1. Considérations relatives à la sélection de la connexion d'extrémité de la vanne
Une fois la vanne dimensionnée, mais avant de pouvoir être sélectionnée, les raccordements d'extrémité de la vanne doivent être spécifiés.
Le type de connexion d'extrémité pour une vanne spécifique doit être sélectionné en tenant compte des valeurs nominales de pression/température, des matériaux, de la fréquence de montage et de démontage. De plus, les connexions d'extrémité sur les vannes doivent correspondre à la conception et aux spécifications de la tuyauterie, les forces de tuyauterie qui agiront sur le corps de la vanne doivent être prises en compte. Le but des raccordements d'extrémité est d'assurer des raccordements rigides et sans fuite entre le tuyau et la vanne.
Il existe trois méthodes courantes de connexion des vannes aux canalisations et aux raccords : connexion d'extrémité à bride, filetée et soudée.
Pour le service général, la sélection du raccord d'extrémité de vanne est une simple question de savoir si le type de raccord d'extrémité sélectionné est disponible pour le type de vanne requis. Mais lors de l'examen des services exigeants, tous les facteurs ci-dessus et certains autres spécifiques à certaines applications doivent être pris en considération. Cela peut impliquer de prendre en compte des facteurs tels que l'érosion, la corrosion, la toxicité, la contamination, les risques d'incendie, les risques pour la santé humaine, etc.
Les connexions d'extrémité sur les vannes sont généralement spécifiées par l'ingénieur de conception de tuyauterie et il est préférable de faire correspondre les spécifications de conception de tuyauterie. Cependant, le concepteur de la tuyauterie ne détermine pas les forces générées dans la tuyauterie par l'action de la vanne et doit en être informé par l'ingénieur de la vanne. Les raccords d'extrémité de vanne appropriés peuvent ensuite être sélectionnés en fonction de la résistance requise pour maintenir la contrainte d'étanchéité du joint dans toutes les conditions de fonctionnement et du degré d'étanchéité du joint en tenant compte :
2. Raccordement à bride
Le type de connexion à bride correspond aux connexions les plus faciles à installer ou à désinstaller d'un pipeline. Ce sont sans doute les connexions d'extrémité les plus couramment utilisées à l'heure actuelle.
Ceux-ci sont généralement disponibles dans des tailles à partir de 1/2" (DN15). Un point important à mentionner à propos de ces types de connexions d'extrémité est qu'elles sont fixées avec des boulons, où le nombre de boulons varie de 4 à 8, jusqu'à 12 et 16 pour une taille nominale plus élevée. Pour cette raison, ce type de connexion nécessite un couple de serrage inférieur à celui requis par une connexion à extrémité filetée. Par conséquent, les connexions d'extrémité à bride peuvent être utilisées efficacement pour divers types de vannes. Comme ceux-ci sont fixés aux brides des tuyaux, leur montage ou démontage est rapide et facile.
Pour assurer une étanchéité parfaite, un joint est généralement installé entre le parement usiné des brides. Le type de joint peut être non métallique, métallique ou une combinaison de matériaux non métalliques/métalliques, dépend des conditions de service et du type de bride.
Il existe plusieurs types de brides les plus largement utilisées aujourd'hui : bride à face surélevée - RF, bride à face plate - FF, bride à joint annulaire - RTJ.
2.1 Bride à face surélevée – RF
Le type le plus couramment utilisé dans les applications d'usine de traitement sont les brides à face surélevée. Cette bride est préférée en raison de ses surfaces d'étanchéité surélevées au-dessus de la face du cercle de boulonnage, comme le montre la figure 2. Cette conception permet l'utilisation d'une large combinaison de conceptions de joints, y compris les types de feuilles annulaires plates et les composites métalliques tels que les types enroulés en spirale et à double enveloppe.
L'intention de conception de la bride RF est de concentrer plus de pression sur une zone de joint plus petite et d'augmenter ainsi la capacité de confinement de la pression du joint.
2.2 Face plate – FF
La bride à face plate – FF (Fig.3) a une surface de joint qui est dans le même plan que la face du cercle de boulonnage. Les applications utilisant des brides à face plate sont fréquemment celles dans lesquelles la contre-bride ou le raccord à bride est fabriqué à partir d'un moulage (par exemple, vannes en bronze et en fer). De plus, selon ASME B31.1, lors du raccordement de brides en fonte à face plate à des brides en acier au carbone, la face surélevée de la bride en acier au carbone doit être retirée et un joint d'étanchéité complet est requis.
En général, il est important de noter qu'aucun de ces trois types de brides les plus utilisés n'est interchangeable entre les types.
2.3 Un joint de type annulaire - RTJ
Un joint de type annulaire peut également avoir une face d'étanchéité surélevée, la différence étant la rainure annulaire usinée dans cette face. Cette rainure accueillera un joint annulaire en acier pour l'accouplement de la bride.
Les brides RTJ sont utilisées dans les applications à haute pression, généralement pour les températures nominales #600 et supérieures et/ou supérieures à 800°F. Pour le joint, il s'agit d'une bague de style R largement utilisée qui est fabriquée conformément à la norme ASME B16.20 utilisée avec les brides ASME B16.5. Les joints de type R (Fig.5) sont principalement de forme ovale mais il existe également des configurations octogonales.
3 Connexion à vis
La majorité des vannes avec raccords vissés sont fabriquées avec des filetages femelles, bien que pour certaines applications spéciales, elles puissent être livrées avec d'autres types de raccords vissés.
Les raccords à vis sont principalement utilisés dans les petites vannes, offrent plus d'économie que les extrémités à bride. Il est largement utilisé pour les vannes en bronze/laiton et dans une moindre mesure dans les vannes en fer et en acier. Les filetages généralement spécifiés sont des filetages femelles coniques NPT (ou BSPT qui diffère légèrement par l'angle de conicité de 55⁰ au lieu de 60⁰ comme c'est le cas pour le NPT) sur le corps de la vanne.
Alors que le NPT applique des connexions coniques à coniques, le joint étanche à la pression est réalisé sur les filetages, il existe des filetages NPS qui se présentent sous la forme de connexions parallèles à parallèles. Pour la connexion NPS, le joint étanche à la pression est réalisé en comprimant un passe-fil ou un joint contre la face d'extrémité d'une vanne.
Le style de connexion à vis est généralement limité aux vannes ne dépassant pas 2" (dans de rares cas jusqu'à 6"), n'est pas recommandé pour un service à température élevée. La maintenance de la vanne peut être compliquée par des connexions d'extrémité vissées s'il est nécessaire de retirer le corps de la canalisation car la vanne ne peut pas être retirée sans casser un joint à bride ou un raccord union pour permettre de dévisser le corps de la vanne de la canalisation.
4 Connexion d'extrémité soudée
Les extrémités soudées des vannes sont étanches à toutes les pressions et températures en tant que pression/température du matériau de la vanne et sont généralement utilisées pour les vannes de diamètre plus élevé. Les extrémités à souder sont disponibles en deux styles de soudage par emboîtement - SW et soudage bout à bout - BW.
4.1 Embout à souder – SW
Les extrémités SW (comme indiqué sur la figure 7) sont préparées en perçant dans chaque extrémité de la vanne une douille avec un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur du tuyau. Le tuyau glisse dans la douille où il bute contre un épaulement, puis se joint à la vanne avec une soudure d'angle. Les extrémités SW dans une taille donnée sont dimensionnellement les mêmes quel que soit le programme de tuyauterie.
4.2 Embout à souder - BW
Les extrémités BW sont préparées en biseautant chaque extrémité de la vanne pour correspondre à un biseau similaire sur le tuyau. Les deux extrémités sont ensuite aboutées au pipeline et jointes par une soudure à pénétration complète. Ce type de joint est utilisé sur tous les styles de vannes et la préparation de l'extrémité doit être différente pour chaque programme de tuyaux.
Les extrémités à souder ne sont utilisées que sur les vannes en acier, normalement dans les tailles 2" et vers le haut, pour les applications pression/température plus élevées dans les canalisations qui ne nécessitent pas de démontage fréquent.
En général, les vannes à extrémité soudée sont plus difficiles à retirer de la ligne et sont évidemment limitées aux matériaux pouvant être utilisés, leur coût initial est donc plus économique que dans d'autres types de connexions.