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MAINTENANCE ET RÉPARATION DE VALVES (Les joints ne sont pas créés égaux)
- Auteur:GREG JOHNSON
- Source:http://www.valvemagazine.com/
- Relâchez le:2018-06-20
Les joints sont près du bas de la chaîne alimentaire des composants de la vanne; les garnitures, les matériaux du corps et l'emballage semblent avoir beaucoup plus de pression. Mais les joints jouent un rôle important: ils constituent le joint statique entre les composants de la vanne qui ne bougent pas, généralement le corps et le capot. Sans les joints, ces deux (et parfois trois) parties du corps ou du corps / chapeau auraient beaucoup de difficulté à être scellées après l'assemblage. Il est important que le personnel d'entretien et de réparation comprenne ce que sont les joints et comment ils fonctionnent, car un grand nombre de ces joints doivent être remplacés ou réparés.
Les joints ont été autour aussi longtemps que les valves ont été fabriquées. Bien que certaines conceptions sans joint telles que les types de chapeau filetés et soudés existent, la majeure partie des vannes linéaires et à clapet actuelles ont tous des joints.
Les premiers joints ont été fabriqués à partir de matériaux organiques tels que le jute ou le lin. Le caoutchouc naturel était un choix populaire avant que les matériaux d'amiante à base de chrysotile ne soient mis en vogue au tournant du XXe siècle. L'amiante, le caoutchouc et le fer doux (en fait de l'acier doux) ont été les matériaux d'étanchéité industriels de choix jusque vers les années 1950.
Bien que les joints d'étanchéité soient présents dans presque toutes les valves à deux pièces, la plus grande attention portée aux matériaux des joints et à la conception des joints d'étanchéité est concentrée sur les vannes de type linéaire ou multitours. Dans de nombreux cas, les joints de soupape quart de tour sont plus d'un joint d'étanchéité ou d'une pièce d'assemblage, plutôt que d'un joint d'étanchéité standard. Les joints d'étanchéité quart de tour ou joints d'étanchéité sont généralement beaucoup plus petits en coupe que leurs cousins à plusieurs tours.
Les joints ont été autour aussi longtemps que les valves ont été fabriquées. Bien que certaines conceptions sans joint telles que les types de chapeau filetés et soudés existent, la majeure partie des vannes linéaires et à clapet actuelles ont tous des joints.
Les premiers joints ont été fabriqués à partir de matériaux organiques tels que le jute ou le lin. Le caoutchouc naturel était un choix populaire avant que les matériaux d'amiante à base de chrysotile ne soient mis en vogue au tournant du XXe siècle. L'amiante, le caoutchouc et le fer doux (en fait de l'acier doux) ont été les matériaux d'étanchéité industriels de choix jusque vers les années 1950.
Bien que les joints d'étanchéité soient présents dans presque toutes les valves à deux pièces, la plus grande attention portée aux matériaux des joints et à la conception des joints d'étanchéité est concentrée sur les vannes de type linéaire ou multitours. Dans de nombreux cas, les joints de soupape quart de tour sont plus d'un joint d'étanchéité ou d'une pièce d'assemblage, plutôt que d'un joint d'étanchéité standard. Les joints d'étanchéité quart de tour ou joints d'étanchéité sont généralement beaucoup plus petits en coupe que leurs cousins à plusieurs tours.
AUJOURD'HUI, LE PLUS DE REMONTAGE DE BOULONNAGE CORPS / BONNET
EXIGE L'UTILISATION D'UN ÉQUIPEMENT DE CONTRÔLE DE COUPLE SPÉCIALISÉ,
TELS QUE CE TENDEUR DE BOULON HYDRAULIQUE
TROIS STYLES
Les styles de joints d'aujourd'hui peuvent être différenciés par le type de force générée pour provoquer leur étanchéité. Les joints les plus simples sont appelés "écrasement". Ces joints plats s'appuient sur la force brute pour serrer fermement le joint entre deux surfaces plates, remplissant toutes les imperfections dans les surfaces d'étanchéité de la bride. Les matériaux de type écrasement les plus courants sont le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le caoutchouc et le métal ondulé doux. Ces matériaux fonctionnent bien pour contenir des pressions modérées de 300 psi ou moins.
Les joints «à écrasement contrôlé» utilisent la force pour sceller, bien que le taux d'écrasement soit habituellement limité par des languettes ou des conceptions géométriques qui empêchent le sur-couple. Le joint d'étanchéité contrôlé le plus courant est le type à enroulement en spirale. Pour atteindre l'efficacité maximale, la compression est limitée à environ 20-30% de la hauteur du joint détendue. De plus, le joint spiralé doit être contenu sur son diamètre intérieur (DI) et son diamètre extérieur (DO) pour empêcher le délaminage des anneaux alternés de métal et de matériau de remplissage.
Les joints «à écrasement contrôlé» utilisent la force pour sceller, bien que le taux d'écrasement soit habituellement limité par des languettes ou des conceptions géométriques qui empêchent le sur-couple. Le joint d'étanchéité contrôlé le plus courant est le type à enroulement en spirale. Pour atteindre l'efficacité maximale, la compression est limitée à environ 20-30% de la hauteur du joint détendue. De plus, le joint spiralé doit être contenu sur son diamètre intérieur (DI) et son diamètre extérieur (DO) pour empêcher le délaminage des anneaux alternés de métal et de matériau de remplissage.
Cette image montre les laminations de l'alternance
acier inoxydable et PTFE sur ce joint spiralé de 3 pouces de diamètre.
Les joints spiralés peuvent être fabriqués dans pratiquement toutes les tailles et tous les diamètresr.
Un nouveau type de joint d'étanchéité contrôlé est le type Kammprofile. Ce joint repose sur une multitude de petites dentelures conçues pour dévier ou mordre dans un matériau de surface tel que le graphite. Les types Kammprofile ont été adaptés avec succès à de nombreuses applications qui étaient autrefois le seul domaine du joint spiralé.
Un troisième joint d'étanchéité contrôlé est le joint de type annulaire (RTJ). Le joint RTJ repose sur une bague ovale ou octogonale reposant entre deux rainures usinées en douceur. La bague RTJ doit être plus douce que les rainures d'accouplement pour permettre une légère déformation ou un "ajustement" dans les rainures. Comme beaucoup d'autres innovations de valves, le design RTJ est né au Texas. Il a été utilisé pour la première fois dans les champs pétrolifères de l'ouest du Texas dans les années 1920 et, jusqu'à ce que la plus grande génération se soit retirée, il était également connu sous le nom de «Texas Joint».
Le dernier style de joint est le design «assisté par pression». Ces joints sont également connus sous le nom de joints de pression. Ils sont nés en Allemagne dans les années 1920, où ils ont été utilisés pour des travaux de recherche à haute pression. Il a fallu attendre le milieu des années 1940 pour que le joint de pression utilisé dans la conception de la vanne soit un excellent joint d'étanchéité haute température et haute pression.À l'origine, les bagues d'étanchéité étaient en acier doux et recouvertes d'argent. Cette conception a bien fonctionné, mais le placage d'argent était facile à rayer. Les développements à la fin du 20ème siècle ont abouti à des joints de pression-joint faits d'un composé d'acier inoxydable et de graphite. Ces joints composites offrent une étanchéité supérieure en raison de leur capacité à annuler les effets négatifs des minuscules rayures ou des déformations dans le corps de la vanne au point où le joint de pression entre en contact.
Un troisième joint d'étanchéité contrôlé est le joint de type annulaire (RTJ). Le joint RTJ repose sur une bague ovale ou octogonale reposant entre deux rainures usinées en douceur. La bague RTJ doit être plus douce que les rainures d'accouplement pour permettre une légère déformation ou un "ajustement" dans les rainures. Comme beaucoup d'autres innovations de valves, le design RTJ est né au Texas. Il a été utilisé pour la première fois dans les champs pétrolifères de l'ouest du Texas dans les années 1920 et, jusqu'à ce que la plus grande génération se soit retirée, il était également connu sous le nom de «Texas Joint».
Le dernier style de joint est le design «assisté par pression». Ces joints sont également connus sous le nom de joints de pression. Ils sont nés en Allemagne dans les années 1920, où ils ont été utilisés pour des travaux de recherche à haute pression. Il a fallu attendre le milieu des années 1940 pour que le joint de pression utilisé dans la conception de la vanne soit un excellent joint d'étanchéité haute température et haute pression.À l'origine, les bagues d'étanchéité étaient en acier doux et recouvertes d'argent. Cette conception a bien fonctionné, mais le placage d'argent était facile à rayer. Les développements à la fin du 20ème siècle ont abouti à des joints de pression-joint faits d'un composé d'acier inoxydable et de graphite. Ces joints composites offrent une étanchéité supérieure en raison de leur capacité à annuler les effets négatifs des minuscules rayures ou des déformations dans le corps de la vanne au point où le joint de pression entre en contact.
Un joint d'étanchéité enroulé en spirale est présenté
à côté de la joint de rechange vierge.
La délamination peut causer des fuites catastrophiques et
endommager les composants de la tuyauterie en aval.
JOINTS POUR APPLICATIONS SPECIFIQUES
Les types de vannes, les classes de pression et les tailles utilisent chacun des types de joints spécifiques pour plusieurs raisons. Les vannes dans les applications ambiantes basse pression, telles que l'eau et les eaux usées, fonctionnent très bien avec les matériaux en feuille tels que le caoutchouc ou dans les cas où le support est dur, le PTFE. Les joints toriques en caoutchouc sont également souvent utilisés comme joints dans ces types de vannes.
De nombreuses vannes dans l'industrie chimique sont petites et ne voient généralement que des pressions plus faibles. Ces vannes, souvent en acier inoxydable, fonctionnent également très bien avec des feuilles de PTFE. Dans les cas où un peu plus de résistance est nécessaire du PTFE, des additifs de matériaux tels que le verre et le graphite peuvent être mélangés avec le matériau de base avant la formation finale. Pour les vannes de classe 300 à capot rond, le type à enroulement en spirale ou Kammprofile est spécifié.
La plupart des vannes industrielles en acier de la classe 150 utilisent un joint en acier doux-ondulé gainé de graphite. Cette combinaison de graphite et d'acier doux facilement déformé convient bien aux bonnets rectangulaires des vannes à clapet de classe 150. Les bonnets ronds des vannes à clapet et à clapet de la classe 150 sont généralement équipés d'un joint spiralé ou Kammprofile. Les spécifications des joints pour les vannes à guillotine, à clapet et à clapet en service de raffinerie et de pétrochimie sont détaillées dans les spécifications de l'American Petroleum Institute (API): 594, 600, 602, 603 et 623.
Lorsque les pressions augmentent, la conception des joints d'étanchéité appropriés change également. Les valves de raffinerie API de la classe 300 et, dans certains cas, les classes 600, 900 et 1500, utilisent un type de joint spirale ou Kammprofile entièrement contenu. Lorsque les pressions sont supérieures à la classe 300, le modèle RTJ ou joint à pression est souvent utilisé. Les joints RTJ sont disponibles en acier doux au carbone, en acier faiblement allié et en acier inoxydable pour répondre à pratiquement toutes les exigences en matière de corps de vanne.
La plupart des vannes industrielles en acier de la classe 150 utilisent un joint en acier doux-ondulé gainé de graphite. Cette combinaison de graphite et d'acier doux facilement déformé convient bien aux bonnets rectangulaires des vannes à clapet de classe 150. Les bonnets ronds des vannes à clapet et à clapet de la classe 150 sont généralement équipés d'un joint spiralé ou Kammprofile. Les spécifications des joints pour les vannes à guillotine, à clapet et à clapet en service de raffinerie et de pétrochimie sont détaillées dans les spécifications de l'American Petroleum Institute (API): 594, 600, 602, 603 et 623.
Lorsque les pressions augmentent, la conception des joints d'étanchéité appropriés change également. Les valves de raffinerie API de la classe 300 et, dans certains cas, les classes 600, 900 et 1500, utilisent un type de joint spirale ou Kammprofile entièrement contenu. Lorsque les pressions sont supérieures à la classe 300, le modèle RTJ ou joint à pression est souvent utilisé. Les joints RTJ sont disponibles en acier doux au carbone, en acier faiblement allié et en acier inoxydable pour répondre à pratiquement toutes les exigences en matière de corps de vanne.
Le joint d'étanchéité à pression est à la maison dans les applications de pression / température les plus élevées. Sa capacité d'étanchéité plus serrée lorsque la pression augmente est une caractéristique avantageuse. Cependant, les joints d'étanchéité à pression peuvent également être très inconstants si leur régime alimentaire à haute pression est considérablement réduit. Ce joint à haute pression, étanche une fois, peut facilement fuir si la pression de travail baisse considérablement et que les boulons du chapeau ne sont pas resserrés.
Ceci est un exemple d'échec d'un graphite-laminé
joint en acier doux sur une vanne à clapet de classe 150.
L'échec a créé une fuite catastrophique.
COUPLE ADÉQUAT
Pour que tous ces joints fonctionnent comme ils sont conçus, un couple approprié doit être appliqué au boulonnage, et donc au joint lui-même. La charge appliquée au joint est le résultat de la force du ressort appliquée par le boulonnage du joint. Le "ressort" provient du serrage du boulonnage à un pourcentage de sa limite d'élasticité maximale. Tant que le couple est inférieur à la limite d'élasticité maximale, le boulon fonctionnera comme un ressort à enroulement serré. Si la limite d'élasticité est dépassée, le boulon se déformera et deviendra légèrement plus long qu'il ne l'était à l'origine - il ne reviendra pas à sa longueur d'origine et il deviendra «lâche».
Au cours des dernières années, l'outil principal de serrage des boulons était une clé à main ou une clé à chocs pneumatique. Avec l'accent mis aujourd'hui sur la fabrication de qualité et la remise à neuf (réparation), combinées à l'inquiétude suscitée par les émissions fugitives, les méthodes de torsion par force brute du passé ne sont plus en vogue. Dans les usines d'assemblage de soupapes et les ateliers de réparation d'aujourd'hui, le claquement des clés à chocs a été remplacé par le quasi-silence des clés dynamométriques hydrauliques. Ces dispositifs fournissent la quantité exacte de couple où et quand nécessaire pour serrer le boulonnage du joint.Les joints RTJ nécessitent des rainures lisses soigneusement usinées
pour que le joint métallique scelle correctement.
Le joint RTJ doit également être plus doux que le matériau de rainure afin
il peut se déformer légèrement dans la zone de la rainure.
QUE PEUT-ON FAIRE?
Tant que le couple est correct, les surfaces des brides sont exactement parallèles, le matériau du joint est droit, les dimensions du joint sont les bonnes, la finition de la surface des brides est correcte et le joint a été assemblé correctement - rien peut aller mal. Tous les joints de chapeau de soupape fonctionnent parfaitement et ne fuient jamais!
En réalité, il arrive que les joints de soupape à joint d'étanchéité fassent défaut, qu'il s'agisse de joints plats ou de joints RTJ. La cause la plus fréquente est une charge incorrecte sur le joint. Cela peut provenir de l'utilisation du mauvais joint ou ne pas serrer le boulon comme nécessaire pour assurer une bonne étanchéité. Le problème de serrage incorrect peut résulter d'un serrage excessif ou insuffisant du boulonnage.
Les joints spiralés peuvent échouer de manière catastrophique si un épaulement ou un anneau sur la pièce d'identité n'est pas là pour empêcher le délaminage des bagues en métal et en matériau de remplissage. L'utilisation d'un joint de style écrasement dans une application qui demande un style à écrasement contrôlé peut également causer une fuite importante. La finition des surfaces de joint doit répondre aux exigences du type de joint. Toute rayure latérale sur la surface d'étanchéité du joint peut provoquer une fuite. Si une bague d'étanchéité RTJ est trop dure et que le couple de serrage est trop élevé, le joint annulaire peut déformer la rainure du corps et de la bride du chapeau, entraînant une fuite du joint.
Les conceptions de joints et les techniques d'assemblage se sont améliorées en même temps que les progrès dans la conception des vannes où elles sont installées. Bien qu'il n'existe pas de joint d'étanchéité parfait, la multitude de designs et de matériaux disponibles aujourd'hui permet de choisir le bon joint pour chaque application beaucoup plus facilement qu'il y a 75 ans. Cependant, des techniques d'assemblage appropriées sont requises pour s'assurer que ces joints fonctionnent comme ils le devraient.
Rainures RTJ doit être lisse sur les côtés où le
des joints d'étanchéité ou des fuites se produiront. Cela a endommagé
La rainure RTJ nécessitera un usinage et éventuellement une réparation de la soudure.