Brevet FR2498283A1 — publié le 19820723

- DISPOSITIF DE SECURITE A LIBERATION DE PRESSION. La présente invention concerne un dispositif à libéra- tion de pression qui peut être rompu et qui, par exemple, peut être mis en place en aval d'un dispositif primaire à libération de pression. De très nombreux dispositifs de sécurité à libération de pression ont été développés afin d'éviter que les encein- tes ou installations contenant des fluides sous-pression, n'atteignent des conditions de surpression dangereuse. Parmi les dispositifs à libération de pression les plus couramment utilisés, 'on peut citer ceux du type qui sont rappelés par ressort et qui peuvent être brisés et qui, s'ouvrent et se rompent automatiquement lorsqu'une condition de surpression est atteinte. Les soupapes à libération de pression, après une ouver- ture initiale, ne se ferment souvent pas complètement par suite des matériaux solides qui peuvent s'y déposer, de la corrosion desdites soupapes et/ou de leurs sièges.... Par suite, les fluides peuvent s'échapper à travers lesdites soupapes dans l'atmosphère et ce, même sous des conditions normales de pression. Par ailleurs, si un à coup momentané de pression se produit à l'intérieur de l'enceinte ou de l'appareil qui doit être protégé, de telles soupapes s'ou- vrent momentanément, ce qui provoque un échappement des fluides, qui peuvent être polluants ou dangereux, dans l'at- mosphère. Dans le cas des dispositifs à libération de pression qui peuvent être brisés, s'ils sont mal installés ou s'ils sont endommagés durant leur mise en place, les manipulations qu'ils subissent,ou s'ils sont utilisés dans des conditions de pression cyclique, ils peuvent souvent prématurément être à des niveaux de pression inférieurs à la pression prédéter- minée à laquelle ils devraient fonctionner. De tels appa- reils peuvent également être inadaptés, du fait qu'une sur- pression momentanée dans l'enceinte ou dans l'installation qui doit être protégée, exige une fermeture immédiate de ces éléments qui doivent être conçus de manière à permettre le remplacement d'un tel système de rupture. A ce jour, les dispositifs à libération de pression -2- susceptibles d'être rompus, sont utilisés en amont des sou- papes de sûreté, afin d'éliminer les problèmes que peuvent poser les défauts d'étanchéité dé telles soupapes et de fa- - ciliter le contrôle périodique de telles soupapes sans fer- mer l'enceinte ou l'installation et dégager des fluides polluants dans l'atmosphère. Cependant, en cas de défaillan- ce d'un tel dispositif à libération de pression, les soupa- pes aval de libération de pression sont au moins momentané- ment ouvertes par suite de l'onde de choc orovoquée car l'échao- Pement des fluides sous-pression qui viennent percuter les soupapes Sè sûreté. Les dispositifs de libération de pres- sion susceptibles d'être rompus ont également été utilisés en série pour essayer d'éviter le rejet de fluides polluants dans l'atmosphère lors d'un fonctionnement prématuré ou au- tre anomalie du dispositif à relâchement de pression primai- re. Là encore, cependant, lorsqpe l'onde de choc produite par la rupture du dispositif primaire, vient percuter le di!positif aval, ce dernier se rompt généralement même si la pression du fluide libérée à travers le dispositif pri- maire est inférieure à la pression de rupture normale du dispositif aval. La présente invention vise à surmonter ces inconvé- nients. D'une manière générale, l'invention concerne donc un dispositif à libération de pression qui comporte un disque de rupture, susceptible de se rompre lorsqu'une pression prédéterminée de fluide est exercée sur lui, ainsi que des moyens permettant de monter ledit disque de rupture en com- munication étanche avec une source de fluide sous pression, le disque de rupture se bombant lorsqu'une onde de choc est exercée sur lui et se bombant et se cassant lorsque des pressions de fluide égales ou plus grandes que la pression prédéterminée sont atteintes. Le dispositif selon l'inven- tion comporte également un élément de rupture qui se rompt lorsqu'il est bombé, cedit élément de rupture étant dispo- sé derrière et adjacent au disque de rupture précité. Lorsque ce disque de rupture se bombe, l'élément de rupture se bombe également et se rompt, ce qui permet, lorsque la pression du fluide sous pression est inférieure à la pression - 3 - prédéterminée accompagnée par une onde de choc qui agit sur ledit disque de rupture, que ce disque de rupture résiste à la rupture par l'élément de rupture, lequel se bombe et -se casse, et par suite absorbe l'énergie de ladite onde de choc, le disque de rupture retenant le fluide. Un tel dispositif peut être installé en aval d'un dis- positif primaire à libération de pression ou peut comporter un dispositif primaire à libération de pression. Il est capable d'absorber l'onde de choc produite lorsque le dis- positif primaire s'ouvre et peut donc de ce fait, retenir les fluides sous-pression, à moins que la pression des flui- des n'atteigne ou ne dépasse la pression prédéterminée de rupture de l'appareil. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif mais non limitatif et qui sont illustrés par les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle en élévation de côté d'une enceinte sous-pression comportant un dispositif primaire de libération de pression ainsi qu'un ensemble con- forme à la présente invention disposé en aval du dispositif primaire, - la figure 2 est une vue de côté en coupe partielle d'un dispositif conforme à l'invention utilisé sur l'ins- tallation illustrée à la figure 1, - les figures 3 et 4 sont des vues de dessus perspec- tivement de l'élément de rupture et du disque de rupture de l'appareil illustré à la figure 2, - la figure 5 est une vue similaire à la figure 2, mais qui représente l'appareil après que le fluide sous- pression et l'onde de choc qui l'accompagne soient venus heurter ledit appareil, - les figures 6 et 7 sont des vues de côté en coupe transversale d'une seconde forme de réalisation d'un disque de rupture et d'un élément de rupture conforme à l'invention respectivement avant et après avoir été soumis à l'action du fluide sous-pression et de l'onde de choc accompagnante, - les figures 8 et 9 sont des vues similaires aux fi- gures 6 et 7 qui précèdent, illustrant un troisième mode de 4- réalisation d'un disque de rupture et d'un élément de rup- ture conforme à l'invention, - les figures 10 et 12 sont également des vues similai- - res illustrant un autre mode de réalisation conformément à l'invention, - la figure 11 est une vue de dessus de l'appareil illustré à la figure 10, - la figure 13 est une vue en coupe transversale d'une autre forme de réalisation d'un appareil conforme à l'inven- tion comportant un disque primaire de rupture et, - lafigure 14 est une vue en coupe de l'ensemble illus- tré à la figure 13 après rupture du disque primaire de rup- ture et après que les fluides sous-pression et l'onde de choc accompagnante, soient entrés en contact avec le disque de rupture secondaire et l'élément de rupture qui lui est associé. La figure l illustre une installation constituée par exemple par une enceinte (10) renfermant un fluide sous- pression et qui doit être protégé, cette enceinte étant as- sociée à un dispositif de libération de pression désigné par la référence générale (12). Dans cet exemple de réalisation, le dispositif à libération de pression (12) comporte un dispositif primaire à libération de pression (14) dont l'en- trée est reliée, de manière étanche, par l'intermédiaire d'un conduit (16) à une ouverture prévue dans l'enceinte (10). Un conduit (18) est relié de manière étanche à la sor- tie du dispositif (14) et à l'entrée d'un dispositif à libé- ration de pression (20) conforme à la présente invention, ce dispositif (20) comportant un conduit de sortie (22) débouchant dans l'atmosphère. Eventuellement, le dispositif (14) et l'appareil (20) peuvent être directement reliés ensemble au conduit (16) et par suite, le conduit (18) peut être supprimé. De même, le conduit (22) peut également être éliminé ou il peut déboucher ailleurs que dans l'atmosphère. Le dispositif (14) peut, par exemple, être une soupape à libération ou un disque de rupture, c'est-à-dire un ou plusieurs disques de rupture, présentant une pression de rupture prédéterminée, serrés entre une paire de flasques ou éléments supports complémentaires. -5- Le dispositif (20) conforme à l'invention, dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, comporte un disque de rupture (24) et au moins un élément de rupture (26) ser- ré entre des flasques d'entrée et de sortie (28) et (30). Le flasque d'entrée (28) est soudé de manière étanche au conduit (18), lequel est également soudé de manière étanche à la sortie du dispositif (14). Le flasque de sortie (30) est relié d'une manière similaire au conduit (22). Les flas- ques (28) et (30) sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'une pluralité de boulons (32) serrés au moyen d'écrous (34) afin d'immobiliser de manière étanche le disque de rup- ture (24) et l'élément de rupture (26) entre eux. Le disque de rupture et l'élément de rupture pourraient, bien entendu, être immobilisés par tout autre moyen équivalent, par exem- ple au moyen d'éléments vissés ou d'éléments supports annu- laires réunis ou séparés serrés entre les flasques. Ainsi que cela est représenté aux figures 2, 3 et 4, le disque de rupture (24) peut être un disque plat et l'élé- ment de rupture (26) peut être un disque de rupture de dimensions correspondantes à celles du disque de rupture (24). L'élément de rupture (26) comporte une partie annulai- re plate (36) reliée à une partie oré- bombée (38) par une zone de transition (40). La partie annulaire plate (36) de l'élément de rupture (26) et une partie correspondante du disque de rupture (24) sont positionnées de manière adja- cente l'une à l'autre et sont serrées entre les joints (42) qui sont euxmêmes immobilisés entre les flasques (28) et (30). L'espace étanche (44) entre le disque de rupture (24) et l'élément de rupture (26) est rempli d'air. Ainsi que cela est illustré aux figures 3 et 4, l'élé- ment de rupture (26) et le disque de rupture (24) compor- tent tous les deux des entailles (41) formées sur une surfa- ce de la partie centrale de chacun de ces éléments, ces en- tailles définissant des lignes de rupture le long desquelles l'élément de rupture (26) sera déchiré, ce qui permet de réduire ou d'éviter les phénomènes de fragmentation. Le fonctionnement de cet ensemble (20) est le suivant. Lorsque la pression de fluide est exerce sur le dispositif à libé- ration de pression (14) à un niveau ou d'une manière telle -6- que le dispositif de libération de pression (14) s'ouvre, l'écoulement brutal de fluide sous-pression à travers ledit dispositif (14) provoqué une onde de choc qui vient frapper le disque de rupture (24) de l'appareil (20). - Le disque de rupture (24) est réalisé dans un matériau ductile et a une épaisseur telle que lorsque la pression de fluide qui s'exerce sur lui est inférieure à une pression prédéterminée de rupture prévue pour ledit disque (24), celui-ci se bombe mais ne se rompt pas. Lorsqu'une pression de fluide égale ou supérieure à celle qui est prédéterminée, se produitet sr'ex-erce sur le disque (424), celui-ci se bombe et se brise. Par ailleurs, l'élément de rupture (26) est à base d'un matériau et a une épaisseur telle que lorsqu'il se bombe, cela provoque sa rupture. Si, lorsque le fluide sous-pres- sion et l'onde de choc qui l'accompagne lors de l'ouverture du dispositif à libération de pression (14) entre en con- tact avec le disque de rupture (24), celui-ci se bombe, ce qui comprime l'air emprisonné entre le disque (24) et pro- voque également le bombement de l'élément de rupture (26) et sa rupture ainsi que cela est illustré à la figure 5. La rupture de l'élément de rupture (26) absorbe l'énergie de l'onde de choc et par suite, évite la rupture du disque (24) de telle sorte qu'il peut retenir le fluide sous pres- sion libéré par le dispositif (14). Si le fluide sous pression libéré par le dispositif (14) est à une pression égale ou supérieure à celle qui a été prédéterminée pour le disque de rupture (24), la rup- ture de ce disque (24) se produira également après celle de l'élément (26) , ce qui permettra de libérer le fluide sous pression dans l'atmosphère et de réduire la pression à l'intérieur de l'enceinte (10). Le disque de rupture (24) et l'élément de rupture (26) de l'appareil (20) peuvent se présenter sous diverses for- mes et il est possible d'utiliser plus d'un élément de rup- ture en fonction des utilisations particulières de l'appa- reil. Ainsi, par exemple, la figure 6 illustre un disque de rupture (46) plat et un élément de rupture (48) plat séparés entre eux par un espace annulaire (50) permettant de définir -7- entre eux un espace étanche rempli d'air. Lors de l'impact d'un fluide sous pression et de l'onde de choc accompagnan- te, le disque de rupture (46) se bombe, ce qui entraîne -l'ouverture de l'élément de rupture (48) ainsi que cela est représenté à la figure 7. La figure 8 illustre un autre exemple de réalisation utilisable notamment lorsque la force créée par l'impact de fluide sous pression et l'onde de choc qui l'accompagne sur le disque de rupture de l'appareil (20) est élevée. Dans ce mode de réalisation, un disque de rupture plat (52) est utiliâ'éet est associé à un premier élément de rupture (54) également plat disposé derrière lui et légèrement écar- té, un second élément de rupture (56), pré-bombé, étant dis- posé derrière l'élément de rupture (54). Une cale (58) est prévue entre le disque de rupture (52) et le premier élément de rupture (54) de manière à définir un espace fermé rempli d'air. Lors de l'impact d'un fluide sous pression et de l'onde de choc qui l'accompagne sur le disque de rupture (52), celui-ci se trouve bombé, ce qui provoque la rupture des éléments (54) et (56) de la manière illustrée à la figu- re 9, ce qui permet de dissiper l'énergie de l'onde de choc. Un très grand nombre d'autres combinaisons de disques de rupture plats ou pré-bombés avec un ou plusieurs éléments de rupture plats ou pré-bombés et/ou avec des poches d'air prévues entre ces éléments et/ou avec ou sans rainures dé- finissant des zones de moindre résistance peuvent être envi- sagées, en fonction des utilisations et ce, sans sortir du cadre de l'invention. Les disques de rupture et les éléments de rupture peu- vent être réalisés à partir d'une très grande variété de ma- tériaux, par exemple à base de métal, de matière plastique, de céramique et ce, en fonction des utilisations envisagées. Généralement, le disque de rupture est à base d'un métal ductile alors que le ou les éléments de rupture seront à base de métaux, matières plastiques, céramiques... plus fragiles. Le disque de rupture et un ou plusieurs éléments de rupture peuvent, bien entendu, avoir une forme autre que circulaire. -8- - Les figures 10, 11 et 12 illustrent une quatrième forme de réalisation conforme à l'invention. Dans cett forme de réalisation, l'élément de rupture.(62) comporte quatre bandes -susceptibles d'être brisées (68) positionnées de manière adjacente et en contact avec un disque de rupture (60). Ain- si que cela ressort plus clairement de la figure 11, dans ce mode de réalisation, l'élément de rupture (62) comporte une partie plane annulaire (64) et quatre ouvertures sensi- blement triangulaires (66> définissant entre elles des ban- des (68) reliées dans la partie centrale de l'élément (62) et présentant des lignes de faiblesse (70) le long desquel- les se produit la rupture. Ainsi que cela est représenté à la figure 12, lorsque le disque de rupture (60) est soumis à l'action du fluide sous pression et de l'onde de choc qui l'accompagne, ce disque (60) se bombe, ce qui provoque éga- lement le bombement de ll'-élément de rupture (62) et la rup- ture des bandes (68). Les figures 13 et 14 illustrent une autre variante (80) d'un appareil conforme à l'invention. Ce mode de réalisation comporte un élément support annulaire d'entrée (82), un élé- ment support annulaire intermédiaire (84) et un élément sup- port annulaire de sortie (86) qui peuvent être immobilisés entre des flasques conventionnels. Entre l'élément support d'entrée (82) et l'élément support intermédiaire (84) est disposé un disque de rupture primaire (88) qui comporte une partie centrale pré-bombée (90). Entrel'élément support intermédiaire (84) et l'élément support de sortie (86) est disposé un disque de rupture plat secondaire (92) et un élé- ment de rupture (94). L'élément de rupture (94) comporte une partie centrale pré-bombée et positionnée de manière adjacente au disque de rupture plat secondaire (92). Le disque de rupture primaire (88) peut se présenter sous différentes formes. Par exemple, il peut être'pré- - - bombé avec sa face concave faisant face à l'élément support d'entrée (82). Eventuellement, il pourrait être plat ou il pourrait être à bombement inverse, c'est-à-dire qu'il pré- senterait sa face pré-bombée de telle sorte que sa partie convexe soit disposée du côté de l'élément support d'entrée (82). Q-ielle que soit la forme sous laquelle il ze présent, le disque -9- de rupture primaire (88) est à base d'une matière ayant une épaisseur telle que sa rupture se produise sous une pres- sion prédéterminée de fluide. Le disque de rupture secon- - daire (92) peut également se présenter sous diverses formes et est à base d'un matériau ductile choisi de telle sorte que lorsque la pression de fluide exercée sur le disque de rupture (92) est inférieure à la pression de rupture prédé- terminée du disque de rupture (90) mais est accompagné par une onde de choc, ce disque secondaire (92) se bombe mais ne se rompt pas. L'élément de rupture (94) peut également se présein'ter sous diverses formes telles que décrites pré- cédemment mais est à base d'une matière et a une épaisseur telle qu'il se rompt s'il vient à être bombé. Ainsi que cela est montré à la figure 14, l'élément sup- port d'entrée (82) est relié de manière étanche à l'enceinte ou au circuit qui doit être protégé. Lorsqu'une condition de surpression se produit à l'intérieur de cette enceinte, le disque de rupture primaire (88) se rompt ce qui provoque la libération des fluides sous pression et génère une onde de choc qui vient frapper le disque de rupture secondaire (92) et, par suite, provoque son bombement. L'air enfermé entre le disque (92) et l'élément de rupture (94) est alors comprimé, ce qui provoque le bombement de l'élément de rup- ture (94) et, par suite, sa rupture. Etant donné que le fluide sous pression est à un niveau de pression égal ou supérieur à la pression de rupture prédéterminée du disque de rupture secondaire (92), celui-ci se rompt également (état non représenté) et, par suite, les fluides sous pres- sion sont libérés à travers l'appareil (80) et la pression à l'intérieur de l'enceinte qui doit être protégée est éli- minée. Dans l'éventualité o le disque de rupture primaire (88) se rompt prématurément pour une raison quelconque et ce, à un niveau de pression de fluide inférieur à la pression de rupture prédéterminée pour les disques (88) à (92), le fluide sous pression et l'onde de choc qui l'accompagne et générée par la rupture du disque (88), provoque le bombement du disque de rupture secondaire (92). Cela provoque le bomfi- bement de l'élément de rupture (94) ainsi que sa rupture, - 10 - ce qui permet d'absorber l'énergie de l'onde de choc et évi- te la rupture du disque de rupture (92). Les fluides sous pression relachés lors de cette rupture prématurée du disque - (88) sont par suite, retenus par le disque (92) et ce, aussi longtemps que le niveau de pression des fluides contenus à l'intérieur de l'enceinte ou de l'installation qui doit être protégée, restent inférieurs à la pression de rupture prédé- terminée souhaitée du disque de rupture secondaire (92). Lorsque le niveau de pression dépasse la pression de rupture prédéterminée, le disque de rupture secondaire (92) se rompt également7èt pàr-suite, provoque la libération de-pression à l'intérieur de l'enceinte ou de l'installation qui doit être protégée. Comme indiqué précédemment. pour les modes de réalisation illustrés par les figures 2 à 12, le dispositif (80) peut également comporter plus d'un élément de rupture disposé derrière l'élément de rupture (94) et une grande variété de combinaisons de disques de rupture primaire, secondaire et d'éléments de rupture peuvent être utilisés. En outre, les éléments support (82-84 et 86) peuvent se présenter sous différentes formes et ce, en fonction de l'emplacement parti- culier ou de l'installation dans laquelle le dispositif (80) doit être installé. Les exemples qui précèdent montrent bien les avantages apportés par l'invention et notamment le fait qu'un tel appareil permet d'absorber l'onde de choc produite par une libération brusque de fluide sous pression et retient le fluide, c'est-à-dire évite que le fluide ne soit libéré dans l'atmosphère tant que la pression de fluide n'atteint ou n'excède une pression de rupture prédéterminée, ce qui assure une protection efficace et complète de l'enceinte ou de l'installation qui doit être protégée. Pour certaines applications, le dispositif à libération de pression primaire ou le disque de rupture primaire peut être déterminé de manière à avoir une pression de rupture prédéterminée plus faible que la pression de rupture déter- minée du disque de rupture secondaire et de ou des éléments de rupture, ce qui permet, lorsque ce niveau de pression inférieur-est atteint, que le disque primaire ou disque de - il - libération de pression permette la libération des fluides sous pression, les fluides étant cependant retenus jusqu'à ce qu'une pression plus élevée soit atteinte et, qu'à ce - moment, une libération complète de pression soit effectuée. - 12 - REVENDICATIONS 1/ Dispositif de sécurité à libération de pression du type comportant un disque de rupture qui se rompt lorsqu'une - pression prédéterminée de fluide est exercée à sa surface -ainsi que des moyens permettant de monter ledit disque de rupture en liaison étanche avec une source de fluide sous pression, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un disque de rupture (24, 46, 52, 60, 92) qui se bombe lorsqu'une onde de choc s'exerce à sa surface et se bombe et se rompt lorsque des pressions en fluide égales ou supériiures -à une pression prédéterminée est exercée, - et un élément de rupture (26, 48, 54, 62, 94) qui se rompt lorsqu'il est bombé, ledit élément de rupture é- tant disposé derrière et de façon adjacente au disque de rupture, de telle sorte que lorsque ledit disque de rupture se bombe, l'élément de rupture soit également bombé et rom- pu et que, lorsqu'une pression en fluide comprimée, infé- rieure à la pression prédéterminée, accompagnée par une onde de choc, agit sur ledit disque de rupture, ledit disque de rupture se bombe et setrouve empêché de se rompre sous l'ac- tion de l'élément de rupture, lequel se bombe et se brise, ce qui permet d'absorber l'énergie de l'onde de choc,.le disque de rupture retenant le fluide. 2/ Appareil selon la revendication l, caractérisé par le fait que le disque de rupture (24,46,52,60,92) comporte des entailles (41) sur sa surface déterminant des lignes de moindre résistance. 3/ Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément de rupture (62) com- porte une ou plusieurs bandes (68) pouvant être rompues disposées de manière adjacente et en contact avec ledit disque de rupture (60). 4/ Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément de rupture se présente sous la forme d'un disque de rupture (24, 48, 54, 56, 94). / Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le disque de rupture (24, 52, 92) est plat et que l'élément de rupture est un disque de rupture pré-bombé (26-56-94), ce qui permet de former une poche étanche - 13 - remplie d'air entre ledit disque de rupture et ledit élément de rupture. 6/ Appareil selon la revendication 4, caractérisé en - ce que le disque de rupture (46-52) et l'élément de rupture (48-54) sont plats. 7/ Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que des moyens d'écartement (50-58) sont disposés entre le disque de rupture et l'élément de rupture de manière à dé- terminer un espace étanche rempli d'air. 8/ Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, ca- ractérisé-par le fait que un ou plusieurs éléments de rup- ture additionnels (56) sont disposés derrière ledit premier élément de rupture (54). 9/ Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, cE':- ractérisé en ce que ledit élément de rupture comporte des entailles (4170) sur une de ses faces de manière à créer des lignes de moindre résistance. / Appareil selon l'une des revendications 1 à 9, ca- ractérisé par le fait qu'il est monté en aval d'un disque de rupture primaire (15-88).