Dimensionnement des obturateurs et des tronçons d‘étranglement
Les obturateurs (également : disques perforés / vannes d‘étranglement) de même que les tronçons d’étranglement sont tout particulièrement utilisés pour la limitation des flux massiques.
Dans les canalisations d’alimentation destinées à transporter des liquides ou des gaz à partir des réseaux d’alimentation jusqu’aux différents éléments de l’installation, on a souvent recours à des obturateurs qui, en cas de défaillance d’une vanne de régulation, limitent le flux massique pouvant être alimenté en fonction du flux massique évacuable par le biais de la soupape de sûreté qui y est installée. Dans ce genre de situation, l’obturateur devient un élément relevant de la sécurité ; il convient donc de le repérer comme tel et de l’intégrer dans un cycle d’essai.
On installe fréquemment des obturateurs dans des canalisations d’alimentation de vapeur pour le chauffage des gaines de réservoirs. En limitant le flux massique maximal de vapeur de chauffage dans la gaine, le but est de limiter également en conséquence la puissance de chauffage maximale à l’intérieur du réservoir.
Lorsqu’il devient nécessaire de limiter la puissance de chauffage de manière à ce que la soupape de sûreté située à l’intérieur du réservoir soit suffisamment dimensionnée pour répondre à une « augmentation de la pression de vapeurs de solvants », l’obturateur doit alors également être considéré comme un composant relevant de la sécurité.
Dans le cas particulier deses milieux compressibles, la détermination du flux massique transitant par un obturateur n’est pas une chose facile à réaliser. Le flux massique circulant au niveau d’un obturateur ne dépend pas seulement des pressions et du diamètre de l’obturateur, mais il est également fonction de la forme dudit obturateur, du rapport de son diamètre au diamètre interne de la canalisation ainsi que de la géométrie de la canalisation. Pour la limitation du flux massique, il convient d’utiliser de préférence des obturateurs à bord vif, sachant qu’en cas d’écoulement critique, la formation d’une prise de pression vena contracta est la plus évidente et que le flux massique est nettement plus limité, surtout à la vitesse du son, que par une buse idéale. Il ne s’agit donc pas seulement de calculer un obturateur par la simple entremise de l’équation pour écoulement par jet de buse et coefficient d’écoulement constant.
L’avantage des obturateurs par rapports aux tronçons d’étranglement est principalement qu’ils permettent après coup une installation simple à un prix avantageux, qu’ils ont un faible encombrement et qu’ils se laissent facilement et rapidement remplacer. Leur principal inconvénient est que le diamètre d’un obturateur peut se modifier suite à la corrosion ou l’érosion, et que contrairement à un tronçon d’étranglement, un obturateur n’est pas observable de l’extérieur. Le flux traversant un tronçon d’étranglement est par ailleurs nettement plus silencieux que dans le cas d’un obturateur.
Il est souvent nécessaire de déterminer de manière interactive le diamètre de l’obturateur car en raison du process, avec une pression d’alimentation plus faible, on a besoin d’un flux massique spécifique en fonctionnement normal qui doit a minima s’écouler au-delà de l’obturateur. Toutefois, avec une pression d’alimentation plus élevée, le flux massique maximal ne doit pas être supérieur à celui qui est évacuable par la soupape de sûreté.
Avec notre logiciel de simulation d‘écoulement des fluides FLOMASTER®, nous déterminons le diamètre optimal des obturateurs pour vos process et nous documentons les résultats sous forme de tableaux récapitulatifs. Nous pouvons extraire de notre très importante base de données toutes les données caractéristiques se rapportant aux gaz les plus courants, nécessaires à la réalisation de ce calcul.