La surpression dans les équipements est due à une trop grande
quantité de fluide (gaz ou liquide) contenue dans le volume de
l'enceinte. Evacuer cet excès permet de retrouver une pression
acceptable. C'est le rôle des soupapes de décharge.
Le phénomène de surpression est très souvent dynamique: un débit de
fluide entrant ne peut être évacué par le procédé, ou un flux thermique
continu produit des vapeurs en excès, .... La soupape devra évacuer en
continu cet excès.
La taille de la soupape est fonction du débit à évacuer, et des
caractéristiques du fluide; elle est principalement caractérisée par la
taille de son orifice.
Les soupapes ayant une fonction de sécurité, leur dimensionnement n'est
pas laissé à la seule appréciation des constructeurs. Les soupapes ne
peuvent être testées pour chaque application; la détermination de la
taille nécessaire est faite par calcul. Les méthodes de calcul
acceptables sont décrites dans des normes. Les principales sont:
La
taille des orifices (buses) des soupapes est définie par
des normes internationales.
Chaque taille d'orifice est désigné par une lettre de D à W.
Pour chaque taille d'orifice, les diamètres des raccordements d'entrée
et de sortie sont définis. Pour chaque taille d'orifice, deux ou trois
combinaisons de raccordement sont souvent possibles.
Le tableau suivant donne ces caractéristiques:
Orif | Sect. [cm²] |
raccordements (ent×sort) diamètre en pouces |
||
---|---|---|---|---|
D | 0,71 | 1×2 | 1,5×2 | 1,5×2,5 |
E | 1,26 | 1×2 | 1,5×2 | 1,5×2,5 |
F | 1,98 | 1×2 | 1,5×2 | 1,5×2,5 |
G | 3,24 | 1,5×2,5 | 1,5×3 | 2×3 |
H | 5,06 | 1,5×3 | 2×3 | |
J | 8,3 | 2×3 | 2,5×4 | 3×4 |
K | 11,86 | 3×4 | _ | _ |
L | 18,41 | 3×4 | 4×6 | _ |
M | 23,20 | 4×6 | _ | _ |
N | 28,00 | 4×6 | _ | _ |
P | 41,20 | 4×6 | _ | _ |
Q | 71,20 | 6×8 | _ | _ |
R | 103,0 | 6×8 | 8×10 | _ |
T | 168,0 | 8×10 | _ | _ |
V | 264,0 | _ | _ | _ |
W | 393,0 | _ | _ | _ |
La capacité d'évacuation est le débit que la soupape peut
laisser passer. Des méthodes de calcul de ce débit sont proposées par
les normes pour:
selon ISO EN 4126
avec:
:
débit massique de gaz [kg/h]
:
correction pour la contre-pression
Correction pour la viscosité:
avec:
avec:
:
débit [kg/h]
: section
de l'orifice [cm²]
: différence de pression amont-aval [bar]
: masse
volumique du liquide [kg/m³]
La solution de cette relation nécessite un calcul itératif !
selon ISO EN 4126
La capacité d'évacuation de la soupape est donnée par les relations suivantes:
débit(kg/h)=K × Pres × CM
× CT
× Cg ×
Cz × Kb
débit(t/h)=K × √(Pam
- Pav)
× Cd × Csp
débit(kg/h)=K × Pam × Ksh × Kb
avec K: coefficient de débit = débit dans les conditions
standard
Pres: pression amont (bar absolu)
CM: correction de masse molaire
CT: correction de température
Cg: correction de coef. de détente
Cz: correction du coef de compressibilité du gaz
(Z)
Cd: correction de densité liquide
Kv: correction pour la viscosité du liquide
Csp: correction de surpression
Kb: correction de contre-pression
Ksh: correction de surchauffe
∆P:différence de pression amont-aval
Coefficients de débit (K) | |||
---|---|---|---|
Orif. | Gaz [kg/h] |
Liquide [t/h] |
Vapeur [kg/h] |
D | 55 | 1,4 | 33 |
E | 97 | 2,5 | 59 |
F | 152 | 4,0 | 93 |
G | 249 | 6,5 | 152 |
H | 390 | 10,1 | 238 |
J | 639 | 16,6 | 390 |
K | 913 | 23,7 | 560 |
L | 1420 | 36,8 | 865 |
M | 1790 | 46,0 | 1090 |
N | 2160 | 56,0 | 1315 |
P | 3170 | 82,0 | 1940 |
Q | 5480 | 142,0 | 3350 |
R | 7930 | 206,0 | 4840 |
T | 12900 | 336,0 | 8000 |
V | 20300 | 528,0 | 12000 |
W | 30300 | 786,0 | 18000 |
Tant que la pression aval est inférieure à 55% de la pression
amont, l'écoulement est dit critique, et le débit est indépendant de la
pression aval.
Pour des pressions aval supérieures, le débit est minoré par le facteur
ci-dessous:
Paval ⁄ Pamont (P absolue) |
Kb |
---|---|
<=0,55 | 1,0 |
0,65 | 0,97 |
0,70 | 0,95 |
0,75 | 0,90 |
0,80 | 0,85 |
0,85 | 0,76 |
0,90 | 0,64 |
0,92 | 0,58 |
0,94 | 0,50 |
0,96 | 0,41 |
0,97 | 0,36 |
0,98 | 0.30 |
Press [bars eff] |
Température [°C] |
||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
_ | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 500 | 600 |
2 | 0,99 | 0,94 | 0,89 | 0,86 | 0,82 | 0,76 | 0,72 |
20 | _ | 0,97 | 0,91 | 0,87 | 0,83 | 0,77 | 0,72 |
60 | _ | _ | 0,96 | 0,90 | 0,85 | 0,78 | 0,73 |
110 | _ | _ | _ | 0,97 | 0,89 | 0,84 | 0,74 |
160 | _ | _ | _ | 0,99 | 0,95 | 0,82 | 0,75 |
200 | _ | _ | _ | _ | 1,0 | 0,84 | 0,76 |
Masse molaire (g) |
CM | Masse molaire (g) |
CM |
---|---|---|---|
2 | 0,26 | 40 | 1,17 |
5 | 0,42 | 50 | 1,31 |
10 | 0,59 | 70 | 1,55 |
20 | 0,83 | 100 | 1,86 |
29 | 1,00 | 150 | 2,27 |
T°C | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 400 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
CT | 0,95 | 0,89 | 0,83 | 0,79 | 0,75 | 0,71 | 0,66 |
Cp/Cv | 1,00 | 1,10 | 1,20 | 1,30 | 1,40 | 1,50 |
---|---|---|---|---|---|---|
Cg | 0,89 | 0,92 | 0,95 | 0,97 | 1,00 | 1,02 |
Fonction du coefficient de compressibilité Z, c'est-à-dire des
pressions et températures réduites (Pr=P/Pc et Tr=T/Tc)
Cz vaut 1 si Z vaut 1
Pr | Tr | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
_ | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 1,8 |
0,01 | 1,03 | _ | _ | _ | _ | _ |
0,1 | _ | 1,04 | 1,02 | 1,01 | _ | _ |
0,2 | _ | 1,09 | 1,04 | 1,02 | 1,01 | 1,00 |
0,4 | _ | _ | 1,09 | 1,04 | 1,02 | 1,01 |
0,6 | _ | _ | 1,15 | 1,07 | 1,03 | 1,02 |
0,8 | _ | _ | 1,27 | 1,15 | 1,04 | 1,02 |
1,0 | _ | _ | 1,58 | 1,12 | 1,05 | 1,02 |
1,4 | _ | _ | _ | 1,20 | 1,07 | 1,03 |
1,8 | _ | _ | _ | 1,27 | 1,08 | 1,03 |
densité: | 0,50 | 0,70 | 0,90 | 1,10 | 1,30 | 1,50 |
---|---|---|---|---|---|---|
Cd: | 0,71 | 0,84 | 0,95 | 1,05 | 1,14 | 1,22 |
Pour les liquides, la capacité de la soupape dépend de la
surpression (accumulation) qu'on admet au dessus de la pression de
début d'ouverture.
surpression: | 10% | 20% | 25% |
---|---|---|---|
Csp: | 1,0 | 1,5 | 1,7 |