Brevet FR2836535A1 — publié le 20030829

Soupape de sécurité contre les surpressions dans les réservoirs de fluides sous pression. La présente invention concerne la réalisation d'une soupape de sécurité pour réservoirs de fluides sous pression. Les réservoirs de fluides sous pression, notamment ceux qui contiennent des gaz de pétrole liquéfiés, sont protégés des surpressions éventuelles, qui pourraient entraîner leur destruction, par une ou plusieurs soupapes de sécurité, qui, en cas de nécessité, évacuent automatiquement une partie du produit qu'ils contiennent jusqu'à ce que la pression retombe à la pression de service pour laquelle le réservoir a été calculé et construit. Ces soupapes sont constituées d'un corps tubulaire se vissant sur un bossage soudé sur le réservoir, ce corps tubulaire comportant un siège sur lequel vient reposer un clapet, muni d'un joint d'étanchéité, le clapet étant comprimé par un ressort de type hélicoïdal réglé en compression par un écrou ajouré se vissant dans le corps tubulaire jusqu'à obtention du tarage souhaité, correspondant à la pression à laquelle devra s'ouvrir la soupape en cas de surpression dans le réservoir. Ces soupapes sont en général montées sur une pièce intermédiaire entre elles et le réservoir. Cette pièce faisant office de clapet maintenu ouvert par vissage de la queue filetée de la soupape se referme sous l'action d'un ressort lorsqu'on dévisse celle-ci, ce qui permet d'échanger cette soupape contre une soupape neuve sur un réservoir en charge sans avoir à vider celui-ci. Ce type de réalisation présente les inconvénients de ne pouvoir ni rénover cette soupape sur site, ni tester son bon fonctionnement en vérifiant si les caractéristiques de son réglage initial n'ont pas évolué avec le temps. De plus, ce système de clapet destiné à assurer le démontage en charge ne fonctionne pas régulièrement et se referme d'une façon aléatoire, ce qui présente de graves risques pour l'intervenant et l'environnement. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, afin d'améliorer la sécurité de fonctionnement et de maintenance, ainsi que d'offrir la possibilité de vérification du maintien des caractéristiques de la soupape dans le temps et de réduire tant les coûts de fabrication que de maintenance. Plus particulièrement, la présente invention vise à proposer une structure nouvelle de soupape permettant la rénovation de la soupape sur site, c'est-à-dire en cours d'exploitation du réservoir, par l'échange d'une partie de ses éléments constitutifs. L'invention vise également à ce que cette structure offre aussi la possibilité de contrôler, toujours sur site, si le fonctionnement de la soupape est correct par rapport aux normes et réglementations établies par les autorités compétentes. A cet effet, l'invention a pour objet une soupape de sécurité contre les surpressions dans un réservoir de fluide sous pression, caractérisée en ce qu'elle comprend deux sous-ensembles distincts, à savoir : - un premier sous-ensemble statique, constituant l'ossature fixe de la soupape, ce premier sous-ensemble comprenant une embase tubulaire apte à être rendue rigidement solidaire du réservoir et à être raccordée à l'intérieur de celui-ci, cette embase comportant une partie formant siège pour un clapet ; - un second sous ensemble actif et échangeable, comprenant un clapet apte à prendre appui de façon étanche sur le siège de l'embase tubulaire, un ressort sollicitant ce clapet en direction de son siège à l'encontre de moyens de réglage de sa tension, et une tige rigidement solidaire du clapet et faisant saillie à partir de sa surface externe dans une direction opposée à celle du siège, le ressort étant coaxial à la tige et celle-ci coulissant dans les moyens de réglage de la tension du ressort ; lesdits premier et second sous-ensembles étant assemblés entre eux de manière amovible, l'une des pièces du second sous-ensemble prenant appui contre une pièce fixe en position du premier sousensemble. Dans une forme de réalisation, le premier sous-ensemble comprend des colonnes parallèles fixées sur l'embase et solidaires à leur extrémité opposée à cette embase de la pièce fixe contre laquelle prend appui la pièce du second sous-ensemble. La pièce du second sous-ensemble qui prend appui contre une pièce du premier sous-ensemble est un écrou dans lequel est vissée une vis qui sollicite le ressort et permet de régler sa tension, la tige du clapet étant montée coulissante dans cet écrou et dans cette vis. Cette vis peut être bloquée en position à l'aide d'un contre-écrou, lorsque le ressort est comprimé à la valeur désirée. De préférence, l'extrémité libre de la tige du clapet est filetée, de manière à pouvoir recevoir temporairement un écrou, lorsque le deuxième sous-ensemble est désolidarisé du premier sous-ensemble, de manière à maintenir le ressort comprimé à sa valeur de tarage. Avantageusement, un robinet d'arrêt incorporé au pied de la soupape permet l'isolement, sur la soupape en service, de son sousensemble actif échangeable. L'invention va être décrite ci-après plus en détail, en référence aux dessins annexés, illustrant un mode de réalisation non limitatif. Sur ces dessins : La figure 1 est une vue générale en coupe de la soupape. La figure 2 est une vue en coupe de cette même soupape munie de son robinet d'isolement incorporé. La figure 3 est une vue éclatée en coupe, montrant les éléments constitutifs du sous-ensemble permanent. La figure 4 est une vue éclatée en coupe, montrant les éléments constitutifs du sous-ensemble actif et échangeable. La figure 5 est une vue en coupe de ces mêmes éléments, assemblés, réglés et bloqués. La figure 6 représente en coupe la soupape en exploitation ainsi que l'appareil de mesure permettant de vérifier sur site ses caractéristiques de fonctionnement. Les figure 7, 7a et 7b représentent l'embase de la soupape avec sa vanne incorporée, respectivement dans les situations ouverte et fermée, ainsi que la clé de manoeuvre de cette vanne, avec son système de détrompeur, qui interdit le maintien de la vanne à l'état fermé après utilisation. Ces figures représentent donc la soupape (figures 1,2, 6 et 7), ainsi que les éléments qui la composent (figures 3,4 et 5). Le sous-ensemble permanent (figure 3) constitue une sorte de cage composée d'une embase (1) en partie inférieure et d'une pièce (6) formant plafond en partie supérieure, ces pièces étant reliées entre elles par des colonnes (5) préférentiellement au nombre de trois ou quatre, faisant office d'entretoises, cette cage étant destinée à recevoir le sousensemble actif et échangeable (figure 5). L'embase (1) est dotée d'une queue filetée tubulaire (2) destinée à assurer le montage sur un réservoir et servant de conduit de passage du fluide sous pression, ce conduit se terminant par un siège (4) destiné à recevoir le clapet (8) du sous-ensemble actif et échangeable (figure 5). Les colonnes (5) sont assujetties à l'embase par un moyen approprié tel que vissage et ont une double fonction : d'une part, maintenir à longueur constante la distance entre le siège (4) et la pièce (6) formant plafond et, d'autre part, guider extérieurement le clapet (8) lors de son déplacement, quand la soupape fonctionne. La pièce supérieure (6) formant plafond de la cage, préférentiellement en forme de croix, est fixée par des vis (7) au sommet des colonnes (5), de façon à être démontable pour introduire dans la cage le sous-ensemble échangeable représenté sur la figure 5. Cette pièce (6) comporte en son centre un embrèvement dans lequel vient se loger en appui la pièce écrou (13) du sous-ensemble (figure 5). Dans un autre mode de réalisation, l'embase (1) comporte une vanne d'arrêt (3) du fluide (figure 2) incorporée à sa base. Cette vanne, du genre vanne à boisseau sphérique, est destinée à l'isolement du sous-ensemble actif de la figure 5, de façon à pouvoir l'échanger si nécessaire contre un ensemble neuf, ceci sur un réservoir en charge. Afin de pouvoir s'assurer du rétablissement du libre passage du fluide après cet échange, un système détrompeur, du genre verrou qui ne peut se manoeuvrer qu'avec une clé spéciale, interdit la refermeture du capot de protection des équipements du réservoir si la clé n'a pas été retirée du verrou, ce qui ne peut s'effectuer qu'en position vanne ouverte. Ce verrou comprend une partie tubulaire (18) faisant partie intégrante de la vanne d'arrêt du fluide (3), cette partie tubulaire (18) recevant la pièce (19) d'entraînement du boisseau sphérique (20), de façon à le positionner en positions ouverte (figure 7a) ou fermée (figure 7b). L'extrémité extérieure de cette pièce (19) est dotée d'un profil particulier, avec un téton central (21) flanqué de deux rainures longitudinales (22) destinées à recevoir deux doigts (23) formant fourche prévus à l'extrémité de la clé (24) d'entraînement de la pièce (19). Le téton central (21), de cette pièce vient se loger dans l'alésage (25) de la clé (24), ce téton ayant pour fonction d'interdire l'introduction dans le verrou d'un outil quelconque, du genre pince, tournevis ou autre, en vue de manoeuvrer le boisseau sphérique (20). La clé (24) est dotée, dans le prolongement de la fourche formée par les deux doigts (23), d'un appendice latéral formant ergot (26), de façon à ce que la clé (24) ne puisse pénétrer dans le verrou que quand le boisseau sphérique (20) est en position ouverte, l'ergot (26) de la clé (24) coulissant dans une rainure (27) pratiquée longitudinalement à l'intérieur de la partie tubulaire (18) jusqu'à déboucher dans une saignée (28) pratiquée sur la partie tubulaire (18), perpendiculairement à son axe et sur un quart de sa circonférence, ce qui permet alors de tourner la clé (24) jusqu'à amener le boisseau sphérique (20) en position fermée. La clé (24) est alors prisonnière du verrou, l'ergot (26) engagé dans la saignée (28) interdisant son retrait. On ne peut retirer la clé du verrou qu'en la ramenant à la position vanne ouverte. La longueur de la clé (24) est établie de telle façon qu'elle interdit la refermeture du capot qui protège les accessoires d'exploitation du réservoir, donc la remise en service de celui-ci. Le sous-ensemble actif et échangeable est constitué d'un clapet (8), d'un ressort (10) et de plusieurs pièces (11,12, 13 et 17) dont le rôle sera décrit ci-après et qui constituent les moyens de compression et de réglage du ressort, ainsi que de maintien de ce réglage. Le clapet (8) est doté, sur une face, d'un joint d'étanchéité (9) et, au centre de l'autre face, d'une tige (15) du genre queue de soupape de moteur à explosion, dont l'extrémité libre (16) est filetée. Cette tige (15) coulisse dans l'alésage d'une vis de réglage (11) qui se visse dans une pièce écrou (13), lequel écrou (13) s'encastre en appui dans l'embrèvement prévu à cet effet dans la pièce (6), rendant ainsi la vis (11) et son écrou (13) solidaires du sous-ensemble permanent (figure 3). Le réglage de la soupape s'obtient par la compression du ressort (10) par cette vis (11), qui, en se vissant dans l'écrou (13), appuie sur la tête du ressort (10) par l'intermédiaire de la rondelle d'appui (12). Un contre-écrou (14) bloque la vis de réglage (11) une fois le tarage désiré obtenu. Pour conserver ce réglage lorsqu'on extrait ce sous-ensemble de la cage du sous-ensemble permanant précédemment décrit, un écrou (17) provisoire vissé sur l'extrémité (16) de la tige (15) est bloqué sur la vis de réglage (11), de façon à maintenir le ressort (10) comprimé à sa valeur de tarage. Le sous-ensemble de la figure 5 peut alors être extrait de la cage (figure 3), puis monté sur une autre soupape en échange de celui existant sur cette soupape. Après mise en place, il suffit de dévisser et enlever l'écrou de blocage (17) pour libérer le ressort (10) et rendre la soupape opérationnelle. La vis de réglage (11) solidaire de l'écrou (13), lui-même solidaire de la pièce (6) fixe du sous-ensemble (figure 3), fait office de guide de la tige (15) du clapet (8) et maintient celui-ci dans sa position axiale verticale ainsi que dans son plan horizontal lors de son fonctionnement. Le filetage (16) de la tige (15) assure une possibilité de préhension qui permet de soulever le clapet (8) pour décompresser et évacuer le gaz contenu dans la queue de soupape, entre le clapet (8) et la vanne d'arrêt du fluide (3), lorsqu'on effectue l'échange du sous-ensemble échangeable. Ce même moyen de préhension permet également de raccorder la tige (15) à un appareil de mesure du genre dynamomètre, qui, en tirant sur la tige (15) mesure la force nécessaire pour décoller le clapet (8) de son siège (4), afin de vérifier en exploitation la pression d'ouverture de la soupape. La tige (15) remplit donc quatre fonctions différentes : - elle guide et maintient suivant son axe vertical et dans son plan horizontal le clapet (8) dans son déplacement aller- retour lors du fonctionnement de la soupape ; - elle maintient constant le réglage de tarage du ressort (10) bloqué par un écrou (17) vissé sur son extrémité filetée (16) ; - elle permet de soulever le clapet (8) par traction sur son extrémité (16), afin de décompresser et évacuer le gaz contenu entre le clapet et la vanne d'arrêt du fluide, lors de l'échange du sous-ensemble échangeable ; elle permet de tester la permanence du réglage dans le temps en se prêtant à une traction exercée sur elle avec un appareil approprié. Comme on le voit sur la figure 6, il est possible de vérifier sur site les caractéristiques de fonctionnement de la soupape avec un appareil de mesure (29) approprié. REVENDICATIONS 1. Soupape de sécurité contre les surpressions dans un réservoir de fluide sous pression, caractérisée en ce qu'elle comprend deux sous-ensembles distincts, à savoir : - un premier sous-ensemble statique, constituant l'ossature fixe de la soupape, ce premier sous-ensemble comprenant une embase tubulaire (2) apte à être rendue rigidement solidaire du réservoir et à être raccordée à l'intérieur de celui-ci, cette embase (2) comportant une partie (4) formant siège pour un clapet ; - un second sous ensemble actif et échangeable, comprenant un clapet (8) apte à prendre appui de façon étanche sur le siège (4) de l'enbase tubulaire (2), un ressort (10) sollicitant ce clapet (8) en direction de son siège à l'encontre de moyens de réglage de sa tension, et une tige (15) rigidement solidaire du clapet (8) et faisant saillie à partir de sa surface externe dans une direction opposée à celle du siège (4), le ressort (10) étant coaxial à la tige (15) et celle-ci étant montée coulissante dans les moyens de réglage (11,12, 13,14) de la tension du ressort (10) ; lesdits premier et second sous-ensembles étant assemblés entre eux de manière amovible, l'une (13) des pièces du second sousensemble prenant appui contre une pièce (6) fixe en position du premier sous-ensemble. 2. Soupape de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier sous-ensemble comprend des colonnes parallèles (5) fixées sur l'embase (4) et solidaires à leur extrémité opposée à cette embase (4) de la pièce fixe (6) contre laquelle prend appui la pièce (13) du second sous-ensemble, la pièce fixe (6) étant démontable, de manière à permettre le changement du deuxième sous-ensemble actif. 3. Soupape de sécurité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce (13) du second sous-ensemble qui prend appui contre une pièce (6) du premier sous-ensemble est une pièce formant écrou, dans laquelle est vissée une vis (11) sollicitant le ressort (10) et permettant de régler sa tension, la tige (15) du clapet (8) coulissant dans cette pièce (13). 4. Soupape de sécurité selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un contre-écrou (14) vissé sur la vis (11) bloque cette vis (11) en position, lorsque le ressort est comprimé à la valeur désirée. 5. Soupape de sécurité selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l'extrémité libre de la tige (15) du clapet (8) est filetée, de manière à pouvoir recevoir temporairement un écrou (17), lorsque le deuxième sous-ensemble est désolidarisé du premier sousensemble, de manière à maintenir le ressort (10) comprimé à sa valeur de tarage. 6. Soupape de sécurité selon la revendication 5, caractérisée en ce que la tige (15) du clapet (8) assure simultanément les quatre fonctions suivantes : - guidage du clapet (8), pour maintenir celui-ci dans sa position axiale verticale ainsi que dans son plan horizontal, lors de son fonctionnement ; - mesure de la pression d'ouverture de la soupape par soulèvement du clapet (8) par l'intermédiaire de son extrémité filetée (16) ; - évacuation du gaz contenu entre le clapet (8) et le boisseau d'une vanne (3) d'arrêt du fluide incorporé à l'embase (2) du premier sous-ensemble, par soulèvement du clapet (8), lors de l'échange du second sous-ensemble ; - maintien du tarage de réglage du ressort (10), par vissage et blocage d'un écrou (17) sur la partie filetée de son extrémité libre (17). 7. Soupape de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle une vanne (3) d'arrêt du fluide est incorporée à l'embase (2) du premier sous-ensemble, caractérisée en ce que la vanne (13) est équipée d'un verrou coopérant avec une clef (24) qui ne peut être introduite ou retirée du verrou que lorsque la vanne (3) est en position ouverte, tandis que, lorsque la vanne est en position fermée, la clef (24) reste prisonnière du verrou.