Soupape de sécurité : définition et fonctionnement

La soupape de sécurité joue un rôle essentiel dans les dispositifs de sécurité industriels. Ce composant sert de ligne de défense contre les surpressions dangereuses pouvant entraîner des accidents graves, des dommages humains ou matériels. Sans la soupape, les installations industrielles seraient exposées à un risque élevé d’explosions ou de fuites de produits chimiques. Découvrons comment fonctionne une soupape de sécurité, son installation, ses divers types et les normes auxquelles elle doit répondre.

Qu’est-ce qu’une soupape de sécurité ?

La soupape de sécurité, aussi connue sous le nom de “soupape de chaudière” ou “soupape de sûreté” est un dispositif mécanique de sécurité conçu pour réguler la pression d’une installation de chauffage en libérant le fluide sur-comprimé. À l’intérieur des circuits d’une chaudière, la pression peut dépasser un certain seuil. Afin de prévenir les dysfonctionnements, les risques d’incendie ou les explosions, la soupape, liée au vase d’expansion, s’active pour expulser l’excès d’eau du système le plus vite possible. 

Comment fonctionne une soupape de sécurité ?

Une chaudière est composée d’un vase d’expansion, maintenant un niveau de pression constant au sein du circuit de chauffage. Il contrôle les variations de volume subies par la masse d’eau, dans son circuit fermé. Il empêche une surpression en phase de chauffe et une dépression en phase de refroidissement. 

Cependant, au cas où il ne fonctionnerait pas, la soupape de sécurité intervient. Elle garantit que la pression ne surpasse pas une certaine limite, appelée “seuil de tarage” (3 ou 7 bars selon l’appareil) et permet l’évacuation du fluide jusqu’à obtenir un retour à une pression normale. 

Son fonctionnement est simple. La soupape est composée d’un clapet maintenu fermé par un ressort de tarage. Si la pression n’atteint pas sa valeur maximale, la soupape reste close car la force du ressort est supérieure à celle exercée par l’eau. Si une pression s’effectue sur le ressort de la soupape, dépassant ou étant égale à la pression de tarage, alors le clapet s’ouvre et laisse s’échapper le surplus de pression. Il s’agit du phénomène de décompression. Une fois le clapet ouvert, la pression réduit jusqu’à atteindre un niveau rendant à nouveau le système étanche et empêchant toute fuite supplémentaire. 

La pleine ouverture du clapet peut également avoir lieu lorsque la pression interne atteint les 110% de la PDO (Pression de Début d’Ouverture).

Les soupapes de sécurité doivent être bien dimensionnées et réglées pour un fonctionnement optimal. Si la soupape est trop petite ou mal réglée, elle ne pourra pas libérer la pression assez rapidement pour éviter une explosion ou une défaillance. 

Comment installer une soupape de sécurité ? 

Une soupape de sécurité doit être montée de manière verticale, car les pièces ne sont pas disposées à une configuration horizontale. L’important est d’éviter de la disposer en position renversée, car une accumulation d’impuretés pourrait endommager la plaque d’étanchéité au fil du temps. Elle doit être visible, accessible et la plus proche possible du générateur de chaleur. Aucune vanne ne doit être installée entre les deux systèmes. 

Lors de l’installation, il est essentiel de respecter le sens du fléchage. La sortie se trouve donc reliée au tuyau de vidange. Les tuyaux d’arrivée et les tuyaux de vidange ne doivent pas posséder un diamètre inférieur à celui de la soupape. 

Il est recommandé d’effectuer une purge annuelle de la soupape. La maintenance du système doit être réalisée par un professionnel, car il est nécessaire d’être habilité pour effectuer un nouveau tarage si nécessaire. 

S’il y a une fuite, en fonction du modèle installé, il sera possible de changer uniquement la tête de la soupape ou la pièce entière.

Quels sont les différents types de soupapes de sécurité ?

Il existe plusieurs types de soupapes : 

• les soupapes sans manomètre : la gamme standard de soupapes. 
• les soupapes avec manomètre : elles permettent d’indiquer en temps réel la pression dans les conduites d’eau. Elles possèdent le même fonctionnement que la gamme standard. 
• les soupapes à pression différentielle : elles assurent la régulation de la pression. Leur système “by-pass” empêche le sifflement des radiateurs hydrauliques.
• les soupapes thermiques : elles refroidissent la chaudière en évacuant le surplus d’eau chaude et en injectant de l’eau froide lorsque le chauffe-eau surchauffe. Elles conviennent aux chaudières utilisant les combustibles solides comme source d’énergie. 
• les soupapes à soufflet équilibré : elles minimisent l’effet de la contre-pression sur le fonctionnement de la soupape.
• les soupapes pilotées : elles utilisent une pression auxiliaire pour contrôler l’ouverture et la fermeture, offrant une précision accrue.
• les soupapes de sécurité en bronze : elles sont utilisées dans les conditions où les températures et les paramètres liés aux fluides utilisés sont les plus variés. Cette gamme est reconnue pour sa fiabilité.
• les soupapes à brides en fonte, fonte GS ou acier : elles sont destinées à la protection des chaudières à vapeurs, des échangeurs et des enceintes sous pression. Les soupapes à brides ont un corps en équerre et leur échappement peut rester en échappement libre ou en échappement canalisé sans lever. 

Quels sont les seuils de tarage existants d’une soupape de sécurité ? 

Une soupape de sécurité peut être tarée de deux manières : 

• tarage unitaire à 3 bars : dès que l’installation sanitaire ou de chauffage atteint ce seuil, la pression est évacuée.
• tarage unitaire à 7 bars : la soupape de sécurité s’active lorsque la pression de l’eau ou de chauffage atteint ou dépasse les 7 bars. 

À savoir : sur un chauffe-eau électrique, la soupape de sécurité fait partie du groupe de sécurité.

Quels sont les secteurs concernés par l’utilisation de soupapes de sécurité ?

Les soupapes de sécurité sont utilisées dans les applications industrielles pour protéger contre la surpression pouvant causer des situations à risques. Voici les champs principaux dans lesquels on les retrouve : 

• Industrie du pétrole et du gaz : les soupapes de sécurité de fond de puits sont courantes sur les puits de pétrole offshore. En cas de dysfonctionnement de l’équipement, elles peuvent se fermer rapidement pour empêcher le pétrole et le gaz de remonter dans les puits.   
• Industrie pétrochimique : les soupapes protègent les réacteurs et les pipelines contre les surpressions.
• Centrales thermiques : les soupapes permettent la sécurisation des chaudières et des circuits de vapeur.
• Sanitaire : les soupapes en acier inox sont idéales pour les industries nécessitant le maintien de conditions de pression sûres dans les équipements de production sensibles (industries alimentaires, de boissons et pharmaceutiques).
• Industrie CVC (chauffage, ventilation et climatisation) : dans ce type d’industrie, plusieurs vannes sont utilisées pour contrôler et gérer le flux de matière et maintenir une pression adéquate. On retrouve les vannes de contrôle, les clapets anti-retour, les vannes à double blocage et purge, les vannes d’équilibrage, les vannes papillon, les vannes à bille, les vannes à flotteur ou encore les soupapes de surpression. 

Comment bien choisir et entretenir une soupape de sécurité ?

Pour protéger son installation contre la surpression, il est essentiel de prendre en compte 5 critères lors du dimensionnement et de la sélection des soupapes de sûreté : 

1. La pression de tarage : la pression de tarage d’une soupape de sûreté est la pression à laquelle la soupape s’ouvre. La pression réglée ne doit pas dépasser la PSMA (pression de service maximale admissible) du système. 
2. La contre-pression : il s’agit de la pression du côté de la sortie de la soupape de sûreté. Elle peut être constante ou variable et peut affecter la pression aval de la vanne en provoquant un claquement. Les bruits parasites peuvent abîmer la valve. Il est nécessaire de s’assurer que la contre-pression ne dépasse pas 10% de la pression de réglage de la soupape si le système a une contre-pression qui varie. 
3. La capacité de décharge : la soupape doit relâcher la pression à une certaine capacité de purge. Cette dernière est déterminée par la géométrie de la soupape, la température du fluide et la zone de décharge. La soupape doit libérer une quantité de fluide suffisante pour que la pression du système ne dépasse jamais la suppression spécifiée. Une suppression du système peut être causée par la non-fermeture d’une vanne d’arrêt, la défaillance d’une pompe, un incendie ou encore par l’isolement d’une cuve. L’analyse de ces éléments permet de déterminer la capacité de décharge requise de la soupape de sûreté.
4. Les températures de fonctionnement : la température doit être prise en compte lors du choix de la vanne et du matériau d’étanchéité. En effet, elle affecte la viscosité et donc le débit du fluide, qui lui, affecte la capacité de purge nécessaire.
5. Le matériau de la vanne et du joint : le matériau doit être compatible avec la température de fonctionnement et le support du système. Les soupapes de sûreté en acier inox sont adaptées aux milieux corrosifs et aux températures de fonctionnement élevées. Les soupapes de sûreté en laiton conviennent aux milieux non corrosifs et neutres.

Pour garantir le bon fonctionnement des soupapes de sûreté et prolonger leur durée de vie, une maintenance et une inspection périodiques sont nécessaires. Les soupapes doivent être démontées et contrôlées sur des bancs d’étalonnage, puis vérifiées par les moyens d’une application de pression d’air croissante.

Afin d’être entretenues, les pièces de la soupape peuvent être lubrifiées. Celles qui sont usées peuvent être remplacées et l’intérieur du système peut être nettoyé.

Découvrez comment réaliser l’entretien d’une soupape de sécurité,

Retrouvez nos conseils pour choisir une soupape de sécurité.

Quelles sont les normes et les réglementations en matière de soupapes de sécurité ?

Les soupapes de sécurité doivent être conformes à diverses normes et certifications nationales et internationales en matière de sécurité et de qualité. Elles garantissent que les soupapes sont conçues, fabriquées et installées de sorte à assurer une protection maximale contre la pression excessive. 

Voici ces normes et ces certifications : 

ISO 4126 : cette norme internationale est la plus importante pour les soupapes de sécurité. Il s’agit d’une spécification générale pour les vannes de décharge de pression, quel que soit le fluide de l’application. Elle spécifie les exigences pour la conception, la fabrication, l’installation, l’inspection et l’essai des soupapes de sécurité.

ASME (American Society of Mechanical Engineers) : cette norme assure la spécification et l’accréditation des récipients sous pression, des chaudières et des dispositifs de décharge de pression.

TÜV : cette certification évalue la sécurité d’un produit. Elle vérifie qu’il répond aux exigences minimales de la Directive sur les Équipements Sous Pression (DESP) 2014/68/UE. La DESP vise à encadrer la mise sur le marché des équipements frigorifiques sous pression pouvant représenter un risque pour les biens et les personnes. 

Les soupapes de sécurité jouent un rôle essentiel dans la protection des installations industrielles. Elles aident à prévenir les accidents en libérant une pression excessive qui pourrait conduire à une explosion ou à une défaillance de l’équipement.

Elles sont indispensables pour assurer la sécurité des employés, la protection de l’équipement et de ses accessoires et la prévention de dommages environnementaux.

En comprenant les différents types de soupapes existants et leur configuration, en se sensibilisant aux normes et aux certifications appropriées et en effectuant une maintenance régulière, les installations industrielles sont destinées à parfaitement fonctionner.

Bien sûr, pour choisir la meilleure soupape de sécurité, il est recommandé de faire appel aux experts de LSI-France. Ils seront en mesure de vous fournir des conseils personnalisés et des solutions adaptées en matière de robinetterie et de sécurité industrielle.