Vanne de régulation cryogénique

Caractéristiques rapides

Dimensions : 1/2" - 8" (DN15 - DN200)

Pression : Class 150 - 600 / PN 10-100

Norme : BS 6364, MSS SP-134, IEC 60534, ISA 75

Matériaux du corps : A351 CF8M, A182 F316, A182 F55, Monel

Siège : Métal sur métal avec revêtement Stellite

Conception : Corps de type globe, chapeau allongé, trim multi-étages ou équilibré disponible

L'Actionneur Doit Rester au Chaud

Une vanne de régulation en service cryogénique a deux problèmes que les vannes de régulation ordinaires ne rencontrent pas. Premièrement, l'actionneur. Les actionneurs pneumatiques utilisent des membranes en caoutchouc et des joints élastomères. Les actionneurs électriques utilisent des moteurs, des trains d'engrenages et des positionneurs avec composants électroniques. Aucun de ceux-ci ne fonctionne à -196°C. Les membranes en caoutchouc gèlent solides — elles se fissurent lorsque l'actionneur tente de manœuvrer. Les moteurs électriques perdent leur couple à températures cryogéniques. Les positionneurs dérivent ou tombent en panne car leur étalonnage suppose un fonctionnement à température ambiante. Le chapeau allongé sur une vanne de régulation cryogénique fait le même travail d'isolation thermique que sur les vannes d'isolement — il maintient la chambre de garniture à température ambiante — mais il a un second avantage spécifique aux vannes de régulation : il met suffisamment de distance entre le corps cryogénique et l'actionneur pour que l'actionneur fonctionne à température ambiante normale. La bride de montage de l'actionneur sur le dessus du chapeau allongé est chaude. L'actionneur fonctionne normalement. Pas de choc thermique. Pas de membranes gelées. Pas de dérive de positionneur.

Deuxièmement : le trim. Les vannes de régulation en service cryogénique régulent — elles modulent le débit en continu, pas seulement ouvrent et ferment. Cette régulation crée des chutes de pression à travers le trim. Dans la détente cryogénique — réduire la pression du LNG du stockage au transfert, par exemple — la chute de pression force une partie du liquide cryogénique à se vaporiser instantanément en gaz. L'écoulement diphasique — liquide et gaz mélangés — érode le trim standard en quelques mois. La vitesse est élevée, la densité change à travers le siège, et le gaz vaporisé transporte des gouttelettes liquides qui impactent les surfaces du trim comme un sablage.

Le Trim Multi-Étages Arrête la Vaporisation

Le trim multi-étages répartit la chute de pression totale sur plusieurs étages à l'intérieur du corps de vanne au lieu de tout décharger sur un seul anneau de siège. Chaque étage réduit la pression progressivement. L'intensité de vaporisation à chaque étage est plus faible car le palier de pression est plus petit. L'écoulement diphasique est moins agressif car moins de liquide se vaporise à chaque palier. Le trim survit.

Pensez-y ainsi : faire chuter 10 bar à travers un orifice unique en service de liquide cryogénique crée un écoulement de vaporisation violent — la majeure partie du liquide se vaporise en gaz à l'orifice, et le jet diphasique qui en résulte détruit le trim en aval. Faire chuter les mêmes 10 bar sur quatre étages — 2,5 bar par étage — crée une vaporisation légère à chaque étage. Le fluide à chaque pression intermédiaire est encore principalement liquide. Le trim voit des conditions d'écoulement gérables à chaque étage. La vanne contrôle la pression sans se détruire elle-même.

Le trim équilibré est disponible pour la régulation cryogénique haute pression. Équilibré signifie que l'obturateur possède des passages d'égalisation de pression qui réduisent la force hydraulique nette que l'actionneur doit vaincre. En service cryogénique haute pression — disons, réguler 50 bar de LNG à 5 bar — la force non équilibrée sur l'obturateur nécessiterait un actionneur surdimensionné. Le trim équilibré réduit cette force pour qu'un actionneur de taille standard gère la régulation sans excès d'alimentation en air ou de puissance moteur.

Corps Globe, Pas Bille

Les vannes de régulation cryogéniques utilisent des corps de type globe, pas des corps à bille. La géométrie du corps globe vous donne la forme de chemin de passage qui fonctionne pour la régulation — le fluide entre dans le corps, traverse l'anneau de siège et l'obturateur, et sort avec une chute de pression contrôlée. La géométrie d'une vanne à bille ne module pas bien — le chemin de passage est essentiellement un cylindre droit avec un obstruction rotative. Vous pouvez réguler légèrement une vanne à bille, mais l'érosion du siège est rapide et la caractéristique de débit est non linéaire.

Le trim guidé par cage maintient l'obturateur centré dans la cage pendant la course — meilleur pour les applications à haut débit où la stabilité de l'obturateur est importante. Le trim guidé par tige guide l'obturateur depuis la connexion de tige — construction plus simple, adéquate pour les petites dimensions et les débits plus faibles. Les deux sont disponibles avec revêtement Stellite sur les surfaces d'étanchéité. Stellite résiste mieux à l'effet érosif de l'écoulement diphasique cryogénique que l'acier inoxydable nu, prolongeant la durée de vie du trim en service de vaporisation.

Les Détails de Spécification Qui Comptent

La sélection du matériau de trim dépend de votre chute de pression et de l'intensité de vaporisation. Le revêtement Stellite sur le trim en acier inoxydable gère la vaporisation cryogénique modérée — chutes de pression inférieures à 5 bar par étage, taux de vaporisation inférieur à 15%. Une intensité de vaporisation plus élevée nécessite des matériaux de trim plus durs — revêtement Inconel, inserts en carbure de tungstène, ou trim complet en Monel pour service sévère. Ne spécifiez pas Stellite pour tout. Cela coûte plus cher que l'acier inoxydable nu et si votre application n'en a pas besoin, vous gaspillez de l'argent. Mais si votre application en a besoin et que vous spécifiez de l'acier inoxydable nu, vous remplacerez le trim en six mois.

La longueur de l'allongement du chapeau sur les vannes de régulation est généralement plus longue que sur les vannes d'isolement de même taille car la surface de montage de l'actionneur doit être plus éloignée du corps cryogénique — la masse de l'actionneur crée un chemin de conduction thermique à travers le chapeau, et l'actionneur lui-même a besoin d'une zone de température ambiante plus large pour fonctionner de manière fiable. Spécifiez la condition d'installation complète : plage de température ambiante, type d'actionneur et orientation. Le fabricant calcule la longueur de l'allongement à partir de ces données.

R : Vous le pouvez, mais c'est coûteux pour un service d'isolement. Un corps de vanne de régulation avec trim et actionneur coûte plus cher qu'une vanne à bille ou à papillon cryogénique de même dimension. Si vous n'avez besoin que de l'isolement ouvert/fermé, utilisez une vanne d'isolement. Si vous avez besoin de modulation de débit — régulation, contrôle de pression, contrôle de vitesse de remplissage — utilisez une vanne de régulation. Ne sur-spécifiez pas.

R : Le trim non équilibré signifie que la pleine pression du processus agit sur un côté de l'obturateur — l'actionneur doit vaincre cette force hydraulique pour déplacer l'obturateur. Le trim équilibré possède des passages d'égalisation de pression à travers l'obturateur qui annulent la majeure partie de cette force. Le résultat pratique : le trim équilibré vous permet d'utiliser un actionneur plus petit sur les applications haute pression. Si votre pression d'entrée est inférieure à 20 bar, le trim non équilibré avec un actionneur standard convient. Au-dessus de 20 bar, le trim équilibré réduit la taille de l'actionneur et la consommation d'air.

R : Cela dépend du taux de vaporisation — le pourcentage de liquide qui se vaporise en gaz à la sortie de la vanne. Taux de vaporisation faible (inférieur à 10%), un ou deux étages. Vaporisation modérée (10-30%), trois ou quatre étages. Vaporisation élevée (supérieure à 30%), cinq étages ou plus avec matériau de trim durci. Le fabricant calcule le taux de vaporisation à partir de votre pression d'entrée, pression de sortie et température du fluide. Fournissez ces trois valeurs et laissez-le spécifier le nombre d'étages.

R : Physiquement oui, mais le trim ne survivra pas. Le trim standard de vanne de régulation — sièges souples, surfaces d'étanchéité en acier inoxydable sans revêtement, réduction de pression à étage unique — est conçu pour service à température ambiante et modérée. L'écoulement de vaporisation cryogénique détruit le trim standard. Une vanne de régulation cryogénique dédiée possède un trim conçu pour les conditions érosives de l'écoulement diphasique cryogénique — revêtement Stellite, réduction de pression multi-étages et étanchéité métal sur métal. Vous achetez la conception du trim, pas seulement l'allongement du chapeau.

R : Les actionneurs pneumatiques à membrane sont les plus courants — simples, fiables, et le chapeau allongé les maintient à température ambiante. Les actionneurs électriques fonctionnent mais ajoutent coût et complexité ; ils ont également besoin de la zone de température ambiante de l'allongement du chapeau. Les actionneurs hydrauliques sont utilisés sur les très grandes tailles où l'alimentation en air pneumatique est limitée. Les trois se montent sur le chapeau allongé. Le type d'actionneur ne change pas la conception du corps ou du trim — il ne change que la force motrice du mouvement de l'obturateur.