Chapitre 8 - Installation et maintenance
8.3 Maintenance des vannes de régulation
composants. L'équipement interne doit être remplacé par du matériel provisoire sacrificiel durant les essais hydrostatiques du système et la purge.
Remarque : Il est fortement recommandé de n'installer l'équipement interne final de l'application qu'après avoir soudé la vanne en place, purgé la ligne et terminé l'essai hydrostatique.
Après avoir soudé la ou les vannes sur une ligne, le système doit généralement être soumis à l'essai hydrostatique et purgé.
Il n'est pas rare que l'essai hydrostatique du système doive répondre aux codes qui indiquent que celui-ci doit être effectué à 1 fois et demi la pression de travail à froid du système ou la pression nominale.
Normalement, les seuls composants de la vanne qui peuvent subir les conséquences négatives de ce niveau de pression de l'essai hydrostatique (en partant du principe que la vanne est en position ouverte durant le lavage) sont les garnitures de la tige de vanne.
La garniture en PTFE peut présenter une extrusion sous l'effet d'un essai hydrostatique à haute pression, c'est pourquoi il est recommandé de remplacer au moins les garnitures en PTFE après l'essai hydrique.
Les garnitures en graphite ne devraient pas nécessiter le remplacement si la vanne est mise en service rapidement. Laisser une garniture en graphite dans une vanne inactive pendant une période prolongée peut provoquer la corrosion galvanique de la tige de vanne.
Toutefois, le système étant normalement purgé en même temps, un équipement interne sacrificiel devrait être installé afin de gérer à la fois l'essai hydrostatique et la purge.
Avec certaines vannes de régulation et vannes de conditionnement de la vapeur, la purge ne traverse pas la vanne depuis l'entrée et jusqu'à la sortie. Selon la conception de la vanne ou l'application, la purge pourrait
passer par l'entrée de la vanne, ou par la sortie (selon la configuration), et sortir par l'ouverture du chapeau. Ce type d'équipement interne est souvent appelé
« équipement interne de purge ».
La purge du système présente des conditions qui peuvent endommager l'équipement interne de la vanne de purge. Ces conditions peuvent acheminer les scories de soudure, la rouille, la corrosion, etc. à travers la vanne.
Ces éléments peuvent endommager la surface du siège de vanne, et ils obstrueront souvent l'orifice percé ou les garnitures du disque. Il est donc toujours recommandé de retirer l'équipement interne de la vanne et d'installer un équipement de purge
remplaçable, quel qu'il soit. Après avoir soudé les vannes en ligne, des scories de soudage restent généralement dans la ligne, en plus des dépôts de l'intérieur de la vanne qui ont été délogés sous l'effet de la température dégagée par le soudage. Si ce matériel coulait à travers la vanne, il pourrait obstruer son équipement interne et éventuellement endommager l'intégrité du siège de la vanne.
8.3 Maintenance des vannes de régulation
Toujours suivre les consignes de maintenance du fabricant de la vanne de régulation. Les principaux thèmes de la maintenance sont récapitulés ici.
L'optimisation des vannes de régulation dépend de l'efficacité de la philosophie et du programme de maintenance. Il existe trois méthodes de base :
Réactive – La mesure est appliquée après la survenue de l'évènement. Attendre que quelque chose se passe dans une vanne, puis réparer ou remplacer l'élément.
Préventive – Le mesure est appliquée selon un calendrier établi en fonction de l'historique ; cela vise à éviter qu'un événement néfaste ne se produise.
Prédictive – La mesure est appliquée en fonction d'un élément présent sur le terrain et relevé par essai diagnostic non intrusif efficace, des dispositifs d'évaluation ou une instrumentation intelligente.
Manuel de la vanne de régulation | Chapitre 8 : Installation et maintenance
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Bien que les programmes réactifs et préventifs fonctionnent, il n'optimisent pas le potentiel de la vanne. Voici certains inconvénients de cette méthode.
8.3.1 Maintenance réactive
Avec la maintenance réactive, les petites défaillances passent inaperçues et ne sont pas traitées, simplement parce que rien n'indique de manière claire qu'un problème est présent.
Même les vannes critiques peuvent être négligées tant qu'elles ne présentent pas une fuite excessive ou qu'elles ne sont pas ouvertes et fermées correctement. Dans certains cas, un retour de la production aide la maintenance à réagir avant que des problèmes graves ne se produisent, mais les vannes pourraient être démontées sans que cela soit nécessaire, pour un simple soupçon de dysfonctionnement. Le retrait, le démontage, l'inspection et le remontage des grandes vannes ou de celles qui sont soudées en ligne peuvent nécessiter une journée entière. Cela engendre une perte de temps et un gaspillage de ressources sans résoudre le problème si les symptômes sont provoqués par un autre élément du système.
8.3.2 Maintenance préventive
En général, la maintenance préventive est une grande amélioration. Toutefois, les
programmes de maintenance n'obtiennent que très peu d'informations quant aux vannes en cours de fonctionnement, ce qui porte un grand nombre d'usines à simplement effectuer une révision de toutes les vannes de régulation à rotation. Ces programmes portent à effectuer les opérations de maintenance sur certaines vannes qui ne nécessitent ni réparation, ni ajustement, et à en laisser d'autres dans le système bien au-delà du moment où elles ont commencé à ne plus fonctionner de manière efficace.
8.3.3 Maintenance prédictive Aujourd'hui, les opérateurs des usines prolongent souvent le temps entre les révisions jusqu'à trois ou quatre ans, même plus, pour maximiser le temps de fonctionnement. Ces périodes de fonctionnement prolongées laissent moins de place aux diagnostics traditionnels effectués hors-service.
Le processus de maintenance traditionnel comprend quatre modes distincts :
Détection de la défaillance – La majorité des efforts en termes de maintenance de la vanne est consacrée à la surveillance des vannes durant leur fonctionnement, afin de détecter la survenue d'une défaillance. Lorsqu'une défaillance se produit, le processus de maintenance est modifié, de façon à isoler la défaillance.
Isolement de la défaillance – Sous ce mode, les éléments de la vanne sont examinés afin d'identifier la cause de la défaillance et de définir une action corrective.
Rétablissement du processus – La mesure corrective est adoptée, afin de résoudre la cause du défaut.
Validation – Ce mode final évalue les éléments de la vanne dans leur nouvelle situation, comme s'ils étaient neuf, ou dans la dernière situation de base identifiée. Après la validation, la procédure de maintenance revient à son état de détection par défaut.
8.3.4 Utilisation du diagnostic de la vanne de régulation
L'avènement des instruments de vanne basées sur microprocesseur, avec leurs fonctions de diagnostic en service, a permis aux entreprises de repenser leurs pratiques en matière de maintenance des vannes de régulation.
Ces dispositifs numériques améliorent nettement la détection des défauts et les aspects liés à l'isolement des programmes de maintenance traditionnels.
Le diagnostic en service (Figure 8.3) peut par exemple détecter les problèmes liés à la qualité de l'air, aux fuites et aux restrictions de la pression d'alimentation, et il peut identifier les problèmes de vanne, comme la friction excessive, la bande morte et le non-respect de l'étalonnage. Lorsqu'un problème est identifié, se gravité est signalée, les causes possibles énoncées et une mesure à adopter est proposée. Ces diagnostics indiquent en général trois conditions :
Aucun défaut n'est relevé (condition verte). La vanne peut rester en service et la surveillance peut continuer.
Avertissement qu'un défaut a été identifié, mais que la régulation reste inaltérée (condition jaune). Il s'agit d'une indication prédictive, selon laquelle le problème relevé pourrait influer sur la régulation et la maintenance future doit être programmée.
Une erreur indique qu'une défaillance influant sur la régulation a été détectée (condition rouge). Ces défauts requièrent généralement une attention immédiate.
De manière plus spécifique, le diagnostic durant le fonctionnement relève les problèmes liés aux fuites d'air, à la pression d'alimentation, l'écart de la course et l'ajustement du relais, la qualité de l'air instrument, la friction, etc.
8.3.4.1 Fuite d'air instrument
Le diagnostic de débit massique mesure l'air instrument à travers l'ensemble de l'actionneur. Grâce aux multiples sondes, ce diagnostic peut détecter le débit massique de l'air positif (alimentation) et négatif
(évacuation) du contrôleur numérique de vanne. Ce diagnostic relève les fuites au niveau de l'actionneur ou dans le conduit pertinent, mais aussi les problèmes bien plus difficiles. Dans les actionneurs à piston par exemple, le diagnostic du débit massique d'air peut relever les fuites au niveau des joints du piston ou des joints toriques endommagés.
8.3.4.2 Pression d'alimentation
Le diagnostic de la pression d'alimentation détecte les problèmes de la vanne de régulation liés à la pression d'alimentation. Ce diagnostic en service détectera aussi bien les valeurs de pression d'alimentation faibles que celles qui sont élevées. Outre le contrôle de la pression d'alimentation adéquate, ce diagnostic peut être utilisé pour relever et identifier l'affaissement de l'alimentation en air durant les courses longues. Cela est particulièrement utile pour identifier les restrictions de la ligne d'alimentation.
8.3.4.3 Écart de course et ajustement du relais
Le diagnostic de l'écart de course est utilisé pour surveiller la pression de l'actionneur et l'écart de la course par rapport au point de consigne. Ce diagnostic est utile pour identifier une vanne de régulation collée, des interverrouillages actifs, une pression d'alimentation faible ou des modifications de l'étalonnage de la course.
Le diagnostic de l'ajustement du relais est utilisé pour surveiller la pression de transition des actionneurs double effet. Si la pression de transition est trop faible, l'actionneur perd de sa rigidité et le clapet de la vanne peut céder sous l'effet des forces du procédé. Si la pression de transition est trop élevée, les deux chambres seront proches de l'alimentation, les forces pneumatiques seront plus ou moins les mêmes, la force du
Figure 8.3 Programme de diagnostic non intrusif pour la maintenance prédictive
Manuel de la vanne de régulation | Chapitre 8 : Installation et maintenance
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ressort sera dominante et l'actionneur passera en position d'erreur du ressort.
8.3.4.4 Qualité de l'air instrument Le diagnostic de surveillance de l'I/P et du relais peut identifier les problèmes tels que l'obstruction de l'I/P primaire ou de la buse I/P, les défaillances de la membrane de
l'instrument, les défaillances du joint torique de l'I/P instrument et les variations de l'étalonnage I/P. Ce diagnostic est
particulièrement utile pour l'identification des problèmes liés aux contaminants présents dans l'air d'alimentation et aux températures extrêmes.
8.3.4.5 Friction en service et tendances de la friction
Le diagnostic de la friction en service et de la bande morte définit la friction présente dans l'ensemble de la vanne telle qu'elle est contrôlée par le système de contrôle. Les données de diagnostic de la friction sont recueillies, et une tendance est dessinée afin de relever les changements de la vanne qui influent sur le contrôle du procédé.
8.3.4.6 Autres exemples
Le diagnostic personnalisé en service peut être configuré pour recueillir les variables mesurées d'une vanne intelligente et dessiner un graphique. Le diagnostic personnalisé peut situer et isoler les défauts non
détectables par d'autres moyens. Ces défauts sont souvent compliqués, et ils nécessitent un avis d'expert. Dans ces cas, les données sont collectées par le personnel local chargé de la maintenance, puis il est envoyé à un spécialiste de la surveillance des vannes qui effectuera une analyse plus approfondie. Cela permet d'éviter les frais et retards dus à une visite sur site.
8.3.5 Développement du diagnostic continu
En général, les industries du procédé continueront à demander de plus en plus d'efficacité en termes de qualité, de rendement et de fiabilité. Individuellement, les producteurs continueront à prolonger l'intervalle entre les opérations d'entretien. En conséquence, les occasions de réparer l'instrumentation au moment de l'entretien diminueront. La réponse inévitable à ce
manque sera le développement d'un diagnostic qui se concentrera sur les essais durant le service, non intrusif, et les capacités d'évaluation comme le suivi des conditions de la vanne.
La capacité d'évaluer les performances de la vanne grâce à un diagnostic en service améliore la planification des arrêts, puisque les informations rassemblées peuvent être utilisées pour adapter la maintenance de la vanne exactement selon les besoins, mais aussi pour identifier les vannes qui sont en bon état.
Figure 8.4 Actionneur à ressort et membrane type
La réponse réside dans l'utilisation d'une instrumentation de vanne intelligente, basée sur un micro-processeur qui évalue l'état de santé de l'ensemble de régulation durant son fonctionnement. Les données sont
rassemblées sans influer sur les opérations normales du procédé. L'instrumentation analyse les informations en temps réel et fournit des conseils en termes de maintenance pour chacun des problèmes opératoires de la vanne qu'elle identifie.