Conception de robinets à tournant sphérique montés sur tourillon : classes API 6D

1. Qu'est-ce qu'un robinet à tournant sphérique-monté sur tourillon ?

Un robinet à tournant sphérique monté sur tourillon-(type tourillon-) est un robinet quart de tour-dans lequel la bille est maintenue en place par des arbres de tourillon supérieur et inférieur soutenus par des roulements, au lieu de flotter librement entre les sièges. Le tourillon absorbe la poussée générée par la pression de la conduite, de sorte que les sièges n'ont pas besoin de presser la bille contre le siège aval. Cette construction à bille fixe-est la conception de choix pour les grandes tailles (généralement NPS 2 et plus), les classes de pression élevées (classes 150 à 2 500) et les pressions différentielles élevées, où un robinet à bille flottant générerait une charge de siège et un couple de fonctionnement excessifs.

Étant donné que la position de la bille est fixée mécaniquement, la conception du tourillon permet également un double-effet de piston-ou des sièges-auto-soulagés, une fonctionnalité de double blocage et de purge (DBB) et un fonctionnement stable sous des vibrations induites par le débit- -, c'est pourquoi les vannes de pipeline API 6D dans les services de transport de gaz et de brut sont principalement montées sur tourillon-.

2. Principes de conception et construction

Système de support à tourillon: la bille est reliée à des tourillons supérieur et inférieur qui tournent dans des roulements radiaux et de butée à l'intérieur du corps. Les roulements supportent la poussée de pression afin que la bille reste centrée quelle que soit la pression de la ligne, et les surfaces des tourillons sont durcies (par exemple, en acier inoxydable ou allié nitruré) pour la résistance à l'usure.

Sièges à ressort-: les anneaux de siège sont plaqués contre la bille par des ressorts, assurant une première étanchéité à basse pression ; à haute pression, la pression de la conduite elle-même dynamise le joint. Les sièges peuvent être en métal-sur-métal (à face dure-) ou à siège souple-(PTFE, RPTFE, PEEK, nylon), en fonction de la température, du fluide et des exigences de sécurité incendie-.

Etanchéité bidirectionnelle et DBB : avec des sièges à double-piston-effet, la valve assure l'étanchéité dans les deux sens ; un robinet à tournant sphérique peut fournir un double blocage et une isolation de purge -, étanche à la pression de chaque côté pendant que la cavité du corps est purgée vers l'atmosphère.

Styles de corps : corps boulonnés en deux-ou trois-pièces pour un entretien facile, ou conceptions à entrée supérieure-qui permettent le retrait du siège et de la bille sans retirer la vanne de la conduite. La conception de tige anti-éclatement-outre-est standard.

Faible couple de fonctionnement: étant donné que les roulements à tourillon supportent la charge, la bille ne frotte pas contre les sièges sous pleine pression, le couple de fonctionnement est donc nettement inférieur à celui d'une vanne à bille flottante de même calibre -, un avantage clé lors de la sélection d'opérateurs ou d'actionneurs à engrenages manuels.

3. Données techniques et normes

4. Candidatures et sélection

Prestations typiques: pipelines de transport et de distribution de pétrole et de gaz ; isolation des stations de compression et de pompage ; collecteurs de réservoirs de stockage; lignes de traitement de raffinerie et pétrochimiques ; systèmes de gaz à haute-pression, de GNL et cryogéniques (avec capot allongé et matériaux à basse-température) ; et les vannes de sectionnement de la conduite principale où une double isolation et une purge (DBB) sont nécessaires.

Conseils de sélection : (1) choisissez le style de carrosserie en fonction de l'accès de maintenance - entrée supérieure pour les installations enterrées ou-à espace limité ; (2) choisissez le type de siège en fonction de la température et de la classe de sécurité incendie - sièges souples pour une fermeture étanche -à température modérée, des sièges métalliques pour des tâches de sécurité à haute température, érosives ou incendie - ; (3) confirmer les fonctionnalités DBB, anti-statiques et anti-incendie-lorsque les spécifications du pipeline l'exigent (options API 6D) ; (4) vérifier que la norme face à face-à-correspond à la norme de dimensionnement de la ligne ; (5) dimensionner l'actionneur ou l'opérateur à engrenages à partir du couple d'arrachement de la vanne à une pression différentielle maximale avec une marge d'au moins 25 %.

5. Notes d'installation et d'entretien

Soutenez le pipeline de manière à ce que le corps de la vanne et les brides ne soient pas chargés par le poids du tuyau ; gardez la tige verticale ou selon les limites d'orientation du fabricant.

Rincez la ligne avant la mise en service pour protéger les sièges des scories de soudure et des débris.

Faites périodiquement fonctionner la vanne, en particulier en service de gaz propre et sec, pour éviter l'adhérence du siège et de la bille ; suivez le programme de lubrification du fabricant pour les boîtes de vitesses et les roulements.

Sur les vannes à siège métallique-, surveillez l'usure du siège via le test d'étanchéité requis ; les sièges souples doivent être remplacés dès les premiers signes de fuite ou de dommages thermiques.

Pour les vannes équipées de raccords d'injection de produit d'étanchéité, conserver le type de produit d'étanchéité approuvé pour le fluide et la pression disponible dans le stock de maintenance.

Caractéristiques de conception structurelle et sélection des garnitures

Le robinet à bille monté sur tourillon diffère de la conception flottante sur un point structurel : la bille est maintenue en place par deux tourillons, de sorte que la pression de la conduite ne pousse pas la bille sur le siège aval. La charge du siège est assurée par des ressorts et par la pression agissant sur les supports de siège, ce qui signifie que le couple de fonctionnement reste faible et prévisible même à des pressions élevées, et la vanne peut être équipée de sièges à double effet piston qui assurent l'étanchéité dans les deux sens, ou de sièges à piston unique qui assurent un soulagement automatique de la cavité. La configuration à double blocage et purge, dans laquelle le corps de la vanne est doté de deux joints à bille et d'un raccord d'évent entre eux, est le choix standard pour le transport de gaz et d'autres services où la vanne doit isoler la conduite avec la cavité dépressurisée pour la maintenance.

La sélection des garnitures suit les conditions de service. Les corps en acier au carbone avec garniture en acier inoxydable servent aux tâches générales liées au pétrole, au gaz et à l'eau ; l'acier au carbone ou l'acier inoxydable à basse température est spécifié pour le service à froid ; et des matériaux duplex ou super duplex sont utilisés pour le service de l'eau de mer et du chlorure. Les matériaux du siège et du joint, la garniture de tige et le type de joint de corps sont sélectionnés en fonction de la température de conception et du fluide, et la conception coupe-feu avec un siège secondaire en métal est requise lorsque la norme ou l'acheteur l'exige. La fiche technique doit indiquer la pression et la température de conception, le fluide, les connexions d'extrémité selon la norme de bride correspondante et la classe de test, car tous ces éléments déterminent l'équipement et le prix, et leur changement après la fabrication est coûteux.

Le contrôle de la qualité de fabrication est ce qui donne à la conception des tourillons sa réputation de fiabilité. Le corps et les supports de tourillon sont usinés selon des tolérances de concentricité strictes afin que la bille tourne correctement entre les roulements, et les alésages de siège sont usinés dans la même configuration lorsque la conception le permet. La finition de la surface de la bille est contrôlée car les performances d'étanchéité dépendent du contact entre la bille et les anneaux de siège, et la vanne assemblée est testée pour détecter les fuites du siège dans les deux sens aux pressions d'essai de la coque et du siège. Pour un service critique, la vanne est en outre soumise à un test de gaz haute pression, à un test d'émissions fugitives sur le joint de tige ou à un test d'incendie, selon les spécifications. Chacun de ces tests est documenté sur le certificat de test, et les certificats constituent le livrable que l'équipe d'inspection de l'acheteur vérifie avant l'expédition de la vanne. On peut s'attendre à ce qu'une vanne à tourillon qui a satisfait à cette séquence ait une durée de vie longue et sans fuite avec seulement un entretien de routine, c'est pourquoi la conception est spécifiée pour les tâches les plus graves dans les systèmes de pétrole, de gaz et d'eau.

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