WHAT IS A PLUG VALVE?

A plug valve is a type of valve used to control the flow of fluid through a pipeline. It consists of a cylindrical or tapered plug with one or more hollow passageways going sideways through the plug, allowing fluid to flow through the valve when the plug is in the open position. Turning the plug 90 degrees from the open position blocks the flow path, shutting off the flow. The simplicity of this design makes plug valves robust and reliable for on/off and moderate throttling services.

Caractéristiques principales

  • Simple Operation: Plug valves operate with a simple quarter-turn motion, similar to ball valves, making them easy to open and close quickly.
  • Versatilité: They can handle a wide variety of fluids, including those with solids in suspension, due to the straight-through flow path and the absence of pockets.
  • Durability: The design of plug valves, with few moving parts and a straightforward flow path, contributes to their durability and long service life.
  • Sealing: Plug valves can offer tight sealing with the use of an elastomeric sleeve or sealant injected into the seating area, depending on the design.

Plug valves can be ordered with flanged, hub, or butt weld ends and in cast (bore size >2 inches) or a forged body material (for bore sizes < 2 inches).

The two key reference specifications covering plug valves, for petrochemical applications, are the API 6D (downstream) and API 6A (upstream).

Plug valves may be manually operated, with a wrench or a gear, or actuated with Electric, Electro-Hydraulic, Pneumatic-Hydraulic, and Gas Over Oil Actuators.

Types of Plug Valves

  1. Lubricated Plug Valve: Has a cavity in the body for a lubricant that reduces friction and wear on the plug mechanism and enhances the seal. Lubricant can be replenished through fittings on the valve body.
  2. Non-Lubricated Plug Valve: Uses a non-metallic sleeve or a specially coated plug to reduce friction and provide a tight seal without the need for lubrication.
  3. Eccentric Plug Valve: Features an off-center plug design that reduces wear on the plug and sleeve during operation, making it suitable for higher velocity services and slurry applications.
  4. Expanding Plug Valve: Utilizes a mechanism that expands the plug to seal against the body, providing double isolation and bleed capabilities, ideal for critical applications where positive shutoff is required.
  5. Multi-Port Plug Valves: Designed with three or more ports for multi-directional flow and diverting applications, simplifying piping systems by reducing the need for additional valves and tees.

Applications

Plug valves are used in various industries for a wide range of applications, including:

  • Oil and Gas: For on/off control in pipelines, including crude oil, natural gas, and downstream processes.
  • Traitement chimique : Handling corrosive and viscous fluids, as well as slurry services.
  •  Eau and Wastewater Treatment: For flow control in treatment facilities and distribution systems.
  • Food and Beverage: In applications requiring sanitary conditions and easy cleaning.

Plug valves can be used for liquids or gases such as:

  • Neutral liquids, like oil and  water
  • Acidic and Alkaline (corrosive) liquids
  • Boue
  • Neutral gases, such as steam and air
  • Corrosive gases, including chlorine and acid vapors

Choosing a Plug Valve

When selecting a plug valve, consider the fluid characteristics, pressure and temperature ratings, and the specific requirements of the application, such as the need for tight shutoff, resistance to abrasion, or suitability for sanitary conditions. The choice of material for the body, plug, and seals (such as stainless steel, ductile iron, or PTFE) will also impact the valve’s performance and longevity in the service environment.

Well-established plug valve manufacturers are Galli & Cassina, Flowserve (Nordstrom and Durco), and Crane/Xomox.

(Source: CTE Skills Youtube Channel)

TYPES OF PLUG VALVES

There are several types of plug valves, each with specific features and benefits. Let’s delve into the details of each type:

Lubricated Plug Valve

A lubricated plug valve is a type of plug valve designed with a cavity within the valve body that holds a lubricating fluid, typically grease or oil. This lubricant is injected into the cavity to reduce friction between the plug and the valve body, facilitating smooth operation and providing a reliable seal.

Caractéristiques principales

  1. Lubrication Cavity: The lubricated plug valve features a cavity within the valve body where lubricating fluid is stored. This cavity is accessible through fittings on the valve body for injecting or replenishing lubricant as needed.
  2. Reduced Friction: The lubricant forms a thin film between the plug and the valve body, reducing friction and wear during valve operation. This ensures smooth opening and closing of the valve, even after prolonged use.
  3. Enhanced Seal: The lubricant also helps to improve the seal between the plug and the valve body, minimizing leakage and providing tighter shut-off capabilities.
  4. Maintenance: Lubricated plug valves require periodic maintenance to replenish the lubricant and ensure optimal performance. Maintenance intervals may vary depending on the operating conditions and the type of lubricant used.

Applications

Lubricated plug valves are commonly used in various industries and applications, including:

  • Oil and Gas: For on/off control in pipelines transporting crude oil, natural gas, and petroleum products.
  • Traitement chimique : Handling corrosive fluids and chemicals where tight shut-off and reliable sealing are essential.
  • Water and Wastewater Treatment: In treatment facilities and distribution systems for controlling flow and isolating sections of the pipeline.
  • Petrochemical and Refining: For flow control in refining processes and petrochemical plants.

Considérations

When selecting a lubricated plug valve, several factors should be considered to ensure proper operation and longevity:

  • Operating Conditions: Consider the temperature, pressure, and type of fluid being handled to select a valve with suitable materials and lubricants that can withstand the conditions.
  • Maintenance Requirements: Plan for regular maintenance to replenish the lubricant and inspect the valve for wear or damage.
  • Sealing Performance: Lubricated plug valves provide a reliable seal, but the effectiveness may vary depending on the design and quality of the valve and lubricant used.
  • Compatibility: Ensure compatibility between the lubricant and the fluid being handled to prevent contamination or degradation of the process.

Overall, lubricated plug valves offer reliable performance, smooth operation, and enhanced sealing capabilities, making them suitable for a wide range of industrial applications where tight shut-off and minimal leakage are critical. Proper maintenance and lubrication are essential to ensure the continued performance and longevity of these valves in service.

Non-Lubricated Plug Valve

A non-lubricated plug valve is a type of plug valve designed to operate without the need for external lubrication. Unlike lubricated plug valves, which rely on a lubricating fluid to reduce friction between the plug and the valve body, non-lubricated plug valves use innovative materials and designs to achieve low-friction operation and reliable sealing without the need for additional lubrication.

Caractéristiques principales

  1. Self-Lubricating Materials: Non-lubricated plug valves utilize self-lubricating materials for the plug and valve body, such as polymers or composite materials with inherent low-friction properties. These materials reduce the coefficient of friction between the plug and the valve body, enabling smooth operation without external lubrication.
  2. Sleeved Design: Some non-lubricated plug valves feature a sleeved design, where the plug is coated or encapsulated with a low-friction material, such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or other polymers. This sleeve reduces wear and friction during operation, enhancing the valve’s performance and longevity.
  3. Spring-Assisted Sealing: Non-lubricated plug valves may incorporate spring-loaded mechanisms to assist in sealing the plug against the valve body. These springs exert pressure on the plug, ensuring tight shut-off and preventing leakage even in challenging operating conditions.
  4. Maintenance-Free Operation: Due to their self-lubricating properties and innovative design features, non-lubricated plug valves require minimal maintenance compared to lubricated plug valves. They eliminate the need for periodic lubrication, reducing downtime and maintenance costs.

Applications

Non-lubricated plug valves are commonly used in various industries and applications where reliable shut-off, minimal maintenance, and long-term performance are required. Some typical applications include:

  •  Eau and Wastewater Treatment: In treatment plants and distribution systems for controlling flow, isolating pipelines, and regulating process fluids.
  • Traitement chimique : Handling corrosive chemicals, acids, and aggressive fluids where tight shut-off and resistance to chemical attack are essential.
  • Oil and Gas: For on/off control and isolation in pipelines transporting crude oil, natural gas, and petroleum products.
  • Production d'énergie : In power plants for controlling steam,  water, and other fluids in boiler feedwater systems, cooling circuits, and auxiliary processes.

Considérations

When selecting a non-lubricated plug valve, consider the following factors to ensure optimal performance and suitability for the application:

  • Material Compatibility: Ensure that the materials used in the valve construction are compatible with the fluid being handled, especially in corrosive or abrasive applications.
  • Operating Conditions: Consider the temperature, pressure, and flow conditions to select a valve with the appropriate design features and materials to withstand the application’s demands.
  • Sealing Performance: Evaluate the valve’s sealing performance under various operating conditions, including pressure differentials, temperature variations, and flow rates, to ensure reliable shut-off and minimal leakage.
  • Maintenance Requirements: While non-lubricated plug valves generally require less maintenance than lubricated ones, periodic inspection and testing may still be necessary to ensure continued performance and integrity.

Non-lubricated valves are preferred to the lubricated type when low maintenance is required, like in services for sulfur, hydrogen fluoride, or in cases where the fluids could solidify and block the valve.

The downside of non-lubricated valves is that they suit only specific applications in terms of temperature, pressure and type fo conveyed fluids (chemical resistance) due to the non-metallic seat they use.

Types of non-lubricated plug valves

The three main types of non-lubricated valves are: fully lined, elastomer sleeve and, lift-type plug valve.

A fully lined, elastomer sleeve, lift-type non-lubricated plug valve combines several design features to offer reliable performance and efficient flow control in various industrial applications. Let’s break down each aspect of this valve:

Fully Lined

The term “fully lined” refers to the construction of the valve, where both the body and the internal components are lined with a corrosion-resistant material. Typically, fluoropolymer materials such as PTFE (polytetrafluoroethylene) or PFA (perfluoroalkoxy) are used for lining. This lining provides excellent chemical resistance and prevents the process fluid from coming into contact with the metal components of the valve, protecting them from corrosion and extending the valve’s service life.

Elastomer Sleeve

The valve features an elastomer sleeve that surrounds the plug, providing a flexible and resilient seal against the valve body. Elastomeric materials such as EPDM (ethylene propylene diene monomer) or NBR (nitrile butadiene rubber) are commonly used for the sleeve. The elastomer sleeve offers excellent sealing properties, even in low-pressure or vacuum applications, and helps to reduce friction between the plug and the valve body, facilitating smooth operation without the need for external lubrication.

Lift-Type Design

The lift-type design of the plug valve refers to the mechanism used to lift the plug off the valve seat to allow fluid flow. In lift-type plug valves, the plug is raised vertically away from the seat when the valve is opened, creating an unobstructed flow path through the valve. This design minimizes the risk of fluid entrapment and reduces the potential for solids or debris to accumulate around the seating area, ensuring reliable sealing and preventing valve sticking or jamming.

Non-lubricated plug valves offer a cost-effective and reliable solution for a wide range of industrial applications, providing efficient flow control, tight shut-off, and long-term durability without the need for external lubrication.

Eccentric Plug Valve

An eccentric plug valve is a type of plug valve designed with an off-center or eccentric plug. Unlike traditional plug valves where the plug is centered within the valve body, the eccentric plug in this design is positioned off-center, typically at an angle of 30 degrees or more from the valve’s centerline. This unique design offers several advantages in terms of flow control, sealing performance, and resistance to wear and abrasion.

The design of an eccentric valve features a half plug that is a key benefit for applications that require a stronger seating force and minimal friction from the open to the closed position.

Eccentric valves show also improved shut off capabilities compared to the concentric design.

The typical applications of this type of plug valve are dirty waters, sewage, sludge and slurries, air, and other similar services requiring tight shut off.

Here’s a closer look at the key features and benefits of eccentric plug valves:

Caractéristiques principales

  1. Prise décentrée : Dans une vanne à obturateur excentré, le corps est positionné de manière décentrée, ce qui permet une fermeture rapide et sans à-coups. Cette conception minimise l'usure et l'abrasion du corps et du siège, prolongeant ainsi la durée de vie de la vanne.
  2. Trajectoire d'écoulement asymétrique : Le clapet excentré crée un flux asymétrique à travers la vanne, ce qui contribue à réduire les turbulences et les pertes de charge pendant son fonctionnement. Il en résulte une régulation du débit plus fluide et une efficacité accrue par rapport aux vannes à clapet traditionnelles.
  3. Action autonettoyante : La conception excentrée du bouchon favorise un autonettoyage grâce à sa rotation en fonctionnement. Ceci contribue à prévenir l'accumulation de particules solides ou de débris sur la surface d'étanchéité, réduisant ainsi le risque de blocage de la vanne.
  4. Étanchéité bidirectionnelle : Les vannes à boisseau excentrique assurent une étanchéité bidirectionnelle, garantissant ainsi une fermeture hermétique dans les deux sens d'écoulement. Elles sont donc particulièrement adaptées aux applications où l'écoulement s'inverse, comme dans les réseaux de canalisations.
  5. Sièges flexibles : La vanne à boisseau excentrique peut utiliser différents matériaux de siège, notamment des élastomères, des joints métal-métal ou en céramique, selon les exigences de l'application. Cette flexibilité assure la compatibilité avec une large gamme de fluides de process et de conditions de fonctionnement.

Applications

Les vannes à bouchon excentrique sont couramment utilisées dans des secteurs tels que :

  • Oil and Gas: pour le contrôle et l'isolation des flux dans les pipelines transportant du pétrole brut, du gaz naturel et des produits pétroliers.
  • Traitement chimique : pour la manipulation de produits chimiques corrosifs, d'acides et de boues abrasives.
  •  Eau and Wastewater Treatment: pour réguler le débit et isoler des sections de la canalisation dans les stations d'épuration et les réseaux de distribution.
  • Production d'énergie : dans les centrales électriques pour le contrôle de la vapeur,  water, and other fluids in boiler feedwater systems, cooling circuits, and auxiliary processes.

Considérations

Lors du choix d'une vanne à boisseau excentrique, tenez compte de facteurs tels que le type de fluide de process, la température, la pression et les caractéristiques d'écoulement. Assurez-vous que les matériaux et la conception de la vanne sont adaptés aux exigences de l'application afin de garantir des performances et une fiabilité optimales.

En résumé, les vannes à bouchon excentrique offrent un meilleur contrôle du débit, une étanchéité bidirectionnelle et une résistance à l'usure et à l'abrasion, ce qui les rend parfaitement adaptées à une large gamme d'applications industrielles où des performances fiables et une longue durée de vie sont essentielles.

 

Expanding Plug Valve (Double Block and Bleed – DBB)

La vanne à boisseau expansible est un type de vanne à boisseau caractérisé par sa conception unique, qui permet au boisseau de se dilater radialement pour former un joint étanche contre le corps de la vanne. Ce mécanisme d'expansion garantit une fermeture fiable et d'excellentes performances d'étanchéité, rendant les vannes à boisseau expansible adaptées à diverses applications industrielles. Voici un aperçu des principales caractéristiques et du fonctionnement des vannes à boisseau expansible :

Caractéristiques principales

  1. Bouchon extensible : La caractéristique principale d'une vanne à obturateur expansible est son obturateur, qui peut se dilater radialement lorsqu'il est actionné. Cet obturateur est généralement constitué de plusieurs segments ou manchons qui peuvent s'étendre vers l'extérieur pour venir en contact avec la surface intérieure du corps de la vanne. Cette expansion crée un joint étanche, bloquant efficacement le passage du fluide à travers la vanne.
  2. Conception segmentée : Les vannes à obturateur à expansion sont souvent dotées d'un obturateur segmenté, divisé en plusieurs sections ou manchons. Chaque segment peut se déplacer indépendamment pour compenser les variations du diamètre intérieur du corps de vanne et assurer une étanchéité uniforme sur toute la circonférence de l'obturateur.
  3. Mécanisme d'actionnement : Les vannes à boisseau extensible sont généralement actionnées par des mécanismes externes tels que des volants, des engrenages, des actionneurs pneumatiques ou électriques. Le mécanisme d'actionnement contrôle l'expansion et la contraction des segments du boisseau, permettant ainsi un contrôle précis du débit et une fermeture hermétique.
  4. Étanchéité bidirectionnelle : Les vannes à boisseau expansible assurent une étanchéité bidirectionnelle, c'est-à-dire qu'elles peuvent bloquer efficacement le flux dans les deux sens. Cette capacité d'étanchéité bidirectionnelle les rend polyvalentes et adaptées aux applications où un reflux de flux est possible.
  5. Construction robuste : Les vannes à expansion sont fabriquées à partir de matériaux durables tels que l'acier au carbone, l'acier inoxydable ou des alliages, selon les exigences de l'application. Cette construction robuste garantit leur longévité et leur fiabilité dans les environnements industriels les plus exigeants.

Applications

Les vannes à expansion sont couramment utilisées dans des secteurs tels que :

  • Oil and Gas: pour le contrôle et l'isolation des flux dans les pipelines, les raffineries et les usines pétrochimiques.
  • Traitement chimique : pour la manipulation de fluides corrosifs, d'acides et de produits chimiques dans les installations de traitement chimique.
  • Water and Wastewater Treatment: pour réguler le débit et isoler des sections de la canalisation dans les stations de traitement d'eau et les réseaux de distribution.
  • Production d'énergie : dans les centrales électriques pour le contrôle de la vapeur, de l'eau et d'autres fluides dans les systèmes d'alimentation en eau des chaudières, les circuits de refroidissement et les processus auxiliaires.

Considérations

Lors du choix d'une vanne à boisseau expansible, tenez compte de facteurs tels que le type de fluide de process, la température, la pression, les caractéristiques d'écoulement et les conditions de fonctionnement. Assurez-vous que les matériaux, la conception et le mécanisme d'actionnement de la vanne soient adaptés aux exigences spécifiques de l'application afin de garantir des performances et une fiabilité optimales.

Les vannes à expansion sont les plus complexes, car elles comportent plusieurs composants qui permettent une expansion mécanique de la vanne pour lui conférer une véritable fonction de double blocage et de purge (DBB).

Elles sont souvent utilisées pour prévenir la contamination des produits dans les applications qui ne nécessitent pas de double isolation.

La vanne à expansion utilise un mécanisme rotatif entre les positions ouverte et fermée, protégeant ainsi les deux joints d'étanchéité du flux. Lors de la rotation, le corps et les joints restent isolés, et les lames se dilatent sur le siège du corps lorsque la vanne est fermée, évitant ainsi l'usure ou l'abrasion des joints.

En résumé, les vannes à boisseau extensible offrent un contrôle de débit efficace, une étanchéité bidirectionnelle et des capacités d'arrêt fiables, ce qui les rend parfaitement adaptées à une large gamme d'applications industrielles où une étanchéité parfaite et une régulation précise du débit sont essentielles.

Multiport Plug Valve

Les vannes à boisseau multivoies, également appelées vannes multi-orifices, sont des vannes spécialisées conçues pour contrôler le débit des fluides à travers plusieurs orifices d'entrée et de sortie. Ces vannes sont dotées d'un mécanisme à boisseau rotatif permettant de dévier ou de combiner le flux entre différents orifices, offrant ainsi une grande flexibilité dans la manipulation et la distribution des fluides.

Voici une explication détaillée des vannes à bouchon multivoies :

Caractéristiques principales

  1. Plusieurs ports : Les vannes à boisseau multivoies possèdent plus de deux orifices, généralement trois ou plus, disposés autour du corps de la vanne. Ces orifices permettent différentes configurations d'écoulement, notamment un écoulement direct, un écoulement croisé ou une combinaison des deux.
  2. Mécanisme de rotation du bouchon : Le bouchon situé à l'intérieur du corps de la vanne peut être tourné pour orienter le flux entre différents orifices. En ajustant sa position, les opérateurs peuvent contrôler le profil d'écoulement, en déviant le fluide d'un orifice à un autre ou en combinant les flux provenant de plusieurs orifices.
  3. Construction durable : Les vannes à boisseau multivoies sont fabriquées à partir de matériaux robustes tels que l'acier inoxydable, l'acier au carbone ou des alliages, ce qui leur confère durabilité et résistance à la corrosion et à l'usure. Cette conception leur permet de supporter des applications à haute pression et à haute température.
  4. Mécanisme d'étanchéité : À l'instar des vannes à boisseau standard, les vannes à boisseau multivoies utilisent un système d'étanchéité pour empêcher les fuites entre le boisseau et le corps de la vanne. Selon l'application, ce système d'étanchéité peut être constitué de joints élastomères, de joints métal-métal ou d'une combinaison des deux.
  5. Options d'actionnement : Les vannes à boisseau multivoies peuvent être actionnées manuellement ou à distance par des actionneurs pneumatiques, électriques ou hydrauliques. L'actionnement permet un positionnement précis du boisseau et l'automatisation des processus de régulation de débit.

Applications

Les vannes à bouchon multivoies trouvent des applications dans diverses industries et procédés nécessitant une gestion polyvalente des fluides, notamment :

  • Traitement chimique : pour le mélange, le brassage ou la distribution de différents produits chimiques ou additifs dans les processus de fabrication.
  • Oil and Gas: pour les systèmes de collecteurs, les réseaux de distribution et les stations de comptage dans les opérations en amont, intermédiaires et en aval.
  •  Eau Traitement: pour contrôler le flux entre les différentes étapes de traitement, telles que la filtration, la désinfection et le dosage chimique.
  • Food and Beverage: pour le traitement et la distribution de différents ingrédients ou produits dans les installations de transformation des aliments et de production de boissons.

Considérations

Lors du choix d'une vanne à boisseau multivoies, il convient de prendre en compte des facteurs tels que le nombre et la configuration des orifices, les dimensions et les matériaux de construction, les pressions et températures nominales, ainsi que la compatibilité avec le fluide de process. Un dimensionnement et un choix appropriés de la vanne sont essentiels pour garantir des performances et une fiabilité optimales dans l'application prévue.

En résumé, les vannes à boisseau multivoies offrent flexibilité et polyvalence pour la gestion des fluides en permettant de contrôler la direction et la distribution du flux entre plusieurs orifices. Ces vannes jouent un rôle crucial dans diverses industries où un contrôle et une distribution précis du flux sont essentiels au bon fonctionnement des opérations.

SHORT vs. LONG PATTERN PLUG VALVE

Les termes « vannes à bouchon court » et « vannes à bouchon long » font référence aux variations de longueur totale du corps de la vanne.

Short, regular and Venturi plug valve

Vanne à bouchon court, standard et Venturi.

Voici un récapitulatif des différences entre les vannes à bouchon à motif court et à motif long :

Short Pattern Plug Valve

  1. Conception compacte : Les vannes à boisseau cylindrique à profil court présentent une conception plus compacte que les vannes à profil long. Leur longueur totale réduite les rend idéales pour les applications où l'espace est limité ou lorsqu'une vanne plus courte est préférable.
  2. Poids réduit : Du fait de leur longueur réduite, les vannes à boisseau court sont généralement plus légères que les vannes à boisseau long. Cela facilite leur manipulation et leur installation, notamment dans les applications où le poids est limité ou l'accès difficile.
  3. Capacité de débit limitée : Les vannes à boisseau cylindrique à passage court peuvent présenter un débit légèrement inférieur à celui des vannes à passage long en raison de leur corps plus court. Cependant, elles restent capables de gérer une large gamme de débits et de pressions, ce qui les rend adaptées à de nombreuses applications.

Long Pattern Plug Valve

  1. Longueur étendue : Les vannes à boisseau cylindrique à corps long présentent une longueur de corps supérieure à celle des vannes à corps court. Cette longueur accrue offre un espace supplémentaire entre les raccords d'entrée et de sortie, ce qui améliore les caractéristiques d'écoulement et réduit la perte de charge.
  2. Capacité de débit accrue : La longueur accrue du corps des vannes à boisseau cylindrique à passage long permet des passages internes plus larges, ce qui se traduit par des débits supérieurs à ceux des vannes à passage court. Elles conviennent ainsi aux applications exigeant des débits plus élevés ou une perte de charge plus faible.
  3. Étanchéité améliorée : Les vannes à boisseau cylindrique long offrent une étanchéité supérieure aux vannes à boisseau cylindrique court, notamment pour les applications à hautes pressions ou températures. Leur longueur accrue assure une surface de contact plus importante avec les joints, améliorant ainsi l'étanchéité et la fiabilité.

Application Considerations

  • Limitations d'espace : Les vannes à boisseau conique à profil court sont préférées dans les applications où l'espace est limité ou lorsqu'une conception de vanne compacte est souhaitée.
  • Exigences de débit : Les vannes à boisseau cylindrique à corps long conviennent aux applications nécessitant des débits plus élevés ou une perte de charge plus faible, grâce à leur corps plus long et à leurs passages internes plus larges.
  • Pression et température : Les vannes à boisseau cylindrique à profil court et long sont disponibles dans différentes valeurs nominales de pression et de température pour s'adapter aux différentes conditions de fonctionnement et exigences de traitement des fluides.

En résumé, les principales différences entre les vannes à boisseau court et long concernent la longueur totale, le débit et l'étanchéité de la vanne.

Le choix entre les deux types (bouchon à motif court ou long) dépend de facteurs tels que les limitations d'espace, les exigences de débit et les conditions de fonctionnement.

  • Le type de conception à motif court présente des dimensions face à face et des zones d'orifice compactes représentant de 40% à 60% d'un type à alésage complet
  • Le modèle régulier a des dimensions face à face plus longues et une surface de port de 50-70% des vannes à bouchon à passage intégral et est conçu pour fournir une perte de débit minimale.
  • La conception à alésage intégral présente de longues dimensions face à face et un orifice rond (Venturi).

Cette dernière configuration assure un débit optimal et permet le nettoyage par racleur de la canalisation. Les vannes à boisseau modernes sont une évolution d'un modèle de base développé dès l'Empire romain.

 

PLUG VALVE VS. OTHER TYPES OF VALVE

PLUG VALVE VS. BALL VALVE

Les vannes à boisseau sphérique et les vannes à quart de tour sont deux types de vannes couramment utilisées dans diverses industries pour la régulation des débits. Bien que leur fonctionnement soit similaire, leurs conceptions et caractéristiques distinctes les rendent adaptées à des applications différentes. Voici une comparaison entre les vannes à boisseau sphérique et les vannes à quart de tour :

Plug Valve

Conception:

  • Les vannes à bouchon comportent un bouchon cylindrique ou conique avec un trou traversant ou un orifice qui peut être tourné à l'intérieur du corps de la vanne pour contrôler le débit.
  • Le bouchon a généralement une forme conique ou cylindrique et assure l'étanchéité contre le siège de la soupape pour réguler le débit du fluide.

Opération:

  • Les vannes à boisseau fonctionnent en faisant pivoter le boisseau de 90 degrés de la position complètement ouverte à la position complètement fermée, permettant une commande marche/arrêt rapide et facile.
  • Elles offrent une étanchéité fiable et une fermeture hermétique, ce qui les rend adaptées aux applications où la prévention des fuites est essentielle.

Caractéristiques d'écoulement :

  • Les vannes à boisseau peuvent fournir des caractéristiques de débit linéaires ou à pourcentage égal en fonction de la forme du boisseau et de la conception de l'orifice.
  • Ils sont parfaitement adaptés aux applications de régulation et de contrôle de débit modéré, notamment dans les environnements à haute pression et à haute température.

Applications :

  • Les vannes à boisseau sont couramment utilisées dans des industries telles que le pétrole et le gaz, le traitement chimique,  water traitement et production d'énergie.
  • Ils sont privilégiés pour les applications nécessitant un fonctionnement fréquent, une étanchéité parfaite et une résistance aux fluides abrasifs ou corrosifs.

Robinet à boisseau sphérique

Conception:

  • Les vannes à bille comportent un élément de fermeture sphérique ou cylindrique (la bille) avec un orifice central qui permet au fluide de s'écouler lorsqu'il est aligné avec le corps de la vanne.
  • La bille tourne à l'intérieur du corps de la vanne pour ouvrir ou fermer le passage du fluide, offrant ainsi une configuration à passage intégral ou réduit.

Opération:

  • Les vannes à bille fonctionnent en faisant pivoter la bille de 90 degrés de la position complètement ouverte à la position complètement fermée, permettant un contrôle du débit rapide et fiable.
  • Ils offrent un fonctionnement à faible couple et conviennent à l'automatisation utilisant des actionneurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques.

Caractéristiques d'écoulement :

  • Les vannes à bille permettent généralement une fermeture rapide et complète avec une perte de pression minimale à travers la vanne.
  • Elles sont bien adaptées aux applications marche/arrêt et sont moins adaptées à un réglage précis du débit ou à une régulation de débit que les vannes à boisseau.

Applications :

  • Les vannes à bille sont largement utilisées dans diverses industries, notamment le pétrole et le gaz, la distribution d'eau, les systèmes CVC et les applications industrielles générales.
  • Ils sont privilégiés pour les applications exigeant une étanchéité parfaite, une facilité d'utilisation et un entretien minimal.

Conclusion

  • Les vannes à boisseau sont privilégiées pour les applications nécessitant un fonctionnement fréquent, une étanchéité parfaite et un contrôle de débit modéré.
  • Les vannes à bille conviennent aux applications nécessitant une mise en marche/arrêt rapide, une fermeture complète du débit et une perte de pression minimale.
  • Le choix entre vannes à boisseau sphérique et vannes à bille dépend de facteurs tels que les exigences de régulation du débit, les conditions de fonctionnement et les besoins spécifiques de l'application.
  • Les vannes à boisseau sphérique sont généralement plus économiques que les vannes à bille, en raison de leur conception plus simple.
  • Les vannes à boisseau sphérique sont moins sujettes à la contamination par des débris et à l'accumulation de saletés dans les espaces interstitiels, comparées aux vannes à bille (un problème fréquemment rencontré par ces dernières en raison des espaces existant entre la sphère et le corps de la vanne).
  • Les vannes à boisseau sphérique nécessitent plus d'entretien que les vannes à bouchon, notamment après des arrêts d'usine planifiés ou non.
  • Les vannes à boisseau sphérique sont conçues pour un passage intégral, sans perte de charge ; les vannes à bille peuvent être à passage réduit ou intégral (une vanne à bille à passage intégral serait plus lourde et plus encombrante qu'une vanne à boisseau sphérique de même taille).

De manière générale, les vannes à boisseau sphérique constituent une bonne alternative aux vannes à bille, même si ces dernières restent la norme dans le secteur des opérations d'arrêt, du moins dans l'industrie pétrolière et gazière.

PLU VALVES SPECIFICATIONS (ASME/API)

L’American Society of Mechanical Engineers (ASME) et l’American Petroleum Institute (API) ont établi des spécifications pour les vannes à boisseau sphérique afin de garantir leur qualité, leurs performances et leur compatibilité avec diverses applications industrielles. Voici quelques-unes des principales spécifications ASME et API relatives aux vannes à boisseau sphérique :

ASME Specifications

  1. ASME B16.34 – Vannes à brides, filetées et à souder : Cette norme couvre la conception, les matériaux, les dimensions, les tolérances et les exigences d'essai des vannes à boisseau, entre autres types de vannes. Elle fournit des directives concernant les plages de pression et de température, les raccords et le marquage des vannes.
  2. ASME B16.10 – Dimensions face à face et bout à bout des vannes : Cette norme spécifie les dimensions et les tolérances des dimensions face à face et bout à bout des vannes à boisseau, permettant leur interchangeabilité et leur compatibilité avec les systèmes de tuyauterie.
  3. ASME B16.11 – Raccords forgés, à souder par emboîtement et filetés : Bien que principalement axée sur les raccords forgés, la norme ASME B16.11 inclut également des dispositions relatives aux vannes à boisseau sphérique avec raccordement par soudage ou fileté. Elle couvre les dimensions, les matériaux et les pressions nominales de ces types de vannes.

API Specifications

  1. API 6D – Spécification pour les vannes de pipeline : La norme API 6D est une spécification largement utilisée pour les vannes de pipeline, notamment les vannes à boisseau, destinées aux industries pétrolières et gazières. Elle couvre les exigences de conception, de matériaux, de fabrication, d'essais et d'inspection des vannes de pipeline.
  2. API 599 – Vannes à bouchon métallique – Extrémités à brides et à souder : La norme API 599 traite spécifiquement des vannes à boisseau métallique et définit les exigences relatives à leur conception, aux matériaux, aux dimensions, aux pressions nominales, aux essais et au marquage. Elle s'applique aux vannes à boisseau à brides ou à souder.
  3. API 6A – Spécification pour les équipements de tête de puits et d'arbre de Noël : Bien que principalement axée sur les têtes de puits et les arbres de Noël utilisés dans l'industrie pétrolière et gazière, la norme API 6A inclut également des dispositions relatives aux vannes à boisseau sphérique employées dans ces applications. Elle couvre les exigences en matière de conception, de matériaux, de dimensions et d'essais.