1. Choisir une vanne pour service cryogénique
Choisir unValve cryogéniqueLe choix des vannes pour les applications cryogéniques peut s'avérer très complexe. Les acheteurs doivent tenir compte des conditions à bord et en usine. De plus, les propriétés spécifiques des fluides cryogéniques exigent des performances de vannes adaptées. Un choix judicieux garantit la fiabilité de l'installation, la protection des équipements et la sécurité d'exploitation. Le marché mondial du GNL utilise principalement deux types de vannes.
L'opérateur doit réduire la taille du réservoir de gaz naturel au minimum. Pour ce faire, il utilise du GNL (gaz naturel liquéfié). En refroidissant le gaz naturel à environ -165 °C, il le liquéfie. À cette température, la vanne d'isolement principale doit rester fonctionnelle.
2. Quels sont les facteurs qui influencent la conception des vannes cryogéniques ?
La température influe considérablement sur la conception de la vanne. Par exemple, elle peut être adaptée à des environnements tempérés comme le Moyen-Orient, ou à des environnements froids comme les océans polaires. Ces deux types d'environnements peuvent affecter l'étanchéité et la durabilité de la vanne. Les composants de ces vannes comprennent le corps, le chapeau, la tige, le joint de tige, le clapet à bille et le siège. Du fait de leur composition, ces pièces se dilatent et se contractent en fonction de la température.
2.1. Options d'application cryogénique
• Les opérateurs utilisent des vannes dans des environnements froids, comme sur les plateformes pétrolières des mers polaires.
• Les opérateurs utilisent des vannes pour gérer les fluides dont la température est bien inférieure à zéro.
Dans le cas de gaz hautement inflammables, tels que le gaz naturel ou l'oxygène, la vanne doit également fonctionner correctement en cas d'incendie.
2.2. Pression de la vanne cryogénique
Lors de la manipulation normale du fluide frigorigène, la pression augmente en raison de la chaleur ambiante et de la formation de vapeur qui en résulte. Il convient donc d'accorder une attention particulière à la conception du système de vannes et de tuyauterie afin de permettre cette montée en pression.
2.3. Température de la vanne cryogénique
Les variations rapides de température peuvent compromettre la sécurité des travailleurs et des usines. En raison de la composition différente des matériaux et de la durée d'exposition au fluide frigorigène, chaque composant de la vanne cryogénique se dilate et se contracte à des vitesses différentes.
Un autre problème majeur lié à la manipulation des fluides frigorigènes est l'augmentation de la chaleur ambiante. C'est cette augmentation de chaleur qui oblige les fabricants à isoler les vannes et les canalisations.
Outre la plage de températures élevées, la vanne doit également répondre à des contraintes considérables. Dans le cas de l'hélium liquéfié, la température du gaz liquéfié chute jusqu'à -270 °C.
2.4. Fonctionnement de la vanne cryogénique
À l'inverse, si la température descend jusqu'au zéro absolu, le fonctionnement des vannes devient extrêmement difficile. Les vannes cryogéniques relient les canalisations de gaz liquides à l'environnement, et ce à température ambiante. Il peut en résulter une différence de température allant jusqu'à 300 °C entre la canalisation et l'environnement.
2.5. Efficacité des vannes cryogéniques
La différence de température engendre un flux de chaleur de la zone chaude vers la zone froide, ce qui perturbe le fonctionnement normal de la vanne et réduit, dans les cas extrêmes, l'efficacité du système. Ce phénomène est particulièrement préoccupant en cas de formation de glace du côté chaud.
Cependant, dans les applications à basse température, ce processus de chauffage passif est également intentionnel. Il sert à sceller la tige de soupape. Habituellement, cette tige est scellée avec du plastique. Ces matériaux ne résistent pas aux basses températures, mais les joints métalliques haute performance pour les deux pièces, qui se déplacent beaucoup en sens opposé, sont tout simplement très coûteux et quasiment impossibles à réaliser.
2.6. Étanchéité des vannes cryogéniques
Il existe une solution très simple à ce problème ! Il suffit de placer le joint en plastique de la tige de soupape dans un endroit où la température est relativement normale. Cela signifie que le joint de la tige de soupape doit être maintenu à distance du fluide.
2.7. Trois vannes d'isolement rotatives à décalage étanches
Ces décalages permettent l'ouverture et la fermeture de la vanne. Ils génèrent très peu de frottements lors de son fonctionnement. Le couple de serrage de la tige assure une meilleure étanchéité. L'un des défis du stockage du GNL réside dans la formation de cavités piégées. Dans ces cavités, le liquide peut se dilater de manière explosive, jusqu'à plus de 600 fois son volume initial. La vanne d'isolement étanche à trois rotations résout ce problème.
2.8. Clapets anti-retour à simple et double chicane
Ces vannes sont un élément essentiel des équipements de liquéfaction car elles préviennent les dommages causés par un reflux. Le matériau et les dimensions sont des critères importants, car les vannes cryogéniques sont coûteuses. L'utilisation de vannes inadaptées peut avoir des conséquences néfastes.
3. Comment les ingénieurs garantissent-ils l'étanchéité des vannes cryogéniques ?
Les fuites sont très coûteuses si l'on tient compte du coût initial de transformation du gaz en fluide frigorigène. C'est également dangereux.
Un problème majeur des technologies cryogéniques réside dans le risque de fuite au niveau du siège de soupape. Les acheteurs sous-estiment souvent la dilatation radiale et linéaire de la tige par rapport au corps de la soupape. En choisissant la soupape adaptée, ils peuvent éviter ces problèmes.
Notre entreprise recommande l'utilisation de vannes basse température en acier inoxydable. Lors de la manipulation de gaz liquéfié, ce matériau résiste bien aux variations de température.Vannes cryogéniquesIl convient d'utiliser des matériaux d'étanchéité adaptés, capables de résister à une pression allant jusqu'à 100 bars. Par ailleurs, la longueur du chapeau est un facteur déterminant car elle conditionne l'étanchéité du joint de tige.
Date de publication : 13 mai 2020