Prvs 4a. calcul - approche standard rev5

1. Calculs de soup. de sûr.
Approche standard
Présenté par
David Alexandre
standard

2. Normes
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

3. Normes
▪ Sélectionner la norme requise et applicable selon le marché ou la réglementation correspondant à l’application.
▪ Réglementations du récipient :
▪ ASME B&PV Code (aux USA et tout pays reconnaissant ce code, en général ceux ne disposant pas d’un système de
normalisation et autres organes légiférants sur les applications industrielles).
▪ DESP 2014/68/EU (ex DESP 97/23/EC) – Directive des Equipements Sous Pression (doit être retranscrit en loi(s) dans
chaque pays de l’UE. Applicable au-delà de 0,5 bar.
▪ Normes du récipient :
▪ ASME B&PV Code
▪ Section I – Chaudière de production d’énergie
▪ Section III – Centrales nucléaires
▪ Section VIII division 1 – Cuves sous pression
▪ CEN (Comité Européen de Normalisation)
▪ EN 764 – Équipements sous pression
▪ EN 12952 – Chaudières à tubes d'eau et installations auxiliaires
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

4. Normes
▪ Sélectionner la norme requise et applicable selon le marché ou la réglementation correspondant à l’application.
▪ Réglementations du récipient
▪ Normes du récipient
▪ Normes du dispositive de protection contre les surpressions :
▪ API STD 520 – Part 1: Calcul et sélection
▪ API STD 526 – Soupapes de sûreté à bride
▪ API STD 2000 – Soupape de respiration et basse-pression pour réservoir (vide jusqu’à 1.03 barg)
▪ ISO 4126 – Dispositifs de sûreté pour protéger contre les pressions excessives (pression de début d’ouverture 0.1 barg
et au-delà)
▪ EN 764-7 – Systèmes de sécurité pour équipements sous pression non soumis à la flamme
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

5. Normes
▪ Sélectionner la norme requise et applicable selon le marché ou la réglementation correspondant à l’application.
▪ Réglementations du récipient
▪ Normes du récipient
▪ Normes du dispositive de protection contre les surpressions
▪ Normes de raccordement :
▪ Cela définit la limite pression/température des dispositifs de sûreté..
▪ ASME B16.5 (bride)
▪ EN 1759 (adaption européenne de l’ASME B16.5)
▪ EN 1092 (adaption européenne de l’ex norme de bride DIN 2501)
▪ ISO 7005 (mix entre class et DIN PN)
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

6. Données de décharge
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
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7. Données de décharge
▪ Détermination des données de décharge
▪ Détails du fluide
▪ Gaz
▪ Masse molaire (M) – débit massique
▪ Gravité spécifique (G) – débit volumétrique
▪ Ratio des chaleurs spécifiques Cp/Cv (k)
▪ Facteur de compressibilité (Z) … si possible
▪ Liquide
▪ Gravité spécifique (G)
▪ Viscosité (SSU)
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

8. Données de décharge
▪ Détermination des données de décharge
▪ Détails du fluide
▪ Conditions de décharge
▪ Pression de début d’ouverture
▪ Température de décharge (aux conditions de surpression)
▪ Contre-pression(s)
▪ Débit
▪ W – Débit massique gaz
▪ V – Débit volumique gaz
▪ Q – Débit volumique liquide
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

9. Données de décharge
▪ Détermination des données de décharge
▪ Détails du fluide
▪ Conditions de décharge
▪ Environnement (autant que possible afin de sélectionner la technologie la plus acceptable)
▪ Pression d’exploitation et de calcul (design)
▪ Perte de charge amont et aval
▪ Température d’exploitation et de calcul (design)
▪ Consistance de la décharge (problématique des pompes volumétriques)
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

10. Équations de calcul
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
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11. 11
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
Équations de calcul
▪ Une fois que les normes et données de décharge sont connues, il est alors possible de calculer la surface de
décharge requise selon l’une des équations suivantes :
▪ Débit massique de gaz ou vapeur1
▪ Débit volumique de gaz ou vapeur1 avec masse molaire
▪ Débit volumique de gaz ou vapeur1 avec gravité spécifique
▪ Vapeur d’eau
▪ Débit volumique de liquide (avec coefficient de débit certifié)
▪ Débit volumique de liquide (sans coefficient de débit certifié)
▪ Air
1 : forme gazeuse d’un corps pur qui est habituellement liquide ou solide dans les conditions standards

12. Équations de calcul – gaz ou vapeur – débit massique
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
ASME B&PV Code Section VIII Div. 1
ISO 4126
API STD 520
A =
𝐊 𝐔∗𝐖∗ 𝐓∗𝐙
𝐂∗𝐊∗𝐏𝟏∗𝐊𝐁∗ 𝐌
A =
𝐊 𝐔∗𝐖∗ 𝐓∗𝐙
𝐂∗𝐊𝐃∗𝐏𝟏∗𝐊𝐁∗ 𝐌
A – Aire calculée (cm2) K – Cœfficient de débit déclassé = KD x 0.9
KU – Facteur de correction d’unité = 1.3164 KD – Cœfficient de débit réel
W – Débit requis (kg/h) P1 – Pr. Rel. = PDO + Surpr. + Atm.(bara).
T – Température de relevage (K=°C+273) KB – Facteur de correction de contre-press.
Z – Facteur de compressibilité M – Masse molaire
C – Constante gaz selon facteur Cp/Cv

13. Équations de calcul – gaz ou vapeur – Débit volumique
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
ASME B&PV Code Section VIII Div. 1
ISO 4126
API STD 520
A =
𝐕∗ 𝐓∗𝐙∗𝐌
𝐂∗𝐊∗𝐏𝟏∗𝐊𝐁∗𝐊𝐔𝟏
A =
𝐕∗ 𝐓∗𝐙∗𝐌
𝐂∗𝐊𝐃∗𝐏𝟏∗𝐊𝐁∗𝐊𝐔𝟏
A =
𝐕∗ 𝐓∗𝐙∗𝐆
𝐂∗𝐊∗𝐏𝟏∗𝐊𝐁∗𝐊𝐔𝟐
A =
𝐕∗ 𝐓∗𝐙∗𝐆
𝐂∗𝐊𝐃∗𝐏𝟏∗𝐊𝐁∗𝐊𝐔𝟐
A – Aire calculée (cm2) K – Cœfficient de débit déclassé = KD x 0.9
V – Débit requis (Nm3/hr) KD – Cœfficient de débit réel
T – Température de relevage (K=°C+273) P1 – Pr. Rel. = PDO + Surpr. + Atm.(bara)
Z – Facteur de compressibilité KB – Facteur de correction de contre-press.
M – Masse molaire KU1 – Facteur de correction d’unité = 1.7024
G – Gravité spécifique
C – Constante gaz selon facteur Cp/Cv
KU2 – Facteur de correction d’unité = 0.3165

14. Équations de calcul – Vapeur d’eau
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
ASME B&PVC Sec. VIII D.1
ISO 4126
ASME B&PVC Section I API STD 520
Calcul capacité
A=
𝐖
𝐊 𝐮∗𝐊∗𝐏𝟏∗𝐊𝐛∗𝐊𝐬 𝐡∗𝐊𝐧
Certification capacité
A =
𝐖
𝐊 𝐮∗𝐊∗𝐏 𝟏∗𝐊 𝐛∗𝐊 𝐧
Calcul cap. & certification
A =
𝐖
𝐊 𝐮∗𝐊∗𝐏 𝟏∗𝐊 𝐬𝐡∗𝐊 𝐬𝐜∗𝐊𝐧
Calcul préliminaire de cap.
A =
𝐖
𝐊 𝐮∗𝐊 𝐝∗𝐏 𝟏∗𝐊 𝐛∗𝐊 𝐬𝐡∗𝐊 𝐧
A – Aire calculée (mm2 SI – in2 USCS) P1 - Pr. Rel. = PDO + Surpr. + Atm (mPaa SI – psia USCS)
W – Débit requis (kg/h SI – pd/h USCS) Kb – Facteur corr. CP (pas CP pour ASME Section I)
Ku – Facteur correct. unité = 5.25 SI - 51.5 USCS Ksh – Facteur correction de surchauffe
K – Cœfficient de débit déclassé = KD x 0.9 Kn – Facteur de Napier
Kd – Cœfficient de débit réel Ksc – Facteur de correction de vapeur supercritique

15. Équations de calcul - Liquides – Capacité Volumique (avec coefficient de débit certifié)
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
ASME B&PV Code Section VIII Div. 1
ISO 4126
API STD 520
A =
𝐕∗ 𝐆
𝐊∗𝐊𝐕∗𝐊 𝐖∗ 𝐏 𝟏−𝐏𝟐 ∗𝐊 𝐔
A =
𝐕∗ 𝐆
𝐊 𝐃∗𝐊𝐕∗𝐊𝐖∗ 𝐏 𝟏−𝐏𝟐 ∗𝐊𝐔
A – Aire calculée (cm2) KV – Facteur de correction de viscosité
V – Débit requis (m3/h) KW – Facteur de correction de contre-press.
G – Gravité spécifique P1 – Pr. Rel. = PDO + Surpression (barg)
K – Cœfficient de débit déclassé = KD x 0.9 P2 – Contre-pression (barg)
KD – Cœfficient de débit réel KU – Facteur de correction d’unité = 5.092

16. Équations de calcul - Liquides – Capacité Volumique (sans coefficient de débit certifié)
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
ASME BPVC Section VIII Div. 1
ISO 4126
API STD 520
A = V G0.5 .
KD KP KV KW (P1 - P2)0.5 KU
A – Aire calculée (cm2) KW – Facteur de correction de contre-press.
V – Débit requis (m3/h) P1 – Pr. Rel. = PDO + Surpression (barg)
G – Gravité spécifique P2 – Back pressure (barg)
KD – Cœfficient de débit réel KU – Facteur de correction d’unité = 5.092
KP – Cœff. corr. pour KD non-certifié = 0.65 KV – Viscosity correction factor
KP = 1 si P1=1.25 P
KP = 0.6 si P1=1.1 P

17. Sizing equations - Air
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
ASME BPVC Section VIII Div. 1
ISO 4126
API STD 520
A = V T0.5 .
K KB P1 KU
A = V T0.5 .
KD KB P1 KU
A – Aire calculée (cm2) KD – Cœfficient de débit réel
V – Débit requis (Nm3/hr) KB – Facteur de correction de contre-press.
T – Température de relevage (°K=°C+273) P1 – Pr. Rel. = PDO + Surpr. + Atm.(bara)
K – Cœfficient de débit déclassé = KD x 0.9 KU – Facteur de correction d’unité = 1125

18. Right solution selection
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard
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19. Sélection de la bonne solution
▪ Une fois la surface requise calculée, sélectionner l’orifice publié immédiatement plus large :
▪ Selon le code applicable à la soupape de sûreté.
▪ Par type de design.
▪ Vérifier la limite du couple Pression / Température de la soupape de sûreté sélectionnée (table du fabricant).
▪ Si le couple applicable P/T dépasse les limites P/T de la soupape de sûreté sélectionnée, alors :
▪ Se tourner vers la sélection de soupapes de sûreté multiples (taille d’orifice plus petit).
▪ Se tourner vers une autre technologie de soupape de sûreté.
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

20. Rappel de la norme API Std 526
▪ Responsabilités
▪ L’acheteur est principalement responsable des éléments suivants: :
a. Sélectionner le type de soupape de sûreté et les classes de pression-température requises.
b. Préciser les matériaux qui résistent de façon satisfaisante à la corrosion du fluide et aux conditions ambiantes.
c. Choisir la taille d'orifice minimale requise en fonction des conditions de relevage, découlant de la pleine connaissance
du système de relevage et des exigences des codes et règlementations applicables.
d. Fournir les données de calcul et sélection nécessaires et suffisantes.
▪ Le fabricant est principalement responsable des éléments suivants :
a. Concevoir et fabriquer des soupapes de sûreté pour satisfaire aux exigences de la norme de soupapes de sûreté et
des spécifications de l'acheteur.
b. Publier les capacités de décharge fondées sur des données d'essai certifiées.
c. Aviser l'acheteur de toute non-conformité au cahier des charges de l'acheteur.
d. Vérifier le calcul final à l'aide des surfaces d’orifice réelles du fabricant et du coefficient de décharge certifié.
▪ Exigences contradictoires
Chaque fois que les renseignements figurant sur la fiche technique ou le bon de commande de l'acheteur sont en conflit
avec les dispositions de la norme spécifiée, la fiche technique de l'acheteur ou le bon de commande fait force de loi.
Lorsque des exigences contradictoires existent, le fabricant doit attirer l'attention de l'acheteur.
Calcul de soupapes de sûreté - Approche standard

21. PRV Support SAS
13 rue de l’érable
95540 Méry sur Oise
France
T +33 (0)6 95 21 31 99
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