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Disques de rupture


APPLICATIONS

C'est l'une des techniques avec les soupapes, pour protéger un équipement contre les surpressions accidentelles.
Les dispositifs à disque de rupture peuvent être utilisés en:
- protection primaire à la place d'une soupape (sauf sur la vapeur, où ils sont interdits sauf dérogation)
- protection secondaire en parallèle avec une soupape
- en amont d'une soupape, afin de la protéger.
Dans ce cas la norme NFE 29421 oblige à mettre emtre le disque et la soupape une mise à l'air libre, afin que le volume emprisonné entre le disque et la soupape ne cré pas de contre-pression qui modifierait les caractéristiques du disque.
De plus le disque doit être non fragmentant, pour qu'aucun débris ne vienne obstruer la soupape.
- en aval d'une soupape
En isolant la soupape d'une contre-pression éventuelle, le disque permet de se passer de souflet d'équilibrage.
Il protège la soupape contre la corrosion.

MATERIAUX UTILISABLES

Les disques métalliques sont fait d'une tôle laminée à froid, éventuellement prédécoupée.
Les matériaux métalliques disponibles sont:

===================================
          Température d'utilisation
          -------------------------                             
Aluminium        de -100 à +120°C
Inox 316         de -200 à +480°C
Monel 400        de -200 à +425°C *
Nickel 200       de -200 à +400°C **
Inconel 600      de -200 à +600°C
Hastelloy C276   de -276 à +482°C
Titane
Tantale          425°C maxi
Argent           de -100 à +120°C
Or

* (260°C en milieu réducteur et 300°C en milieu oxydant)
**(200°C en milieu réducteur et 300°C en milieu oxydant)
===================================

La surface métallique peut être protégée de la corrosion par un revêtement PTFE ou polyuréthane.

La pression d'éclatement est garantie par des essais effectués sur quelques exemplaires d'un même lot de fabrication.
La norme ISO 6718 défini ces essais d'éclatement.
Chaque disque doit être accompagné d'un certificat de conformité et d'un certificat matière.

La pression d'éclatement est fonction de la température.
L'augmentation de température abaisse la pression d'éclatement.
Cette sensibilité à la température dépend du matériau employé.
Pour déterminer la pression d'éclatement à la température de service, multiplier la valeur d'éclatement à 20°C par le facteur du tableau ci-dessous:

========================================
               Température de service °C
               -100    -20    100    300
               -------------------------
Aluminium      1,30   1,15   0,85 
Inox           1,45   1,10   0,88   0,75
Nickel         1,20   1,10   0,95   0,83
Monel          1,20   1,07   0,90   0,80
Inconel        1,15   1,05   0,95   0,93
========================================

SPECIFICATIONS

Tolérance d'éclatement:
La tolérance totale d'éclatement englobe les tolérances de fabrication et d'essai.
Les valeurs courantes sont 5% et 10%
Exemple: Un disque de pression nominale d'éclatement = 100bars, avec une tolérance totale de 10%, éclatera obligatoirement entre 90 et 110bars.
A noter que la pression de calcul d'un équipement ne peut être inférieure à la pression maxi d'éclatement du disque qui le protège.
Taux de service:
Permet de fixer la pression maximum auquel le disque peut être soumis en service habituel.
Si la pression de service dépasse la valeur de Pmin d'éclatement x Taux de service, il y aura fatigue du matériau et éclatement prématuré.
Il est généralement de 90% pour les disques métalliques, mais seulement de 70% à 85% pour les disques en graphite.
Exemple: Pour éviter de fatiguer un disque de pression nominale d'éclatement = 100bars avec une tolérance de 10%, la pression maxi d'exploitation de l'appareil qu'il protège devra être limitée à 81 bars (90% de 90bars).

TYPES DE DISQUE

- conventionnel
La membrane métallique est lisse et bombée.
La pression est appliquée sur le coté concave du disque.
La précision de la pression d'éclatement est faible.
Il doit être muni d'un support spécial pour résister au vide.
Non recommandé en régime pulsatoire.
Gamme de pression d'éclatement:
de 4 à 1400b pour un diamètre de 15mm
de 1 à 30b pour un diamètre de 800mm

- disque à amorce de rupture soumis à la traction
La membrane métallique est rainurée pour amorcer la déchirure, et bombée.
La pression s'exerce sur la partie concave du disque qui est donc soumis à une contrainte de traction.
La précision de la pression d'éclatement est supérieure à celle du disque conventionnel.
Il doit être muni d'un support spécial pour résister au vide.
Non recommandé en régime pulsatoire.

- disque à amorce de rupture à flambage inverse
La membrane métallique est rainurée pour amorcer la déchirure, et bombée.
La pression s'exerce sur la partie convexe du disque qui est donc soumis à une contrainte de compression.
La précision de la pression d'éclatement est supérieure à celle du disque conventionnel.
Il résiste bien au vide.
Si il est monté à l'envers, la pression s'exerçant coté concave, sa pression d'éclatement devient 1,5 fois la valeur nominale.

- disque renverse à couteaux
La membrane métallique est lisse et bombée.
La pression s'exerce sur la partie convexe du disque, et la déchirure est assurée par des couteaux disposés en aval.
La précision de la pression d'éclatement est théoriquement bonne, mais on a pu observer divers dysfonctionnements:
Suite à un mauvais serrage, le disque vient frapper les couteaux pour une pression égale à 60% du nominal.
Si les couteaux sont émoussés ou rouillés la déchirure ne se produit pas à la pression nominale.
Gamme de pression d'éclatement:
de 10 à 120b pour un diamètre de 25mm
de 1,5 à 7b pour un diamètre de 600mm

- disque plat en graphite
Fragiles, ils ont l'avantage de permettre des pressions d'éclatement aussi faibles que 50mbars.
Pour éviter les ruptures intempestives, leur taux de service doit être de 70% à 85%.
Ces disques sont toujours fragmentants.
Gamme de pression d'éclatement:
de 0,7 à 80b pour un diamètre de 25mm
de 0,07 à 4b pour un diamètre de 600mm

- panneaux d'explosion
Pour la protection contre les explosions des stockages de grande dimension, dont la résistance à la pression est faible (400mbars généralement), on utilise des panneaux de grande surface (0,5 à 2m²) éclatant à une pression aussi basse que 100mbars.
Ils sont généralement constitués de deux membranes métalliques prédécoupées entourant une membrane plastique assurant l'étancheïté.


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