La soupape de sureté, un organe incontournable dans la régulation de fluides.

1) Pourquoi doit-on utiliser une soupape de sureté ?

La législation des états membres de l’union européenne impose que tout équipement ou ensemble sous pression vendu et/ou employé sur le territoire européen doit être protégé en cas de surpression par un organe de sécurité CE. De manière générale, ces organes doivent répondre à la Directive Européenne des Equipements Sous Pression (DESP 2014/68 UE), même si certains marchés ou applications imposent leurs propres exigences souvent plus contraignantes (comme par exemple : le nucléaire, l’aérospatial ou encore l’automobile,…). Cette directive régit l’ensemble des étapes de fourniture comme, la conception, l’évaluation des matériaux, la fabrication, le contrôle, les essais jusqu’aux préconisations d’emploi et d’entretien.

2) Qu’est-ce qu’une soupape de sureté ?

Une soupape de sureté ou de sécurité est un dispositif qui vise à protéger un équipement ou un ensemble sous pression contre une surpression supérieure à sa pression maximale admissible. Cette dernière fait partie de la catégorie des accessoires de sécurité de la DESP 2014/68 UE. Les soupapes de sureté d’ETNA industrie sont conçues suivants différents codes de calcul en fonction du marché pour lequel elles sont destinées, tout en respectant les exigences CE. De manière générale, ETNA industrie s’appuie sur les normes EN 13445-3 et ISO 4126 pour dimensionner ces soupapes de sécurité.

3) Quel est la différence entre une soupape de sureté et un déverseur / limiteur de pression ?

La fonction de déverseur / limiteur de pression est souvent confondue avec la fonction de sécurité de la soupape. Ces 2 fonctions peuvent être réalisées par le même équipement. Il faut donc bien identifier au préalable le besoin, pour choisir le bon équipement :

Une soupape a un rôle de sécurité. Elle n’intervient qu’en cas d’urgence. Elle n’a pas pour fonction de palier à une surpression récurrente. Une soupape de sécurité ne doit s’ouvrir qu’en condition anormale. Suite à son ouverture, un contrôle de l’installation est fortement recommandé pour identifier les causes du dysfonctionnement.

Un déverseur est un organe de régulation et il n’est donc pas soumis à la même réglementation que la soupape de sureté. Le déverseur permet de stabiliser une pression amont. Il est utilisé lorsque la pression amont est supérieure à la pression désirée ou lorsqu’elle est susceptible de l’être de manière ponctuelle, ou récurrente. Le déverseur contrairement à la soupape est un organe conçu pour cycler. Il est ainsi dimensionné pour tenir la fatigue et optimiser la durée de vie des pièces d’usures.

Parmi la gamme de déverseurs proposée par ETNA Industrie, on retrouve différents types de technologies comme par exemple le déverseur réglable manuellement.

4) Comment fonctionne une soupape de sureté ?

En général, une soupape de sécurité est un dispositif avec un ressort, qui assure l’étanchéité et le réarmement automatique de la soupape après son ouverture en cas de surpression. Autrement dit, la soupape de sureté est un organe autonome, qui ne fonctionne qu’avec la force fournie par la pression du fluide qu’elle contrôle. La détection de la surpression est la fonction primaire de cet organe. Les schémas ci-dessous présentent un fonctionnement standard :

Schéma 1 : En condition nominale, la soupape de sécurité est fermée ; le système est alors étanche. La pression amont (flèche bleue) est en dessous de la pression de tarage. Par conséquent, la résultante de la pression applique sur la surface de détection (flèche bleue) est inférieure à l’effort du ressort (flèche verte). Le clapet est maintenu en place sur son siège par le ressort et ne peut se soulever.

Schéma 2 : La pression du circuit (flèche rouge) est supérieure ou égale la pression de tarage. La pression du ressort (flèche jaune) ne permet plus de maintenir le clapet sur son siège. La soupape de sûreté est ouverte et la surpression s’évacue (flèche grise).

Schéma 3 : Lorsque, la soupape de sécurité est complètement ouverte, elle est dite en pleine ouverture. La pression amont en pleine ouverture peut aller jusqu’à 110% de la pression de début d’ouverture. Cette pleine ouverture désigne la course maximale de levée de clapet. Le débit max d’évacuation de l’équipement est défini à cette pression.

Le schéma 4 illustre l’hystérésis entre les pressions d’ouverture et de refermeture étanche.

A l’issue de l’ouverture de la soupape de sûreté, une chute de pression se crée en amont. La pression à l’entrée diminue jusqu’à atteindre la pression de refermeture étanche. Cette pression résulte de la valeur de l’hystérésis, qui est limité par l’ISO 4126. Le clapet se repositionne sur son siège. La soupape de sécurité est à nouveau étanche.

En moyenne, ETNA Industrie limite cette valeur d’hystérésis à – 10% de la PdO. Cette limitation est due à la technologie avancée d’action indirecte d’ETNA Industrie (la norme ISO 4126-1 impose une valeur d’hystérésis entre 15% et 20% de la PdO suivant le type de fluide).
La technologie à action indirecte, signifie que la pression d’entrée ne s’applique pas sur le clapet mais remplit une enceinte à pression. La pression est détectée par une membrane, un piston ou un soufflet en fonction des caractéristiques de l’application.

5) Qu’est-ce qu’une technologie indirecte ?

Le schéma 5 présente une soupape de sureté ETNA Industrie à action indirecte avec un système de détection par membrane et un limiteur d’effort en position « fermé ».

En condition normale, le fluide entre sur le coté (flèche bleue) et remplit l’enceinte à pression (Zone rayée en violet). La pression s’applique sur la membrane en rouge. La surface de cette membrane est proportionnellement dimensionnée par rapport à la surface d’étanchéité du clapet en jaune. La pression appliquée sur la membrane étant inférieure à la pression de tarage, le clapet est maintenu en position sur le siège. Le limiteur d’effort permet de réduire la force appliquée sur le clapet et ainsi le protéger d’une découpe ou d’une usure prématurée.

A l’approche de la pression de début d’ouverture, la pression appliquée sur la membrane est suffisante pour commencer la compression du ressort. Mais, l’ensemble clapet monté est maintenu en position par le limiteur d’effort jusqu’à l’atteinte de la valeur exacte de tarage. A partir de cette valeur, le clapet est également entrainé par l’ensemble mobile. La soupape s’ouvre et évacue la surpression.

A l’issue de la chute de pression amont, la soupape se referme à la valeur désirée en suivant le mécanisme inverse de celui de l’ouverture.

6) Quels sont les atouts des soupapes de sécurité d’ETNA Industrie ?

ETNA Industrie a mis au point les règles de dimensionnement de cette technologie pour accroître les performances des équipements, comme :

• La précision de détection : Plus la surface de détection est importante plus le réglage est précis ce qui permet à ETNA Industrie de garantir une précisions de réglage de +/- 3%, en très base pression (soit pour une pression de tarage <100m bar)
• L’insensibilité aux contre-pressions : En considérant la formule de la Force (F=P.S), le produit de la pression amont sur la surface de la membrane est proportionnellement supérieur au produit de la pression aval sur la surface du clapet. Ce qui permet de garantir une insensibilité à la contre pression quel que soit la valeur de la contre pression.

• Optimisation du dimensionnement : Les diamètres d’entrée et de sortie des équipements sont dimensionnés par rapport au diamètre du gicleur, pour réduire les phénomènes de bruits et de vibrations
• Diminution de l’hystérésis : L’action indirecte permet de réduire, pour les applications qui le nécessitent, l’écart entre la pression de début d’ouverture et la pression de refermeture étanche.

En savoir plus : Le lexique de la soupape de sureté

Sandrine SELVARADJOU (Direction Commerciale), Marine JUDENNE (Direction Technique)

Cet article a été posté dans Produits et taggué soupape de sureté le 17 septembre 2017 par Sandrine Selvaradjou.