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Valves: Les problèmes potentiels

Valves: Les problèmes potentiels. Problèmes potentiels. Plusieurs phénomènes physiques peuvent venir affecter le fonctionnement d’une valve. Liquides: Cavitation Gaz: Autoréfrigération. Quand le vacuum est trop poussé…. La cavitation. Pression de vapeur.

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Valves: Les problèmes potentiels

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Presentation Transcript

  1. Valves: Les problèmes potentiels

  2. Problèmes potentiels • Plusieurs phénomènes physiques peuvent venir affecter le fonctionnement d’une valve. • Liquides: • Cavitation • Gaz: • Autoréfrigération

  3. Quand le vacuum est trop poussé… La cavitation

  4. Pression de vapeur • Lorsque la pression de vapeur d’un liquide (à une température donnée) est au dessus de la pression atmosphérique, ce liquide est dit en état d’ébullition. • A une pression de 1 atmosphère (101.3 kPa ou 14.7 psia) l’eau bout à 100°C ou 212°F. • A une pression de 0.24 atmosphère (24.1 kPa ou 3.5 psia) l’eau bout à environ 65.55°C ou 150°F.

  5. Pression de vapeur

  6. La cavitation • En traversant une valve, la pression statique descend.

  7. La cavitation • Tant que la pression reste au dessus de la pression de vapeur, aucune vaporisation ne se produit. • Mais, si la pression chute sous la pression de vapeur, il y a vaporisation et cela se traduit par la formation de bulles de gaz (liquide vaporisé).

  8. La cavitation • Le problème survient lorsque la pression repasse au dessus de la pression de vapeur du liquide. • La bulle de gaz étant constituée de liquide vaporisée se condense. Le volume de liquide étant beaucoup plus petit que le volume de gaz, cela entraine une implosion de la bulle.

  9. La cavitation

  10. http://www.dailymotion.com/user/jerome_ferrari/1

  11. Effets de l’implosion des bulles de gaz • Aucun matériaux ne résiste à l’implosion des bulles de gaz. • Dégâts importants dans la valve et dans les sections de conduites qui suivent en aval de la valve.

  12. Effets sur la capacité de la valve Phénomène semblable à celui observé avec un gaz

  13. Définition de la cavitation par un accéléromètre « choking flow » Cavitation critique Cavitation naissante

  14. Prévenir la cavitation • Utilisation de valves anti-cavitation • plus coûteuses • Introduction de bulles d’un gaz non-condensable. • Localiser la valve ailleurs • plus bas • pression statique + élevée

  15. Les formules de calcul de la cavitation • Si le manufacturier nous donne les valeurs de test de KC sur l’étendue d’ouverture de la valve, on peut utiliser l’équation suivante: Pression de vapeur Pression amont

  16. Les formules de calcul de la cavitation • Pour les valves à bille et les valves papillon, on utilise la série d’équations suivante: • La vitesse (en pi/sec) dans la conduite à l ’entrée de la valve qui créée un début de cavitation est:

  17. Les formules de calcul de la cavitation • La vitesse (en pi/sec) dans la conduite à l ’entrée de la valve qui créée une cavitation critique est:

  18. Les formules de calcul de la cavitation • Ou d = diamètre interne de la valve • Utiliser le diamètre interne d’une conduite « schedule 40 » de même diamètre nominal.

  19. Les formules de calcul de la cavitation • Ou Cd = valeur Cv/d2 requise pour le débit spécifié (pas de la table  doit être calculé).

  20. Les formules de calcul de la cavitation • Ou p1 est la pression d’entrée en psia, et pv la pression de la tension de vapeur en psia.

  21. Les formules de calcul de la cavitation

  22. Les formules de calcul de la cavitation

  23. Les formules de calcul de la cavitation • La chute de pression risquant d’entraîner la cavitation est: Vitesse en pi/s Densité relative Calculé précédemment

  24. Exemple #1 de calcul de la cavitation • Liquide: eau • Débit maximal: 1275 GPM • Valve à bille caractérisée de 6 po. • Température: 90°F (pv = 0.70) • Pression en amont : 35 psia • Pression en aval : 15 psia

  25. Solution: Calcul du delta P seuil au delà duquel il y a cavitation • Le catalogue du manufacturier indique un KC = 0.42 pour cette ouverture de valve: Donc la valve va être en forte cavitation.

  26. Exemple #2 de calcul de la cavitation • Liquide: eau • Valve papillon de 3 po. (d=3.068 po) • Débit maximal: 330 GPM • Pression de vapeur : 0.4 psia • Pression en amont : 24 psia • Pression en aval : 15 psia

  27. Étape #1: Calcul approximatif du CV requis

  28. Étape #2: Calcul approximatif du CD correspondant

  29. Étape #3: Calcul du coefficient Jk

  30. Étape #3: Calcul du coefficient Jk

  31. Étape #3: Calcul des coefficients Jk, Ji et Jc

  32. Étape #4: Calcul du coefficient Jn

  33. Étape #5: Calcul des vitesses vi et vc

  34. Étape #6: Calcul des chutes de pression delta Pi et delta Pc

  35. Conclusion de l’exemple #2 • Comme la chute de pression est de 9 psi, la valve va faire de la cavitation (> pi) mais pas de façon critique (< pc).

  36. Conclusion de l’exemple #2 • Ce peut être acceptable selon la configuration de la conduite en aval, mais un risque de dommage est possible pour certaines configurations.

  37. Vaporisation du liquide(Flashing) • Si en aval de la valve la pression reste inférieure à pv, nous n’avons plus de cavitation mais de la vaporisation, car la condensation n’a plus lieu.

  38. Vaporisation du liquide(Flashing) • À la sortie de la valve on retrouve un mélange liquide-gaz. (Choked flow) • Bien que la vitesse de sortie soit supérieure à celle d’entrée, l’agressivité reste quelque chose de contrôlable, alors que la violence de la cavitation reste inacceptable.

  39. Vaporisation de l’eau • Considérons l’équation d’une valve traversée par un liquide turbulent:

  40. Vaporisation de l’eau • Il faut faire apparaître la pression au vena-contracta :

  41. Vaporisation de l’eau • Comme la valeur de la pression au vena-contracta dépend de la pression de vapeur, posons : • avec FF est le « facteur critique du rapport de pression du liquide ».

  42. Vaporisation de l’eau • Alors : • ou FF est l’approximation suivante pour l ’eau pure sans air dissous: • pc = pression thermodynamique critique;

  43. Paramètre FLP • Si des réducteurs sont utilisés: • Sinon FLP = FL.

  44. Exemple de calcul de vaporisation instantannéee (flashing) • Liquide: eau • Débit maximal: 38 000 lb/h • Conduite de 2 po. « schedule 40 » • Température t1: 325°F • Pression en amont : 115 psia • Pression en aval : 80 psia • Choisir la valve.

  45. Exemple • Des tables de vapeur pv = 96 psia, pc=3206 psia et 1=1/v = 1/0.01771: http://www.engineeringtoolbox.com/saturated-steam-properties-d_273.html http://www.engineeringtoolbox.com/water-specific-volume-weight-d_661.html

  46. Exemple • Le débit massique en livre par heure est:

  47. Exemple • Donc:

  48. Exemple • Le catalogue du manufacturier nous indique qu’une valve de type « angle valve » de 2 pouces à un CV = 26 et FL = 0.80 (FLP = FL): Donc la valve est correcte dans cette application et fonctionnera à 72 % de sa capacité.

  49. Effets thermodynamiques • Autoréfrigération • Condensation • Formation d’hydrates et gel

  50. Effets thermodynamiques AUTORÉFRIGÉRATION • Si un gaz ou de la vapeur passe d’une haute à une basse pression au travers d’une valve, une chute de température de produit. • CO2 à 300 psia et 20°F tombe à -60°F si la pression chute à la pression atmosphérique. • On peut voir cela sur le diagramme de Mollier. • L’enthalpie reste inchangée…

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