Vanne de régulation cryogénique

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

Pression : Classe 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 en Stellite

Conception : Corps de type globe, chapeau allongé, garniture multi-étages ou équilibrée disponible

L'actionneur doit rester chaud

Une vanne de régulation en service cryogénique présente deux problèmes que les vannes de régulation classiques ne rencontrent pas. Premièrement, l'actionneur. Les actionneurs pneumatiques utilisent des membranes en caoutchouc et des joints en élastomère. Les actionneurs électriques utilisent des moteurs, des trains d'engrenages et des positionneurs avec des composants électroniques. Aucun de ces éléments ne fonctionne à -196°C. Les membranes en caoutchouc gèlent et se solidifient—elles se fissurent lorsque l'actionneur tente de manœuvrer. Les moteurs électriques perdent du couple à des températures cryogéniques. Les positionneurs dérivent ou tombent en panne car leur étalonnage suppose un fonctionnement à température ambiante. La cheminée allongée sur une vanne de régulation cryogénique assure la même isolation thermique que sur les vannes d'isolement—maintient la chambre de presse-étoupe à température ambiante—mais elle présente un second avantage spécifique aux vannes de régulation : elle crée une distance suffisante entre le corps cryogénique et l'actionneur pour que celui-ci fonctionne à température ambiante normale. La bride de montage de l'actionneur en haut de la cheminée allongée est chaude. L'actionneur fonctionne normalement. Pas de choc thermique. Pas de membranes gelées. Pas de dérive du positionneur.

Deuxièmement : la garniture. Les vannes de régulation en service cryogénique étranglent—elles modulent le débit en continu, pas seulement en ouverture/fermeture. Cet étranglement crée des chutes de pression à travers la garniture. Dans la détente cryogénique—réduisant la pression du GNL du stockage au transfert, par exemple—la chute de pression force une partie du liquide cryogénique à se vaporiser instantanément en gaz. Un écoulement diphasique—liquide et gaz mélangés—érode la garniture standard en quelques mois. La vitesse est élevée, la densité change à travers le siège, et le gaz de vaporisation transporte des gouttelettes de liquide qui impactent les surfaces de la garniture comme un sablage.

La garniture multi-étages arrête la vaporisation

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

Voyez les choses ainsi : une chute de 10 bar à travers un orifice unique en service liquide cryogénique crée un écoulement de vaporisation violent—la majeure partie du liquide se vaporise en gaz à l'orifice, et le jet diphasique résultant détruit la garniture en aval. Une même chute de 10 bar répartie sur quatre étages—2,5 bar par étage—crée une vaporisation modérée à chaque étage. Le fluide à chaque pression intermédiaire reste majoritairement liquide. La garniture voit des conditions d'écoulement gérables à chaque étage. La vanne régule la pression sans se détruire.

La garniture équilibrée est disponible pour la régulation cryogénique haute pression. Équilibrée signifie que le clapet possède des passages d'égalisation de pression qui réduisent la force hydraulique nette que l'actionneur doit surmonter. En service cryogénique haute pression—par exemple, réguler du GNL de 50 bar à 5 bar—la force déséquilibrée sur le clapet exigerait un actionneur surdimensionné. La garniture équilibrée réduit cette force afin qu'un actionneur de taille standard gère la régulation sans alimentation en air ou puissance moteur excessive.

Les vannes de régulation cryogéniques utilisent des corps de type globe, pas des corps à bille. La géométrie du corps globe offre la forme de chemin d'écoulement adaptée à l'étranglement—le fluide entre dans le corps, tourne à travers l'anneau de siège et le clapet, et sort avec une chute de pression contrôlée. La géométrie de vanne à bille ne module pas bien—le chemin d'écoulement est essentiellement un cylindre droit avec une obstruction rotative. On peut étrangler légèrement une vanne à bille, mais l'érosion du siège est rapide et la caractéristique de débit est non linéaire.

La garniture guidée par cage maintient le clapet centré dans la cage pendant la course—mieux adaptée aux applications à haut débit où la stabilité du clapet est cruciale. La garniture guidée par tige guide le clapet depuis la connexion de tige—construction plus simple, adaptée...