Les Robinets Et Clapets de Non Retour

LES ÉQUIPEMENTS LES ROBINETS ET CLAPETS DE NON RETOUR

SUPPORT DE FORMATION Cours EXP-PR-EQ050 Révision 0.1

Exploration & Production Les Équipements Les Robinets et Clapets de non retour

LES ÉQUIPEMENTS LES ROBINETS ET CLAPETS DE NON RETOUR SOMMAIRE 1. OBJECTIFS .....................................................................................................................4 2. LES FONCTIONS DES ROBINETS ................................................................................5 3. LES DIFFÉRENTS TYPES DE ROBINETS.....................................................................6 3.1. INTRODUCTION.......................................................................................................6 3.2. LES ROBINETS ........................................................................................................6 3.2.1. Les robinets vannes ..........................................................................................7 3.2.1.1. Les robinets vannes à passage direct..........................................................7 3.2.1.2. Les robinets vannes à coin conique .............................................................8 3.2.1.3. Les robinets vannes à sièges parallèles libre dilation ..................................9 3.2.1.4. Les robinets vannes à auto-serrage...........................................................10 3.2.2. Les robinets à soupape ou clapets..................................................................11 3.2.2.1. Robinet à clapet plat ..................................................................................11 3.2.2.2. Robinet à clapet conique............................................................................12 3.2.2.3. Robinet à clapet pointeau et parabolique ...................................................13 3.2.2.4. Robinet à clapet plat et conique .................................................................13 3.2.2.5. Robinet à soupape incliné ..........................................................................14 3.2.3. Les robinets à papillon.....................................................................................15 3.2.3.1. Les robinets à papillon non étanche...........................................................16 3.2.3.2. Les robinets à papillon étanche..................................................................16 3.2.4. Les robinets à tournants ..................................................................................17 3.2.4.1. Robinets à tournant sphérique (Ball valve).................................................19 3.2.4.2. Robinet à tournant conique standard .........................................................20 3.2.4.3. Robinet à tournant conique inversé............................................................21 3.2.4.4. Les robinets à piston ..................................................................................22 3.2.4.5. Les robinets à membrane...........................................................................23 3.2.4.6. Les robinets de niveau à glace...................................................................24 3.3. LES CLAPETS DE NON RETOUR .........................................................................28 3.3.1. Clapet de non-retour à battant.........................................................................28 3.3.2. Clapet de non-retour à piston ..........................................................................29 3.3.3. Clapet de non-retour à balle ............................................................................30 4. CHOIX ET UTILISATION DES ROBINETS ...................................................................31 4.1. LE CHOIX DES ROBINETS ....................................................................................31 4.2. UTILISATION DES ROBINETS...............................................................................32 4.3. NOTION DE DIMENSIONNEMENT DES VANNES ................................................33 5. LES DISPOSITIFS DE MANŒUVRE DES ROBINETS.................................................34 5.1. LES DISPOSITIFS MANUELS ................................................................................34 5.2. LES DISPOSITIFS AUTOMATIQUES.....................................................................36 5.2.1. Le fonctionnement d’une vanne automatique..................................................37 5.2.2. Servomoteurs à piston.....................................................................................38 5.2.3. Actuateur pneumatique ...................................................................................39 Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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5.2.4. Actuateur électrique.........................................................................................39 5.2.5. Position de sécurité .........................................................................................40 5.2.6. Les accessoires des vannes automatiques .....................................................42 6. LA REGULATION DES VANNES ..................................................................................43 6.1. REGULATION SANS POSITIONNEUR ..................................................................44 6.2. REGULATION AVEC POSITIONNEUR ..................................................................44 7. GLOSSAIRE ..................................................................................................................46 8. SOMMAIRE DES FIGURES ..........................................................................................47 9. SOMMAIRE DES TABLES ............................................................................................49

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1. OBJECTIFS

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2. LES FONCTIONS DES ROBINETS Les robinets constituent l’ensemble des appareils disposés sur les tuyauteries permettant de modifier ou d’interrompre la circulation des fluides. Ces appareils sont caractérisés par la présence d’un OBTURATEUR commandé soit manuellement, soit par un SERVOMOTEUR tout ou rien

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3. LES DIFFÉRENTS TYPES DE ROBINETS 3.1. INTRODUCTION Il existe différents types de vannes et robinets : Les robinets Les clapets Les soupapes Les purgeurs Les soupapes et les purgeurs ne sont pas traités dans ce cours. Le type de robinetterie utilisé dépendra de sa fonction: Réglage du débit Nature du fluide Conditions opératoires Isolement et disposition

3.2. LES ROBINETS Dans les robinets, on fait la distinction entre Les robinets vannes Les robinets à soupape Les robinets à papillon Les robinets tournants Les robinets à piston Les robinets à membrane

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3.2.1. Les robinets vannes On distingue plusieurs types de robinets vannes : Les robinets vannes à passage direct Les robinets vannes à coin conique Les robinets vannes à sièges parallèles Les robinets vannes à coin flexible

3.2.1.1. Les robinets vannes à passage direct

Figure 1: Composants d’un robinet vanne

Les robinets vannes à passage direct se caractérisent par : Obturateur se déplaçant parallèlement au siège. La tige de vanne se déplace verticalement.– elle ne tourne pas Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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Relation longueur tige et diamètre obturateur Bonne étanchéité Faible perte de charge

3.2.1.2. Les robinets vannes à coin conique Même matériel que la vanne à passage direct Portées obliques avec une pente > 33%. Étanchéité totale à la fermeture par coincement.ou par pression Évite un effort trop grand sur le volant au moment de l'ouverture. Obturateur pratiquement indéformable.

Inconvénients: Ne convient pas si la pression et / ou la température du fluide ou des efforts extérieurs peuvent provoquer des déformations mécaniques.

Figure 2: Robinet vanne à coin conique

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3.2.1.3. Les robinets vannes à sièges parallèles libre dilation Utilisé sur circuit Haute Pression Eau & Vapeur. Obturateur constitué de 2 opercules plats, écartés par un ressort, les maintenant en appui sur les deux sièges parallèles. La poussée du ressort et la pression du fluide assurent l'étanchéité. Une bague de butée permet un positionnement précis par rapport au siège

Inconvénients : Lors des manœuvres, les opercules restent en contact avec les sièges, d’où une usure rapide des portées.

Figure 3 : Robinet vanne à sièges parallèles

Action du fluide lors des montées en pression Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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3.2.1.4. Les robinets vannes à auto-serrage Obturateur composé de deux opercules indépendants qui en position de fermeture sont bloqués contre le siége du corps par un ou plusieurs coins. La forme du coin provoque un effet d'écartement des opercules, en venant en butée au fond du corps de vanne. Dispositif facilement décoinçable au moment de l'ouverture Elle est utilisée sur la vapeur saturée basse pression.

Figure 4: Robinet vanne à auto-serrage

Remarque : Les robinets vannes n’ont pas besoin d’un sens de montage par rapport au sens de circulation du fluide. Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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3.2.2. Les robinets à soupape ou clapets Les robinets à soupape sont utilisés principalement pour le réglage de débit. Certains peuvent être utilisés en sectionnement. Le déplacement de l’obturateur se fait : Parallèlement au fluide Perpendiculairement au siège On distingue différents types de vannes à clapets : A clapet plat A clapet conique A clapet pointeau ou aiguille A clapet parabolique A clapet plat et conique Inclinée généralement à 45 degrés 3.2.2.1. Robinet à clapet plat Les robinets à clapet plat sont utilisés sur la vapeur quand une bonne étanchéité est nécessaire. Figure 5: Robinet à clapet plat

Figure 6: Clapet plat Support de Formation : EXP-PR-EQ050-FR Dernière Révision: 17/04/2007

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3.2.2.2. Robinet à clapet conique Obturateur appelé soupape ou clapet, se déplaçant perpendiculairement au siège. Peut occuper toutes les positions entre Ouverture et Fermeture totale, permettant un réglage du débit. Aptes au réglage de débit, mais inaptes au sectionnement, après utilisation prolongée car ils ne sont pas totalement étanches. Ouverture le plus souvent aidée par le mouvement du fluide, la fermeture s'effectue à contre-courant, imposant un sens de montage. Écrou de tige fixe sur le chapeau Tige et volant se déplacent lors des manœuvres. Dans les petites dimensions, le clapet est très conique,et prend l’appellation de robinet à pointeau.

Figure 7: Robinet à soupape à clapet conique

Figure 8: Clapet conique

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3.2.2.3. Robinet à clapet pointeau et parabolique Le robinet à clapet pointeau est aussi appelé "à aiguille" Ces robinets sont utilisés pour les réglages de débit

Figure 9: Robinet à clapet pointeau

Figure 10: Clapet pointeau

3.2.2.4. Robinet à clapet plat et conique Le robinet à clapet plat et conique est un robinet d’étanchéité vapeur

Figure 11: Robinet à clapet plat et conique

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3.2.2.5. Robinet à soupape incliné L’écoulement du fluide en chicane à l'intérieur du corps fait que la perte de charge est plus faible s’il est utilisé en sectionnement par rapport au robinet à soupape droit Il est utilisé en réglage de débit sur des produits chargés car moins sujets aux dépôts

Figure 12: Robinet à soupape incliné

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3.2.3. Les robinets à papillon L’obturateur est un disque de forme elliptique qui fait une rotation perpendiculaire à la direction du fluide. Les petits diamètres sont manœuvrés en prise directe par un carré, la manœuvre des grands diamètres est facilitée par un démultiplicateur. Ils peuvent aussi être motorisés. Ils sont montés entre deux brides ou sont euxmêmes muni de brides. Les qualités des robinets papillon : Perte de charge, peu importante : Le fluide ne change pas de sens. Facilité et sécurité de manœuvre Encombrement et poids réduits Facilité d'installation Apte au sectionnement et au réglage de débit Étanchéité satisfaisante, pour des pressions < 10 b et des températures < 120°C.

Figure 13: Composition d’un robinet à papillon

On distingue deux types de robinets papillon : Les robinets à papillon non étanche Les robinets à papillon étanche .

Figure 14: Robinet à papillon

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3.2.3.1. Les robinets à papillon non étanche Le contact obturateur-siège est métal-métal. Ils sont utilisés uniquement pour régler un débit et sont inaptes au sectionnement.

Figure 15: Etanchéité robinet à papillon non étanche

3.2.3.2. Les robinets à papillon étanche

L’étanchéité est obtenue par contact élastomère métal. Le joint élastomère est fixé soit sur le papillon, soit sur le corps du robinet.

Si le joint est fixé sur le corps du robinet, il assure aussi une protection anti-corrosion du corps Ils sont inaptes au réglage de débit (destruction de la garniture

Figure 16: Robinet à papillon étanche (1)

Figure 17: Robinet à papillon étanche (2)

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3.2.4. Les robinets à tournants Autrefois, appelés robinets à boisseau, les robinets à tournants sont constitués d'un corps et d'un obturateur. L’obturateur se déplace dans un mouvement de rotation perpendiculaire au sens du fluide, appelé tournant. Le corps et tournant possèdent des lumières qui : Se font face lors de l’ouverture Se contrarient à la fermeture La forme du tournant détermine son appellation, on distingue : Les robinets à tournant sphérique Les robinets à tournant cylindrique avec lumière du tournant rectangulaire. Les robinets à tournant conique standard avec lumière du tournant trapézoïdale et la petite base du tronc de cone en bas Les robinets à tournant conique inversé avec lumière du tournant trapézoïdale et la petite base du tronc de cone en haut

Figure 18: Tournants et lumières

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Ils sont très utilisés pour les hydrocarbures légers les hydrocarbures visqueux les gaz de nombreux produits corrosifs. Les robinets à tournants cylindriques et coniques sont utilisés exclusivement pour la fonction sectionnement. Les robinets à tournant sphérique peuvent aussi être utilisés exceptionnellement pour le réglage du débit.suivant le process Les pertes de charges pour les robinets à tournant restent généralement faibles et disparaissent en position d’ouverture totale. Inconvénients : Manque de visibilité de l'ouverture ou fermeture. Nécessité de tournants lubrifiés pour parfaire l'étanchéité à l’exception des tournants sphériques

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3.2.4.1. Robinets à tournant sphérique (Ball valve) La lumière du tournant est sphérique. Ce type de robinet à tendance à remplacer, de plus en plus, les robinets à tournant cylindrique ou conique.

Figure 19: Robinet à tournant sphérique

Le manœuvre de la vanne est réalisée par un levier quart de tour, jusqu'au diamètre 4" et par un démultiplicateur au dessus. Diam > 2" : Raccordement aux tuyauteries par brides (Montage entre brides, parfois.) Diam < 2" : Embout à visser au-dessous.

Ils sont aptes au sectionnement et exceptionnellement au réglage de débit et ils sont très employés sur le gaz combustible vers les brûleurs des fours.

Figure 20: Composition d'un robinet à tournant sphérique

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3.2.4.2. Robinet à tournant conique standard Le Diaphragme évite à la garniture d'être endommagée par la rotation du tournant, serré entre le corps et le couvercle il est un joint efficace contre les fuites à l'extérieur.

Figure 21: Robinet à tournant conique standard

Les Rainures sur le tournant et des évidements dans le corps sont conçus pour le graissage de telle sorte que lorsqu'une rainure traverse la lumière durant la rotation, elle est isolée du système de graissage sous pression d'où faible perte de graisse pendant la conduite.

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3.2.4.3. Robinet à tournant conique inversé Les robinets à tournant conique inversé sont employé sur : Air comprimé Gaz inertes Liquides propres.

Figure 22: Robinet à tournant conique inversé Ils comportent une réserve de graisse, mise en pression par un piston et un ressort, suffisante pour plusieurs milliers de manœuvres. Ils sont utilisés pour des diamètres DN 15 à DN 50 et des pressions < 7 bars.

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3.2.4.4. Les robinets à piston Caractéristique : Absence de siège, leur conception les rapproche des robinets soupape. L’Obturateur est un piston cylindrique, se déplaçant perpendiculairement au sens du fluide. Le corps est en acier moulé, le piston en acier Inoxydable et la tige en acier au carbone. Le piston se déplace dans une bague métallique, percée de lumières, appelée lanterne, Figure 23: Robinet à piston en position fermé

En masquant plus ou moins ces lumières, le piston permet le réglage du débit. L’étanchéité est réalisée par l'intermédiaire de rondelles souples et interchangeables placées de part et d'autre de la lanterne. Des rondelles ressort type "Belleville" sont disposées sous les écrous des goujons elles compensent les effets dus à la dilatation des goujons sous l'action de la température du fluide. Figure 24: Robinet à piston en position ouverte Le serrage des écrous des goujons comprime les rondelles d'étanchéité contre la paroi de leur logement, et contre le piston, ce qui maintient une bonne étanchéité Ils ont une bonne étanchéité et sont aptes au sectionnement.

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3.2.4.5. Les robinets à membrane L’obturateur est une membrane souple, insérée entre le corps et le chapeau du robinet. L’obturation est assurée par appui de cette membrane sur le siège Figure 25: Robinet à membrane en position fermé L’appui est réalisé par déformation de la membrane poussée par un sabot presseur, sous l'action de la tige de commande. Ils peuvent aussi être équipé d’un servomoteur pneumatique

Avantages: Isolation du mécanisme par rapport au produit et suppression du presse étoupe. Impossibilité de grippage Perte de charge faible, Bonne étanchéité, donc apte au sectionnement Sont utilisés avec des produits corrosifs, boues, etc.., à basse pression et température

Figure 26: Robinet à membrane en position ouverte

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3.2.4.6. Les robinets de niveau à glace Ces robinets sont du type robinet à soupape, mais conçus avec un logement pour une bille qui fait office de clapet en s'appuyant sur le siège.

Figure 27: Robinet de niveau de glace inférieur

Ces robinets sont montés par paire sur chaque niveau à glace, perpendiculairement au ballon et aussi parfaitement de niveau que possible.

Figure 28: Principe de montage des robinets de niveau

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Robinet de niveau à glace en position fermée : Le clapet est en appui sur le siège par sa face avant et isole le niveau de la capacité. Le niveau peut être purgé. La bille est repoussée sur son siège par la tige P1 = 0 = Pression atmosphérique

Figure 29: Robinet de niveau à glace en position fermée

Mise en service du niveau à glace: Le robinet est fermé. Ouvrir d'un quart de tour. Le clapet décolle de son siège, la tige maintient la bille éloignée de son siège. Pour le robinet supérieur, le gaz est admis dans le niveau P1 = P2, ouvrir en grand le robinet. Pour le robinet inférieur, le liquide est admis dans le niveau. Lorsque le niveau est stabilisé, ouvrir en grand le robinet.

Figure 30: Mise en service niveau à glace

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Service normal du niveau à glace : Le robinet est ouvert en grand et bute sur un siège par sa face arrière. Les pressions P1 et P2 sont équilibrées, de ce fait la bille repose sur le fond de son logement. Le liquide de la capacité et en communication avec le liquide du niveau, et chaque variation sera visible au niveau.

Figure 31: Service normal du niveau à glace

Sécurité en cas de bris de glace Le robinet est ouvert en grand. Le clapet est en appui sur le siège par sa face arrière. Le niveau à glace se vide du liquide. La capacité est pleine de liquide qui exerce une pression P2 > P1 plaquant ainsi la bille sur le siège et créant l'étanchéité

Figure 32: Sécurité en cas de bris de glace

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Déplacement de l’obturateur

Déplacement de la tige

Aptitude

Equipement

Liaisons

Perte de charge

Observations

Robinet vanne

Perpendiculaire au fluide

Fixe en rotation Libre en translation

Sectionnement

Back-seating