée inversée.
Pour les vannes à commande manuelle, le couple affecte l'effort de fonctionnement requis. Pour les vannes automatisées, cela affecte directement la sélection de l'actionneur.
Un actionneur pneumatique ou électrique doit donc être sélectionné en utilisant les données de couple de fonctionnement du fabricant pour les conditions de pression et de température spécifiées. La sélection d'un actionneur uniquement en fonction de la taille nominale de la vanne peut entraîner une capacité d'actionneur incorrecte.
Classe de taille et de pression
La taille nominale et la classe de pression sont deux des paramètres les plus importants lors d'une demande de vanne.
L'API 599 couvre les robinets à boisseau métallique de NPS 1/2 à NPS 24 dans son champ d'application déclaré, y compris les robinets à boisseaux coaxiaux à deux voies lubrifiés et non-lubrifiés.-.
L'API 6D couvre les vannes de canalisations et de tuyauteries dans les classes de pression, notamment les classes 150, 300, 400, 600, 900, 1 500 et 2 500.
Les informations produit de DMLV spécifient une gamme de DN15 à DN600 et des pressions nominales jusqu'à la classe 2 500 pour son offre de vannes à boisseau lubrifiées inversées.
Il ne faut pas supposer que ces plages s’appliquent à tous les fabricants. L'acheteur doit demander la pression nominale-température pour la taille exacte de la vanne, le matériau du corps et la configuration indiquée.
Normes pour les vannes à boisseau lubrifiées inversées
API599
L'API 599 est une référence clé pour les robinets à boisseau métallique.
La norme couvre les robinets à tournant sphérique en acier, à base de nickel-et autres alliages avec des extrémités à brides ou à souder bout à bout-, ainsi que les configurations spécifiées en fonte ductile. Il comprend des vannes lubrifiées et non-lubrifiées avec des ports coaxiaux bidirectionnels-.
Ses exigences portent sur des domaines tels que la conception, les matériaux, les dimensions, les pressions-températures nominales, l'examen, l'inspection et les tests.
Pour un projet d'approvisionnement international, la mention « API 599 » ne constitue donc qu'une partie des spécifications de la vanne. L'acheteur doit également définir la taille applicable, la classe de pression, les matériaux et les exigences de connexion.
API6D
L'API 6D est particulièrement pertinente lorsque la vanne est destinée aux systèmes de pipelines et de canalisations dans les industries du pétrole et du gaz naturel.
L'API décrit la spécification 6D comme couvrant la conception, la fabrication, l'assemblage, les tests et la documentation des robinets à tournant sphérique, anti-retour, à vanne et à boisseau pour les systèmes de pipelines et de tuyauteries.
L'API identifie actuellement la 25e édition de l'API 6D et répertorie les addenda et errata ultérieurs. Les acheteurs doivent donc spécifier l'édition requise ou la norme du projet lors de la préparation des documents d'approvisionnement.
Normes dimensionnelles ASME
La compatibilité dimensionnelle est une autre considération lors de l’achat d’un robinet à boisseau lubrifié inversé.
DMLV spécifie ASME B16.10 pour les dimensions de la face de vanne-à-face et ASME B16.5 pour les brides de raccordement.
La norme de connexion doit correspondre aux spécifications de tuyauterie du projet. Une vanne peut répondre à la classe de pression requise mais nécessiter néanmoins une modification ou un remplacement si ses dimensions de raccordement ne correspondent pas à la canalisation.
Tests API 598
L'API 598 concerne l'inspection et les tests des vannes. Le catalogue de normes de l'API le décrit comme couvrant les exigences d'inspection, d'examen, d'examens supplémentaires et de test de pression-pour les vannes à vanne, à soupape, à clapet, à bille, anti-retour et papillon, y compris les vannes à siège métallique-à-métal-.
Pour les acheteurs, les exigences en matière de tests doivent être clairement indiquées dans les spécifications d’achat. Le test de coque, le test de siège, la documentation d'inspection et tout test supplémentaire spécifique au projet doivent être convenus avant la fabrication.
Applications des vannes à boisseau lubrifiées inversées
Oléoducs et gazoducs
Les pipelines de pétrole et de gaz constituent l’un des principaux domaines d’application des vannes d’isolement industrielles.
Un robinet à boisseau lubrifié inversé peut être envisagé lorsque le projet nécessite un robinet à boisseau métallique avec un système de lubrification et que la configuration sélectionnée répond aux exigences de pression, de température, de matériau et de test du pipeline.
Pour les applications de pipeline couvertes par l'API 6D, les spécifications de la vanne doivent être évaluées ainsi que la classe de canalisation et les exigences d'isolation du pipeline. L'API 6D traite spécifiquement des robinets à boisseau parmi les types de vannes utilisés dans les systèmes de canalisations et de pipelines de pétrole et de gaz naturel.
Raffineries
Les unités de traitement des raffineries contiennent des pipelines transportant du pétrole brut, des produits raffinés, des hydrocarbures et d’autres fluides de traitement à différentes pressions et températures.
La sélection des vannes dépend donc du service individuel plutôt que de l'environnement de la raffinerie dans son ensemble. Le milieu de traitement, la température de conception, la pression de conception, les exigences en matière de matériaux et la fréquence de fonctionnement doivent être établis avant de sélectionner la vanne.
Usines pétrochimiques
Le traitement pétrochimique peut impliquer des flux d’hydrocarbures, des intermédiaires chimiques et des milieux corrosifs.
La sélection des matériaux devient particulièrement importante dans ces services. DMLV répertorie l'acier au carbone, l'acier allié et l'acier inoxydable parmi les options de matériaux disponibles pour sa gamme de vannes à boisseau lubrifiées inversées.
La qualité appropriée doit être déterminée à partir des spécifications des matériaux du projet et des conditions de traitement plutôt que sélectionnée uniquement en fonction de l'application générale.
Gaz naturel et systèmes de procédés industriels
Les installations de traitement du gaz naturel et autres systèmes de processus industriels peuvent nécessiter des vannes d'isolement avec des pressions nominales, des dispositifs d'étanchéité et des exigences d'inspection définis.
La sélection finale d’une vanne doit tenir compte de l’enveloppe de fonctionnement complète et des normes applicables. Lorsque l'automatisation est requise, le dimensionnement de l'actionneur et le couple de fonctionnement doivent également être inclus dans l'examen technique.
Comment sélectionner un robinet à boisseau lubrifié inversé
Commencez par les conditions du processus
Une enquête sur les vannes doit commencer par les conditions de service réelles.
Au minimum, l'acheteur doit fournir la taille nominale du tuyau, la pression de conception, la pression de fonctionnement, la température de conception, la température de fonctionnement et le fluide de traitement.
Pour les services de gaz ou d'hydrocarbures, l'acheteur peut également devoir spécifier des exigences supplémentaires liées aux émissions, à la conception de sécurité incendie, aux tests ou aux normes du projet.
Ces détails permettent au fabricant de déterminer si la construction de vanne proposée est appropriée et quels matériaux et dispositifs d'étanchéité doivent être utilisés.
Faire correspondre les matériaux au processus
Le matériau du corps ne représente qu’une partie du choix des matériaux.
Le bouchon, la tige, les surfaces d'étanchéité et autres composants mouillés ou contenant de la pression-doivent également être pris en compte.
DMLV répertorie l'acier au carbone WCB, l'acier allié WC6/WC9 et l'acier inoxydable CF8/CF8M parmi ses options de matériaux.
Pour les milieux corrosifs, l'acheteur doit fournir la composition du procédé ou les exigences applicables en matière de tolérance à la corrosion. Pour un service à haute-température, la qualité du matériau et la pression-température nominale doivent être vérifiées ensemble.
Sélectionnez la connexion finale et l'actionnement
Les connexions à brides et-soudées bout à bout sont généralement spécifiées pour les vannes de canalisations industrielles.
L'acheteur doit fournir la norme de bride, la taille nominale et la classe de pression requises. Pour les connexions soudées bout à bout-, les dimensions des tuyaux pertinentes et les exigences relatives aux extrémités à souder-peuvent également devoir être fournies.
L'actionnement dépend de la taille de la vanne, du couple de fonctionnement, des conditions d'installation et des exigences de contrôle. Un fonctionnement manuel, des opérateurs à engrenages, des actionneurs pneumatiques et des actionneurs électriques peuvent être envisagés en fonction du projet.
Confirmer les tests et la documentation
Les spécifications finales de passation des marchés doivent identifier la norme de conception, la norme de test et le dossier de documentation requis.
La documentation typique du projet peut inclure des certificats de matériaux, des enregistrements d'inspection dimensionnelle, des rapports d'essais de pression, des enregistrements d'identification et d'autres documents de qualité spécifiés par l'acheteur.
Ceci est particulièrement important pour les projets internationaux, où la documentation technique peut devoir être examinée et approuvée avant expédition.
Conclusion
Un robinet à boisseau lubrifié inversé combine un mécanisme de robinet à boisseau quart de tour-avec un dispositif d'étanchéité inversé et un système de lubrification interne. Son adéquation à un pipeline particulier dépend de la relation entre la construction de la vanne et les conditions réelles de fonctionnement.
Pour les équipes d'ingénierie et d'approvisionnement, les principaux facteurs de sélection sont la taille de la vanne, la classe de pression, la pression-température nominale, le fluide de traitement, les matériaux du corps et des composants internes, la disposition des joints, le système de lubrification, le raccordement d'extrémité, les exigences d'actionnement et de test.
L'API 599 fournit une référence technique principale pour les vannes à boisseaux lubrifiées et non lubrifiées -, tandis que l'API 6D s'applique aux vannes de pipeline et de tuyauterie dans le cadre de son champ d'application défini pour le pétrole et le gaz naturel. Les normes dimensionnelles ASME et les exigences d'inspection et de test API 598 peuvent ensuite être intégrées en fonction des spécifications spécifiques du projet.
Une enquête techniquement complète sur les vannes doit donc commencer par les conditions d'exploitation du pipeline et les normes applicables, suivies par la sélection de la construction de la vanne, des matériaux, des connexions et de l'actionnement. Cette approche donne aux acheteurs internationaux une base plus claire pour comparer les fabricants et vérifier si la vanne proposée est adaptée au service prévu.
Références
American Petroleum Institute, norme API 599 - Vannes à boisseau métallique-Extrémités à brides, filetées et soudées.
American Petroleum Institute, Spécification API 6D - Spécification pour les vannes de pipeline et de tuyauterie.
American Petroleum Institute, API Standard 598 - Inspection et tests des vannes.
