Les vannes de régulation de vapeur haute pression et haute température doivent être sélectionnées en fonction de l'état réel de la vapeur et des cas de fonctionnement, et non uniquement en fonction de la taille des tuyaux. L'examen technique doit inclure l'état de la vapeur saturée ou surchauffée, le débit massique minimum/normal/maximum, la pression d'entrée et de sortie, la température de fonctionnement et de conception, le Cv ou le Kv requis, la course prévue, le rapport de pression, le risque d'écoulement étranglé, le bruit aérodynamique, la vitesse de sortie, les matériaux du corps et des garnitures, la configuration de la garniture et du chapeau, la force de l'actionneur, l'action en cas de défaillance, les exigences de fuite et la portée de l'inspection. Une chute de pression importante peut nécessiter un réglage par étapes ou à faible bruit, mais le réglage final doit être confirmé par le dimensionnement et les données du projet plutôt que par des règles génériques de classe de pression.
Rapport sur l'ingénierie de l'énergie et de la vapeur
Sélection de vannes de régulation de vapeur pour un service à haute pression et haute température
Une vanne de vapeur peut être correctement dimensionnée pour un débit maximum tout en restant une mauvaise vanne de régulation. La tâche d'ingénierie consiste à prouver qu'un ensemble de vannes peut gérer le démarrage, la charge normale, la demande de pointe, la chute de pression, l'exposition thermique et des performances acoustiques acceptables dans l'enveloppe de fonctionnement réelle.
Base de conception du service Steam
Commencez par le débit de vapeur, pas par la taille de la vanne. La vanne doit être sélectionnée à partir de l’enveloppe du processus réel et des exigences de contrôle, de matériaux et d’inspection du projet.
| État de la vapeur | Vapeur saturée ou surchauffée, température d'entrée, qualité de la vapeur le cas échéant, état attendu en aval |
| Cas opératoires | Débit massique minimum, normal et maximum avec P1 et P2 pour chaque cas |
| Objectif du contrôle | Réduction de pression, contrôle du débit de vapeur, distribution de vapeur de procédé, service auxiliaire de turbine ou contrôle coordonné de la température |
| Contraintes du projet | Classe de pression, raccordement d'extrémité, matériaux, exigences en matière de fuite, action en cas de défaillance, utilité de l'actionneur, critère de bruit, inspection et documentation |
Règle de sélection : n'approuvez pas une vanne de régulation de vapeur en fonction de la taille nominale de la conduite, de la classe de pression ou d'un seul point de conception.
Conditions de fonctionnement et état de la vapeur
Vapeur saturée
La vapeur saturée est à sa condition de saturation pour la pression indiquée. Le projet doit confirmer l'état réel en amont et si le condensat peut pénétrer dans la station de contrôle lors du démarrage, d'une faible charge ou d'un drainage inadéquat.
Lorsque la vapeur sèche saturée est réduite à une pression inférieure, l’état en aval ne reste pas nécessairement saturé. La réduction de pression peut laisser la vapeur surchauffée, donc la densité en aval, le volume spécifique et la vitesse doivent être basés sur les conditions calculées en aval plutôt que sur l'hypothèse que la sortie est toujours de la vapeur saturée sèche.
Vapeur surchauffée
La vapeur surchauffée fonctionne au-dessus de la température de saturation correspondant à sa pression. En plus de la capacité de débit, une température élevée affecte le matériau du corps, le matériau des garnitures, la configuration de la garniture, du joint ou du chapeau, l'exposition de l'actionneur et la conception de la tuyauterie environnante.
Entrées de la fiche technique
- Type et état de la vapeur
- Débit massique minimum, normal et maximum
- Pression d'entrée pour chaque cas
- Pression de sortie pour chaque cas
- Température de fonctionnement et de conception
- Critère de bruit spécifié, le cas échéant
- Taille et configuration des tuyaux en aval
Examen des charges minimales, normales et maximales
CHARGE MINIMALE
La vanne peut-elle contrôler de petits changements de débit ?
Vérifiez le Cv/Kv requis, la course prévue, l'influence du siège, l'effet de fuite, la résolution du positionneur, le frottement, la zone morte et la demande minimale de processus stable.
CHARGE NORMALE
La vanne passera-t-elle la majeure partie de sa vie dans une région utile aux déplacements ?
Examinez la course normale prévue, les caractéristiques de débit installé, la chute de pression disponible, le bruit aérodynamique, la vitesse de sortie et la durée de fonctionnement continu prévue.
CHARGE MAXIMALE
La vanne peut-elle dépasser la demande de pointe sans entrer dans une condition inacceptable ?
Examinez le Cv/Kv maximum requis, la course maximale prévue, le rapport de pression, l'état de débit étranglé, la force de l'actionneur, le bruit et l'impact de la tuyauterie en aval.
Pour le flux de travail de dimensionnement détaillé, utilisez Comment dimensionner une vanne de régulation. Le service vapeur doit utiliser une méthode de dimensionnement de fluide compressible applicable plutôt qu'une approximation du service liquide.
Examen de la baisse de pression
Flux étouffé
Le dimensionnement des vannes de régulation de vapeur ne doit pas être réduit à un rapport de pression critique universel. La condition exacte de débit étranglé dépend de la géométrie de la vanne et de la méthode de dimensionnement du fluide compressible applicable.
Bruit aérodynamique
La dilatation de la vapeur à haute énergie et les turbulences peuvent générer un bruit important. Le projet doit définir la méthode de prévision requise et le critère d'acceptation.
Vitesse de sortie
La sortie de la vanne et la conduite en aval doivent être vérifiées à l’aide de l’état de vapeur en aval calculé. N’appliquez pas la recommandation de vitesse d’un fabricant comme limite universelle.
Érosion et vibrations
La vapeur humide, l'entraînement de condensat, une vitesse locale élevée, des jets instables ou un trim inadapté peuvent accélérer l'usure et les vibrations.
La CEI 60534-2-1 fournit des équations pour prédire le débit à travers les vannes de régulation dans des conditions d'installation. Lorsque les performances acoustiques font partie de la spécification, la CEI 60534-8-3 fournit une méthode pour prédire le bruit aérodynamique provenant de l'écoulement d'un fluide compressible.
Chemin de sélection de découpage
Ne sélectionnez pas les éléments internes pour service sévère uniquement dans la classe de pression. Une vanne de classe 900, 1 500 ou 2 500 ne nécessite pas automatiquement un équipement interne à plusieurs étages ou à faible bruit. La décision dépend des cas de débit réels, du rapport de pression, de la prévision du bruit, de la vitesse, de la course requise et de la géométrie de la vanne.
Pour une discussion plus large sur les garnitures pour service sévère, utilisez Options de garniture de vanne de régulation pour la cavitation et la réduction du bruit.
Examen de la construction à haute température
Corps et capot
Le matériau et la conception sélectionnés doivent satisfaire à la pression-température applicable et aux spécifications du projet. La vapeur à température élevée peut nécessiter de l'acier allié ou un autre matériau spécifié par le projet, mais aucun matériau de corps unique n'est adapté à chaque application de vapeur.
Garniture et siège
Les matériaux du bouchon, de la cage, du siège et de la tige doivent être examinés en termes de résistance, d'érosion, de grippage, de dilatation thermique, de fuite et de durée de vie requise.
Emballage et joint
Les matériaux de garniture et de joint doivent correspondre aux conditions de conception réelles et à la construction de la vanne.
Disposition du capot et accessoires
Un chapeau allongé peut être utilisé sur certaines conceptions pour augmenter la distance thermique entre le corps chaud et les composants de la garniture ou de l'actionneur, mais il n'est pas obligatoire pour chaque vanne de régulation de vapeur. Les positionneurs, solénoïdes, ensembles pneumatiques et accessoires électriques doivent être sélectionnés en fonction de l'exposition réelle à la chaleur ambiante et rayonnante.
Pour une sélection plus large de matériaux et de pression-température, consultez Guide des vannes haute pression haute température.
Actionneur et réponse en cas de panne
| Modulation normale | L'actionneur doit positionner la vanne en douceur sur la course de fonctionnement requise. |
| Pression différentielle d'arrêt | La poussée ou le couple disponible doit être vérifié par rapport à la condition d'arrêt spécifiée et à la conception de trim sélectionnée. |
| Action d’échec | L'ouverture, la fermeture et la défaillance sur place ou toute autre réponse doivent provenir de la philosophie de sécurité et de contrôle des processus. Le service Steam à lui seul ne détermine pas la position d'échec. |
| Exposition thermique | Les joints d'actionneur, les positionneurs et les accessoires doivent rester dans leurs limites environnementales approuvées lors de l'installation finale. |
Utilisez le Guide de sélection des actionneurs de vanne pour l’examen plus large du package d’actionneurs.
Cas d'application
CAS A
Réduction de la pression du collecteur de vapeur
Examinez la plage complète de pression d'entrée, la pression en aval requise, la demande de vapeur minimale et maximale, l'état de débit étranglé, le bruit, la vitesse de sortie et la tuyauterie en aval. Pour une simple réduction de pression locale, un régulateur de pression peut également devoir être évalué ; une vanne de régulation actionnée est appropriée lorsque le processus nécessite une logique de contrôle externe ou une automatisation de l'usine.
CAS B
Turbine Auxiliaire ou Bypass Vapeur
Des changements de charge importants, une réduction importante de la pression, une réponse rapide ou des transitoires thermiques peuvent rendre cette tâche hautement spécifique à l'application. Le projet devrait fournir des exigences transitoires et de contrôle en plus des conditions en régime permanent.
CAS C
Distribution de vapeur de procédé
Vérifiez le débit minimum contrôlable, la course normale, le rapport de pression et si une vanne peut couvrir le démarrage et la production de pointe sans gain excessif ni fonctionnement sévère à faible course.
CAS D
Contrôle de la pression de vapeur avec désurchauffe ou pulvérisation d'eau
Lorsque le contrôle de la pression de la vapeur est coordonné avec un équipement de pulvérisation d'eau ou de désurchauffe, la vanne de vapeur doit être considérée comme un élément du système complet. Le dimensionnement des vannes de vapeur ne peut à lui seul établir les performances finales en matière de température de sortie ou le comportement complet du PRDS.
Risque de démarrage et de condensation
Une station de contrôle qui gère normalement de la vapeur sèche peut toujours rencontrer de la condensation lors du démarrage, de l'arrêt, du préchauffage, du fonctionnement à faible charge ou d'une vidange inadéquate. L'entraînement de liquide peut augmenter le risque d'érosion, de vibration et de coup de bélier et peut endommager les garnitures ou la tuyauterie en aval.
Limite du système : La sélection de la vanne ne remplace pas le drainage correct de la conduite de vapeur, la procédure de réchauffement, la conception des collecteurs, le piégeage de la vapeur, la pente de la tuyauterie, la conception du support ou les pratiques d'exploitation de l'usine.
Pour un contexte système plus large, voir Solutions de vannes d'alimentation et de vapeur.
Fiche technique RFQ pour la vanne de régulation de vapeur
| Service / étiquette | ____________________________ |
| État de la vapeur | Saturé / Surchauffé / Autre : ____________ |
| Cas minimum | Débit ______ P1 ______ P2 ______ T ______ |
| Cas normal | Débit ______ P1 ______ P2 ______ T ______ |
| Cas maximum | Débit ______ P1 ______ P2 ______ T ______ |
| Pression/température de conception | ____________________________ |
| Taille de ligne / connexion | ____________________________ |
| Exigence de fuite | ____________________________ |
| Actionneur/signal/action en cas de panne | ____________________________ |
| Bruit / inspection / documentation | ____________________________ |
Lorsque les données de processus sont complètes, demandez au fournisseur de renvoyer le Cv/Kv calculé, la course prévue pour le débit minimum/normal/maximum, la base de réglage sélectionnée, la base de dimensionnement de l'actionneur, l'examen du bruit si nécessaire et toute limitation de fonctionnement indiquée avant l'approbation finale.
Vérification en usine
| Article | Statut typique | Objectif |
|---|---|---|
| Enregistrements de matériaux | Si spécifié | Confirmer les matériaux spécifiés contenant une pression, les garnitures ou les boulons |
| Contrôle dimensionnel | Requis pour le package approuvé | Vérifier la connexion, le face-à-face et la disposition des actionneurs |
| Essai de pression | Selon la norme/PO applicable | Vérifier l'intégrité sous pression |
| Test d'étanchéité du siège | Si l’exigence de fuite s’applique | Vérifier les performances de fuite du siège spécifiées |
| Test d'accident vasculaire cérébral / échec d'action | Pour paquet actionné | Vérifier la course, le fonctionnement de l'actionneur et la réponse en cas de panne spécifiée |
| Inspection finale de l'emballage | Avant expédition | Protéger la vanne, les extrémités, l'actionneur, le positionneur et les tubes |
Pour une option de modulation haute pression au niveau du produit, consultez le Soupape de régulation haute pression. Pour la famille complète de produits, visitez le Catégorie de vanne de régulation.
Ressources techniques associées
- Solutions de vannes d'alimentation et de vapeur
- Guide des vannes haute pression haute température
- Comment dimensionner une vanne de régulation
- Guide de sélection des vannes de régulation
- Options de garniture de vanne de régulation pour la cavitation et la réduction du bruit
- Guide de sélection des actionneurs de vanne
- Soupape de régulation haute pression
Références techniques
- CEI 60534-2-1 — Capacité de débit : équations de dimensionnement pour l'écoulement de fluide dans des conditions d'installation
- CEI 60534-8-3 — Méthode de prévision du bruit aérodynamique des vannes de régulation
- Manuel de la vanne de régulation Emerson
- Spirax Sarco — Dimensionnement des vannes de régulation pour systèmes à vapeur
Foire aux questions
Quelles données sont nécessaires pour dimensionner une vanne de régulation de vapeur ?
Fournir le débit de vapeur minimum, normal et maximum, la pression d'entrée et de sortie pour chaque cas, l'état de la vapeur, la température de fonctionnement et de conception, la taille de la conduite, la fonction de contrôle requise et les contraintes du projet. Le fournisseur doit calculer Cv ou Kv et la course prévue à l'aide d'une méthode de dimensionnement de fluide compressible applicable.
Une vanne de régulation de vapeur peut-elle être sélectionnée en fonction de la taille du tuyau ?
Non. La taille des tuyaux n’est qu’une entrée du projet. La taille et l'équipement finaux de la vanne dépendent du débit de vapeur, du rapport de pression, de la température, du Cv ou Kv requis, de la course prévue, du bruit, de la vitesse, de la force de l'actionneur et de l'enveloppe de fonctionnement complète.
Quand faut-il une garniture silencieuse pour la vapeur ?
Une compensation à faible bruit ou par étapes doit être envisagée lorsque le bruit aérodynamique prévu ou la gravité de la baisse de pression dépasse les critères d'acceptation du projet. La sélection doit être basée sur le dimensionnement réel et l'examen du bruit plutôt que sur la seule classe de pression.
Qu'est-ce qu'un débit étouffé dans une vanne de régulation de vapeur ?
L'écoulement étranglé est une condition d'écoulement compressible dans laquelle la capacité de débit massique de la vanne est limitée par le rapport de pression et les caractéristiques de la vanne. L'état exact doit être déterminé à l'aide de la méthode de dimensionnement de la vanne de régulation applicable.
La vapeur saturée sèche reste-t-elle saturée après réduction de pression ?
Pas nécessairement. L’étranglement de la vapeur saturée sèche à une pression inférieure peut produire un état surchauffé en aval. Les conditions en aval doivent être calculées de manière à ce que les contrôles spécifiques de volume, de vitesse et de dimensionnement associés utilisent les propriétés correctes de la vapeur.
La fermeture automatique est-elle toujours requise pour une vanne de régulation de vapeur ?
Non. L'ouverture, la fermeture et la défaillance sur place ou toute autre réponse à une défaillance définie dépendent de la philosophie de sécurité et de contrôle du processus.
