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Discussion sur soupape
de sureté
Adégilns Longang
• Pourquoi le besoin des soupapes de sureté
• Codes applicables
• Différents types de soupape de sureté
• Soupapes conventionelles non-balancés.
• Soupape conventionelles balancés: Utilisation de Bellows
• Modèles Pilotés
• Disque de rupture
• Bonnes pratiques pour sizing (CDTP, backpressure…)
Ordre du Jour
2
• Protection du personel et des équipements
• Requis par les codes et régulations
• Politiques internes de la companie
Pourquoi avons nous besoin de soupape?
3
• Sortie de procédé bloquée
• Flames externes
• Expansion thermique
Causes communes de supression
4
FULL INPUT FLOW
OUTLET BLOCK
VALVE CLOSED
(FROM COMPRESSOR
OR PUMP)
PRD
Pressure
Vessel
PRD
LIQUID FULL PIPE OR PRESSURE VESSEL
• ASME I (Power Boilers) : Steam drum, Superheater, Economizer
• ASME VIII: Réservoir pressurizé au dessus de 15 psig
• API526 : Standard pour dimensions, pression maximum par tailles d’orifices
• API527 : Standard pour l’étanchéité des soupapes
• API 520 part I : Standard pour dimensionement
Autres:
• NBIC : National Board Inspection Code
Codes applicables
5
• “Pression de design”
• Généralement la pression d’ajustement (set pressure) de la Soupape et ou du disque de rupture
• 15 PSIG et plus
Maximum Allowable Working Pressure (MAWP)
PRV Characteristics Vs. Vessel Requirements
7
Vessel
Pressure
Pressure Vessel
Requirements
Typical Characteristics
of PRVs
110
100
95
90
Allowable
Accumulation
MAWP
Typical Operating
Pressure
Maximum
Overpressure
Simmer
Blowdown
Reseat Pressure
Seat Leakage
Test Pressure
Set Pressure
Maximum
Relieving
Pressure
• Soupape
• Disque de rupture
• Disque de rupture avec Soupape
Différentes méthodes de protection
8
Soupapes
• Ouverture rapide (“pop action”)
• Utilisée sur fluide compressible (gaz, vapeur)
Nomenclatures: “Safety Valve”
10
FULL LIFT
SET
PRESSURE
LIFT
ALLOWABLE
OVERPRESSURE
• Ouverture proportionelles à la surpression
• Utilisée sur les liquides
Nomenclature: “Relief Valve”
11
FULL LIFT
SET
PRESSURE
LIFT
ALLOWABLE
OVERPRESSURE
Nomenclature: “Safety Relief Valve”
12
• Une soupape qui peut fonctionner autant bien
comme “Satety” que comme une “relief” avec une
performance satisfaisante
Soupape à ressort: Non-balancé (dite Coventionelle)
13
Soupape Conventionelle– Siège à Métal
14
Crosby JOS-E Crosby JOS-H-E Crosby H series (section I)
• Maximale à basse pression. Réduite à l’approche du set pressure..
Soupape conventionelle: Étanchéité
15
Soupape Conventionelle – Siège mou
16
API 527 & ASME Section VIII Code
17
Seat Tightness
18
Maximize Production
Output
Soft Goods Limitations (Continuous Contact), °F [°C]
19
Buna-N -65 to +275 [-54 to +135]
Viton® -20 to +400 [-29 to +204]
EPDM -65 to +325 [-54 to +163]
Aflas® -20 to +450 [-20 to +232]
Kalrez ®
0 to +600 [-18 to +316]
Teflon® 23 to +400 [-253 to +264]
Kel-F ®
-423 to +300 [-253 to +149]
Urethane -65 to +300 [-54 to +149]
SS Filled Teflon ®
-423 to +500 [-253 to +260]
Vespel® -423 to +500 [-253 to +260]
PEEK ®
-423 to +515 [-253 to +268]
MATERIAL
Limitation de soupape Conventionelle: Back Pressure
20
Spring
Bonnet
Body
P1
P2
• Diamètre, configuration, longueur de piping etc…
Built-Up Back Pressure
21
Superimposed Back Pressure
22
Effet du Backpressure
Soupape Balancée par l’utilisation de Bellow
24
Conversions de Conventionelle à Balancé avec Bellow
25
• Recommandé si Backpressure représente entre 10-30% du set pressure
Bellows : Limitations
26
Bellows : Limitations
27
Alternative: Balancement du Spindle (tige)
28
ASeat = ASpindle Seal
Spindle Seal
Seat
Exemple: Anderson greenwood serie 81P
• Oscillement
• Claquement violent
• Dommage à la soupape et violation au codes
Autre limitation de modèle à ressort:
Pertes de pression à l’entrée
29
SV Open
FLOW
PV = PS -INLET LOSS
PV
PS
SV Closed
PV = PS
PValve
PSystem
Avantages
• Coût d’achat bas
• Compatibilité chimique plus large
• Haute température
• Généralement préféré en industrie
Limitations
• Étanchéité limité
• Simmer / Blowdown
• Perte de pression à l’entrée
• Backpressure
Soupape conventionelles : Sièges à Métal
32
Avantage additionel du balancement
• Protège parois de guidage, la tige et le ressort
• Set pressure constant
• Capacité plus élevée
Limitations
• Limite de poids supporté par le Bellow
• Coût d’achat plus élevé que modèle non-balancé
Soupape balancé: Siège à métal
33
Avantages
• “simmer minimum avant ouverture”, permet productivité plus élevée
• Durée de vie plus longue (comparée à métal sur métal)
• Réparation plus facile
Limitations
• Temperature
• Compatibilité chimique réduite
Sièges mou: Soupape balancée et non-balancée
34
Soupape pilotée
35
100%
Set
100%
Set
Blowdown
Seat
Relief
Seat
• Contrairement au modèle à ressort, Étanchéité plus élevée en se rapprochant du set pressure
Seating Force
36
75
50
25
0
100
100755025
Direct Spring
Operated PRV
Pilot Operated
PRV
%SEATINGFORCE
% SET PRESSURE
Profitabilité plus élevée
37
%SETPRESSURE
MAWP
100
90
95
Leaks
Bubble Tight
85 OP.
OP.
(SET PRESSURE)
+$
+$ = Increased
Process Output
& Profitability
Or Increased
Storage Vessel
Capacity
Metal-seated
Direct Spring
PRV
Soft-Seated
POPRV
• “Pop Action” (Gaz): Exemple, Anderson greenwood serie 200
• Modulating action (Gaz, liquide, et Mixture)
2 types de modèles pilotés
38
Set0
Pressure
ForceOnMainValvePiston
Closing
Opening
Set0
Pressure
3% Minimum
Blowdown
MainValvePistonLift
100% Lift
Set0Set0
Pressure Pressure
MainValvePistonLift
ForceOnMainValvePiston
100% Lift95% Set Pressure,
Minimum
"Null"
Position
Avatantages du type modulé
39
• Moins de produit gaspillé(+$)
• Aucune émission du pilot, décharge réduite (juste la capacité requise, contrairement au modèle pop action)
• Moins de pollution environnementale
• Aucune émission du pilot, décharge réduite
• Moins de bruit durant la décharge
• Augmentation de la production
• On opère beaucoup plus proche de la pression d’ajustement
• Pas de claquement violent due à la pression de pression à l’entrée
• Moins d’accumulation de matériel dans la tuyauterie de décharge
• Ce qui pourrait sauver des coûts de maintenance à la longue
Dimensions réduites pour diamètre plus élevé
40
25” [64 cm]
245 lbs. [111 kg]
Set 285 psig [19.66 barg]
Pilot Op
Set 70 psig [4.83 barg]
150#
Inlets
45 1/2” [116 cm]
W/O LEVER
500 lbs. [227 kg]
Direct Spring 6R8 [15R20]
• Avec tous les avantages de la POPRV elle doit
surement être plus chère n’est ce pas?
• Pas nécessairement
• Moins pesante
Moins volumineuse (car le pilot est le même pour
toutes les tailles)
Moins de matériel
Autres avantages de la soupape piloté:
Effet du backpressure
42
100
90
80
70
60
50
0 10 20 30 40 50 90 100
%RatedLift
Conventional
Spring Operated
PRV
Pilot Operated PRV
(Standard)
Balanced Bellows
Spring Operated PRV
(Extra Cost)
% OF BACK PRESSURE TO SET PRESSURE
L’effet du backpressure sur la capacité est quasi-non existant sur la soupape piloté
• Service sale
• Perte de pression à l’entrée
Ligne d’impulsion “remote”
43
Integral
Pressure
Sensing
STANDARD
Remote
Pressure
Sensing
OPTIONAL
Disques de ruptures
Disque de rupture avec Soupape
45
• Àvant la soupape
• L’espace entre le disque et la soupape doit être controlé EN TOUT TEMPS
• Capacité de soupape réduite de 10%
• Après la soupape
• Si espace entre disque et soupape controlé, alors une soupape non-balancé
peut être utilisé
• Sinon, faudrait absolument utiliser une soupace balancée
Disque de rupture
46
• < 40 psig [2.76 barg] ---- +/- 2 psig [0.14 barg]
• > 70 psig [4.83 barg] ---- +/-5%
Disque de rupture: Tolérance
47
STAMPED
SET PRESSURE
+5%
-5%
Best Practices
A ne pas Oublier:
• Perte de pression à l’entrée
• Backpressure (Superimposed, ou built-up)
• Correction de température et de pression : CDTP
Best Practices pour sélection adéquates
49
• Test au bench a pression et température ambiante et sur air , gaz, eau
• Correction pour conditions de procédé du client
• Pour soupape conventionelle: Correction appliquée au set pressure moins le superimposed
backpressure
Exemple : Pset = 100 psig. Backpressure constant = 25 psig
Correction appliquée au set pressure d’usine de 100psig-25psig = 75 psig
• Pour soupape Balancée: Correction appliquée sur le set pressure (Pset)
CDTP
50
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Controle et isolation - La sélection d'une soupape de sureté vous donne des maux de tetes par Adegilns Longang, Controles Laurentide

  • 1. Discussion sur soupape de sureté Adégilns Longang
  • 2. • Pourquoi le besoin des soupapes de sureté • Codes applicables • Différents types de soupape de sureté • Soupapes conventionelles non-balancés. • Soupape conventionelles balancés: Utilisation de Bellows • Modèles Pilotés • Disque de rupture • Bonnes pratiques pour sizing (CDTP, backpressure…) Ordre du Jour 2
  • 3. • Protection du personel et des équipements • Requis par les codes et régulations • Politiques internes de la companie Pourquoi avons nous besoin de soupape? 3
  • 4. • Sortie de procédé bloquée • Flames externes • Expansion thermique Causes communes de supression 4 FULL INPUT FLOW OUTLET BLOCK VALVE CLOSED (FROM COMPRESSOR OR PUMP) PRD Pressure Vessel PRD LIQUID FULL PIPE OR PRESSURE VESSEL
  • 5. • ASME I (Power Boilers) : Steam drum, Superheater, Economizer • ASME VIII: Réservoir pressurizé au dessus de 15 psig • API526 : Standard pour dimensions, pression maximum par tailles d’orifices • API527 : Standard pour l’étanchéité des soupapes • API 520 part I : Standard pour dimensionement Autres: • NBIC : National Board Inspection Code Codes applicables 5
  • 6. • “Pression de design” • Généralement la pression d’ajustement (set pressure) de la Soupape et ou du disque de rupture • 15 PSIG et plus Maximum Allowable Working Pressure (MAWP)
  • 7. PRV Characteristics Vs. Vessel Requirements 7 Vessel Pressure Pressure Vessel Requirements Typical Characteristics of PRVs 110 100 95 90 Allowable Accumulation MAWP Typical Operating Pressure Maximum Overpressure Simmer Blowdown Reseat Pressure Seat Leakage Test Pressure Set Pressure Maximum Relieving Pressure
  • 8. • Soupape • Disque de rupture • Disque de rupture avec Soupape Différentes méthodes de protection 8
  • 10. • Ouverture rapide (“pop action”) • Utilisée sur fluide compressible (gaz, vapeur) Nomenclatures: “Safety Valve” 10 FULL LIFT SET PRESSURE LIFT ALLOWABLE OVERPRESSURE
  • 11. • Ouverture proportionelles à la surpression • Utilisée sur les liquides Nomenclature: “Relief Valve” 11 FULL LIFT SET PRESSURE LIFT ALLOWABLE OVERPRESSURE
  • 12. Nomenclature: “Safety Relief Valve” 12 • Une soupape qui peut fonctionner autant bien comme “Satety” que comme une “relief” avec une performance satisfaisante
  • 13. Soupape à ressort: Non-balancé (dite Coventionelle) 13
  • 14. Soupape Conventionelle– Siège à Métal 14 Crosby JOS-E Crosby JOS-H-E Crosby H series (section I)
  • 15. • Maximale à basse pression. Réduite à l’approche du set pressure.. Soupape conventionelle: Étanchéité 15
  • 16. Soupape Conventionelle – Siège mou 16
  • 17. API 527 & ASME Section VIII Code 17
  • 19. Soft Goods Limitations (Continuous Contact), °F [°C] 19 Buna-N -65 to +275 [-54 to +135] Viton® -20 to +400 [-29 to +204] EPDM -65 to +325 [-54 to +163] Aflas® -20 to +450 [-20 to +232] Kalrez ® 0 to +600 [-18 to +316] Teflon® 23 to +400 [-253 to +264] Kel-F ® -423 to +300 [-253 to +149] Urethane -65 to +300 [-54 to +149] SS Filled Teflon ® -423 to +500 [-253 to +260] Vespel® -423 to +500 [-253 to +260] PEEK ® -423 to +515 [-253 to +268] MATERIAL
  • 20. Limitation de soupape Conventionelle: Back Pressure 20 Spring Bonnet Body P1 P2
  • 21. • Diamètre, configuration, longueur de piping etc… Built-Up Back Pressure 21
  • 24. Soupape Balancée par l’utilisation de Bellow 24
  • 25. Conversions de Conventionelle à Balancé avec Bellow 25
  • 26. • Recommandé si Backpressure représente entre 10-30% du set pressure Bellows : Limitations 26
  • 28. Alternative: Balancement du Spindle (tige) 28 ASeat = ASpindle Seal Spindle Seal Seat Exemple: Anderson greenwood serie 81P
  • 29. • Oscillement • Claquement violent • Dommage à la soupape et violation au codes Autre limitation de modèle à ressort: Pertes de pression à l’entrée 29 SV Open FLOW PV = PS -INLET LOSS PV PS SV Closed PV = PS PValve PSystem
  • 30.
  • 31.
  • 32. Avantages • Coût d’achat bas • Compatibilité chimique plus large • Haute température • Généralement préféré en industrie Limitations • Étanchéité limité • Simmer / Blowdown • Perte de pression à l’entrée • Backpressure Soupape conventionelles : Sièges à Métal 32
  • 33. Avantage additionel du balancement • Protège parois de guidage, la tige et le ressort • Set pressure constant • Capacité plus élevée Limitations • Limite de poids supporté par le Bellow • Coût d’achat plus élevé que modèle non-balancé Soupape balancé: Siège à métal 33
  • 34. Avantages • “simmer minimum avant ouverture”, permet productivité plus élevée • Durée de vie plus longue (comparée à métal sur métal) • Réparation plus facile Limitations • Temperature • Compatibilité chimique réduite Sièges mou: Soupape balancée et non-balancée 34
  • 36. • Contrairement au modèle à ressort, Étanchéité plus élevée en se rapprochant du set pressure Seating Force 36 75 50 25 0 100 100755025 Direct Spring Operated PRV Pilot Operated PRV %SEATINGFORCE % SET PRESSURE
  • 37. Profitabilité plus élevée 37 %SETPRESSURE MAWP 100 90 95 Leaks Bubble Tight 85 OP. OP. (SET PRESSURE) +$ +$ = Increased Process Output & Profitability Or Increased Storage Vessel Capacity Metal-seated Direct Spring PRV Soft-Seated POPRV
  • 38. • “Pop Action” (Gaz): Exemple, Anderson greenwood serie 200 • Modulating action (Gaz, liquide, et Mixture) 2 types de modèles pilotés 38 Set0 Pressure ForceOnMainValvePiston Closing Opening Set0 Pressure 3% Minimum Blowdown MainValvePistonLift 100% Lift Set0Set0 Pressure Pressure MainValvePistonLift ForceOnMainValvePiston 100% Lift95% Set Pressure, Minimum "Null" Position
  • 39. Avatantages du type modulé 39 • Moins de produit gaspillé(+$) • Aucune émission du pilot, décharge réduite (juste la capacité requise, contrairement au modèle pop action) • Moins de pollution environnementale • Aucune émission du pilot, décharge réduite • Moins de bruit durant la décharge • Augmentation de la production • On opère beaucoup plus proche de la pression d’ajustement • Pas de claquement violent due à la pression de pression à l’entrée • Moins d’accumulation de matériel dans la tuyauterie de décharge • Ce qui pourrait sauver des coûts de maintenance à la longue
  • 40. Dimensions réduites pour diamètre plus élevé 40 25” [64 cm] 245 lbs. [111 kg] Set 285 psig [19.66 barg] Pilot Op Set 70 psig [4.83 barg] 150# Inlets 45 1/2” [116 cm] W/O LEVER 500 lbs. [227 kg] Direct Spring 6R8 [15R20] • Avec tous les avantages de la POPRV elle doit surement être plus chère n’est ce pas? • Pas nécessairement • Moins pesante Moins volumineuse (car le pilot est le même pour toutes les tailles) Moins de matériel
  • 41.
  • 42. Autres avantages de la soupape piloté: Effet du backpressure 42 100 90 80 70 60 50 0 10 20 30 40 50 90 100 %RatedLift Conventional Spring Operated PRV Pilot Operated PRV (Standard) Balanced Bellows Spring Operated PRV (Extra Cost) % OF BACK PRESSURE TO SET PRESSURE L’effet du backpressure sur la capacité est quasi-non existant sur la soupape piloté
  • 43. • Service sale • Perte de pression à l’entrée Ligne d’impulsion “remote” 43 Integral Pressure Sensing STANDARD Remote Pressure Sensing OPTIONAL
  • 45. Disque de rupture avec Soupape 45
  • 46. • Àvant la soupape • L’espace entre le disque et la soupape doit être controlé EN TOUT TEMPS • Capacité de soupape réduite de 10% • Après la soupape • Si espace entre disque et soupape controlé, alors une soupape non-balancé peut être utilisé • Sinon, faudrait absolument utiliser une soupace balancée Disque de rupture 46
  • 47. • < 40 psig [2.76 barg] ---- +/- 2 psig [0.14 barg] • > 70 psig [4.83 barg] ---- +/-5% Disque de rupture: Tolérance 47 STAMPED SET PRESSURE +5% -5%
  • 49. A ne pas Oublier: • Perte de pression à l’entrée • Backpressure (Superimposed, ou built-up) • Correction de température et de pression : CDTP Best Practices pour sélection adéquates 49
  • 50. • Test au bench a pression et température ambiante et sur air , gaz, eau • Correction pour conditions de procédé du client • Pour soupape conventionelle: Correction appliquée au set pressure moins le superimposed backpressure Exemple : Pset = 100 psig. Backpressure constant = 25 psig Correction appliquée au set pressure d’usine de 100psig-25psig = 75 psig • Pour soupape Balancée: Correction appliquée sur le set pressure (Pset) CDTP 50