Combinaison Disque de Rupture & Soupape de Sécurité

Introduction
Le code ASME des réservoirs sous pression, autorise l’utilisation d’un disque de rupture que ce soit coté amont ou coté aval d’une soupape de sécurité. Cette association disque + soupape devient de plus en plus courante sur les procédés de fabrication des industries pétrolières, pétrochimiques et chimiques.
Cette association était jusqu’alors considérée comme une orientation technique coûteuse. Il a depuis été démontré qu’elle représente en réalité un gain financier, et ceci selon 5 critères de l’analyse des coûts industriels.

• Plus aucune fuite vers l’atmosphère.
• Période allongée entre 2 opérations de révision
• Les soupapes peuvent être vérifiées en place.
• Les pièces internes des soupapes peuvent être spécifiées en matériau moins coûteux.
• La durée de vie de la soupape est allongée du fait que ses pièces internes sont isolées des fluides process corrosifs.

Ce bulletin est publié afin de vous communiquer les faits, les applications, et les avantages à utiliser un disque de rupture implanté en série avec une soupape de sécurité.

Avantages de l’association disque de rupture + soupape de sécurité, en série
L’utilisation d’un disque de rupture pour isoler une soupape de sécurité représente 5 avantages.

• Avantage No. 1 : Aucune fuite vers l’atmosphère

La raison la plus importante pour implanter un disque de rupture en série avec une soupape de sécurité est l’aspect arrêt des fuites de fluide process vers l’atmosphère. Sur les soupapes de sécurité conventionnelles, le standard API 526 statue que pour tout orifice de code F ou inférieur, le taux de fuite maximal autorisé est de 40 bulles/minute (représente approximativement 168 Nl par 24 heures).
Le disque de rupture, implanté en amont de la soupape, agit comme une barrière métallique solide entre le process et la soupape.

Ceci ne stoppe pas uniquement la pollution de l’air (conforme aux recommandations de l’EPA), mais vous fait aussi économiser des dépenses inutiles en vous évitant d’une part les pertes de produit coûteux mais aussi en vous évitant les amendes des organismes de contrôle chargés de réguler et de taxer les émissions gazeuses.

• Avantage No. 2 : Les soupapes peuvent être vérifiées en place.

Lorsqu’un disque de rupture est utilisé pour isoler une soupape de sécurité, la soupape peut dans ce cas être testée en place, sans avoir à être déposée pour ce test. Avec un disque de rupture à flambage inverse implanté en amont de la soupape, un intervenant peut venir tester la soupape sur place, à l’aide d’une source de pressurisation portable.

Pour accomplir cette opération sans devoir stopper le process au préalable (par exemple quand quelqu’un qui dispose d’une soupape en bon état de marche), l’air sous pression est injecté, à partir d’une source externe, dans la chambre constituée entre le disque de rupture et l’entrée de la soupape lorsque ce type d’opération peut être réalisée sans risque (généralement lorsque le process est à l’arrêt). La pression d’air injecté est augmentée progressivement jusqu’à atteindre l’ouverture de la soupape (constatée auditivement ou via constatation visuelle du glissement du mécanisme).
Bien sûr, la pression d’air appliquée ne doit pas excéder 110% de la pression de rupture gravée sur le disque de rupture.

• Avantage No. 3 : Allongement de la durée de vie de la soupape.

  L’allongement de la durée de vie de la soupape est le troisième avantage majeur obtenu grâce à l’association disque+soupape. Le disque, agissant comme barrière métallique entre le process et la soupape, permet d’éviter les phénomènes de colmatage (agglomérat de produit) sur les pièces mécaniques internes de la soupape, phénomènes qui affectent la performance de la soupape et donc la sécurité du système. Comme le fluide process, en service normal, ne vient plus au contact des pièces internes de la soupape, alors celles-ci demeurent ‘’comme neuves’’ tant que les conditions de mise à l’évent (rupture du disque + ouverture de la soupape) ne sont pas atteintes.

• Avantage No. 4 : Période allongée entre 2 opérations de révision

Parce qu’en condition normale, les pièces internes de la soupape ne sont plus exposées à la contamination du fluide process, elles demeurent ainsi en condition protégée, permettant de pouvoir allonger la période prévue entre 2 révisions.

• Avantage No. 5 : Possibilité de sélectionner des matériaux moins onéreux

Le coût d’acquisition initiale d’une soupape de sécurité peut être réduit en prévoyant des matériaux de construction plus standards (donc moins coûteux) et en isolant cette soupape par un disque de rupture. Par exemple, si une soupape construite tout en Hastelloy est requise, une version dotée d’un corps en acier carbone et d’un mécanisme interne en Hastelloy représente en moyenne une économie de 65% de la valeur. Ce bénéfice permet de payer l’achat et l’installation du disque de rupture et de bénéficier des avantages 1 à 4 listés ci-avant.

Applications Isolation de Soupapes de sécurité
Applications isolation de soupapes de sécurité
Pour une utilisation en isolation de soupape, utiliser un disque de rupture de technologie à flambage inverse. Ce type de technologie permet de disposer d’un disque qui supporte la pression dans les 2 sens d’orientation, elle autorise donc de tester la soupape in-situ et élimine aussi le besoin de disposer d’un accessoire de support de vide pour les process pouvant opérer sous vide.

1. CONSTRUCTION NOUVELLE – ISOLATION AMONT DE SOUPAPE
Pour une construction neuve, le système STA-SAF™ de BS&B est recommandé pour réaliser une isolation de soupape de sécurité. Le système STA-SAF™ est un concept éprouvé de technologie de disque de rupture et monture-support associés. Le système STA-SAF™ s’insère entre brides ANSI ou ISO, il peut être assemblé et pré-serré en atelier puis transporté à son lieu d’installation. Il est conçu (goupilles de détrompage) pour interdire que le disque soit positionné à l’envers dans sa monture-support, et le crochet J-bolt interdit que la monture-support puisse être mise en place à l’envers entre les brides process. La monture-support du système STA-SAF™ peut recevoir les disques de rupture BS&B types S-90, JRS, RLS, SKr™, LPS™ ou Sigma™, selon la valeur de pression de rupture et les conditions de service.

Le système STA-SAF™ couvre la majorité des plages d’utilisation des soupapes de sécurité. Pour des pressions opératoires normales, en service gaz, opter pour n’importe quel type de disque du système STA-SAF™ associé à la monture-support SRB-7RS™. Pour les applications en service sur liquide, utiliser les disques RLS™, SKR™, LPS™ ou Sigma™, et le type RLS™ pour des pressions plus élevées. Les caractéristiques de chacun de ces types de disque peuvent être consultées sur le site web de BS&B.

Le système  STA-SAF™ est idéal pour l’isolation de soupape, avec les avantages suivants :

• Disponible en tailles allant de DN25 (1") à DN750 (30")
• Conception non fragmentante
• Taux d’endommagement faible
• Pas de nécessité de présence de couteaux-lames de découpe
• Taux de service jusqu’à 100% de la pression minimum de rupture (Sigma™), tous les disques peuvent être utilisés jusqu’à 90% de la pression minimum de rupture

2. RETROFIT-MISE A NIVEAU D’UNE SOUPAPE DE SECURITE
Pour isoler des soupapes déjà en service avec conduite de décharge rigide, l’assemblage disque de rupture type SVI est recommandé. Le SVI est un disque de rupture à flambage inverse type S-90, similaire à celui précédemment décrit, et soudé dans un ensemble monobloc qui est glissé sur la portion de conduite amont. Le SVI est unique pour les raisons suivantes :

• Pas de besoin de monture-support
• S’insère sur une conduite existante
• Doté de tous les avantages du disque S-90
• Disponible en tailles allant de DN40 (1-1/2") à DN150 (6"), incluant DN65 (2-1/2")

3. NOUVELLE CONSTRUCTION OU RETROFIT DE L’ISOLATION AVALE D’UNE SOUPAPE
Avec les exigences toujours plus contraignantes des législations contre les émissions fugitives (EPA), qui entraînent l’installation de manifolds collecteurs d’évent de plusieurs soupapes (plutôt que d’évent libre à l’atmosphère), il est important d’isoler la sortie (l’aval) de la soupape (comme l’amont) à l’aide d’un disque de rupture, pour se prémunir de la corrosion pouvant résulter des contre-pressions et donc débits inverses générés par ces collecteurs, ainsi que de faire en sorte que la soupape ne soit pas influencée par cette contre-pression.

Le disque de rupture, basse pression, de Type AV, est parfait pour assurer cette fonction.
Le disque Type AV ne requiert pas de monture-support, il est livré avec ses propres joints d’étanchéité klingerite et s’implante entre 2 brides ANSI ou ISO (Figure 6a). Pour s’isolation d’aval de soupape, il offre les avantages suivants :

• Basses pressions de rupture, 0,07-1 bar (1-15 PSIG)
• Eclate à la même pression, dans les 2 directions (Ratio1:1)
• Ne peut pas être installé à l’envers, construction symétrique, identique des 2 cotés
• Disponible en tailles allant de DN50 (2") à DN900 (36")

Pour plus de détails sur les matériaux, pressions etc..., veuillez consulter les catalogues suivants :

Produit	Bulletin Ref.
STA-SAF® et S-90TM ou JRSTM	77-4001
STA-SAF® et RLSTM	77-4001
STA-SAF® et SKrTM	77-4003
STA-SAF® et LPSTM	77-4002
STA-SAF® et SigmaTM	77-4011
SVITM	77-4005
AVTM	77-8001

Critères de choix pour la sélection d’un disque de rupture ou d’une soupape de sécurité
Pour mieux comprendre l’utilisation de disques de rupture en isolation de soupape, comparons les avantages et points faibles de chaque composant de protection contre les surpressions
SOUPAPE DE SECURITE

1. Les soupapes à siège métal présentent une fuite à l’atmosphère – perte de produit et pollution sont induites.
2. Coût élevé.
3. Maintenance importante – comme un peu de produit traverse la soupape en permanence, celle-ci doit être périodiquement vérifiée. Le système doit être arrêté pendant cette opération.
4. Ajustable.
5. Refermeture – se referme après évacuation de la surpression.
6. Réutilisable - se referme après fonctionnement

DISQUE DE RUPTURE

1. Etanche
2. Coût moindre
3. Nécessite une maintenance plus légère
4. Tarage fixe
5. Ne se referme pas
6. Déposable – doit être remplacé une fois la rupture effective

COMBINAISON DISQUE DE RUPTURE / SOUPAPE DE SECURITE

1. Etanche
2. Coût médian
3. Maintenance raisonnable requise
4. Ajustable
5. Refermeture – se referme après évacuation de la surpression.
6. Soupape réutilisable – disque à remplacer.

Indicateur Tell-Tale
Le code ASME requiert que l’espace compris entre le disque de rupture et la soupape de sécurité soit doté d’un manomètre, d’une vanne de purge, d’un évent libre ou indicateur tell-tale adapté.