Brevet FR2945333A1 — publié le 20101112

La présente invention s'applique aux soupapes de sécurité à soufflet utilisées sur des fluides cryogéniques. Une soupape à soufflet comprend un circuit de fluide véhiculé à l'intérieur d'un corps de soupape, un obturateur mobile entre une position de repos et une position active parmi une position d'ouverture et une position de fermeture dudit circuit et un système de soufflet annulaire élastique de liaison entre ledit obturateur et ledit corps, fermant de manière étanche ledit circuit par rapport à une chambre d'admission d'un fluide de commande pneumatique des déplacements de l'obturateur ménagé dans le corps. io Les soupapes à soufflet sont des organes de sécurité qui, par leur conception, permettent de s'accommoder de contre-pression importante à leur échappement. Pour cela il est impératif que le corps de la soupape, dit bonnet soit en équilibré en pression avec l'extérieur. La fonction d'équilibrage est assuré par l'évent du bonnet, et donc il est essentiel que cet évent ne soit pas 15 obstrué, tel qu'indiqué dans la norme API 520. Du fait des contraintes citées ci-dessus, l'utilisation des soupapes de sécurité à soufflet en cryogénie n'est pas recommandée, voire parfois interdite du fait du risque de blocage de la soupape par la présence accidentelle de glace 9 dans le soufflet 5, (Figure 2), empêchant le mouvement vers le haut de 20 l'obturateur ou clapet 7 (Figure 1) de la soupape 2. Le risque encouru en cas d'un tel incident peut aller jusqu'à la rupture d'un équipement causant des dégâts majeurs sur une unité, voire des fatalités. La présence de glace 9 (Figure 2) dans le soufflet 5 résulte de la conjonction de deux événements : la présence d'eau, et une température basse 25 dans le soufflet inférieur ou égale à 0°C. La présence d'eau peut se produire par deux phénomènes : • Condensation de l'humidité contenue dans l'air ambiant du fait de la respiration naturelle de la cavité constituée par le bonnet 1 de la soupape (Figure 1) via l'évent 3 présent, liée aux variations de température jour / nuit. 30 • Condensation de l'humidité contenue dans l'air ambiant du fait du cryopompage (capture de l'humidité sur une surface froide) qui se produit dans le cas où il existe une légère fuite sur la soupape, qui refroidit celle-ci en dessous de la température de condensation de l'air humide. La température basse peut être liée à différentes causes : • Température ambiante • Fuite de la soupape (siége/clapet 7) • Distance très courte entre le procédé et la soupape, celle-ci est refroidie par conduction ou convection Afin de s'affranchir des problématiques citées ci-dessus, il est possible de faire appel à une autre technologie de soupapes, les soupapes pilotées, mais les coûts de celles-ci sont substantiellement plus élevés. L'invention décrite ci-dessous permet à un coût très faible d'utiliser la io technologie des soupapes à soufflet en cryogénie en faisant fi des inconvénients cités ci-dessus. Tel que décrit ci-dessus c'est la conjonction de deux événements qui conduit à la dangerosité de l'utilisation des soupapes à soufflet en cryogénie : • Présence d'eau 15 et • Température froide La température étant un paramètre sur lequel on ne peut avoir que peu d'influence, la solution consiste à avoir en permanence une atmosphère dépourvue d'humidité dans la cavité constituée par le bonnet de la soupape 20 (cavité qui est en contact via des orifices avec l'intérieur du soufflet). Selon un objet de l'invention, il est prévu une soupape du type comprenant un circuit de fluide véhiculé à l'intérieur d'un corps de soupape, un obturateur mobile entre une position de repos et une position active parmi une position d'ouverture et une position de fermeture dudit circuit et un système de 25 soufflet annulaire élastique de liaison entre ledit obturateur et ledit corps fermant de manière étanche ledit circuit par rapport à une chambre d'admission d'un fluide de commande pneumatique des déplacements de l'obturateur ménagé dans ledit corps, caractérisée en ce que le circuit de fluide est ouvert vers l'extérieur de la soupape à travers un évent formé dans le corps et en ce 30 que l'évent est muni de moyens empêchant l'entrée de gaz humide dans le corps. Selon d'autres aspects facultatifs, la soupape comprend : - une tubulure reliée à l'évent, cette tubulure étant reliée à une source de gaz sec pressurisé ; - une tubulure reliée à l'évent, cette tubulure étant reliée à un moyen de séchage ; - un clapet anti-retour fermant la tubulure ; - une tubulure reliée à l'évent munie d'une membrane ou d'un disque de rupture. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu l'usage d'une soupape décrite ci-dessus à une température inférieure à 0°C, voire à -50°C. io Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de séparation de gaz par distillation à une température inférieure à 0°C dans une enceinte dont les parois sont balayées par un gaz sec, l'appareil comprenant une soupape telle que décrite ci-dessus, le fluide étant un gaz destiné à ou provenant de la distillation et la tubulure étant reliée à une paroi de l'enceinte de 15 sorte que le gaz sec de balayage pénètre dans la tubulure. L'appareil est éventuellement muni de moyens de détection de rupture de soufflet. L'appareil peut être un appareil de séparation de gaz par distillation à une température inférieure à 0°C comprenant une soupape telle que décrite ci- 20 dessus, le fluide étant un gaz destiné à ou provenant de la distillation. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures qui illustrent les quatre familles de solutions selon l'invention : 1. Balayage par un gaz sec illustré dans la Figure 3 2. Dessiccateur illustré dans la Figure 4 25 3. Obturation de l'évent par une membrane dans la Figure 5 4. Collectage de l'évent dans la Figure 6 Pour toutes les figures, la structure de base de la soupape à soufflet, illustrée dans la Figure 1, est conservée. Dans la Figure 3, une simple tubulure 15 est connectée sur l'évent 3 du bonnet 1 de la soupape 2, sur laquelle est 30 raccordé un balayage permanent de gaz sec (air instrument, azote de service, ....) passant par les tubulures 11,17. Ceci crée ainsi un barrage à l'air ambiant qui pourrait s'introduire dans la cavité constituée par le bonnet de la soupape. Le débit de gaz de balayage est commandé par une vanne 13. Dans la Figure 4, un petit dispositif, connecté sur l'évent 3 du bonnet 1 de la soupape 2, minimise le phénomène de respiration par un système de clapet anti-retour 19. Ce clapet est relié à l'évent 3 par la tubulure 23. De plus étant donné que le système ne peut pas être parfaitement étanche, une cartouche de produit dessiccatif 21 est installée dans la tubulure 21 en amont du clapet 19. Dans la Figure 5, un petit dispositif, connecté sur l'évent 3 du bonnet 1 de la soupape 2, par une tubulure 25, obstrue l'évent de façon contrôlée, soit par une membrane souple 24, soit par un disque de rupture calibré à quelques io millibars, le principe étant que cette obturation se rompt en cas de surpression importante liée à la rupture du soufflet 5. Dans la Figure 6, un simple tube 27 est connecté entre l'évent 3 du bonnet 1 de la soupape 2 et l'enceinte 31 de la boite froide d'un appareil de séparation cryogénique. Le bonnet 1 est ainsi en contact permanent avec une 15 atmosphère sèche, du fait du balayage permanente de l'enceinte de la boite froide par un gaz sec, évitant ainsi les phénomènes d'accumulation d'eau liés soit à la respiration naturelle, soit au cryopompage. Un élément filtrant 33 sera installé à l'extrémité du tube plongeant 35 pour s'affranchir de toute entrée de perlite. 20 Un té 35 équipé d'un bouchon 29 peut aussi être installé afin d'effectuer des mesures permettant de détecter une éventuelle rupture du soufflet 5. 25 REVENDICATIONS1. Soupape du type comprenant un circuit de fluide véhiculé à l'intérieur d'un corps de soupape (1), un obturateur (7) mobile entre une position de repos et une position active parmi une position d'ouverture et une position de fermeture dudit circuit et un système de soufflet (7) annulaire élastique de liaison entre ledit obturateur (34) et ledit corps (1) fermant de manière étanche ledit circuit par rapport à une chambre d'admission d'un fluide de commande pneumatique des déplacements de l'obturateur ménagé dans ledit corps (1), io caractérisée en ce que le circuit de fluide est ouvert vers l'extérieur de la soupape à travers un évent (3) formé dans le corps (1) et en ce que l'évent est muni de moyens empêchant l'entrée de gaz humide dans le corps. 2. Soupape selon la revendication 1 comprenant une tubulure reliée à 15 l'évent (3), cette tubulure (15) étant reliée à une source de gaz sec pressurisé. 3. Soupape selon la revendication 1 comprenant une tubulure (23) reliée à l'évent (3), cette tubulure étant reliée à un moyen de séchage (21). 20 4. Soupape selon la revendication 3 comprenant un clapet anti-retour (19) fermant la tubulure (23). 5. Soupape selon la revendication 1 comprenant une tubulure (25) reliée à l'évent (3) et munie d'une membrane (24) ou d'un disque de rupture. 6. Usage d'une soupape décrite dans une des revendications 1 à 5 à une température inférieure à 0°C. 7. Usage d'une soupape selon la revendication 6 à une température 30 inférieure à -50°C. 8. Appareil de séparation de gaz par distillation à une température inférieure à 0°C dans une enceinte (31) dont les parois sont balayées par un 5gaz sec, l'appareil comprenant une soupape selon la revendication 2, le fluide étant un gaz destiné à ou provenant de la distillation et la tubulure (27) étant reliée à une paroi de l'enceinte de sorte que le gaz sec de balayage pénètre dans la tubulure. 9. Appareil selon la revendication 8 munie de moyens (28,35) de détection de rupture de soufflet. 10. Appareil de séparation de gaz par distillation à une température io inférieure à 0°C comprenant une soupape selon l'une des revendications 1, 3, 4 ou 5, le fluide étant un gaz destiné à ou provenant de la distillation.