Classes de fuite des soupapes : Comment spécifier l'étanchéité des soupapes de régulation

Réponse rapide

Une classe de fuite de vanne est une limite de test en laboratoire pour la fuite à travers une vanne fermée, pas une promesse de fuite nulle. ANSI/FCI 70-2 et IEC 60534-4 définissent les classes I à VI pour les vannes de régulation. La classe IV est le niveau habituel pour les sièges métalliques ; la classe VI est le niveau d'étanchéité à bulles pour les sièges souples. API 598 est une norme de test distincte pour les vannes d'isolement, donc nommez l'une ou l'autre. GOWIN fournit les deux familles.

Qu'est-ce qu'une classe de fuite de vanne ?

Une classe de fuite de vanne est une classification normalisée de la fuite interne maximale autorisée à travers une vanne complètement fermée, mesurée dans des conditions de test spécifiées. Il s'agit d'un test en laboratoire sur une vanne neuve, et non d'une garantie de la performance de la vanne après un an de service.

Deux détails sont plus importants que le chiffre. Premièrement, la classe limite la fuite à travers le siège. Elle ne dit rien sur la fuite vers l'atmosphère à travers la tige, le joint du chapeau ou le corps de la vanne. Ce sont des tests séparés, et une vanne peut réussir un test de siège tout en suintant au niveau du garnissage. Deuxièmement, la classe de fuite de vanne est liée à un fluide de test, une pression et une plage de température. Un résultat obtenu avec de l'eau propre à température ambiante ne se transfère pas automatiquement à un gaz chaud, une boue ou de la vapeur.

C'est pourquoi la gamme de vannes de régulation est spécifiée par la taille, la classe de pression et l'actionneur, ainsi que par la classe de fuite. GOWIN répertorie les vannes de régulation de 1/2 à 24 pouces dans les classes 150 à 2500, avec actionnement électrique ou pneumatique, sur un corps globique BS 1873 avec un siège arrière. La classe est une ligne dans une spécification qui en comporte plusieurs.

Que signifient réellement les classes I à VI ?

Les six classes vont de la moins stricte à la plus stricte. Le tableau donne la signification pratique ; les limites exactes se trouvent dans la norme et doivent y être lues avant les tests d'acceptation.

La capacité nominale signifie le débit que la vanne laisse passer lorsqu'elle est complètement ouverte dans les conditions de test. Ainsi, 0,01% est une très petite fraction d'un grand nombre, c'est pourquoi la classe IV semble plus étanche qu'elle ne l'est sur une grande vanne.

La classe I est l'exception. Elle suppose que le siège est aussi étanche que sa construction le permet, mais aucun test en atelier n'est effectué. Elle est appliquée par accord entre l'acheteur et le fournisseur et est courante sur les vannes de qualité utilitaire où une petite fuite n'a pas d'importance.

Les classes II, III et IV sont des niveaux de sièges métalliques. La classe IV est celle que la plupart des acheteurs industriels reconnaissent : elle est largement considérée comme l'attente normale d'arrêt pour une vanne de régulation à siège métallique.

La classe V resserre la limite et modifie le test pour de l'eau propre. Elle convient aux services propres à pression plus élevée, où une petite fuite est toujours inacceptable mais où un siège souple n'est pas pratique.

La classe VI est la classe des sièges souples. La fuite est mesurée avec de l'air ou de l'azote, et la marge augmente avec le diamètre du siège, de sorte qu'une grande vanne est autorisée à avoir un débit plus important qu'une petite vanne de la même classe. En pratique, c'est ce qui se rapproche le plus de l'étanchéité à bulles, et c'est le choix normal pour les services gaz, pharmaceutiques et alimentaires.

Les deux familles de vannes qui portent ces sièges dans la gamme GOWIN sont les catégorie des vannes à soupape et le produit de vanne globique, tous deux disponibles de 1/2 à 24 pouces dans les classes 150 à 2500.

API 598 est-il identique à FCI 70-2 ?

Non. Elles répondent à des questions différentes, et les confondre est l'erreur de spécification la plus courante dans ce domaine.

ANSI/FCI 70-2, avec IEC 60534-4 comme équivalent européen, est la norme de fuite de siège pour les vannes de régulation. Elle définit les classes I à VI et les conditions de test pour chacune. Elle suppose que la vanne est un dispositif de régulation qui doit également se fermer.

API 598 est une norme de test pour les vannes d'isolement. Elle couvre les vannes à opercule, globiques, à soupape, à boisseau sphérique, à battant et papillon et définit les tests de coque, de siège arrière et de fermeture. Ses exigences de fermeture varient selon le type de vanne, la taille et la classe de pression, et elle n'utilise pas l'échelle des classes I à VI.

Ainsi, une ligne qui dit “ vanne de régulation, API 598 ” mélange deux cadres. Le fournisseur ignore l'un ou l'autre, ou tarife une vanne qui ne peut pas satisfaire l'autre. La formulation correcte est une classe de vanne de régulation selon FCI 70-2 ou IEC 60534-4, et une exigence API 598 distincte pour les vannes d'isolement sur la même ligne.

Cette séparation est facile à voir dans une liste de vannes réelle. La vanne de régulation de la boucle de contrôle porte une classe ; les vannes d'isolement de chaque côté portent API 598. Les vanne à soupape API 600 et la catégorie plus large des vannes à opercule couvrent le côté isolement, et la vanne à battant en acier moulé couvre la fonction anti-retour sur le même collecteur.

Pourquoi une vanne de régulation ne peut-elle pas assurer une fermeture étanche ?

Parce qu'il est conçu pour moduler, et la modulation nécessite une marge.

Une vanne de régulation déplace son obturateur en continu pour maintenir le débit, la pression ou le niveau. L'obturateur coulisse dans un guide, et ce guide nécessite un petit jeu pour se déplacer librement. Le siège doit permettre à l'obturateur de se poser sans se bloquer. Ces jeux sont le chemin que les classes IV et V visent à contrôler.

Cinq éléments déterminent la qualité de fermeture de la vanne :

• Type de siège. Les sièges métal sur métal tolèrent la température et l'usure mais ne peuvent pas se déformer pour combler chaque rayure. Les sièges souples se déforment et scellent mieux, mais ils limitent la température et certains fluides.
• Guidage. Un obturateur bien guidé se pose d'aplomb. Un jeu lâche permet à l'obturateur de se légèrement de travers et de fuir d'un côté.
• Poussée de l'actionneur. L'obturateur a besoin d'une force suffisante pour se poser fermement. Un actionneur sous-dimensionné laisse la vanne partiellement ouverte même lorsque le signal indique fermée.
• Pression différentielle. Une différence de pression plus élevée pousse plus fort contre le siège et peut soulever un obturateur légèrement chargé.
• Fluide. Le gaz propre est facile à étanchéifier. La boue, les cristaux et le coke endommagent la surface d'étanchéité.

Les vannes de régulation à double siège sont un cas particulier. Deux sièges dans un même corps équilibrent les forces, mais ils donnent aussi deux chemins de fuite, et l'étanchéité est médiocre. Un acheteur qui a besoin d'une étanchéité parfaite ne devrait pas accepter une conception à double siège sur la base de son indice de classe.

Le guide du garnissage de vanne de régulation explique comment les matériaux de l'obturateur et du siège modifient à la fois le comportement de régulation et l'étanchéité, et le guide des vannes pneumatiques couvre les choix d'actionneurs qui fournissent la poussée de siège.

Quelle classe convient à une vanne de régulation ?

La classe IV est la norme pour la plupart des vannes de régulation industrielles à siège métallique. C'est le niveau que l'industrie considère comme une fermeture normale, et il est réalisable sans siège souple.

Passez à la classe V lorsque le service est propre, la pression est plus élevée et une fuite de classe IV est encore trop importante. La classe V est une exigence de siège métallique étanche, testée à l'eau, elle convient donc aux services de liquides propres où un siège souple échouerait en raison de la température ou de l'érosion.

Passez à la classe VI lorsque le fluide est gazeux, que le service est pharmaceutique ou de qualité alimentaire, ou que le processus ne tolère aucune perte visible. La classe VI nécessite un siège souple, ce qui limite la température et exclut certains fluides agressifs.

Ne montez pas dans l'échelle “pour être sûr”. Chaque étape ajoute des coûts : usinage de siège plus précis, plus de rodage, plus de temps de test et, en classe VI, un matériau de siège avec un plafond de température plus bas. Une exigence de classe VI sur une vanne à siège métallique de 400 °C n'est pas un achat plus strict, c'est un achat impossible, et le fournisseur déclinera ou expédiera autre chose.

Il y a aussi un effet de taille. La classe IV est un pourcentage de la capacité, donc la fuite absolue sur une grande vanne est plus importante que sur une petite. La classe VI est une allocation absolue qui augmente avec le diamètre du siège. Aucun des deux ne s'adapte comme un acheteur pourrait le supposer, c'est pourquoi la taille doit figurer à côté de la classe sur la fiche technique.

Pour une fonction d'isolement, la question change entièrement. Une page des vannes à boisseau sphérique flottantes dans la catégorie des vannes à boisseau sphérique est testée selon une norme d'isolement, pas selon une classe de vanne de régulation, et son rôle est de fermer, pas de moduler.

Comment rédiger une exigence de fuite qui soit respectée ?

Écrivez six éléments, dans cet ordre.

1. La norme : ANSI/FCI 70-2, IEC 60534-4 ou API 598. Nommez-en une. N'écrivez pas “étanchéité parfaite” et laissez le fournisseur l'interpréter.
2. La classe : I à VI pour une vanne de régulation. Pour l'API 598, nommez le test au lieu d'une classe.
3. Le fluide de test : air, azote ou eau, selon la classe requise.
4. La pression différentielle et la température auxquelles le test est effectué.
5. La taille de la vanne et le diamètre du siège, car les deux limites en dépendent.
6. La preuve d'acceptation : un rapport de test avec le numéro de série, le débit de fuite mesuré, le fluide et les conditions.

Ajoutez le matériau du siège et le type de garniture, car ils déterminent si la classe est atteignable. Un siège métallique à haute température ne maintiendra pas la classe VI, et un siège souple ne survivra pas à 400 °C. Si la fiche technique demande les deux, l'exigence de classe de fuite de la vanne est incohérente en interne et le devis la dissimulera.

Les raccords d'extrémité appartiennent à la même conversation. Une classe de fuite ne dit rien sur la façon dont la vanne se boulonnera au tuyau, et une incompatibilité à cet endroit empêche l'installation, quels que soient les résultats des tests. Le guide des raccords d'extrémité couvre les choix à brides, soudés et filetés, et le guide des matériaux de vannes couvre les familles de corps et de garnitures qui les sous-tendent.

Quelles preuves faut-il demander ?

Demandez le rapport de test, pas la page du catalogue.

Un rapport utilisable identifie la vanne par son modèle et son numéro de série, indique la norme et la classe, nomme le fluide de test, enregistre la pression différentielle et la température, donne le débit de fuite mesuré et indique succès ou échec par rapport à la limite. Sans le numéro de série, le rapport prouve qu'une certaine vanne a réussi, pas que votre vanne a réussi.

Posez trois questions de suivi :

• Le test a-t-il été effectué sur une vanne neuve, sur banc, avec un débit stable ? C'est la portée que décrivent les normes. Ce n'est pas une garantie en service.
• Quel matériau de siège était monté ? La classe et le siège forment un ensemble.
• L'actionneur était-il l'unité de production, actionné avec la poussée spécifiée ? La force de siège provient de l'actionneur, donc un test avec un actionneur différent prouve moins qu'il n'y paraît.

Pour les vannes d'isolement, la preuve est différente. Les rapports API 598 montrent des tests de coque, de contre-siège et de fermeture plutôt qu'une classe. Le guide API 6D explique où cette spécification s'applique, et le guide des vannes à passage direct API 6D montre comment l'ensemble de test change pour une vanne à clapet.

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Conclusion

Spécifiez la classe la plus lâche que le processus peut tolérer, puis vérifiez qu'elle est réalisable avec le siège et la température dont vous avez besoin.

Pour une vanne de régulation à siège métallique dans un service général, il s'agit généralement de la classe IV. Pour un liquide propre à haute pression où la classe IV laisse encore trop de fuites, la classe V. Pour le gaz, la pharmacie, l'alimentation ou tout service où une fuite visible est inacceptable, la classe VI avec un siège souple. Pour un service utilitaire où une petite fuite est inoffensive, la classe I ou II par accord, par écrit plutôt que supposé.

Appliquez ensuite la même discipline au reste de la ligne. Les vannes d'isolement appartiennent à l'API 598, pas à l'échelle des vannes de régulation. La vanne à clapet protège la pompe et est testée selon sa propre norme. Mélanger les trois dans une seule clause rend une liste de vannes impossible à construire.

Si le service est de régulation plutôt que d'isolement, le guide de régulation compare les types de vannes qui contrôlent réellement le débit, et la comparaison entre vanne à opercule et vanne à boisseau sphérique pour l'isolement couvre le côté isolement. Pour un réglage de petit diamètre, la vanne à pointeau est le choix habituel, et pour les grandes conduites basse pression, la vannes papillon wafer est souvent l'isolateur économique.

La règle pratique est simple. Une classe de fuite de vanne est une limite de test, pas un badge de qualité. Écrivez la norme, la classe, le fluide, les conditions et les preuves, et le devis signifiera ce que vous aviez l'intention.

Envoyez le fluide de service, la taille, la pression, la température et le dessin pertinent pour un devis.