Pression de tarage d’une soupape de sûreté vs PS (Japon)

Une station de détente vapeur ou un skid d'eau chaude arrive du Japon. La plaque signalétique de l'appareil indique une 最高使用圧力 (saikō shiyō atsuryoku, pression maximale admissible, PS), et la soupape de sûreté porte sa propre pression de tarage. Quelques mois après la mise en service, la soupape se met à suinter : quelqu'un propose de remonter le tarage, quelqu'un d'autre demande si un tarage plus bas permettrait d'éviter que l'appareil soit classé récipient sous pression au Japon.

Les deux idées reposent sur la même confusion. La pression de tarage et la PS n'ont pas le même sens, même lorsqu'elles portent la même valeur. Le tarage doit être cohérent avec la PS de l'équipement protégé, avec la loi ou la norme applicable et avec le comportement d'ouverture et de refermeture de la soupape. Un tarage correct ne suffit d'ailleurs pas : si la soupape ne peut pas évacuer le débit qui entre lors d'un incident, la pression continue de monter.

Cet article s'appuie sur deux exemples, une station de détente vapeur et une conduite d'eau chaude isolée entre deux vannes. Il montre le lien entre pression de tarage et PS, ce que la soupape protège réellement, quand elle est nécessaire et quelles informations joindre à une commande ou à une demande de renseignements. Il explique quoi vérifier et qui décide ; ce n'est pas une procédure pour choisir ou modifier un tarage. Faites valider chaque pression de tarage par le concepteur de l'équipement, par le fabricant de la soupape et au regard de la réglementation ou de la norme applicable sur votre site.

Sommaire

1. Rôle d'une soupape de sûreté
2. Pression de tarage et PS : deux valeurs distinctes
3. Quand une soupape de sûreté est nécessaire
4. Liste de vérification : informations à joindre à une commande ou à une demande
5. Questions à poser au fournisseur ou au concepteur japonais
6. Limites de cet article
7. FAQ
8. Sources

Rôle d'une soupape de sûreté

Une soupape de sûreté (anzen-ben) protège les équipements et les tuyauteries contre la surpression. Lorsque la pression atteint la valeur de tarage, elle évacue du fluide. Elle reste fermée en fonctionnement normal et, dans les conceptions courantes, se referme dès que la décharge a fait redescendre la pression.

Dans une soupape à ressort, le ressort pousse le clapet vers la fermeture tandis que le fluide le pousse vers l'ouverture. Quand la pression monte suffisamment, le clapet se soulève et ouvre un passage entre l'entrée et la sortie.

Soupape à ressort simplifiée. Les caractéristiques d'ouverture et l'effet de la contre-pression varient selon le type de soupape.

Les documents japonais emploient aussi le terme nigashi-ben (soupape de décharge). Le terme dépend du fluide de service et des caractéristiques de fonctionnement : ne transposez donc pas une soupape conçue pour la vapeur sur une ligne de liquide. Vérifiez les fluides d'emploi indiqués par le fabricant pour ce modèle. Les soupapes de type zenryō-shiki (à levée totale) et yotei-shiki (à levée partielle) ont en outre des passages et des capacités différents : on ne peut pas comparer leur capacité d'après le seul diamètre de raccordement.

Un détendeur (genatsu-ben) maintient la pression aval stable. Une soupape de sûreté protège contre une surpression anormale. Gardez ces deux fonctions séparées : l'une assure la régulation normale, l'autre maintient la sécurité quand cette régulation tombe en panne.

Les alarmes et coupures par pressostat jouent encore un autre rôle. La combinaison de la régulation normale, de l'alarme, de la coupure de l'alimentation et de la décharge mécanique dépend des défaillances à couvrir et des exigences de l'équipement.

Pression de tarage et PS : deux valeurs distinctes

Commencez par noter séparément deux valeurs : la pression maximale atteinte en fonctionnement normal et la PS de l'équipement protégé. Le tarage doit pouvoir se placer entre les deux, compte tenu du comportement d'ouverture et de refermeture de la soupape, de la loi ou de la norme applicable et de la tolérance sur la pression de tarage.

La pression de tarage (settei atsuryoku) est la pression à laquelle la soupape doit commencer à agir. La PS est la pression à laquelle l'équipement est autorisé à fonctionner. Même réglées sur le même chiffre, ces deux valeurs ne signifient pas la même chose.

La soupape ne se referme pas toujours juste en dessous de la pression de tarage. Vérifiez l'écart avec la pression de service en tenant compte de la chute de pression à la refermeture.

La pression de refermeture (fukidomari atsuryoku) est celle à laquelle la soupape se referme après avoir déchargé. L'écart entre pression de tarage et pression de refermeture correspond à la chute de pression à la refermeture (« blowdown »). Si la pression de service normale est trop proche de la pression de refermeture, une soupape qui s'est ouverte une fois peut ne plus se refermer, au détriment de la stabilité de fonctionnement.

Une soupape ne délivre pas non plus tout son débit requis à l'instant où elle commence à s'ouvrir. Comparez la montée en pression pendant la décharge avec ce que l'équipement peut supporter, en vous appuyant sur la loi applicable, le code de construction et les conditions de certification de la soupape.

Il n'existe pas de règle qui consisterait à ajouter un pourcentage fixe à la pression normale pour obtenir le bon tarage de n'importe quelle installation. Si la pression de service varie tellement qu'aucun tarage praticable ne convient, il faut revoir la conception, y compris les conditions de service et la tenue en pression de l'équipement.

Utilisez la même base de pression partout. Ne mélangez pas pression effective (relative) et pression absolue, et vérifiez laquelle est utilisée sur chaque plan et chaque fiche technique.

Le tarage seul ne décide pas de la classe réglementaire d'un récipient

Au Japon, le tarage de la soupape ne suffit pas à dire si un récipient est un récipient sous pression réglementé. L'ordonnance d'application de la loi sur la sécurité et la santé au travail (Industrial Safety and Health Act) classe les récipients selon leur usage et leur pression de service, combinés au volume interne et aux dimensions de l'enveloppe.

Pour les récipients sous pression de Classe 1, la définition inclut le mode d'utilisation : chauffage par un fluide caloporteur, production de vapeur ou chauffage en vue d'une séparation. Les récipients de Classe 2, qui contiennent du gaz, répondent à des conditions propres. Aucune valeur de pression unique ne s'applique à tous les usages.

Vérifiez comment la pression de service utilisée pour le classement se situe par rapport au tarage de la soupape, à partir des conditions de conception de l'équipement. Abaisser le tarage d'une soupape existante ne prouve pas que le récipient est devenu exempté. Lorsqu'une pression plus élevée est fournie en amont, ne regardez pas seulement la pression normale en aval du détendeur : vérifiez dans les documents de conception quelle pression a été retenue comme condition de service, défaillances côté alimentation et conditions de chauffage comprises.

Pour un équipement neuf, confirmez la classe réglementaire pendant que l'usage, la température, la pression et le volume sont encore en cours de définition. Pour un équipement existant, partez du certificat d'inspection, de la fiche de spécification et de la plaque signalétique. Si vous modifiez les conditions de service, vérifiez quelles démarches cette modification impose.

Partez d'abord de l'usage du récipient, puis examinez les critères, y compris ceux des petits récipients sous pression et des exemptions. Il ne s'agit pas des « catégories » I à IV de la directive européenne DESP : les classes japonaises et les catégories européennes ne se correspondent pas directement.

L'ordonnance sur la sécurité des chaudières et des récipients sous pression (Ordinance on Safety of Boilers and Pressure Vessels) traite des soupapes de sûreté des chaudières (article 28) et des récipients sous pression de Classe 1 (article 65). L'exigence de base est la même : la soupape doit être réglée pour fonctionner à une pression au plus égale à la PS.

Ces deux articles contiennent aussi une exception conditionnelle pour les installations à plusieurs soupapes. Elle ne signifie pas qu'une soupape unique peut être tarée au-dessus de la PS. Rattachez chaque article à l'équipement concerné. Si un autre code s'applique également sur votre site, vérifiez aussi ses règles.

Repères pour un site en France ou au Maroc

Dans l'Union européenne, les équipements sous pression neufs relèvent de la directive 2014/68/UE (DESP), qui emploie elle aussi la notion de PS et exige des dispositifs de protection contre le dépassement des limites admissibles. La norme de produit pour les soupapes de sûreté est la NF EN ISO 4126-1, dont relèvent les notions de pression de tarage et de pression de refermeture.

Un équipement japonais installé en France doit donc être examiné au regard de la DESP et de la réglementation de suivi en service, et pas seulement des règles japonaises. Demandez au fabricant et à l'organisme de contrôle habilité quels textes ont été appliqués et quelle déclaration de conformité accompagne la soupape.

Au Maroc, ne présumez pas que les règles européennes s'appliquent telles quelles : la réglementation locale sur les équipements sous pression et le contrôle par un organisme agréé sont à confirmer auprès de l'autorité compétente. Dans tous les cas, ne considérez pas qu'une norme japonaise et une norme européenne sont équivalentes avant que le fournisseur ne l'ait confirmé par écrit.

Vérifier chaque composant protégé par la soupape

Passez ensuite en revue chaque composant situé dans la zone protégée par la soupape : pas seulement le réservoir, mais aussi les échangeurs, les pompes, les instruments et les composants de tuyauterie. Dressez la liste de la limite de pression de chacun.

La zone protégée dépend du raccordement des tuyauteries et de l'état d'ouverture des vannes. Listez chaque composant pour ne pas manquer la limite la plus faible.

Les valeurs de catalogue à température ambiante peuvent induire en erreur. Pour les brides, les vannes et les autres pièces utilisées à haute température, consultez le tableau pression-température correspondant au matériau et à la température de service.

Distinguez « la pression supportée lors d'un essai de pression » de « la pression admissible en service continu ». Une pression d'épreuve appliquée uniquement pendant l'essai n'est pas une raison de tarer la soupape au-dessus de la PS.

Des tubes de même diamètre nominal n'ont pas toujours la même tenue en pression. Examinez ensemble la matière, l'épaisseur de paroi et le type d'assemblage. Le numéro de schedule indiqué sur le plan est un point de départ pour l'épaisseur.

Sur un échangeur, vérifiez séparément le côté primaire et le côté secondaire, et examinez ce qui passe de l'un à l'autre si un tube ou une plaque se perce. Suivez tous les chemins par lesquels un fluide haute pression pourrait atteindre le côté basse pression.

Un robinet d'isolement placé entre l'équipement protégé et la soupape peut priver cet équipement de sa protection. Reportez sur les plans de tuyauterie les positions des vannes en exploitation et en maintenance, et vérifiez dans quels états un chemin de décharge reste ouvert.

La perte de charge de la tuyauterie de décharge et la pression du collecteur de réception créent toutes deux une contre-pression à la sortie de la soupape. Si une soupape choisie pour décharger à l'atmosphère est raccordée à un collecteur de récupération sans vérification de la contre-pression, son fonctionnement et sa capacité peuvent changer.

Dirigez la sortie vers un endroit sûr où personne ne peut recevoir de vapeur ou d'eau chaude, et tenez compte des charges et des forces de réaction sur la tuyauterie. Vérifiez le point de rejet, l'évacuation des condensats et la protection contre le gel d'après la notice d'installation du modèle de soupape.

Quand une soupape de sûreté est nécessaire

Le besoin d'une soupape ne dépend pas seulement de la pression de service normale, mais aussi du niveau que la pression peut atteindre lors d'un incident. Commencez par confirmer quels dispositifs la loi impose, puis recensez toutes les façons dont une défaillance ou une erreur d'exploitation pourrait mettre le système en surpression.

Deux cas fréquents : une pression d'alimentation élevée qui atteint le côté basse pression à travers une station de détente, et un liquide piégé que l'on chauffe. Les causes diffèrent, donc la capacité requise et le type de soupape adapté diffèrent aussi.

Pression d'alimentation élevée en amont d'un détendeur

Lorsque la pression de la vapeur ou de l'eau est réduite avant utilisation, la pression d'alimentation peut dépasser la tenue des équipements aval. Si le détendeur ne se ferme plus, du fluide peut continuer à passer du côté haute pression vers une tuyauterie qui fonctionne normalement à basse pression.

Pouvoir évacuer le débit de consommation normal ne suffit pas à rendre la soupape assez grande. Déterminez le débit qui peut passer en aval avec le détendeur dans son état de défaillance supposé et dans les conditions amont, puis vérifiez que la soupape peut décharger ce débit.

Ne choisissez pas d'après le diamètre de raccordement ou la consommation normale. Comparez la capacité dans les conditions de défaillance supposées.

Prenons une installation fictive où le débit de vapeur entrant pendant la défaillance est évalué à 800 kg/h. Un candidat dont la capacité nominale est de 600 kg/h, dans les mêmes conditions de pression, de température et de contre-pression, est insuffisant.

Un candidat de 1000 kg/h passe une comparaison de capacité simple avec ce débit. Ce n'est pas une marge de sécurité recommandée : les corrections de capacité ou les exigences normatives éventuelles sont des conditions distinctes, à intégrer lors du choix de la soupape.

La capacité de décharge varie avec la pression de tarage et l'état du fluide, même à diamètre nominal identique. Pour chaque valeur d'un tableau de capacités, lisez les notes afin de savoir dans quelles conditions elle a été mesurée ou calculée.

Incluez les chemins d'écoulement créés par l'exploitation, comme un by-pass de détendeur laissé ouvert. Si plusieurs voies d'alimentation peuvent être ouvertes en même temps, ne vous arrêtez pas à la vérification de chaque débit normal pris isolément.

Une soupape de sûreté ne remplace pas un détendeur et ne doit pas moduler en continu. Une soupape qui décharge en permanence est un symptôme à analyser. Si elle continue de se soulever, relevez la pression amont, la pression en aval du détendeur, la charge d'exploitation et l'heure du début de la décharge.

Vérifiez si le débit varie dans le temps, en gardant à l'esprit la différence entre écoulement stationnaire et écoulement pulsé, puis comparez ces relevés aux conditions de charge réelles. Avant de remonter le tarage pour arrêter la décharge, recherchez une défaillance du détendeur, une fuite au siège et une erreur du manomètre.

Des débris sur le siège ou un problème côté décharge peuvent aussi être en cause : ne partez donc pas du principe que la pression est simplement trop élevée.

Dilatation thermique d'un liquide piégé

Lorsqu'un tronçon de tuyauterie plein de liquide est fermé à ses deux extrémités, l'excédent de volume dû à une élévation de température n'a nulle part où aller. L'eau est presque incompressible : le seul chauffage peut donc faire monter fortement la pression, même sans entrée de vapeur.

Le débit de décharge requis diffère entre une simple dilatation thermique et les cas où l'ébullition ou une entrée haute pression se poursuit.

Le phénomène ne se limite pas aux installations d'eau chaude. Il se produit aussi dans les tronçons isolés pour la maintenance d'un échangeur et dans les tuyauteries extérieures exposées au soleil. Même sur un équipement à l'arrêt, vérifiez sur les plans de tuyauterie quelles vannes fermées créeraient un tronçon plein de liquide.

Quand la dilatation thermique du liquide est la seule cause, évacuer le volume supplémentaire peut suffire à contenir la pression. Ce raisonnement à petite capacité ne s'applique pas si une source haute pression continue d'alimenter le tronçon ou si le chauffage produit de la vapeur.

Un vase d'expansion absorbe la dilatation normale. Considérez l'absorption de la dilatation normale et la décharge d'une pression anormale comme deux fonctions distinctes, et combinez la protection qu'exige chaque cas.

Un vase d'expansion n'apporte rien à un tronçon dès qu'une vanne placée entre les deux est fermée. Revoyez la zone protégée pour les positions de vannes lors du nettoyage, des basculements et de l'arrêt, pas seulement en régime établi.

Pour choisir une soupape de décharge pour liquide, connaissez la température du liquide évacué et sa destination. De l'eau chaude rejetée à l'atmosphère peut se vaporiser en partie en flash quand la pression chute : placez la sortie là où elle ne peut atteindre personne ni endommager les équipements voisins.

Sur site, contrôlez la plaque de tarage, le plombage et toute trace de corrosion ou de fuite, en suivant les procédures d'arrêt et d'inspection de l'installation. Une soupape d'aspect correct n'a pas prouvé qu'elle délivre sa capacité nominale : vérifiez aussi les enregistrements des essais de fonctionnement et des révisions exigés.

Analysez séparément « la pression ne redescend pas » et « la pression redescend mais la fuite continue ». Conserver l'historique de chaque ouverture et des pressions aide à distinguer sous-dimensionnement, conditions d'exploitation et défaut du siège.

Le fabricant japonais Yoshitake, par exemple, demande en général que la pression de tarage soit précisée à la commande ou modifiée par retour de la soupape en usine, et n'autorise le réglage sur site que sur certains modèles. Avant toute modification du tarage, vérifiez les conditions de conception, les limites légales et la notice du modèle concerné.

Certains systèmes utilisent un disque de rupture à la place d'une soupape de décharge, ou en complément. La différence entre les deux et leur association font l'objet d'un article séparé.

Liste de vérification : informations à joindre à une commande ou à une demande

Transmettez ces éléments en un seul ensemble. Les tableaux de capacités de fournisseurs différents reposent souvent sur des conditions différentes, et un jeu complet permet de s'en apercevoir plus facilement.

Élément	À indiquer
Fluide	Nom et état (vapeur saturée, vapeur surchauffée, eau, autre liquide, gaz)
Pression de tarage	Valeur, unité, pression effective ou absolue ; qui l'a fixée et sur quelle base
Équipement protégé	PS de chaque composant de la zone protégée, à sa température de calcul
Température de service	Normale et maximale à l'entrée de la soupape
Débit de décharge requis	Débit dans l'incident supposé (par exemple détendeur bloqué ouvert) et méthode de calcul
Raccordements	Diamètre d'entrée et de sortie, norme et pression nominale
Décharge	À l'atmosphère ou vers un collecteur ; contre-pression prévue
Réglementation et normes	Texte ou norme applicable sur le site d'installation (par exemple DESP et NF EN ISO 4126-1 en France)
Documents	Contrôles, enregistrements d'essais et certificats exigés

Questions à poser au fournisseur ou au concepteur japonais

Ces questions permettent d'obtenir les hypothèses de calcul par écrit, avant toute décision sur le tarage.

• Quelle est la PS de chaque composant de la zone protégée par la soupape, et à quelle température ?
• Pour quel scénario de surpression la soupape a-t-elle été dimensionnée (défaillance du détendeur, by-pass ouvert, rupture de tube d'échangeur, liquide piégé) ? Quel débit de décharge avez-vous calculé ?
• Dans quelles conditions (pression, température, contre-pression) la capacité nominale de la soupape s'applique-t-elle ?
• Quelle est la chute de pression à la refermeture, et à quelle distance la pression de refermeture se situe-t-elle de notre pression de service normale ?
• Quelle réglementation ou quelle norme avez-vous appliquée (JIS, NF EN ISO 4126-1, autre) ? Que faut-il changer pour notre pays d'installation ?
• La pression de tarage de ce modèle peut-elle être ajustée sur site, ou doit-elle être refaite en usine ? Quels enregistrements ou plombages sont requis après une modification ?
• Existe-t-il des robinets d'isolement pouvant couper l'équipement de la soupape pendant l'exploitation ou la maintenance ?

Voici un exemple de demande à adapter :

Objet : pression de tarage de la soupape de sûreté de [repère de l'équipement]
La soupape de sûreté de [repère] (pression de tarage [valeur] MPa, pression effective) a commencé à décharger en fonctionnement normal. Avant toute intervention, pourriez-vous nous confirmer : (1) la PS et la température de calcul de chaque composant qu'elle protège, (2) le scénario de surpression et le débit de décharge retenus pour le dimensionnement, (3) la chute de pression à la refermeture, et (4) si la pression de tarage de ce modèle peut être ajustée sur site ou doit être refaite dans votre usine. Nous ne modifierons pas le tarage avant d'avoir reçu votre réponse.

Limites de cet article

• Cet article explique comment raisonner sur la pression de tarage. Il ne donne ni valeurs de tarage, ni marges, ni formules de dimensionnement.
• Les exigences légales diffèrent selon les pays et, au Japon, selon la classe de l'équipement. Les règles japonaises décrites ici concernent des équipements situés au Japon ; pour un équipement installé ailleurs, confirmez les règles locales applicables.
• Les repères sur la DESP et la NF EN ISO 4126-1 sont donnés à titre d'orientation et ne remplacent pas la lecture des textes ni l'avis d'un organisme habilité.
• Les débits de décharge, la surpression admissible et la chute de pression à la refermeture dépendent du code, du type de soupape et de la certification du fabricant. Confirmez-les auprès du fabricant de la soupape.
• Toutes les valeurs d'installation de cet article sont fictives.

FAQ

La pression de tarage d'une soupape de sûreté est-elle la même que la PS ?

Non. Même réglées sur le même chiffre, la PS est la limite de l'équipement et la pression de tarage est le seuil de déclenchement de la soupape. Vérifiez que le tarage respecte la réglementation applicable et les caractéristiques de la soupape, et qu'il reste suffisamment au-dessus de la pression de service normale.

Un tarage plus bas permet-il d'éviter les règles sur les récipients sous pression ?

Pas sur la seule base du tarage. Au Japon, la classe réglementaire dépend de l'usage, de la pression de service effective maximale et du volume ou des dimensions, contrôlés par rapport aux conditions de conception et d'exploitation réellement retenues.

Deux soupapes de même diamètre ont-elles la même capacité ?

Non. La capacité varie selon le type de soupape, le fluide et la pression de tarage : lisez les conditions qui sous-tendent chaque tableau de capacités et comparez les soupapes au débit requis dans les mêmes conditions.

Que faire lorsqu'une soupape de sûreté ne cesse pas de décharger ?

Suivez la procédure d'incident de l'installation. Vérifiez si la pression a réellement baissé et si l'alimentation continue d'arriver. Traitez séparément une fuite au siège après la baisse de pression, et ne masquez pas la cause en remontant le tarage.

Si un détendeur est installé, une soupape de sûreté reste-t-elle nécessaire ?

Ne supposez pas que le détendeur suffit. S'il tombe en panne, les équipements aval peuvent être poussés au-delà de leur tenue. Décidez de la protection contre la surpression d'après le débit entrant lors de cette défaillance et les règles applicables.

Sources

• Spirax Sarco : Safety Valves (bases des soupapes à ressort)
• Spirax Sarco : Safety Valve Selection (pression de service, pression de tarage, chute de pression à la refermeture)
• Spirax Sarco : Safety Valve Sizing (conditions de défaillance et capacité de décharge)
• Spirax Sarco : Safety Valve Installation (tuyauterie de décharge, évacuation, forces de réaction)
• CGA : résumé de PS-28 (surpression par dilatation thermique d'un fluide piégé ; ses exigences américaines d'installation et de requalification ne sont pas appliquées dans cet article)
• e-Gov : ordonnance d'application de la loi sur la sécurité et la santé au travail, article 1, définitions des récipients sous pression (en japonais)
• e-Gov : ordonnance sur la sécurité des chaudières et des récipients sous pression, articles 28 et 65 (en japonais)
• Yoshitake : FAQ sur les soupapes de sûreté (tarage, fonctionnement, fluides d'emploi ; en japonais)