Valve en titane et alliage de titane

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La valve en alliage de titane est un concept large, fait référence à la valve dont le corps et les pièces internes sont en alliage de titane ou aux valves dont le matériau du corps est en acier au carbone ou en acier inoxydable, et les pièces internes sont en alliage de titane. Comme nous le savions, le titane est un métal structurel réactif qui réagit facilement avec l'oxygène pour former un film d'oxyde dense et stable à la surface, qui peut réagir avec l'oxygène pour régénérer le film d'oxyde même s'il est endommagé. Il peut résister à l'érosion d'une variété de milieux corrosifs et offre une meilleure solution à la corrosion et à la résistance que celle des vannes en acier inoxydable, en cuivre ou en aluminium.

Les caractéristiques de la valve en alliage de titane

  • Bonne résistance à la corrosion, légèreté et haute résistance mécanique.
  • Il est presque non corrosif dans l’atmosphère, l’eau douce, l’eau de mer et la vapeur d’eau à haute température.
  • Il a une bonne résistance à la corrosion dans l'eau royale, l'eau chlorée, l'acide hypochloreux, le chlore gazeux humide et d'autres milieux.
  • Il est également très résistant à la corrosion en milieu alcalin.
  • Il est très résistant aux ions chlore (CI) et présente une excellente résistance à la corrosion aux ions chlorure.
  • La résistance à la corrosion des acides organiques dépend du degré de réduction ou d'oxydation de l'acide.
  • La résistance à la corrosion dans les acides réducteurs dépend de la présence d'un inhibiteur de corrosion dans le milieu.

 

Les applications de la valve en titane

  • Aérospatial

Les vannes en titane et en alliage de titane peuvent être largement utilisées dans le domaine aérospatial en raison de leur rapport de résistance élevé et de leur résistance à la corrosion. La vanne de régulation Ti-6Al-4V en titane pur et en alliage de titane, la vanne d'arrêt, le clapet anti-retour, le robinet à pointeau, le robinet à boisseau sphérique, le robinet à bille, le robinet papillon, etc. sont largement utilisés dans les pipelines d'avions.

  • Industrie chimique

Parfois, dans le chlore-alcali, le sel, l'ammoniac synthétique, l'éthylène, l'acide nitrique, l'acide acétique et un autre environnement à forte corrosion, la vanne en alliage de titane qui a une meilleure résistance à la corrosion peut remplacer les métaux courants tels que l'acier inoxydable, le cuivre, l'aluminium, en particulier dans le contrôle et réglementation du pipeline.

  • Navires de guerre

La Russie est l'un des premiers pays au monde à utiliser un alliage de titane pour ses navires de guerre. Des années 1960 aux années 1980, la Russie a produit une série de sous-marins d’attaque utilisant un grand nombre de tuyaux et de vannes en alliage de titane dans son système d’eau de mer.

  • Centrale électrique

La plupart des centrales nucléaires sont construites sur la côte et les vannes en titane sont utilisées dans les projets nucléaires en raison de leur excellente résistance à la corrosion de l'eau de mer. Les types comprennent une soupape de sécurité, un réducteur de pression, un robinet à soupape, une vanne à membrane, un robinet à tournant sphérique, etc.

De plus, en tant qu'équipement spécial de contrôle des fluides de milieu et d'environnement, les vannes en titane sont également utilisées dans l'industrie du papier, la fabrication alimentaire et pharmaceutique et d'autres domaines.

 

 

 

Le robinet à soupape dans l'application d'ammoniac

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L'ammoniac est une matière première importante pour la fabrication d'acide nitrique, de sel d'ammonium et d'amine. L'ammoniac est un gaz à température ambiante et peut être liquéfié sous pression. La plupart des métaux tels que l'acier inoxydable, l'aluminium, le plomb, le magnésium, le titane, etc. ont une excellente résistance à la corrosion du gaz ammoniac, de l'ammoniac liquide et de l'eau ammoniaquée. La fonte et l'acier au carbone ont également une bonne résistance à la corrosion du gaz ammoniac ou de l'ammoniac liquide, le taux de corrosion est généralement inférieur à 0,1 mm/an, de sorte que les équipements de production et de stockage d'ammoniac sont généralement en acier du point de vue du coût.

Le clapet anti-retour, le robinet à soupape, le robinet à bille et d'autres vannes peuvent être utilisés dans les systèmes de tuyauterie d'ammoniac et d'ammoniac liquide. Ces vannes ramènent la pression du gaz à un niveau sûr et la transmettent au système de service via d'autres vannes. Parmi eux, le plus couramment utilisé est le robinet à soupape. Le robinet à soupape d'ammoniac est une sorte de vanne à fermeture forcée, c'est-à-dire que lorsque la vanne est fermée, la pression doit être appliquée sur le disque afin que la surface d'étanchéité soit sans fuite.

Lorsque le fluide pénètre dans la vanne par le dessous du disque, il est nécessaire de surmonter le frottement de la tige et de la garniture ainsi que la pression du fluide. La force de fermeture de la vanne est supérieure à celle de l'ouverture de la vanne, le diamètre de la tige doit donc être grand ou la tige doit être courbée. Le débit du robinet à soupape auto-obturant pour gaz ammoniac se fait généralement de haut en bas, c'est-à-dire que le fluide pénètre dans la cavité de la vanne depuis le haut du disque, puis sous la pression du fluide, la force de fermeture de la vanne est faible et l'ouverture de la vanne est grand, le diamètre de la tige peut être réduit en conséquence. Lorsque le robinet à soupape est ouvert, lorsque la hauteur d'ouverture du disque est de 25% ~ 30% du diamètre nominal, le débit a atteint le maximum, indiquant que la vanne a atteint la position complètement ouverte. Par conséquent, la position complètement ouverte du robinet à soupape doit être déterminée par la course du disque. Alors, quelles sont les caractéristiques des vannes à soupape pour les applications d'ammoniac ?

  • Le cuivre réagit avec l’ammoniac gazeux et l’ammoniac pour former des complexes solubles et produire une dangereuse fissuration par corrosion sous contrainte. Dans l’environnement ammoniaqué, même des traces d’ammoniac peuvent provoquer une corrosion sous contrainte dans l’atmosphère. Les vannes en cuivre et en alliage de cuivre ne conviennent généralement pas aux applications avec ammoniac.
  • Le robinet à soupape d'ammoniac est de conception conique à tige montante par rapport au robinet à soupape commun. Sa surface d'étanchéité est principalement en alliage Babbitt et le corps de la vanne est en acier inoxydable CF8 ou en acier au carbone de haute qualité WCB pour être utilisé selon les exigences maximales, peut résister à la corrosion par l'ammoniac et aux basses températures jusqu'à -40 ℃.
  • La conception de la face à rainure et languette du raccord à bride garantit des performances d'étanchéité fiables même lorsque la pression du pipeline fluctue.
  • Un matériau d'étanchéité multicouche en PTFE (PTFE) ou en alliage Babbitt et une garniture souple composite en PTFE+ butanol + ressort) garantissent que la boîte à garniture de la vanne est exempte de fuites pendant toute la durée de vie.
  • Des joints lisses en PTFE, des joints enroulés en acier inoxydable + graphite, des joints enroulés en acier inoxydable + PTFE sont également recommandés pour les vannes à ammoniac.

 

Le volant du robinet à soupape d'ammoniac est généralement peint en jaune pour le distinguer des robinets destinés à d'autres applications. De plus, des clapets anti-retour verticaux et des clapets anti-retour à levage sont également disponibles pour les applications d'ammoniac. Leurs disques montent et descendent en fonction de la pression différentielle du fluide et de leur propre poids, arrêtant automatiquement le fluide à contre-courant et protégeant l'équipement en amont, adaptés à la plupart des réservoirs d'ammoniac sur la canalisation horizontale.

 

Vanne de blocage d'urgence (EBV) pour raffinerie

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La vanne de blocage d'urgence est également connue sous le nom de vanne d'arrêt d'urgence (ESDV) ou de vanne d'isolement d'urgence (EIV). API RP 553, spécification des vannes et accessoires de raffinerie pour les systèmes instrumentés de contrôle et de sécurité, définit la vanne de sectionnement d'urgence comme suit : « Les vannes de sectionnement d'urgence sont conçues pour contrôler un incident dangereux. Il s'agit de vannes d'isolement d'urgence conçues pour arrêter la libération incontrôlée de matières inflammables ou toxiques. Toute vanne située dans la zone d'incendie manipulant un liquide inflammable doit être à l'épreuve du feu.

Généralement, un robinet à tournant sphérique à siège métallique, vanne à vanne, vanne papillon peut être utilisée comme EBV pour couper ou isoler. Il est généralement installé entre la source de pression d'entrée et le régulateur. Lorsque la pression du système protégé atteint une valeur spécifiée, la vanne sera rapidement fermée, coupée ou isolée pour éviter l'apparition d'incendies, de fuites et d'autres accidents. Il convient au stockage, au transport, etc. de gaz, de gaz naturel, de gaz de pétrole liquéfié et d'autres gaz combustibles.

La vanne de blocage d'urgence est installée sur les canalisations d'entrée et de sortie du réservoir sphérique d'hydrocarbures liquéfiés. L'API 2510 « Conception et construction d'installations de gaz de pétrole liquéfié (GPL) » prévoit que le robinet de sectionnement du pipeline d'hydrocarbures liquéfiés doit être aussi proche que possible du corps du réservoir, de préférence près de la bride de sortie du tuyau de la paroi du réservoir pour une utilisation et une maintenance faciles. . Lorsqu'un réservoir d'hydrocarbures liquéfiés de 38 m³ (10 000 gal) est en feu pendant 15 min, toutes les vannes de sectionnement situées dans la canalisation sous le niveau de liquide le plus élevé du réservoir doivent pouvoir se fermer automatiquement ou fonctionner à distance. Le système de commande des vannes de sectionnement doit être coupe-feu et actionné manuellement. L'API RP2001 « prévention des incendies dans les raffineries de pétrole » exige explicitement que « des vannes d'arrêt d'urgence soient installées au niveau des buses en dessous du niveau de liquide des conteneurs contenant une grande quantité de liquide inflammable.

L'API RP553 spécifie les principes de base du réglage des vannes de sectionnement d'urgence pour les compresseurs, les pompes, les fours de chauffage, les conteneurs, etc. Cela est étroitement lié à la taille du volume de l'équipement, du fluide, de la température, ainsi qu'à la puissance et à la capacité de la pompe. Selon les exigences et les cas de conception, la vanne d'arrêt d'urgence EBV doit être installée sur la conduite de sortie (ou d'entrée) adjacente à l'équipement à haut risque d'incendie et entièrement isolée pour arrêter le rejet de matières inflammables ou toxiques. La vanne de blocage d'urgence est généralement requise pour les équipements à incendie élevé et les zones d'incendie.

 

L'équipement de tir puissant comprend :

Un conteneur de plus de 7,571 m (2 000 gallons) ;

Réservoirs de stockage de GPL de plus de 15,5 m (4 000 gallons) ;

Un récipient ou un échangeur de chaleur dont la température interne du liquide combustible dépasse 315 ℃ ou dont la température a dépassé la combustion spontanée ;

La capacité de transport de liquides combustibles tels que les hydrocarbures dépasse 45 m/h ;

La puissance du compresseur de gaz combustible est supérieure à 150 kW ;

Un four de chauffage dans lequel un liquide combustible est chauffé à travers un tube de four ;

La pression interne est supérieure à 3,45 MPa et le mode est un réacteur à hydrocarbures exothermique.

Zone de feu:

Une zone située à moins de 9 m horizontalement ou 12 m verticalement d'un équipement à haut risque d'incendie ;

La zone à moins de 9 m du réservoir sphérique contenant un milieu combustible, etc.

Qu'est-ce que la bride auto-serrante haute pression (bride Grayloc) ?

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La bride auto-serrante haute pression est un connecteur serré pour les processus haute pression (1500CL-4500CL), haute température et hautement corrosifs. Il est scellé par l’élasticité d’un anneau métallique réutilisable. Elle est plus légère que la bride universelle mais a un meilleur effet d'étanchéité, économisant du poids et de l'espace, du temps et des coûts de maintenance. Il est largement utilisé dans l'exploitation pétrochimique, pétrolière et gazière, la production de gaz industriel, le raffinage du pétrole, la transformation des aliments, l'industrie chimique, l'ingénierie environnementale, l'énergie minérale et nucléaire, l'aérospatiale, la construction navale, le traitement des carburants synthétiques, l'oxydation et la liquéfaction du charbon et d'autres domaines. Les connecteurs GRAYLOC sont reconnus comme la norme de production pour les connexions de tuyauterie et de cuve de service critique.

La bride auto-serrante haute pression est composée d'une pince à segment, d'un moyeu soudé bout à bout, d'une bague d'étanchéité et d'un boulon. Par rapport à la bride d'étanchéité souple conventionnelle, c'est-à-dire la déformation plastique du joint pour obtenir l'étanchéité, la bride auto-serrante à haute pression dépend de la déformation élastique du moyeu de la bague d'étanchéité (bras en T) pour sceller, c'est-à-dire le joint métal sur métal. La combinaison du joint, du collier et de la bague d'étanchéité rend la résistance du joint bien supérieure à la résistance du matériau à base de tuyau. Une fois pressé, l'élément d'étanchéité est scellé non seulement par la force exercée par la connexion externe, mais également par la pression du fluide lui-même. Plus la pression moyenne est élevée, plus la force de compression exercée sur l'élément d'étanchéité est importante.

Bague d'étanchéité en métal : La bague d'étanchéité est la partie centrale de la bride auto-serrante haute pression et sa section transversale a approximativement la forme d'un « T ». La bague d'étanchéité est serrée par la face d'extrémité de deux ensembles de moyeux pour former un tout avec le tube de base, ce qui améliore considérablement la résistance des pièces de connexion. Les deux bras de la section en forme de « T », c'est-à-dire la lèvre d'étanchéité, qui génère une surface conique interne de la zone d'étanchéité avec la douille, qui s'étend librement pour former l'étanchéité sous l'action de forces extérieures (dans la limite d'élasticité).

Moyeu : une fois les deux joints du moyeu serrés, la force est exercée sur la bague d'étanchéité et la lèvre d'étanchéité s'écarte de la surface d'étanchéité intérieure du moyeu. Une telle élasticité déviante renvoie la charge de la surface d'étanchéité à l'intérieur du moyeu vers la lèvre de la bague d'étanchéité, formant un joint élastique auto-amélioré.

Pince : la pince peut être ajustée librement dans une direction à 360° pour une installation facile.

Écrou/boulon à face sphérique : en général, chaque jeu de brides auto-serrantes haute pression n'a besoin que de quatre jeux de boulons sphériques haute pression pour obtenir la résistance globale.

 

La particularité d'une bride auto-serrante haute pression

  • Bonne résistance à la traction : dans la plupart des cas, la bride auto-serrante haute pression du raccord peut mieux résister à la charge de traction que le tuyau lui-même. Le test destructif prouve que la bride est toujours intacte et sans fuite après la rupture du tuyau sous charge de traction.
  • Bonne résistance à la corrosion : différents matériaux de bride peuvent répondre aux exigences particulières de protection contre la corrosion de différents environnements.
  • Bonne résistance à la flexion : un grand nombre de tests montrent que cette bride ne fuira pas et ne se desserrera pas lorsqu'elle est soumise à une charge de flexion importante. Les tests réels montrent que la bride auto-serrante haute pression DN15 a été soumise à de nombreux coudes à froid dans la canalisation et que ses joints ne présentent aucune fuite ni desserrage.
  • Bonne résistance à la compression : la bride auto-serrante haute pression ne supportera pas la compression de surcharge dans le pipeline normal ; La charge maximale de la bride pour des charges de compression plus élevées est déterminée par la résistance ultime du tuyau.
  • Bonne résistance aux chocs : petite taille, structure compacte, peut résister à l'impact que la bride haute pression traditionnelle ne peut pas résister ; Le joint métal sur métal améliore considérablement sa résistance aux chocs.

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Le débit du fluide commun à travers une vanne

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Le débit et le débit de la vanne dépendent principalement de la taille, de la structure, de la pression, de la température et de la concentration du fluide, de la résistance et d'autres facteurs. Le débit et le débit sont interdépendants, dans la condition d'une valeur de débit constante, lorsque le débit augmente, la zone de l'orifice de la vanne est petite et la résistance du fluide est grande, ce qui conduit à ce que la vanne soit facile à endommager. Un débit important produira de l'électricité statique dans les milieux inflammables et explosifs ; Cependant, un faible débit signifie une faible efficacité de production. Il est recommandé de choisir un faible débit (0,1-2 m/s) en fonction de la concentration pour les fluides volumineux et explosifs comme le pétrole.

Le but du contrôle du débit dans la vanne r est principalement d'empêcher la génération d'électricité statique, qui dépend de la température et de la pression critiques, de la densité et des propriétés physiques du fluide. En général, connaissant le débit et le débit de la vanne, vous pouvez calculer la taille nominale de la vanne. La taille de la vanne est la même structure, la résistance aux fluides n'est pas la même. Dans les mêmes conditions, plus le coefficient de résistance de la vanne est grand, plus le débit traversant la vanne est important et plus le débit est faible ; Plus le coefficient de traînée est petit, moins le débit traverse la vanne. Voici le débit d'un fluide courant à travers la vanne pour votre référence.

Moyen Taper Conditions Vitesse d'écoulement, m/s
Vapeur Vapeur saturée DN > 200 30~40
DN=200~100 25~35
DN < 100 15~30
Vapeur surchauffée DN > 200 40~60
DN=200~100 30~50
DN < 100 20~40
Vapeur basse pression P < 1,0 (pression absolue) 15~20
Vapeur moyenne pression P = 1,0 ~ 4,0 20~40
Vapeur haute pression P = 4,0 ~ 12,0 40~60
Gaz Gaz comprimé (Pression relative) Vide 5～10
P≤0,3 8 ~ 12
Ρ=0,3～0,6 10～20
Ρ=0,6～1,0 10～15
Ρ=1,0～2,0 8 ~ 12
Ρ=2,0～3,0 3~6
Ρ=3,0～30,0 0,5～3
Oxygène (pression relative) Ρ=0～0,05 5～10
Ρ=0,05～0,6 7 ~ 8
Ρ=0,6～1,0 4~6
Ρ=1,0～2,0 4~5
Ρ=2,0～3,0 3～4
Gaz de houille   2,5～15
Gaz Mond (Pression relative) Ρ=0,1～0,15 10～15
Gaz naturel   30
Azote gazeux (pression absolue) Vide/Ρ=5~10 15～25
Gaz ammoniac (pression relative) Ρ＜0,3 8～15
Ρ＜0,6 10～20
Ρ≤2 3～8
Autre support Gaz acétylène P < 0,01 3～4
P < 0,15 4~8
P < 2,5 5
Chlorure Gaz 10～25
Liquide 1.6
 Hydrure de chlore Gaz 20
Liquide 1.5
ammoniac liquide (pression relative) Vide 0,05～0,3
Ρ≤0,6 0,3～0,8
Ρ≤2,0 0,8 ～ 1,5
Hydroxyde de sodium (Concentration) 0 ~ 30% 2
30%~50% 1.5
50% ~ 73% 1.2
Acide sulfurique 88% ~ 100% 1.2
acide hydrochlorique / 1.5
 

Eau

 Eau à faible viscosité (pression relative) Ρ=0,1～0,3 0,5～2
Ρ≤1,0 0,5～3
Ρ≤8,0 2～3
Ρ≤20~30 2～3,5
Réseau de chauffage eau en circulation 0,3～1
Eau de condensation Auto-flux 0,2～0,5
Eau de mer, eau légèrement alcaline Ρ＜0,6 1,5～2,5

 

Le coefficient de résistance au débit et la perte de pression pour la vanne

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La résistance des vannes et la perte de pression sont différentes mais elles sont si étroitement liées que pour comprendre leur relation, vous devez d'abord comprendre le coefficient de résistance et le coefficient de perte de pression. Le coefficient de résistance au débit dépend des différentes structures de débit, de l'ouverture de la vanne et du débit moyen, et est une valeur variable. D'une manière générale, la structure fixe de la vanne dans un certain degré d'ouverture est un coefficient de débit fixe, vous pouvez calculer la pression d'entrée et de sortie de la vanne en fonction du coefficient de débit, c'est la perte de pression.

Le coefficient de débit (coefficient de décharge) est un indice important pour mesurer la capacité de débit de la vanne. Il représente le débit lorsque le fluide est perdu par unité de pression à travers la vanne. Plus la valeur est élevée, plus la perte de pression lorsque le fluide traverse la vanne est faible. La plupart des fabricants de vannes incluent les valeurs du coefficient de débit des vannes de différentes classes de pression, types et tailles nominales dans leurs spécifications de produits pour la conception et l'utilisation. La valeur du coefficient de débit varie en fonction de la taille, de la forme et de la structure de la vanne. De plus, le coefficient de débit de la vanne est également affecté par l'ouverture de la vanne. Selon les différentes unités, le coefficient de débit a plusieurs codes et valeurs quantitatives différents, parmi lesquels les plus courants sont :

 

  • Coefficient de débit Cv : Débit à une chute de pression de 1 psi lorsque l'eau s'écoule à travers la vanne à 15,6 °c (60 °f).
  • Coefficient de débit Kv : Le débit volumique lorsque le débit d'eau entre 5 ℃ et 40 ℃ génère une chute de pression de 1 bar à travers la vanne.

Cv=1,167Kv

La valeur Cv de chaque vanne est déterminée par la section transversale du flux solide.

Le coefficient de résistance de la vanne fait référence à la perte de résistance du fluide à travers la vanne, qui est indiquée par la chute de pression (pression différentielle △P) avant et après la vanne. Le coefficient de résistance de la vanne dépend de la taille de la vanne, de la structure et de la forme de la cavité, et dépend davantage de la structure du disque et du siège. Chaque élément de la chambre du corps de vanne peut être considéré comme un système de composants (retournement, expansion, retrait, retour du fluide, etc.) qui génèrent une résistance. Ainsi, la perte de pression dans la vanne est approximativement égale à la somme des pertes de pression des composants de la vanne. En général, les circonstances suivantes peuvent entraîner une augmentation du coefficient de résistance de la vanne.

  • Le port de la valve est soudainement élargi. Lorsque l'orifice est soudainement agrandi, la vitesse de la partie fluide est consommée dans la formation de courants de Foucault, l'agitation et le chauffage du fluide, etc. ;
  • L'expansion progressive de l'orifice de la vanne : lorsque l'angle d'expansion est inférieur à 40 °, le coefficient de résistance du tube rond à expansion progressive est inférieur à celui de l'expansion soudaine, mais lorsque l'angle d'expansion est supérieur à 50 °, le coefficient de résistance augmente de 15% ~ 20% par rapport à l'expansion soudaine.
  • L'orifice de la valve se rétrécit soudainement.
  • Le port de la valve tourne en douceur et même dans les coins.
  • Connexion conique symétrique du port de vanne.

 

En général, les robinets à tournant sphérique et les robinets-vannes à passage intégral ont la moindre résistance aux fluides en raison de l'absence de rotation et de réduction, presque de la même manière que le système de tuyauterie, qui est le type de vanne qui offre la plus excellente capacité de débit.