Brevet FR2530779A1 — publié le 19840127

"LIAISON DE SECURITE RELIANT UN RECIPIENT CONTENANT UN GAZ SOUS PRESSION A UN SYSTEME D'EVACUATION". L'invention concerne une liaison de sécurité comportant une soupape et une conduite qui relient en série un récipient contenant un gaz susceptible de présenter des surpressions, à un système destiné à évacuer le gaz en excès relaché par la soupape Une telle liaison de sécurité est utilisée en particulier dans l'industrie pétrolière et l'industrie chimique, o le gaz en excès est éventuellement rejeté dans la nature après avoir subi un traitement, par exemple une combustion. L'invention s'applique notamment à des récipients contenant des hydrocarbures et plus partiuclièrement à ceux placés sur des plates- formes en mer, parce que c'est alors que le gain de place et la réduction de poids procures par l'invention sont le plus recherchés, mais l'in- vention apporte, dans tous les cas d'application, une économie appré- ciable. On est généralement amené par nécessité opératoire, et pour accroître la sécurité, à placer, en parallèle avec la conduite munie d'une soupape de sécurité, une deuxième conduite munie d'une vanne commandée manuellement ou automatiquement pour évacuer très rapidement le gaz du récipient, en particulier lorsqu'un incendie se déclare. La présente invention a pour objectif de permettre la suppression de cette deuxième conduite, tout en maintenant la même fiabilité de l'installation de sécurité et la même souplesse opératoire Seule, sera maintenue la conduite comportant la soupape, soupape qui devra réunir les propriétés de sécurité d'une soupape classique (fiabilité de l'ouverture) et celle d'une vanne de dépressurisation (étanchéité après de nombreuses ouvertures, et résistance au refroidissement dû à la détente du gaz, température qui peut descendre très en dessous de O " C). Un objet de l'invention est ainsi une liaison de sécurité entre un récipient contenant un gaz sous pression et un système d'évacuation de gaz J comportant le montage en série d'une conduite et d'une soupape munie d'un clapet de fermeture porté par une tige de manoeurvre commandée par un pilote qui déclenche l'ouverture de la soupa De lors d'une sur- pression dans le récipient, dans laquelle un système de commande séparé est prévu pour déplacer la tige de manoeuvre de manière à ouvrir la- soupape et des moyens de pivotement sont prévus entre la tige de manoeuvre et le clapet de fermeture de sorte que la soupape peut aussi jouer le rôle de vanne en assurant une bonne étanchéité même après plusieurs ouvertures et malgré les déformations qu'entraînent inévita- blement les changements de température. On élimine ainsi la nécessité habituelle d'installer en parallèb avec le montage de ladite conduite et de ladite soupape, une autre con- duite munie d'une vanne La réduction de poids obtenue est d'une impor- tance particulière dans une installation pétrolière disposée sur une plate-forme en mer. Selon un autre objet de l'invention, la tige de manoeuvre est munie d'un piston à double effet dont une face est prévue pour être soumise à la pression du gaz contenu dans le récipient, transmise par le pilote, et dont la face opposée est prévue pour être soumise à la pression d'un fluide de commande séparé provenant d'une source de fluide sous pression séparée et intervenant lorsque la soupape est utilisée en vanne. Selon un autre objet de l'invention, des moyens de commutation pour fluides sont disposés entre la soupape, le pilote, la source de fluide sous pression et un système d'évacuation du fluide dé commande, pour per- mettre -lê-passage de la'soupape, du fonctionnement en soupape au fonction- nement en vanne Plus particulièrement, ces moyens de commutation sont constitués par un robinet à cinq voies, cet appareil permettant notamment de facilement automatiser la commutation. Un objet de l'invention consiste aussi à prévoir des éléments formant barrière thermique afin de limiter la transmission des variations de température de la région du clapet de fermeture vers la région de commande de la tige de manoeuvre de la soupape, à travers la tige de manoeuvre et/ou à travers le corps de la soupape. Ces objets et d'autres objets de l'inventica,ressortiront de la description d'un exemple de réalisation de l'invention qui va être donné, à titre non limitatif, en se référant au dessin joint dans lequel: la Fig I est le schéma d'une installation de sécurité de type connu la Fig 2 est le schéma d'une installation de sécurité analogue faisant application de l'invention; les Fig 3, 4 et 5 sont des coupes similaires d'un ensemble de soupape et de pilote convenant pour être utilisé dans le schéma de la Fig 2 dans la Fig 3, la soupape est en service normal, tandis que dans la Fig 4, la soupape est ouverte à la suite d'une surpression détectée par le pilote et que, dans la Fig 5, la soupape est ouverte à la suite d'une manoeuvre de la soupape fonctionnant en vanne et la Fig 6 est une coupe, à plus grande échelle, du clapet de la soupape et de son dispositif de montage. Dans le schéma de la Fig 1, un récipient i contenant un gaz sous pression est relié à un système d'évacuation 2, par exemple une torche, par deux conduites en parallèle une conduite 3 munie d'une soupape de sécurité 4 qui s'ouvre dès que la pression-du gaz dans le récipient 1 dépasse un seuil prédéterminé et-une conduite 5 munie d'une vanne 6 actionnée manuellement ou automatiquement et éventuellement d'un orifice de restriction 7 Cet orifice de restriction 7 est rendu nécessaire seulement si la différence des pressions ODàratoires du récipient 1 et du système d'évacuation des gaz 2 est plus importante que la perte de charge dans la vanne 6 et les conduites reliant le récipient 1 au système d'évacuation 2 par l'intermédiaire de la vanne. Les deux conduites 3 et 5 sont reliées par une canalisation 8 à un collecteur 9 dans lequel débouchent d'autres canalisations 8 analogues à celle qui vient d'être mentionnée, et destinées à la protection d'autres récipients tels que le récipient 1, munis chacun de deux conduites telles que les conduites 3 et 5 Le collecteur 9 est relié au système d'évacua- tion des gaz 2 par un ballon 10 de séparation des produits liquides. Sur la Fig 2, on retrouve le récipient 1, le collecteur 9, le ballon 10 et le système d'évacuation 2 Mais le récipient 1 n'est plus relié au collecteur 9 que par une seule conduite Il munie d'une soupape pilotée spéciale 12 dont un exemple est représenté sur les Fig 3, 4 et 5. Cette soupape 12 peut être ouverte soit par une surpression du gaz du récipient I agissant sur le pilote de la soupape comme on le verra plus loin-soit par la manoeuvre d'un robinet à cinq voies 15 dont une voie est reliée à un évent 14 et une autre à un conduit 16 qui amène un fluide de commande provenant d'une source 13 telle qu'une-bouteille de gaz comprimé Ce robinet à cinq voies 15 peut être manoeuvré soit manuelle- ment soit automatiquement Le robinet à cinq voies 15 peut éventuellement être remplacé par d'autres organes de commutation effectuant des opérations similaires. On voit ainsi la simplification qu'apporte le schéma de la Fig 2, la suppression d'une des conduites 3 ou 5 de la Fig 1, qui sont de gros diamètre et qui peuvent être de grande longueur, constituant ainsi une économie importante et un allégement de poids appréciable. La soupape 12 représentée sur les Fig 3, 4 et 5 se compose essentiellement de trois corps élémentaires: un corps élémentaire extrême inférieur 17, un corps élémentaire extrême supérieur 18 et un corps élémentaire intermédiaire 19 Le corps 17 comporte une bride 20 de raccordement à la paroi du récipient 1, autour d'un orifice 21 de celui- ci, et une bride 22 de raccordement à une bride, non représentée, de la conduite d'évacuation Il contient une buse 23 et un clapet de fermeture 24 muni d'un soufflet 25 et porté par l'extrémité inférieure d'une tige de manoeuvre 26 au moyen d'un écrou 27 La tige 26 traverse le corps 19 et elle porte à son extrémité supérieure un piston 28 qui peut coulisser dans un cylindre 29 formé dans le corps 18. Le corps élémentaire intermédiaire 19 est raccordé au corps élémentaire inférieur 17 en étant fixé à celui-ci par des goujons dont l'emplacement a été simplement figuré Un ensemble d'isolement thermique est interposé entre ces deux corps; il se compose d'un écran protecteur 30 et de plusieurs disques en matériaux thermiquement isolants 31 Le corps élémentaire extrême 18 est raccordé au corps élémentaire intermédiaire 19 en étant fixé à celui-ci par des écrous, dont on a représenté seulement l'emplacement, avec interposition de disques en matériaux thermiquement isolants 32 La tige 26 est attachée au piston 28 avec interposition d'un écran protecteur 33 et de rondelles en matériaux thermiquement isolants 34, l'ensemble étant retenu par des circlips Une barrière thermique peut aussi 6 tre interposée entre clapet 24 et tige 26 Cet isolement thermique constitue une protection impor- tante des organes moteurs de la tige 26 Sur la face supérieure du piston 28, un ressort hélicoïdal conique 35 tend à repousser le piston 28 vers le bas et à appliquer le clapet 24 sur l'extrémité supérieure de la buse 23, en prenant appui sur le corps 18 La sollicitation exercée par ce ressort 35 sur le clapet 24 est inférieure à l'effort exercé en sens inverse sur le clapet 24 par la pression maximale du gaz dans le récipient I admissible, selon les réglementations en vigueur, en fin de dépressurisation du récipient 1 La face supérieure du piston 28 forme avec la face inférieure du corps 18 une première chambre 36 qui peut être mise en communication par le conduit 37 soit avec le gaz du récipient 1 par l'intermédiaire d'un pilote, soit avec l'atmosphère par l'évent 14, suivant la position du robinet à trois voies 15. A l'opposé, la face inférieure du piston 28 borde une deuxième chambre 38 délimitée aussi par le cylindre 29 du corps 18, la tige 26 et le corps 19 Cette chambre 38 est en communication par un conduit interne 39 avec une tubulure externe 40 nui vient s'adapter sur le robinet à cinq voies 15 Ainsi, lorsque la pression du gaz dans le récipient I devient insuffisante pour maintenir le clapet 24 ouvert à l'encontre du ressort 35 l'ouverture de la soupape 12 peut se maintenir, toujours à l'encontre du ressort 35, par action du fluide sous pression introduit par la tubulure 40 et le conduit 39 dans la chambre 38. La Fig 6 permet de mieux comprendre le montage du clapet 24 à l'extrémité inférieure de la tige de manoeuvre 26 Cette tige de manoeuvre 26 forme à sa partie inférieure un épaulement 41 et présente une surface terminale inférieure en portion de sphère Le clapet 24 comporte à sa partie supérieure une surface en portion de sphère correspondante s'appliquant contre la surface terminale en portion de sphère de la tige de manoeuvre 26, et l'ensemble du clapet 24 et de l'écrou 27 vissé sur celui-ci constitue un dispositf à mâchoire enserrant l'épaulement 41 avec un léger jeu permettant aux surfaces correspondantes en portion de-sphère du clapet 24 et de la tige de manoeuvre 26 de glisser éventuellement l'une sur l'autre pour constituer un système à rotule Ce système à rotule assure une bonne présentation du clapet 24 à l'extré- mité supérieure de la buse 23 et il contribue ainsi au maintien d'une bonne étanchéité après plusieurs ouvertures de la soupape, celle-ci étant, par ailleurs, usinée avec une grande précision. En outre, le corps 18 contient une tige à griffer 42 réalisée en deux parties. On a représentî-sur les Fig 3, 4 et 5 un pilote associé à la soupape 12 Ce pilote 43 comprend un piston auxiliaire supérieur 44 dont la face supérieure est en contact avec le gaz du récipient 1 par l'in- termédiaire d'un filtre 45 Le gaz qui agit sur ce piston auxiliaire supérieur 44 tend à comprimer un ressort de tarage 46 sur lequel agit le piston 44 par l'intermédiaire d'une coupelle 47 La force à exercer sur le ressort 46 est ajustable en élévant ou abaissant un bloc inter- médiaire 48 qui supporte la base inférieure du ressort 46 par l'inter- médiaire d'un autre coupelle 49 Le piston 44 transmet son mouvement par l'intermédiaire d'une tige 50 à une tige de commande 52 qui est munie d'un ressort de rappel 51 la ramenant en position haute et qui agit sur des clapets 53 et 54 par l'intermédiaire d'unecame 55. Le clapet 53 met en communication, lorsqu'il est soulevé Dar la came 55, un conduit 56 constituant une des voies du robinet à cinq voies 15 avec un conduit 57 relié au récipient I par l'intermédiaire -du filtre 45 Le clapet 54 met en communication, lorsqu'il est abaissé par la came 55, un conduit 58 relié au conduit 56 avec un évent 59 Un ressort 60 maintient normalement le clapet 53 en position de fermeture et un ressort 61 maintient normalement le clapet 54 en position de fermeture. La Fig 3 montre l'ensemble en fonctionnement normal, La pression du récipient I n'est pas suffisante pour comprimer par l'intermédiaire du piston 44 le ressort de tarage 46 du pilote 43 La tige 52 est donc ramenée par le ressort 51 en position "haute" et la came 55 pousse le clapet 53 vers le haut, ce qui permet la communication entre les conduits 56 et 57 et le remplissage de la chambre 36 par le gaz venant du récipient I alors que le ressort 61 maintient le clapet 54 en position de fermeture Parce que le gaz dans la chambre 36 provient du récipienti et qu'il est donc à la neme pression que celle du gaz dans le récipient 1, et parce que le diamètre du piston 28 est plus grand que celui du clapet 24, la force exercée par le gaz dans la chambre 36 sur le piston 28 l'emporte sur celle exercée par le gaz du récipient I agissant directement sur le clapet 24 ce qui force le clapet 24 à s'appuyer sur la buse 23. La soupape 12 reste alors en position fermée. La Fig 4 montre l'effet d'une pression du gaz agissant sur le piston 44 supérieure à la pression de tarage du ressort 46 Ce gaz comprime ce ressort par l'intermédiaire du piston 44 et la tige 50 vient pousser vers le bas la tige 52 ce qui ne permet plus la communica- tion entre les conduits 56 et 57 du fait de la fermeture du clapet 53. Mais la came 55 ouvre le clapet 54 et le conduit 56 communique avec l'atmosphère par le conduit 58 et l'évent 59 La chambre 36 est donc mise à la pression atmosphérique et la seule force qui tend à fermer la soupape est celle exercée par le ressort 35 qui n'est là que pour appliquer le clapet 24 sur la buse 23 lors du remplissage du récipient 1 I la soupape s'ouvre. La Fig 5 montre comment on peut provoquer l'ouverture de la soupape 12 par une action estérieure au pilote 43 En tournant le robinet à cinq voies 15, non seulement la chambre 36 est mise à la pression atmosphérique mais, de plus, la source de gaz comprimé extérieure 13 vient remplir la chambre 38 pour exercer sur le piston 28 une force dirigée-vers le haut supérieure à celle exercée par le ressort 35 Ouelle que soit la pression du gaz du récipient 1, la soupape 12 s'ouvre. On remarquera que la soupape 12 n'a que deux positions normales de fonctionnement, position d'ouverture et position de fermeture, qui correspondent à des états stationnaires de la soupape, Le fluide assurant la détermination de la positon d'ouverture ou de fermeture de la soupape n'est pas en circulation pendant un état stationnaire de la soupape et il ne peut donc pas provoquer un changement brutal de position de la conduitetpar suite de l'obstruction d'un conduit, obstruction qui pourrait être générée par la circulation d'un fluide (formation d'hydrates, bouchons solides, etc) REVENDICATIONS 1 Liaison de sécurité disposée entre un récipient ( 1) contenant un gaz sous pression et un système d'évacuation de gaz ( 2) et comportant le montage en série d'une conduite ( 11) et d'une soupape ( 12) munie d'un clapet de fermeture ( 24) porté par une tige de manoeuvre ( 26) comman- dée par un pilote ( 43) qui déclenche l'ouverture de la soupape ( 12) lors d'une surpression dans le récipient ( 1), caractérisée en ce qu'un système de commande séparé ( 38, 39, 40) est prévu pour déplacer la tige de manoeuvre ( 26) de manière à ouvrir la soupape ( 12) et en ce que des moyens de pivotement ( 41) sont prévus entre la tige de manoeuvre ( 26) et le clapet de fermeture ( 24), de sorte que la soupape ( 12) peut aussi jouer le r 8 le de vanne en assurant une bonne 6 tanchéité mgme après plusieurs ouvertures, ce qui élimine la nécessité habituelle d'installer en parallèle avec le montage de ladite conduite ( 11) et de ladite soupape ( 12) une autre conduite ( 5) munie d'une vanne ( 6). 2 Liaison de sécuritd selon la revendication 1, dans laquelle la tige de manoeuvre ( 26) est munie d'un piston ( 28) dont une face est prévue pour être soumise à la pression du gaz contenu dans le récipient ( 1), transmise par le pilote ( 43) afin de maintenir, en fonctionnement normal, la soupape ( 12) fermée, caractérisee en ce que la face opposée du piston ( 28) est prévue pour être soumise à la pression d'un fluide de commande séparé provenant d'une source de fluide sous pression séparée ( 13) et intervenant lorsque la soupape ( 12) est utilisée en vanne. 3 Liaison de sécurité selon la revendication 2, caractérisée en ce que des moyens de commutation pour fluides ( 15) sont disposés entre la soupape ( 12), le pilote ( 43), la source de fluide sous pression séparée ( 13) et un système d'évacuation dufluide de commande pour permettre le passage de la soupa -du fonctionnement en soupape -rau fonctionnement en vanne. 4 Liaison de sécurité selon la revendication 2, dans laquelle la tige de manoeuvre ( 26) porte à une première de ses extrémités le clapet de fermeture ( 24) et, à la deuxième de ses extrémités, un piston ( 29 dont une première face, la plus éloignée du clapet de fermeture ( 24), borde une première chambre ( 36) apte à recevoir le gaz contenu dans le récipient ( 1) après passage dans le pilote ( 43), caractérisée en ce que la deuxième face, opposée à la première face, du piston ( 28) borde une deuxième chambre ( 38) adaptée à recevoir un fluide de commande séparé provenant d'une source de fluide sous pression séparée ( 13). Liaison de sécurité selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de commutation pour fluides ( 15) aptes à établir, dans un premier état, une communication entre la première chambre ( 36) et le pilote ( 43) et une communication entre la deuxième chambre ( 38) et un système d'évacuation du fluide de comman- de ( 14) et, dans un deuxièma état, une communication entre la premiere chambre ( 36) et ui système d'évacuation du fluide de commande ( 14) et une communication entre la deuxième chambre ( 38) et la source de fluide sous pression séparée ( 13). 6 Liaison de sécutité selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens 'de commutation ( 15) sont constitués par un robinet à cinq voies. 7 Liaison de sécurité selon la revendication 4, caractérisée en ce que sur la première face dudit piston ( 28) agit un élément mécanique ( 35) effectuant une sollicitation de la tige de manoeuvre ( 26) dans le sens de la fermeture de la soupape ( 12), sollicitation inférieure à l'effort inverse qu'exercerait sur le clapet de fermeture ( 24) le gaz du récipient ( 1) pour la valeur maximale de pression admissible en fin de dépressurisation du récipient, 8 Liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tige de manoeuvre ( 26) se termine à l'une de ses extrémités par un épaulement ( 41) enserré, avec un léger jeu, entre le clapet de fermeture ( 24) et un écrou ( 27) vissé sur celui-ci, le clapet de fermeture ( 24) et la tige de manoeuvre ( 26) s'appliquant l'un contre l'autre par des surfaces en portion de sphère. 9 Liaison selon la revendication 4, caractérisée en ce que des éléments formant barrière thermique ( 33, 34) sont interposés entre la tige de manoeuvre ( 26) et l'un au moins des deux organes: clapet de ferme- ture ( 24) et piston ( 28) qu'elle porte à ses extrémités. Liaison selon la revendication 4 ou 9 dans laquelle la tige de manoeuvre ( 26) est entourée par un corps élémentaire intermédiaire ( 19) disposé entre deux corps élémentaires extrêmes ( 17, 18) con- tenant l'un le clapet de fermeture ( 24) l'autre le piston ( 28), caractérisée en ce que des éléments formant barrière thermique ( 30, 31; 32) sont interposés entre ledit corps élémentaire intermé- diaire ( 19) et au moins l'un desdits corps élémentaires extrgmes ( 17, 18).