III. Le réacteur - Vannes automatiques

Le fonctionnement de ce réacteur est un réacteur discontinu. On charge les réactifs A et B dans le réacteur, on agite et on maintient à la température de consigne pendant un certain temps puis on soutire le produit de la réaction C.

Le chargement des réactifs ou le soutirage du produit s'effectue grâce à l'ouverture d'une vanne tout ou rien (TOR).

La température est maintenue à son niveau de consigne grâce à l'augmentation ou la diminution du débit de liquide réfrigérant dans la double enveloppe. Cette variation du débit est assurée par une vanne automatique.

La sécurité sur ce type d'installation est réalisée au moyen d'un serpentin qui permet d'effectuer une trempe brusque du milieu réactionnel lorsque les conditions de sécurité (pression ou température) sont dépassées.

III.1. Vannes TOR

La vanne tout ou rien que l'on trouve sur le procédé est une vanne pneumatique. C'est donc une pression d'air comprimé qui lui permet de bloquer ou de libérer la canalisation. L'air comprimé est admis ou non dans le servomoteur de la vanne procédé grâce à une électrovanne dite vanne de commande ou pilote.

Cette vanne ne peut prendre que deux positions, ouverte ou fermée. On traduit en terme de course du clapet 0% ou 100% d'ouverture. Son rôle principal est d'assurer des fonctions de sécurités et d'utilités, on peut aussi dans certains cas les utiliser pour réguler une grandeur physique (Régulation discontinue). Lorsqu'elles sont fermées, ces vannes sont étanches.

Symbolisation :

III.1.1. Vannes pneumatiques simple effet

Ci-dessus deux vannes pneumatiques TOR, l'une est NO, l'autre est NF. Les deux vannes sont représentées à l'état passant. L'état passant pour la vanne NO correspond à une pression nulle dans le servomoteur (pression atmosphérique) et pour la vanne NF, l'état passant correspond à une pression maximale dans le servomoteur. Cette pression établie était traditionnellement normalisée à 1,4 bars (21 psi). Cependant, afin de réduire la taille du servomoteur, les constructeurs ont élaboré des vannes TOR fonctionnant avec une pression maximale comprise entre 4 et 10 bars.

On parle de vanne simple effet puisque l'établissement de la pression dans le servomoteur ne produit un mouvement de la tige et du clapet que dans un seul sens. C'est le ressort qui est chargé du retour en position normale.

Remarques :

Dans le cas de l'exemple du réacteur, les vannes TOR sur A, B et C sont normalement fermées. Cela correspond à la position d'isolement. la vanne sur le serpentin est NO ce qui correspond aux conditions de sécurité maximales.

La sécurité d'un procédé induit le choix de la nature des vannes.

Les vannes sont équipées d'indicateurs permettant de repérer leur position normale mais dans la pratique, cet indicateur est souvent illisible car abîmé ou inaccessible. Il faut donc vérifier expérimentalement sur le site la nature de la vanne. En l'occurrence, il s'agit de vérifier si le fluide passe (NF) ou ne passe pas (NO) quand la vanne est alimentée (électriquement ou pneumatiquement).

En schématisation, la notation NO ou NF signifie que en fonctionnement normal de l'installation, la vanne est ouverte ou fermée.

Montage :

La vanne pilote est une électrovanne 3 voies NF côté admission de pression. En effet, en cas de rupture de la commande électrique, il faut qu'il y ait rupture de la commande pneumatique puisque la position normale de la vanne procédé est définie lorsqu'elle est hors pression. Cette électrovanne est commandée en basse tension : 24 volts continus.

Vannes à robinet à tournant sphérique :

Le robinet à tournant sphérique équipe la plupart des robinets d'arrêts, il présente en effet un bonne étanchéité. Le servomoteur d'une vanne TOR équipée d'un tel robinet doit transformer le mouvement de translation provoqué par la variation de pression en mouvement de rotation.

III.1.2. Electrovannes deux voies

- Electrovanne normalement ouverte :

La position de la vanne est normalement ouverte (ressort au repos), dans le cas ou surviendrait une coupure de courant, la vanne s'ouvre spontanément. Cette position NO correspond à la position de plus grande sécurité.

[1] Noyau et coque en fer doux

[2] Bobinage

[3] Corps de la vanne

[4] Ressort au repos (position de la vanne NO)

[5] Ressort comprimé

- Electrovanne normalement fermée :

[1] Noyau et coque en fer doux

[2] Bobinage

[3] Corps de la vanne

[4] Ressort au repos (position de la vanne NF)

[5] Ressort comprimé

Remarques :

Les vannes électromagnétiques sont des vannes simple effet.

III.1.3. Vannes pneumatiques double effet

Le servomoteur ici est muni de deux chambres où se développe la pression permettant ainsi à la vanne de s'ouvrir ou de se fermer. L'air comprimé à 1,4 bar est donc orienté au niveau de [1] vers la chambre haute ou la chambre basse. [1] est par exemple une petite électrovanne trois voies.

III.2. Vannes de régulation

Par opposition aux vannes de régulation discontinue, cette vanne peut prendre toutes les positions entre les positions extrêmes ouverte ou fermée. On traduit ceci en terme de course du clapet de 0% à 100% d'ouverture.

Elle peut être électrique ou (le plus souvent) pneumatique.

Symbolisation :

Ce type de vanne sur un schéma d'installation est toujours relié à un symbole contenant la lettre C pour régulation.

- Vanne automatique pneumatique à servomoteur direct :

OPMA ouvert par manque d'air

FPMA fermé par manque d'air

Ces deux positions correspondent à la position de la vanne lorsque la pression tombe à la pression atmosphérique: fuite dans la distribution d'air comprimé.

L'ouverture de la vanne est imposée par la pression qui règne dans le servomoteur.

On dit que le servomoteur est direct lorsque la tige s'abaisse quand la pression monte. Ceci ne signifie pas obligatoirement que la vanne se ferme.

- Vanne automatique pneumatique à servomoteur inverse :

On dit que le servomoteur est inverse lorsque la tige s'abaisse quand la pression diminue.

On définit le choix d'une vanne (NO ou NF) grâce à des considérations sur la sécurité.

Remarque :

Il faut déterminer expérimentalement la nature de la vanne plutôt que de faire aveuglément confiance à des raisonnements sur la sécurité qui dans de nombreux cas restent théoriques. La procédure est identique : on prive la vanne de son moyen d'action (air) et on regarde l'évolution du débit de fluide contrôlé par la vanne. Si le débit diminue, la vanne est NF, si le débit augmente alors la vanne est NO.

Ces vannes de régulation ne sont pas conçues pour fermer de façon parfaitement étanche une canalisation, il restera toujours un débit résiduel, en particulier pour les gaz.

Certaines vannes présentent une contre-pression dans la deuxième chambre du servomoteur. Au lieu d'avoir dans cette chambre une pression de 0 bar relatifs, on installe de façon constante une pression d'air comprimé (en général 1,4 bars).

- Vanne automatique à servomoteur électrique :

L'obturation du corps de vanne est réalisée au moyen d'un moteur pas à pas qui positionne le clapet. Lorsque l'alimentation en courant de cette vanne est coupée, celle-ci ne peut pas reprendre de position de sécurité. IL n'y a donc pas de sécurité passive sur ce type de vanne automatique.


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JF Mazoin - IUT Paul Sabatier - Dép. Génie Chimique, Génie des Procédés - BP 4065 - 31029 Toulouse cedex 4 - V2000