Causes des fuites des vannes papillon et solutions correspondantes

Les vannes papillon sont largement utilisées dans des secteurs tels que le traitement de l'eau, le pétrole et le gaz, le CVC et le traitement chimique en raison de leur conception compacte, de leur débit efficace et de leur contrôle économique.

Cependant, l'un des problèmes les plus courants avecvannes papillonIl s'agit d'une fuite. Les fuites peuvent être internes (au niveau du siège de soupape) ou externes (autour de la tige ou du corps de soupape). Elles peuvent être mineures ou importantes, entraînant une baisse d'efficacité du système, des risques graves pour la sécurité, des problèmes environnementaux ou des arrêts de production coûteux.
Par conséquent, il est essentiel de comprendre les causes profondes de ces fuites et de mettre en œuvre des solutions efficaces pour garantir le bon fonctionnement des vannes.

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Types de fuites de vannes papillon

Avant d'aborder les causes et les solutions, commençons par classifier les fuites courantes des vannes papillon :
a. Fuite interne : Le fluide traverse la soupape lorsqu'elle est en position fermée, ce qui indique que le siège ou le disque de la soupape ne peut pas former un joint étanche.
b. Fuite externe : Le fluide s'échappe du corps de la vanne, généralement autour de la tige de la vanne, du joint ou du raccord à bride, compromettant l'étanchéité.

Les deux types de fuites peuvent provenir de facteurs liés à la conception, à l'installation, au fonctionnement ou à la maintenance.
Nous allons explorer ci-dessous les principales causes et les solutions correspondantes pour chaque type de fuite.

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1. Joints usés ou endommagés

Une cause fréquente de fuite interne est la dégradation des composants d'étanchéité des vannes (tels que les revêtements élastiques ou les sièges métalliques).

1.1 Causes

- Dégradation des matériaux : Une exposition prolongée à des liquides corrosifs, à des températures élevées ou à des rayonnements ultraviolets peut entraîner le durcissement, la fissuration ou la perte d'élasticité des joints.

- Milieux abrasifs : Les fluides contenant du sable, du gravier ou d'autres particules corroderont les joints au fil du temps.

Vieillissement : Même dans des conditions peu exigeantes, les joints se détériorent naturellement avec le temps, réduisant ainsi leur capacité à s’ajuster au disque de la soupape. Ce phénomène est inévitable.

Couple excessif : Le couple des actionneurs électriques, pneumatiques ou autres sélectionnés est trop important, et le disque de la vanne exerce une pression excessive sur le siège de la vanne lors de la fermeture, ce qui peut entraîner la déformation, voire la déchirure, de ce dernier. Même en fonctionnement manuel, un couple excessif appliqué aux vannes papillon de grand diamètre peut provoquer la déformation ou l’endommagement du siège de la vanne.

1.2 Solutions

- Choix des matériaux : Sélectionnez des matériaux d’étanchéité compatibles avec le fluide et les conditions de fonctionnement. Par exemple, utilisez du PTFE pour une résistance chimique, de l’EPDM pour les applications aqueuses et du Viton pour les fluides à base d’huile.
- Maintenance régulière : Mettre en place un programme de maintenance préventive pour inspecter et remplacer les joints avant qu’ils ne tombent en panne. Ceci est particulièrement important dans les environnements difficiles.
- Revêtement protecteur : Dans les applications abrasives, envisagez l’utilisation de vannes à sièges revêtus ou trempés afin de prolonger la durée de vie des joints.
- Optimisation de l'actionneur : en vous basant sur les données de couple fournies par le fabricant pour la vanne papillon, choisissez un actionneur adapté ou un actionneur avec protection contre les surtensions. De plus, lors d'une manœuvre manuelle, évitez toute force excessive. En cas de doute, Zfa recommande l'utilisation d'un actionneur à poignée ou à vis sans fin avec limitation de couple.
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2. Installation incorrecte

Les fuites sont souvent dues à des erreurs lors de l'installation des vannes, affectant les joints internes et externes.

2.1 Causes

- Mauvais alignement : Si la vanne n’est pas correctement alignée avec le tuyau, le disque risque de ne pas se positionner correctement, ce qui peut entraîner une fuite interne.
- Couple de serrage insuffisant : un serrage insuffisant des boulons de la bride peut provoquer une fuite externe au niveau de l’interface vanne-tuyau.
- Serrage excessif : un couple excessif peut entraîner une déformation du corps ou du siège de la soupape, ce qui peut empêcher le disque de se fermer complètement et provoquer une fuite interne.

2.2 Solution

- Vérification de l'alignement : lors de l'installation, utilisez un outil d'alignement pour vous assurer que la vanne est centrée dans le tuyau. Il est également nécessaire de vérifier que le disque se déplace librement sans entrer en contact avec la paroi du tuyau.
- Spécifications de couple : Respectez la valeur de couple recommandée par le fabricant pour les boulons de bride et utilisez une clé dynamométrique calibrée pour obtenir une compression uniforme du joint.
- Choix des joints : Utilisez des joints de haute qualité et à haute élasticité, compatibles avec les matériaux de la vanne et de la tuyauterie. Assurez-vous également que la taille du joint est appropriée afin d’éviter une compression excessive ou des jeux.
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3. Interférence du disque

Une fuite interne peut se produire lorsque le disque ne peut pas se fermer complètement en raison d'une interférence physique avec le tuyau ou la bride environnante.

3.1 Cause

- Incompatibilité de diamètre du tuyau : si le diamètre intérieur du tuyau est trop petit, le disque risque de heurter la paroi du tuyau lors de la fermeture.
- Conception des brides : des brides à face surélevée ou des surfaces d'accouplement de dimensions incorrectes peuvent empêcher le disque de se déplacer.
- Accumulation de débris : Les matières solides ou le tartre qui s'accumulent à l'intérieur de la vanne peuvent empêcher le disque de se positionner correctement.

3.2 Solution

- Vérification de compatibilité : Avant l'installation, vérifiez que le diamètre du disque de la vanne est compatible avec le diamètre intérieur du tuyau.
- Réglage des brides : Suivez les normes telles que ANSI ou DIN pour utiliser des brides plates ou des joints afin de garantir le dégagement du disque.
- Travaux de nettoyage : rincer le système avant la mise en marche de la vanne pour éliminer les débris et installer des filtres en amont si les conditions le permettent afin d’éviter toute accumulation future.

4. Garniture de tige défectueuse

Les fuites externes se produisent généralement autour de la tige de la soupape, en raison de problèmes au niveau du joint d'étanchéité qui empêchent le fluide de s'écouler le long de l'axe.

4.1 Cause

- Usure : Au fil du temps, les matériaux d'emballage tels que le PTFE ou le graphite s'useront en raison du mouvement ou de la pression de la tige.
- Fluctuations de température : Basées sur le principe de la dilatation et de la contraction thermiques, des fluctuations de température répétées peuvent entraîner un rétrécissement, un relâchement, voire une rupture du garnissage.
- Mauvais réglage : si le presse-étoupe est trop lâche, le fluide risque de fuir ; s’il est trop serré, il risque d’endommager la tige de la soupape ou d’en restreindre le mouvement.

4.2 Solution

- Entretien des emballages : Vérifier et remplacer régulièrement les matériaux d'emballage usés.
- Considérations relatives à la température : Sélectionner des matériaux d’emballage adaptés à la plage de températures du système, tels que des matériaux en graphite flexible pour les applications à haute température.
- Réglage du presse-étoupe : Serrer le presse-étoupe au couple spécifié par le fabricant, vérifier l'absence de fuites après réglage et éviter toute surcompression.

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5. Pression ou température excessive

Lorsque les conditions de fonctionnement dépassent les limites de conception de la vanne, des fuites peuvent se produire, affectant les joints internes et externes.

5.1 Causes

- Pression excessive : Une pression supérieure à la pression nominale de la soupape peut déformer le siège ou le disque de la soupape, rendant l'étanchéité impossible.
- Dilatation thermique : Les températures élevées peuvent entraîner une dilatation inégale des composants, provoquant le vieillissement, le ramollissement, voire la carbonisation des joints, ce qui peut affecter l'ajustement de la surface d'étanchéité, desserrer le joint ou provoquer une fuite externe au niveau du joint.
- Fragilité à froid : Dans des conditions inférieures à -10 degrés, le joint peut devenir fragile et se fissurer, provoquant des fuites.

5.2 Solutions

- Pressions et températures nominales appropriées : sélectionnez des vannes dont les pressions et températures nominales dépassent les conditions maximales du système et tenez compte des marges de sécurité.
- Soupape de décharge de pression : Installez une soupape de décharge de pression ou un régulateur en amont pour éviter toute surpression.
- Isolation/chauffage : Utilisez des manchons isolants ou des bandes chauffantes dans les climats froids pour éviter le gel.

5.3 Tableau comparatif des températures des matériaux

Vous trouverez ci-dessous les plages de fluides et de températures correspondant aux joints de différents matériaux.

 

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6. Cavitation et corrosion

6.1 Qu'est-ce que la cavitation ?

La cavitation est provoquée par la chute brutale de la pression du liquide jusqu'à sa pression de vapeur au niveau de la zone d'étranglement de la vanne (par exemple, entre le papillon et le siège de soupape). Il en résulte une gazéification locale du liquide et la formation de bulles. Lorsque ces bulles migrent vers la zone de haute pression, elles implosent rapidement, générant des ondes de choc et des microjets qui, à leur tour, érodent et endommagent la surface d'étanchéité, le siège et le corps de la vanne.
Bien que la cavitation et la corrosion soient principalement un problème de performance, elles peuvent indirectement provoquer des fuites en endommageant la surface d'étanchéité.

6.2 Qu'est-ce que la corrosion ?

La corrosion est causée par des réactions chimiques ou électrochimiques sur la surface du matériau de la vanne papillon en raison d'un contact prolongé avec des milieux corrosifs (tels que des acides, des bases, des solutions salines ou de la vapeur à haute température), entraînant des dommages à la surface d'étanchéité de la vanne, à la tige de la vanne, au siège de la vanne ou au corps de la vanne.

6.3 Causes

- Chute de pression importante : des variations de pression rapides provoqueront l’éclatement de bulles, ce qui corrodera le disque ou le siège de la soupape.
- Flux corrosif : Le fluide contient des acides, des alcalis, des sels, etc., qui réagissent directement avec la surface métallique, provoquant la dissolution ou la corrosion progressive et l'amincissement de la surface d'étanchéité et du corps de la vanne.
- Médias abrasifs : Les fluides à grande vitesse contenant des particules useront le bord d'étanchéité au fil du temps.

6.4 Solutions

- Contrôle du débit : Déterminer correctement la taille de la vanne pour minimiser la perte de charge et utiliser les calculs du coefficient de débit (Cv) pour répondre aux exigences du système.
- Amélioration des matériaux : Choisissez des matériaux résistants à la corrosion tels que l’acier inoxydable ou des revêtements de surface durs pour les disques et les sièges de soupapes.
- Conception du système : Réduire le débit en augmentant le diamètre du tuyau ou en ajoutant un dispositif de réduction de pression en amont.

Tableau des valeurs CV 6.5

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7. Défauts de fabrication

Parfois, les fuites proviennent de défauts de fabrication des vannes qui peuvent être détectés lors de la première utilisation ou des tests.

7.1 Causes

- Défauts de moulage : La porosité ou les fissures du corps de la vanne peuvent provoquer des fuites externes.
- Problèmes de surface d'étanchéité : Un usinage irrégulier du disque ou du siège peut empêcher une étanchéité correcte, entraînant des fuites internes.
- Erreurs d'assemblage : une installation incorrecte des joints ou un mauvais alignement des composants lors de la fabrication peuvent provoquer des fuites.

7.2 Solutions

- Assurance qualité : Achetez auprès de fabricants réputés possédant des certifications telles que l'ISO 9001 et demandez un rapport d'essai de pression (par exemple, selon l'API 598) pour vérifier l'étanchéité.
- Tests préalables à l'installation : effectuer des tests d'étanchéité hydrostatiques ou pneumatiques avant l'installation afin d'identifier les défauts et renvoyer les unités défectueuses au fournisseur.
- Demandes de garantie : assurez-vous que la vanne est assortie d’une garantie couvrant les défauts de fabrication afin qu’elle puisse être remplacée si des fuites sont détectées rapidement.

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8. Conclusion

vanne papillonPour résoudre les problèmes de fuite, il est nécessaire de combiner le choix de la vanne appropriée, une installation soignée, un entretien régulier et l'optimisation du système. En sélectionnant des matériaux adaptés à l'application, en respectant les consignes d'installation et en surveillant les conditions de fonctionnement, les utilisateurs peuvent réduire considérablement le risque de fuite.
fuite de la vanne papillonLes problèmes peuvent avoir diverses origines et différentes solutions sont nécessaires selon le type de fuite. Qu'il s'agisse d'une fuite interne ou externe, elle est généralement due à l'usure des joints, à des erreurs d'installation, à un frottement du disque de la vanne, à des problèmes de garniture de tige, à une pression ou une température excessive, à des défauts de fabrication ou à la corrosion. Le risque de fuite des vannes papillon peut être efficacement réduit par une sélection judicieuse, une installation correcte, un entretien régulier et un fonctionnement optimisé. Pour les applications critiques, il est conseillé de consulter les fabricants de vannes ou les ingénieurs système afin de garantir un fonctionnement sans fuite et d'améliorer la sécurité et l'efficacité du système.