Brevet FR2611247A1 — publié le 19880826

QRGANE DE SUPPORT RESISTANT A UNE DEPRESSION POUR ORGANE DE SECURITE PAR ECLATEMENT ET SON PROCEDE DE FABRICATION. La présente invention concerne un organe de sup- port de sécurité résistant à une dépression, destiné à un organe de décharge de pression, ce dernier étant destiné à se rompre par éclatement lorsqu'une diffé- rence de pression prédéterminée est appliquée dans un sens, afin qu'il protège un récipient sous pression, et elle concerne aussi un procédé de fabrication de tels organes de support résistant à une dépression. Un type connu d'ensemble de décharge de pression de sécurité comprend un disque d'éclatement supporté entre deux organes ou flasques complémentaires de sup- port qui sont eux-mêmes raccordés à un récipient ou à un circuit contenant un fluide sous pression. Ces dispositifs sont souvent utilisés à tempéra- ture élevée et dans des conditions de corrosion et d'ap- plication en alternance d'une pression et d'une dépres- sion. Lorsque ces disques sont exposés à des pressions internes et externes qui alternent, la partie centrale du disque fluctue sous l'action des différences de pres- sion et crée ainsi des contraintes pouvant finalement provoquer l'éclatement ou la rupture du disque pour une différence de pression différente de celle pour laquelle le disque a été prévu. Dans le présent mémoire, le terme "pression" désigne un état dans lequel la pression dans le récipient est supérieure à la pression de l'autre côté de l'ensemble de décharge de pression de sécurité, alors que le terme "dépression" désigne l'état dans lequel la pression dans le récipient est inférieure à la pression de l'autre côté de l'ensemble de décharge de pression. Un organe de support résistant à la dépression est placé à l'intérieur du disque d'éclatement et est serré entre des flasques ou brides complémentaires afin que le disque d'éclatement soit stabilisé contre les fluctuations de pression, sous l'action de différences de pressions interne et externe qui alternent. Dans certaines constructions, un organe d'étanchéité est placé entre l'organe de support résistant à la dépres- sion et le disque d'éclatement. Les brevets des Etats- Unis d'Amérique n 2 523 068 et 2 953 279 représentent des exemples de tels organes de support. Dans de nombreuses applications, l'organe de sup- port résistant à la dépression doit être suffisamment épais pour qu'il supporte le disque d'éclatement ou assure l'étanchéité en présence d'une grande dépression. Simultanément, l'organe de support résistant à la dé- pression doit aussi pouvoir s'ouvrir totalement, en pré- sence d'une pression pour laquelle le disque d'éclate- ment doit s'ouvrir nominalement. Lorsque le disque d'éclatement est destiné à s'ouvrir pour une pression interne relativement basse, l'organe de support résis- tant à la dépression doit être si épais que la rupture du disque ou l'ouverture totale de l'ensemble à la pres- sion prédéterminée n'est pas possible si bien que la circulation est empêchée ou réduite. Les organes connus de support résistant à la dé- pression comportent par exemple plusieurs pétales déli- mité par des découpes radiales formées dans l'organe de support résistant à la dépression. Des pattes sont soudées sur l'organe de support près des découpes afin que l'organe de support garde son intégrité en présence d'une dépression, alors qu'une pression prédéterminée suffisante provoque un écartement des pétales lors de l'éclatement du disque. Jusqu'à présent, on a dû réali- ser les organes de support résistant à la dépression avec des épaisseurs variables suivant la valeur de la dépression que doit supporter l'organe de support. En outre, les pattes qui sont soudées par points sur les organes connus de support constituent des irré- gularités de surface sur lesquelles peuvent s'accumuler les matériaux traités dans le récipient. Lorsque le pro- duit mis en oeuvre est corrosif, en particulier en présence de températures élevées, la durée efficace d'u- tilisation de l'organe de support est réduite. Il est important que, lorsque la pression interne du récipient atteint la pression prédéterminée pour laquelle le disque d'éclatement s'ouvre, l'organe de support résistant à la dépression s'ouvre totalement et complètement tout en conservant ses parties afin que des fragments de l'organe de support ne soient pas trans- mis en aval du dispositif de décharge de pression de sécurité. Selon la présente invention, un support résistant à la dépression, destiné à être utilisé avec un organe d'éclatement de décharge de pression de sécurité, com- porte un disque ayant un côté convexe et un côté con- cave, le côté convexe étant destiné à être placé contre un premier côté de l'organe d'éclatement afin qu'il sup- porte celui-ci lorsque la pression du côté concave du disque est inférieure à la pression de l'autre côté de l'organe d'éclatement, une fente au moins étant formée dans le disque, cette fente au moins étant délimitée par deux bords opposés sensiblement parallèles qui sont repoussés l'un contre l'autre par l'organe d'éclatement lorsque la pression du côté concave du disque est infé- rieure à la pression de l'autre côté de l'organe d'écla- tement, les bords du disque constituant le seul dispo- sitif de support des parties l'une contre l'autre lors- qu'elles sont ainsi repoussées. Un organe de support résistant à la dépression selon l'invention peut être réalisé d'une manière simple et facile, peut s'ouvrir totalement et positivement aux faibles pressions d'un disque d'éclatement tout en sup- portant le disque d'éclatement en présence d'une dépres- sion élevée, l'organe de support pouvant être utilisé avec des disques d'éclatement ayant une large gamme de valeurs nominales de dépression et de pression d'éclate- ment, et pouvant s'ouvrir positivement et totalement sans formation de fragments lorsque la pression interne du récipient dépasse la pression nominale d'ouverture du disque d'éclatement. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de fabrication d'un organe de support résistant à une dépression, destiné à être utilisé dans un dispositif de décharge de pression de sécurité du type à éclatement, comporte les étapes suivantes: la formation d'un disque ayant un côté supérieur convexe et un côté inférieur concave, et la formation d'au moins une fente dans le dis- que, la fente séparant celui-ci en une partie supérieure et une partie inférieure de façon générale, la fente étant suffisamment étroite, compte tenu de l'épaisseur du disque, pour qu'elle se ferme et empêche un affaisse-. ment de la partie supérieure vers le bas, dans la partie inférieure, sous l'action d'une pression descendante appliquée à la partie supérieure. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective avec des parties arrachées d'un dispositif de décharge de pression de sécurité comprenant un mode de réalisation d'organe de support résistant à la dépression selon l'invention, ayant aussi des parties arrachées; la figure 2 est une perspective éclatée du dispo- sitif de décharge de pression de sécurité de la figure 1; la figure 3 est une coupe partielle agrandie d'une partie du dispositif de décharge de pression de sécurité de la figure 1; la figure 4 est une vue en plan de l'organe de support résistant à la dépression dans le dispositif de décharge de pression de sécurité de la figure 1; la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5- de la figure 4; la figure 6 est un agrandissement d'une partie de la figure 5; la figure 7 est une coupe du dispositif de dé- charge de pression de sécurité de la figure 1; la figure 8 est une vue analogue à la figure 7, après éclatement du dispositif de décharge de pression de sécurité; la figure 9 est une coupe d'un second mode de réalisation d'organe de support résistant à une dépres- sion, réalisé selon l'invention; et la figure 10 est un agrandissement d'une partie de la figure 9. La structure 10 représentée sur la figure 1 com- prend une bride 12 de base, vissée sur une tuyauterie qui joue le rôle d'une sortie de décharge de pression d'un récipient sous pression qui doit être protégé. Un dispositif 16 de décharge de pression de sécurité com- porte un organe 18 de support résistant à une dépres- sion, un organe 20 d'étanchéité et un disque 22 d'écla- tement, montés ensemble entre la bride 12 de base et une bride 24 de maintien. La bride de maintien est re- présentée munie d'un filetage 26 ou comporte un autre dispositif convenable de raccordement de tuyauterie (non représenté) permettant l'évacuation des fluides à dis- tance de la zone du récipient, le cas échéant. Les bri- des 12, 24 sont fixées par des boulons 28, le dispositif 16 formant une garniture entre les brides 12, 24 afin qu'il assure le raccordement étanche avec le récipient sous pression. Le disque 22 d'éclatement a un côté supérieur convexe 30 (figure 2) et un côté inférieur concave (non visible sur la figure 2), et un flasque 32 de fixation (figure 7). Plusieurs fentes 34 sont formées radiale- ment vers l'extérieur depuis une partie centrale pleine, et un trou 38 est percé ou perforé à l'extrémité supé- rieure de chacune des fentes afin que les contraintes ne se concentrent pas aux extrémités supérieures des fentes. Le disque 22 d'éclatement est réalisé de manière qu'il éclate lorsque la pression dans l'organe tubulaire 14 dépasse la pression de l'autre côté du dispositif de décharge de pression, d'une quantité prédéterminée qui, pour un diamètre donné du dispositif de décharge de pression de sécurité, peut être choisiepar modifica- tion de l'épaisseur du métal, de la résistance à la traction du métal considéré, et de la variation de la longueur des fentes 34. Par exemple, plus les fentes sont longues et plus leur proximité dans la partie cen- trale 36 du disque 22 d'éclatement est grande, plus la zone comprise entre les fentes afin qu'elles résistent à la pression interne du récipient, est petite. L'organe 20 d'étanchéité est réalisé de manière qu'il corresponde à la configuration du disque 22 d'écla- tement, ou il doit avoir une souplesse suffisante pour qu'il prenne une telle forme lorsqu'il est monté dans l'ensemble. Comme le rôle de l'organe d'étanchéité est simplement d'empêcher les fuites dans le dispositif 16 et d'empêcher la corrosion du disque 22 d'éclatement, il peut être constitué de matériaux très divers, le matériau étant choisi individuellement pour chaque ins- tallation, afin que la protection contre la corrosion du disque 22 d'éclatement soit assurée. En outre, l'or- gane 20 d'étanchéité et le disque 22 d'éclatement peu- vent être combinés sous forme d'un disque unique d'écla- tement qui assure aussi l'étanchéité en empêchant les fuites. Comme représenté plus en détail sur les figures 4 à 6, l'organe 18 de support résistant à une dépression comporte un disque circulaire 39 ayant un côté supérieur 40 de forme générale convexe et un côté inférieur 42 de forme générale concave, ces côtés étant chacun de forme partiellement sphérique. Une fente sensiblement horizontale 44 (telle que représentée sur la figure 5) est formée à travers l'organe 18 de support résistant à la dépression et délimite un arc de cercle centré sur l'axe central 46 du disque 39. Une première extrémité de la fente 44 aboutit à un trou 45 afin que les con- traintes ne se concentrent pas à cet emplacement. La fen- te 44 sépare le disque 39 en une partie supérieure 48 et une partie inférieure 50. Un flasque 52 d'ancrage est formé autour de la circonférence radialement externe du disque 39 et a une partie annulaire externe plate 54 qui est serrée entre les brides 12, 24 lorsque l'organe 18 de support, l'or- gane 20 d'étanchéité et le disque 22 d'éclatement sont logés les uns dans les autres comme représenté sur les figures 1 et 7. La fente 44 est délimitée par des bords supérieur et inférieur 56 et 58 du disque, ces bords étant sensi- blement parallèles l'un à l'autre et, comme représenté, formant chacun un angle de 60 pratiquement avec l'axe 46. Un second axe 60 est représenté sur la figure 6, cet axe étant perpendiculaire à l'axe 46 et étant parallèle à la partie annulaire 54. Un troisième axe 62 est paral- lèle aux bords 56, 58 du disque. Ainsi, dans le mode de réalisation particulier de l'invention, l'angle 64 formé par les axes 60 et 62 est pratiquement égal à 300. On a constaté que le dispositif de décharge de pression de sécurité selon l'invention pouvait fonctionner d'une manière particulièrement satisfaisante lorsque les bornes 56, 58 du disque sont orientées de manière que l'angle 64 soit compris entre 0 et 45 . Une seconde fente 66 est formée à travers le dis- que 39 et elle est symétrique de la fente 44 et comporte un trou 68 à une extrémité afin que les contraintes ne puissent pas s'y concentrer. La fente 66 comporte des bords supérieur et inférieur 56, 58 qui sont parallèles l'un à l'autre et forment un angle d'environ 60 par rapport à l'axe 46, bien que cela n'apparaisse pas sur les dessins. Chacune des fentes 44, 66 a une première extrémité aboutissant à des trous 45, 68 et une autre extrémité 70, 72 respectivement. La partie du disque com- prise entre les trous 45 et 68 est appelée dans le pré- sent mémoire "partie charnière 69" de l'organe de support, et la partie du disque comprise entre les extrémités , 72 est appelée dans le présent mémoire "partie 73 de positionnement" de l'organe de support, cette der- nière maintenant la partie supérieure 48 dans l'aligne- ment de la partie inférieure 50 lorsque l'organe 18 de support, l'organe 20 d'étanchéité et le disque 22 d'écla- tement sont emboités les uns dans les autres et forment un ensemble tel que représenté sur les figures 1 et 7. Lors du fonctionnement, l'organe 18 de support résistant à la dépression, l'organe 20 d'étanchéité et le disque 22 d'éclatement sont montés entre les brides 12, 24, la pression dans le récipient à protéger étant appliquée du côté concave de l'organe 20 d'étanchéité à travers les fentes 44, 46 et les trous 45, 68 formés dans l'organe 18 de support. Lorsqu'il est convenab3e- ment monté, l'organe 20 d'étanchéité est disposé dans le côté concave du disque 22 d'éclatement si bien que la pression transmise à l'organe 20 d'étanchéité est appliquée par celui-ci au côté concave du disque 22 d'éclatement. Lorsque la pression dans l'organe tubulaire 14 tombe au-dessous de la pression du côté convexe du dis- que 22 d'éclatement, l'organe 18 de support empêche une flexion importante du disque 22 d'éclatement et de l'or- gane 20 d'étanchéité, lors des fluctuations de pression. Lorsque la pression interne de l'organe tubulaire 14 est plus faible, une force descendante est appliquée par l'organe 20 d'étanchéité à l'organe 18 de support résistant à la dépression, si bien que le corps supé- rieur 56 de la fente 44 est repoussé contre le bord infé- rieur 58 et de même les bords supérieur et inférieur de la fente 66 sont repoussés l'un contre l'autre si bien que l'organe de support prend la configuration in- diquée sur la figure 3. Etant donné la forme en dôme de l'organe 18 de support et le contact des bords de la fente à plat l'un contre l'autre, l'organe 18 de sup- port peut garder la configuration représentée sur la figure 3, même en présence de dépressions très grandes. Ce comportement est observé même lorsque l'organe de support est formé d'un matériau plus mince que celui qui est utilisé pour les organes de support résistant à la dépression de la technique antérieure. Une pression à l'intérieur de l'organe tubulaire 14 qui est supérieure à la pression de l'autre côté du dispositif 16 de sécurité agit sur l'organe 20 d'étan- chéité et du côté inférieur du disque 22 d'éclatement. Lorsque cette pression atteint la valeur à laquelle le disque 22 doit éclater, le métal compris entre les trous (tel que le trou 38 de la partie supérieure du disque 22) se sépare, sauf entre un jeu de trous commereprésenté sur la figure 8, si bien que le disque peut s'ouvrir comme indiqué. Lorsque le disque 22 d'éclatement s'ouvre, la pression provoque une déchirure de l'organe 20 d'étan- chéité et l'ouverture de l'organe 18 de support au ni- veau de l'articulation ou charnière, la matière comprise entre les extrémités 70, 72 des fentes se rompant et permettant à l'organe de support de s'ouvrir par pliage comme représenté sur la figure 8. L'organe 18 de support résistant à la dépression peut être réalisé de manière qu'il supporte une dépres- sion de valeur choisie sans s'affaisser. La résistance mécanique de l'organe de support, lorsqu'il est exposé à une dépression, est déterminéepar la distance radiale comprise entre l'axe 46 et les fentes 44, 66, par l'an- gle 64, par l'épaisseur du disque et par la largeur des fentes, c'est-àdire la distance comprise entre les bords 56, 58. L'amplitude de la dépression que peut supporter l'organe de support est fonction de l'épais- seur du disque et de la longueur de l'articulation, c'est-à-dire de la distance comprise entre les trous , 68. Il faut noter que la largeur des fentes varie avec l'épaisseur du disque à partir duquel est formé l'organe de support et la distance comprise entre les extrémités 70, 72 varie avec le diamètre du disque de l'organe de support qui dépend lui- même du diamètre du disque d'éclatement avec lequel l'organe de support est utilisé. Ainsi, la structure de l'organe de support selon l'invention peut encaisser des dépressions importantes grâce à l'opération particulière de fermeture de la fen- te, la partie inférieure 50 du disque supportant la partie supérieure 48 comme représenté sur la figure 3. Comme la structure de l'organe de support peut être réa- lisée en un matériau plus mince que celle des organes connus de support résistant à la dépression, cet organe peut s'ouvrir positivement et totalement pour de faibles pressions. Ainsi, contrairement aux organes connus de support résistant à la dépression, pour une dimension donnée du disque d'éclatement, l'organe de support selon l'invention peut être utilisé sur une large gamme de pressions et de dépressions nominales, pour un disque associé d'éclatement. Les figures 9 et 10 représentent un second mode de réalisation 75 d'organe de support résistant à la dé- pression, construit selon l'invention et comprenant une paire de fentes symétriques dont l'une est la fente 76, les fentes étant formées dans une partie ayant la con- figuration d'un dôme et faisant partie de l'organe de support qui est analogue à l'organe 18 de support. L'or- gane 74 de support a un flasque annulaire radial sensi- blement plan 78 qui est utilisé pour le montage de l'or- gane de support dans un type de brides de montage diffé- rent des brides 12, 24 de la figure 1. Par ailleurs, l'organe 74 de support a un fonctionnement analogue à celui de la figure 1 (avec un disque d'éclatement et un organe d'étanchéité associés, ayant chacun un flasque plan analogue au flasque 78). D'autres dispositifs de montage d'un organe de support résistant à la dépres- sion selon l'invention peuvent être utilisés. On se réfère maintenant à la figure 6 qui repré- sente un laser 80. Lors de la fabrication de l'organe 18 de support, le laser 80 est utilisé pour la forma- tion des fentes 44, 66 avec un faisceau laser aligné sur l'axe 62 afin que les bords 56, 58 des fentes for- ment un angle qui dépend de l'orientation du laser 80. Ce dernier permet un réglage précis pour la sélection à la fois de l'angle des bords 56, 58 et de la largeur de la fente 44, si bien qu'il permet une réalisation précise de l'organe de support afin qu'il puisse sup- porter une dépression déterminée. Un organe de support résistant à la dépression ainsi réalisé comprend un nombre d'éléments inférieurs à celui des organes de sup- port de la technique antérieure qui ont habituellement des pattes soudées par points près des découpes qui sont formées dans le disque 39 afin qu'une dépression de valeur prédéterminée puisse être supportée. Comme représenté, l'axe 62 passe par le centre de courbure de la partie en forme de dôme partiellement sphérique de l'organe de support si bien que les bords de fente sont perpendiculaires à la surface adjacente du dôme et réduisent ainsi toute tendance des bords à glisser l'un sur l'autre lorsqu'une dépression est appliquée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux organes de support et aux procédés de fabrication qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Organe (18) de support résistant à la dépres- sion, destiné à être utilisé avec un organe (22) d'écla- tement assurant une décharge de pression de sécurité, l'organe de support comprenant un disque (39) ayant un côté convexe (40) et un côté concave (42), le côté con- vexe (40) étant destiné à être placé contre un premier côté de l'organe d'éclatement (22) afin qu'il supporte l'organe d'éclatement lorsque la pression du côté con- cave (42) du disque (39) est inférieure à la pression de l'autre côté de l'organe d'éclatement (22), caracté- risé en ce qu'une fente au moins (44, 66) est formée dans le disque (39) et est délimitée par deux bords es- pacés, sensiblement parallèles et opposés (56, 58) du disque, séparant le disque en parties (48, 50), les bords étant repoussés l'un contre l'autre par l'organe d'éclatement (22) lorsque la pression du côté concave (42) du disque est inférieure à la pression de l'autre côté de l'organe d'éclatement (22), et en ce que les bords du disque constituent le seul dispositif de sup- port desdites parties (48, 50) l'une contre l'autre lors- qu'elles sont ainsi repoussées. 2. Organe de support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance comprise entre les bords (56, 58) du disque est inférieure à l'épaisseur du disque. 3. Organe de support selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe de support (18) a une première et une seconde fente (44, 66), les fentes ont une première paire d'extrémités opposées (45, 68) délimitant une partie de charnière (69) de l'organe de support, entre ses extrémités, et une seconde paire d'extrémités opposées (70, 72) délimitant entre elles une partie (73) de positionnement de l'organe de support. 4. Organe de support selon la revendication.3, caractérisé en ce que la partie (73) de positionnement de l'organe de support est nettement plus courte que la partie (69) de charnière de l'organe de support. 5. Organe de support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fente au moins (44, 66) est disposée en arc de cercle. 6. Organe de support selon les revendications 3 et 5 prises ensemble, caractérisé en ce que la pre- mière et la seconde fente délimitent ensemble un arc de cercle supérieur à 270 . 7. Organe de support selon l'une des revendi- cations 5 et 6, caractérisé en ce que le côté convexe (40), le côté concave (42) et l'arc ou les arcs sont centrés sur un axe commun (46). 8. Organe de support selon la revendication 7, caractérisé en ce que les bords de disques (56, 58) for- ment un angle (64) compris entre 45 et 90 avec l'axe. 9. Organe de support selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit angle est sensiblement égal à 60 . 10. Organe de support selon l'une des revendica- tions 8 et 9, caractérisé en ce que les côtés concave et convexe du disque ont une forme partiellement sphé- rique et les bords (56, 58) du disque sont formés sur des surfaces passant par le centre de courbure des sphè- res, si bien que les bords du disque sont perpendicu- laires aux parties adjacentes des côtés concave et con- vexe. 11. Organe de support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite fente au moins est sensiblement horizontale, afin qu'elle forme des parties supérieure et inférieure (48, ) du disque. 12. Procédé de fabrication d'un organe de support résistant à une dépression, destiné à être utilisé dans un dispositif de décharge de pression de sécurité du type à éclatement, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un disque ayant un côté supérieur convexe et un côté inférieur concave, la for- mation d'au moins une fente traversant le disque et divi- sant celui-ci en une partie supérieure et une partie inférieure de façon générale, la fente étant suffisam- ment étroite par rapport à l'épaisseur du disque pour qu'elle puisse se fermer et empêcher l'affaissement vers le bas de la partie supérieure dans la partie inférieure lorsqu'une pression est appliquée vers le bas à la par- tie supérieure. 13. Procédé selon la revendication 12, caracté- risé en ce que la formation d'une fente est réalisée par découpe par un faisceau laser. 14. Procédé selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que la fente est découpée avec une largeur inférieure à l'épaisseur du disque. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 12, 13 et 14, caractérisé en ce que la fente est découpée sous forme d'un arc de courbe. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 12 à 15, caractérisé en ce que la fente est découpée avec deux bords sensiblement parallèles et opposés de disque de part et d'autre de la fente. 17. Procédé selon la revendication 16, caracté- risé en ce que la fente au moins est découpée afin qu'elle forme des bords ayant une inclinaison comprise entre 45 et 90 par rapport à l'axe longitudinal du dis- que.