Les disques de rupture

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3.7.9 DISQUES DE RUPTURE



Le disque de rupture, sorte de fond bombé de faible épaisseur, est parfois utilisé sur les réservoirs soit :

- En parallèle avec une soupape de sureté afin de prévenir une montée trop rapide et importante de pression, à laquelle la soupape ne pourrait réagir assez rapidement.



- Plus rarement, en protection de la soupape, en la plaçant entre celle-ci et le réservoir afin d'éviter tout contact avec le fluide ( ex. liquide susceptible de se cristalliser tel que l' UREE ).

Le disque est totalement étanche et présente un tarage précis et un faible encombrement. Il résiste très bien à la corrosion, à la viscosité du fluide et à la température. Son prix de revient est très peu élevé, mais son emplacement est souvent difficile.

On distingue :
- Les disques concaves généralement pré-incisés en croix sur la face aval. Cette incision permettant l'éclatement sans fragmentation du disque, dès que la pression atteint la valeur prédéterminée. Ces disques acceptent l'action du vide ( voir les fournisseurs ).



- Les disques convexes ou inversés : c'est la surface concave qui est soumise à la pression. Lorsque la pression prédéterminée est atteinte, le disque devient concave, ce qui entraîne la rupture de celui-ci. Un couteau placé sur le porte-disque peut faciliter cette rupture Fig 1-138.

Le choix d'un disque de rupture est fonction des conditions de service ( pression, température, débit ) et du métal employé compte tenu du milieu ambiant.

Dimensionnement des disques de rupture ( ASME, AD-Merkblätter-A1 )



a) Pour un liquide non visqueux

A =
relation dans laquelle A = section de décharge ( cm² )

Qv = débit volumique ( m³/h )
d = densité du liquide ( ex. pour l'eau d = 1 )
Pr = pression de rupture ( bar abs )

b) Pour un gaz

A = 2,1
relation dans laquelle Qm = débit massique ( kg/h )
T = température absolue ( °K )
Mo = masse moléculaire ( g/mol )
Pt = pression de décharge ( pt = pr + surpression ) bar abs
C = constante tirée des formules et figures ci-dessous.




Choix d’un disque de rupture

Ce sont les conditions de service qui conditionnent le choix d’un disque de rupture, à savoir :

- La pression d’éclatement
- La t° au niveau du disque
- La nature du produit en contact avec le disque
- La possibilité de mise sous vide

- Cas d'un écoulement supercritique ou critique ( Fig 1-140 )

( γ = cp / cv )

cp et cv = chaleurs spécifiques à pression constante et à volume constant
pa = pression aval ( bar abs )

- Cas d'un écoulement subcritique ( Fig 1-141 )



c) Pour la vapeur d'eau

- Vapeur saturée : A =


- Vapeur surchauffé : A =
avec CS coefficient de surchauffe Fig 1-142


Remarque : Si la pression de service est voisine de la pression d’éclatement, il y a risque de rupture prématurée. En pratique on admet que la pression d’éclatement à température ambiante doit être d’environ 40% supérieure à la pression de service. Cette pression d’éclatement est fonction de la température de service.

La FIG 1-144 donne un exemple de relation entre pression d’éclatement et dt° en fonction de divers matériaux.



K = facteur multiplicateur de la pression d’éclatement à CT = température à l’éclatement

___ x ____ = indium
_ _ _ _ _ _ = nickel
-------------- = molybdène
_________ = Inox AISI 316
__ _ __ _ __ = aluminium

Les températures maximales d’utilisation dépendent du du matériau utilisé.

Exemples :
Aluminium = 120°C
Nickel = 400°C ( 200°C en milieu réducteur ) Inconel = 540°C
Tantale = 425°C



Hastelloy = 540°C
PVC = 65°C
Epoxy = 120°C
Teflon = 230°C

Si un disque est revêtu d’un matériau afin de résister à la corrosion, il y a lieu d’adopter la température d’utilisation en fonction de ce matériau.

Utilisation de la FIG 1-144 : disque en Nickel t° = 200°C
Pression de service à 20°C = 7 barg
Pression d’éclatement = 7 x 1,4 = 9,8 barg

Pression de rupture à 200° C = 9, 8 x 0,92 = 9 barg

3.7.10 REGLEMENTATION EUROPEENNE (DESP 97/23/CEE) En fonction des paramètres PS x V ou PS x DN, la catégorie à adopter est représentée à titre indicatif dans le tableau Fig 1-144.

PS : pression max admissible pour laquelle l'équipement est conçu

TS : t° minimale ou maximale admissible pour laquelle l'équipement est conçu

NB : Les soupapes de sûreté doivent être en catégorie 4.
Pour une robinetterie , il peut être nécessaire de la fabriquer dans la catégorie la plus élevée.

 
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