Aperçu des vannes thermoplastiques et de leurs performances

Les vannes thermoplastiques offrent un moyen fiable et économique de traiter les produits chimiques corrosifs dans certains des environnements les plus difficiles. Lorsque l’on compare les vannes non métalliques aux vannes métalliques, de nombreux critères doivent être pris en compte par le prescripteur :

• Pression de traitement
• Limites de température (haute et basse) du matériau
• Résistance à la corrosion
• Résistance à l’abrasion
• Coût

Coût

Dans de nombreux cas, les clients veulent des matériaux pour un projet au coût le plus bas possible. Cela n’équivaut pas au coût total de possession, qui est la valeur à long terme qui tient compte des performances et des coûts d’exploitation pendant la durée de vie d’un produit. Lors de l’évaluation des coûts, il est important de regarder au-delà du coût initial d’un matériau. Existe-t-il d’autres matériaux offrant de meilleures performances à long terme ? Quels types de vannes répondront aux critères de performance du client ? Moins il y a de maintenance et de temps d’arrêt, plus le client est gagnant. Le poids d’une vanne doit également être pris en compte. L’installation de vannes à corps métallique en hauteur peut entraîner des coûts de support et des temps de manutention supplémentaires. De plus, les frais d’expédition ayant explosé, il est plus économique d’expédier une palette de vannes en plastique qu’une palette de vannes à corps métallique. Les vannes sont-elles couvertes par une garantie et, dans l’affirmative, pour combien de temps ? Le coût de remplacement est un autre facteur à prendre en considération.

Matériaux/Pressions/Températures

Les soupapes non métalliques présentent une excellente résistance chimique et, contrairement au métal, ne sont pas affectées par les attaques galvaniques et électrolytiques. Cela signifie qu’elles résistent à la corrosion interne et externe.

La plage de température des vannes thermoplastiques moulées peut aller de -40° F à 300° F, avec des capacités de pression allant jusqu’à 230psi. Plus de 70 % de toutes les applications industrielles se situent dans cette plage. Dans les applications chimiques où la pression est supérieure à 230 psi, ou les températures supérieures à 300° F, les composites, l’acier revêtu ou les alliages métalliques sont les mieux adaptés à l’application.

Lorsqu’on envisage d’utiliser une soupape non métallique, il faut tenir compte de la relation pression/température et du type de soupape à utiliser.

Le polychlorure de vinyle (PVC) et le polychlorure de vinyle chloré (CPVC) sont les vannes les plus couramment utilisées dans les applications industrielles. Ces matériaux peuvent supporter la plupart des acides, des alcalis forts, des graisses et des huiles. Le PVC et le CPVC ne sont pas recommandés pour les hydrocarbures chlorés, les cétones (solvants), les esters et les aromatiques, car ils réagissent par perméation, ce qui entraîne un gonflement et une perte de résistance à la traction. La plage de température pour le PVC est comprise entre 32° F et 140° F, tandis que le CPVC peut atteindre 195° F. Leur coût relativement faible et la simplicité de la méthode d’assemblage (colle à solvant) font de ces deux matériaux un choix populaire. Collés au solvant sur les tuyaux et les raccords, le PVC et le CPVC sont le premier choix de nombreux installateurs en raison de leur facilité d’installation.

Le polypropylène (PP) présente une excellente résistance chimique aux acides, aux alcalis forts et aux solvants. Le PP fait partie de la famille des oléfines et ne donne pas de bons résultats lorsqu’il est utilisé avec des hydrocarbures chlorés ou des agents d’oxydation puissants. La plage de température pour les vannes en polypropylène est comprise entre -4° F et 195° F. Les coûts sont similaires à ceux du CPVC. La principale méthode d’assemblage est la fusion thermique (soudage), au lieu de la colle à solvant. La fusion thermique peut être réalisée par emboîtement et bout à bout sur le parc d’équipements de soudage d’Asahi.

Le polyfluorure de vinylidène (PVDF) est la résine fluoropolymère la plus utilisée pour les applications chimiques et de haute pureté, car le fluorure crée une liaison extrêmement fiable avec les autres molécules du plastique. Le polymère présente une excellente résistance chimique aux acides forts, aux solvants organiques, aux alcalis faibles et aux agents d’oxydation puissants. Le PVDF présente une excellente résistance à l’abrasion et d’excellentes propriétés diélectriques, et sa plage de températures s’étend de -40° F à 250° F. En raison de la fiabilité de la liaison du fluorure, capable de résister à la rupture en présence d’une large gamme de produits chimiques, le PVDF constitue également un matériau fantastique pour les applications critiques dans lesquelles la lixiviation de molécules indésirables peut avoir des effets désastreux sur le système. La production de PVDF ne nécessite aucun stabilisateur, plastifiant ou lubrifiant. L’absence essentielle de contaminants est une autre raison pour laquelle le PVDF est couramment utilisé pour les semi-conducteurs et les applications pharmaceutiques où l’on utilise de l’eau ultra pure et des fluides chimiquement purs.

L’éthylène chlorotrifluoroéthylène (ECTFE) et le perfluoroalcoxy (PFA) sont les deux fluoropolymères supplémentaires qui peuvent supporter des pH de 1 à 14. L’ECTFE et le PFA donnent de bons résultats là où les métaux coûteux (titane, alliage 20, acier inoxydable 316/304L ou acier revêtu) n’en donnent pas. Ils sont tous deux utilisés pour des concentrations élevées d’acides, tels que l’acide sulfurique à 98,3 %, et peuvent être utilisés avec succès dans des applications hautement oxydantes telles que le chlore gazeux, l’ozone et le dioxyde de chlore. L’ECTFE et le PFA conviennent également pour les solvants et/ou les applications à pH élevé à des températures élevées. Cependant, l’ECTFE et le PFA sont plus coûteux que les autres options non métalliques et doivent être réservés aux applications critiques.

Les matériaux des joints et des sièges sont tout aussi importants que ceux du corps de la vanne. Il existe de nombreuses options : EPDM, FKM, nitrile, hypalon, aflas et PTFE, qui offrent tous des degrés variables de résistance chimique, de plage de température, de résistance à l’abrasion et donc de performance d’étanchéité. La plupart des fabricants de robinets thermoplastiques conçoivent leurs robinets de manière à ce qu’ils répondent à la norme d’étanchéité ANSI Class VI, communément appelée « étanchéité à la bulle ».

Conductivité thermique

Les non-métaux ont une très faible conductivité thermique et agissent comme des isolants, contrairement aux métaux qui n’en ont pas. Le polypropylène a une conductivité thermique de 1,2 BTU-in/ft²-°F-hr. La conductivité thermique de l’acier au carbone, qui est de 360 BTU-in/ft²-hr, est 300 fois supérieure à celle du polypropylène. Cela signifie-t-il que les robinets thermoplastiques ne se fissureront pas par temps de gel ? Bien sûr que non. Ce que la faible conductivité thermique des thermoplastiques démontre, c’est le temps considérable qu’il faut à un fluide pour geler dans une vanne thermoplastique ; dans cet exemple, il faut trois cents fois plus de temps que pour l’acier au carbone.

Caractéristiques d’abrasion

Un autre avantage clé des matériaux thermoplastiques est leur résistance à l’abrasion, domaine dans lequel la plupart des matériaux thermoplastiques sont plus performants que l’acier. En raison de sa structure moléculaire et de son faible coefficient de frottement, le PVDF est le meilleur choix si la résistance à l’abrasion est le critère le plus important. Un diaphragme solide en PVDF ou une vanne papillon avec un disque en PVDF sont les deux meilleures options. L’acier revêtu utilise un revêtement qui a généralement une épaisseur de 3 mm, ce qui peut limiter la durée de vie et les performances dans une application abrasive par rapport à une vanne à corps plein.

Il existe également un risque de corrosion externe due aux vapeurs. Un robinet thermoplastique à corps plein présente la même résistance chimique à l’extérieur qu’un robinet métallique revêtu. Les revêtements sont également souvent rayés et écaillés par les boulons des brides et le serrage lors de l’installation.

Types de vannes thermoplastiques

Il existe de nombreux types de vannes thermoplastiques: vannes à bille, vannes papillon, vannes à diaphragme, vannes à guillotine, filtres à sédiments, robinets à pointeau, vannes de décharge, régulateurs, clapets anti-retour, robinets à soupape et vannes de régulation de débit. Les actionneurs pneumatiques et électriques commandent des vannes de 1/4″ à 48″. Cliquez ici pour en savoir plus sur les options d’actionnement.

Options de fonctionnement des vannes

Si un actionnement manuel à distance est nécessaire, des tiges d’extension et des actionneurs à roue à chaîne sont disponibles. Il est possible d’actionner deux vannes papillon avec un seul actionneur. Les vannes manuelles peuvent être équipées de ressorts de rappel, ou un actionnement électrique et pneumatique complet peut être ajouté à l’offre de vannes non métalliques d’Asahi. Ce ne sont là que quelques-unes des nombreuses options disponibles pour les vannes thermoplastiques.

AVIS DE L’ÉDITEUR : Veuillez noter que les informations contenues dans cet article sont uniquement destinées à des fins éducatives et ne remplacent pas les informations techniques ou les spécifications des produits d’Asahi/America.
Veuillez consulter le service technique d’Asahi/America au 1-800-343-3618 ou à l’adresse [email protected] pour toutes les applications de produits en ce qui concerne la sélection des matériaux en fonction de la pression, de la température, des facteurs environnementaux, des produits chimiques, des médias, de l’application, etc.