FR2844572A1 - Safety valve for a gas cylinder has casing with in which plug is mounted which ruptures when pressure on it exceeds fixed value, fusible plug being mounted above this - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif ou système de sécurité pourThe present invention relates to a device or security system for
récipient ou canalisation de gaz sous pression permettant de pallier toute surpression éventuelle de fluide susceptible de se produire au sein d'un récipient renfermant le fluide, notamment pressurized gas container or duct for mitigating any excess pressure of fluid that may occur within a container containing the fluid, in particular
une bouteille de gaz comprimé ou liquéfié, ou d'une canalisation véhiculant le fluide. a bottle of compressed or liquefied gas, or a pipe carrying the fluid.
Les bouteilles de gaz comprimé ou liquéfié sont parfois soumises à des conditions Compressed or liquefied gas cylinders are sometimes subject to conditions
externes accidentelles qui peuvent provoquer leur "explosion" donc de rendre la zone ou 10 elles sont stockées ou utilisées potentiellement dangereuse. accidental externalities which can cause their "explosion" thus to make the area where they are stored or used potentially dangerous.
Ainsi, les bouteilles de gaz liquéfié ou comprimé peuvent, par exemple, se trouver sur un site o se déclare un incendie ou dans un lieu o subitement il y a une for-te augmentation de chaleur ou encore être soumise à un dépassement accidentel de leur Thus, the bottles of liquefied or compressed gas may, for example, be on a site where a fire occurs or in a place where suddenly there is a heat increase or be subject to an accidental overrun of their
pression interne, lors de leur remplissage, au delà du seuil dit de sécurité. internal pressure, when they are filled, beyond the so-called safety threshold.
Pour pallier ces risques, les bouteilles sont généralement équipées d'un robinet de To mitigate these risks, the bottles are generally equipped with a tap of
gaz avec système de sécurité.gas with security system.
Les systèmes de sécurité actuels ne peuvent pallier que l'un des deux risques Current security systems can only mitigate one of the two risks
précédents mais pas les deux à la fois. previous ones but not both at the same time.
Ainsi, pour pallier une brusque augmentation de pression interne, il existe des 2 0 organes de sécurité utilisés sur les ensembles bouteilles équipés de robinets généralement prévus pour des gaz liquéfiés, lesquels se présentent sous la forme de disques de rupture. En effet, le volume de gaz liquéfié étant beaucoup plus faible que le volume évaporé, il se peut que, dans certaines conditions de température ambiante ou accidentelle, notamment lors du remplissage, il se produise une forte élévation de la 25 pression dans les bouteilles du fait d'une évaporation rapide du liquide, allant parfois jusqu'à dépasser la pression d'éclatement de la bouteille. Pour éviter ce type d'incident, il est couramment utilisé un disque en général métallique, dont la résistance est choisie avec précision pour que sa rupture ait lieu à une pression de sécurité beaucoup plus basse que la pression d'éclatement de la bouteille sur laquelle il est monté, le gaz 30 s'écoulant alors par un orifice calibré du robinet de manière à engendrer une chute de pression interne dans la bouteille sans danger pour l'entourage immédiat. Les systèmes Thus, to overcome a sudden increase in internal pressure, there are safety devices used on the cylinder assemblies equipped with valves generally provided for liquefied gases, which are in the form of rupture discs. Indeed, since the volume of liquefied gas is much smaller than the evaporated volume, it is possible that under certain conditions of ambient or accidental temperature, especially during filling, there may be a considerable increase in the pressure in the bottles. rapid evaporation of the liquid, sometimes exceeding the bursting pressure of the bottle. To avoid this type of incident, it is commonly used a generally metallic disk, the resistance of which is chosen with precision so that its rupture takes place at a safety pressure much lower than the bursting pressure of the bottle on which it is mounted, the gas then flowing through a calibrated orifice of the valve so as to generate an internal pressure drop in the bottle without danger to the immediate surroundings. Systems
connus sont efficaces.known are effective.
Pour éviter une explosion des bouteilles de gaz comprimé, lors d'un incendie ou du fait de la proximité d'une source de chaleur, on utilise habituellement un dispositif de 35 sécurité avec fusible thermique et disque de rupture qui permet, lors d'une élévation subite de la température avoisinant les 100 à 1300C par exemple, de libérer le gaz sous pression contenu dans la bouteille. Le métal à basse température de fusion constituant le fusible fond sous l'effet de la chaleur et le disque de rupture se rompt alors sous la pression interne dans les bouteilles, ce qui libère le gaz. Ces systèmes à fusible et disque de rupture, bien qu'efficaces pour ce type d'incident, ne fonctionnent pas en cas de simple In order to avoid an explosion of the compressed gas cylinders, during a fire or because of the proximity of a heat source, a safety device with thermal fuse and rupture disc is usually used which, during a a sudden rise in temperature around 100 to 1300C for example, to release the pressurized gas contained in the bottle. The low melting metal constituting the fuse melts under the effect of heat and the rupture disc then breaks under the internal pressure in the bottles, which releases the gas. These fuse systems and rupture disc, although effective for this type of incident, do not work in case of simple
élévation de la pression à température ambiante. raising the pressure to room temperature.
Le problème qui se pose alors est d'améliorer la sécurité des robinets de gaz équipant les bouteilles de gaz sous pression, c'est-à-dire de proposer un dispositif ou système de sécurité amélioré permettant de satisfaire à l'un ou à l'autre des risques The problem then is to improve the safety of gas valves fitted to pressurized gas cylinders, that is to say to propose an improved safety device or system to satisfy one or the other. other risks
susmentionnés, o aux deux en même temps. mentioned above, o both at the same time.
En d'autres termes, la présente invention vise à proposer un dispositif ou système de sécurité permettant: - d'une part, de libérer la pression de gaz à l'intérieur d'une bouteille ou de tout 10 autre récipient ou canalisation, lorsque celle-ci atteint une valeur limite déterminée pour satisfaire les conditions de non éclatement de la bouteille, - et, d'autre part, de permettre la libération de la pression de gaz, en cas In other words, the present invention aims at providing a safety device or system enabling: on the one hand, to release the pressure of gas inside a bottle or any other container or pipe, when it reaches a limit value determined to satisfy the conditions of non-bursting of the bottle, - and, secondly, to allow the release of the gas pressure, in case
d'incendie, avant que l'enveloppe de la bouteille ou du récipient renfermant le gaz ne soit trop dégradée ou affaiblie pour éviter son éclatement, avant la valeur limite déterminée 15 ci-dessus. before the envelope of the bottle or container containing the gas is too degraded or weakened to prevent bursting, before the limit value determined above.
L'invention concerne alors un dispositif de sécurité pour pallier à une surpression de fluide au sein d'un récipient renfermant ledit fluide ou d'une canalisation véhiculant ledit fluide, comprenant un corps dans lequel est aménagé un passage interne comportant une première portion de passage de premier diamètre (d) et une seconde 20 portion de passage de second diamètre (D), avec D > d, ladite première portion de passage débouchant dans ladite seconde portion de passage en formant une portée cylindrique, ladite seconde portion de passage comportant - un disque de rupture formé d'un matériau susceptible de se rompre lorsque la pression de fluide qui s'y exerce devient supérieure ou égale à une valeur seuil donnée, - une pièce fusible formée d'un matériau fusible susceptible de fondre lorsque la température auquel il est soumis devient supérieure ou égale à une température seuil donnée, et - un répartiteur d'effort avec une face avant et une face arrière, situé entre le The invention thus relates to a safety device to overcome a fluid overpressure within a container containing said fluid or a pipe carrying said fluid, comprising a body in which is arranged an internal passage having a first portion of passage first diameter (d) and a second second diameter passage portion (D), with D> d, said first passage portion opening into said second passage portion forming a cylindrical bearing surface, said second passage portion including - a rupture disc formed of a material capable of breaking when the fluid pressure exerted thereon becomes greater than or equal to a given threshold value, - a fuse piece formed of a fusible material capable of melting when the temperature at which it is subject becomes greater than or equal to a given threshold temperature, and - a force distributor with a front face and a rear face, s ituated between
disque de rupture et la pièce fusible. rupture disc and the fuse piece.
3 0 Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le disque de rupture, la pièce fusible et le répartiteur d'effort sont maintenus en Depending on the case, the device of the invention may comprise one or more of the following characteristics: the rupture disc, the fuse piece and the force distributor are maintained in
position dans la seconde portion de passage au moyen d'une pièce de maintien. position in the second passage portion by means of a holding piece.
- la pièce de maintien comporte un évidement axial interne dans lequel viennent 35 se loger la pièce fusible et le répartiteur d'effort, de préférence la pièce de maintien comporte un filetage sur sa périphérie externe venant coopérer avec un taraudage pratiqué dans la seconde portion de passage de manière à solidariser la pièce de maintien the retaining piece comprises an internal axial recess in which the fuse piece and the force distributor are housed, preferably the retaining piece comprises a thread on its outer periphery cooperating with a tapping made in the second portion of passage so as to secure the holding part
et ladite seconde portion de passage. and said second passage portion.
- la pièce de maintien comporte une extrémité venant appuyer sur une partie de 40 la surface du disque de rupture de manière à le maintenir au contact de la portée the holding piece has an end that presses against a portion of the surface of the rupture disc so as to keep it in contact with the bearing
cylindrique, de préférence de manière étanche. cylindrical, preferably in a sealed manner.
- le répartiteur d'effort, la pièce de maintien et le corps comportent des orifices ou passages permettant de relier fluidiquement la première portion de passage avec the force distributor, the holding part and the body comprise orifices or passages making it possible to fluidly connect the first portion of passage with
l'atmosphère ambiante en cas de rupture de la membrane. the ambient atmosphere in the event of rupture of the membrane.
- la pièce de maintien comprend un orifice d'évacuation de métal fondu conçu pour permettre une évacuation du matériau fondu constituant la pièce fusible en cas de the holding piece comprises a molten metal discharge orifice designed to allow the melted material constituting the fuse piece to be discharged in case of
fusion de cette dernière.merger of the latter.
- en cas de fusion de la pièce fusible, le répartiteur d'effort se déplace dans - in case of fusion of the fuse part, the force distributor moves in
l'évidement dans une direction tendant à l'éloigner du disque de rupture. the recess in a direction tending to move away from the rupture disc.
- un espace annulaire périphérique est aménagé entre une partie de la surface 10 périphérique externe du répartiteur d'effort et la surface de la paroi interne de a peripheral annular space is arranged between a part of the external peripheral surface of the force distributor and the surface of the internal wall of
l'évidement de la pièce de maintien. the recess of the holding part.
- le corps, la pièce de maintien, le répartiteur d'effort et/ou la pièce fusible ont the body, the holding piece, the force distributor and / or the fuse piece have
une forme cylindrique et/ou sont agencées coaxialement les uns par rapport aux autres. a cylindrical shape and / or are arranged coaxially with each other.
- le corps est formé d'une seule pièce, par exemple en un matériau de type alliage 15 de cuivre ou acier inoxydable. the body is formed in one piece, for example in a copper or stainless steel alloy material.
L'invention porte aussi sur un robinet apte à contrôler le débit et/ou la pression d'un fluide, un récipient de fluide sous pression, en particulier une bouteille de gaz, et une canalisation véhiculant un fluide sous pression, en particulier une conduite de gaz, qui The invention also relates to a valve capable of controlling the flow rate and / or the pressure of a fluid, a pressurized fluid container, in particular a gas bottle, and a pipe carrying a fluid under pressure, in particular a pipe of gas, which
sont équipés d'un dispositif de sécurité selon l'invention. are equipped with a safety device according to the invention.
2 0 Sur la Figure 1, on a schématisé un système ou dispositif de sécurité selon l'invention (vu en coupe longitudinale) dont le corps 1 inclut les différents éléments de l'invention. Plus précisément, le corps 1 comporte un raccordement d'entrée fileté 10 et un passage interne lb de gaz sous pression permettant respectivement sa fixation et sa In FIG. 1, a safety system or device according to the invention (seen in longitudinal section) is schematized, the body 1 of which includes the various elements of the invention. More specifically, the body 1 comprises a threaded inlet connection 10 and an internal passage 1b of gas under pressure respectively allowing its fixing and its
2 5 connexion sur tout système de distribution de gaz à protéger. 2 5 connection to any gas distribution system to be protected.
Le passage interne lb comprend une première portion de diamètre d et une seconde portion de diamètre D supérieur à d. A titre d'exemple, le diamètre D est de 7 The internal passage lb comprises a first portion of diameter d and a second portion of diameter D greater than d. For example, the diameter D is 7
mm à 12 mm et le diamètre d de 1 à 5 mm (avec D > d). mm to 12 mm and the diameter d from 1 to 5 mm (with D> d).
Le corps 1 comprend une portée cylindrique lc située sur le passage interne lb 3 0 au niveau de la portion de diamètre D plus élevé, en regard de laquelle est positionné un disque de rupture 5, obturant la première portion lb de passage qui débouche dans la seconde portion (dl) de passage; le disque de rupture 5 vient donc recouvrir et obturer la totalité de l'orifice communiquant entre les deux portions lb, dl de passage et donc aussi au moins une partie de la portée cylindrique lc qui constitue le fond de la portion 3 5 la et o débouche la portion lb. Une pièce (ou bouchon) de maintien 2 filetée à sa périphérie externe 2b permet de réaliser un serrage du disque 5 de rupture ainsi que l'étanchéité sur le fond du corps 1 au niveau de la portée cylindrique lc. Cette pièce de maintien 2 vient se fixer solidairement au corps 1 par vissage, via le filetage 2b, dans la seconde portion de The body 1 comprises a cylindrical bearing surface 1c located on the internal passage 1b at the level of the portion of greater diameter D, opposite which is positioned a rupture disc 5, closing the first portion 1b of passage which opens into the second portion (dl) of passage; the rupture disc 5 thus covers and closes the entire orifice communicating between the two portions lb, dl of passage and therefore also at least a portion of the cylindrical bearing surface lc which constitutes the bottom of the portion 3 5 la and o opens the portion lb. A threaded retaining piece (or plug) 2 at its outer periphery 2b makes it possible to tighten the rupture disk 5 as well as to seal the bottom of the body 1 at the level of the cylindrical surface 1c. This holding part 2 is fixed integrally to the body 1 by screwing, via the thread 2b, in the second portion of
4 0 passage la de diamètre D dont l'entrée If est taraudée. 40 passage of diameter D whose entry If is threaded.
Un évidement 7 interne de diamètre Dl (avec Dl<D et Dl >d) est aménagée dans la pièce de maintien 2, dans lequel est positionné une pièce ou disque fusible 3 à basse température de fusion (typiquement la fusion s'opère si la température excède An internal recess 7 of diameter D1 (with D1 <D and D1> d) is arranged in the holding part 2, in which is positioned a part or disc fuse 3 at low melting temperature (typically the melting occurs if the temperature exceeds
1000C environ) et une pièce intercalaire appelée répartiteur d'effort 4. Approximately 1000C) and an intermediate part called force distributor 4.
Le diamètre extérieur du répartiteur d'effort 4 est choisi de manière à laisser entre celui-ci et la paroi interne de l'évidement interne 7 de la pièce de maintien 2, un espace annulaire 8 dont la surface est dimensionnée pour l'évacuation de la pression de la bouteille. L'espace annulaire 8 est assez faible pour ne pas créer une partie faible dans The outer diameter of the force distributor 4 is chosen so as to leave there between the latter and the inner wall of the internal recess 7 of the holding part 2, an annular space 8 whose surface is dimensioned for the evacuation of the pressure of the bottle. The annular space 8 is small enough not to create a weak part in
cette zone lorsque la pression est appliquée sur le disque 5. this zone when the pressure is applied to the disc 5.
Le système est mis en pression par l'arrivée du gaz dans le conduit lb dans le sens de la flèche P. La pression s'applique sur la surface du disque de rupture 5 du côté de la portion de passage lb de diamètre d de sorte que la zone du disque 5 de diamètre dl située en The system is pressurized by the arrival of the gas in the conduit lb in the direction of the arrow P. The pressure is applied on the surface of the rupture disk 5 on the side of the passage portion lb of diameter d so that that the disk area 5 of diameter dl located in
regard de la surface de diamètre d est soumise à l'effort de résistance à la rupture. Looking at the surface of diameter d is subjected to tensile strength at break.
De là, lorsque la pression de rupture du disque 5 est atteinte dans des conditions From there, when the burst pressure of the disk 5 is reached under conditions
de température normale, alors celui-ci 5 se rompt dans sa partie centrale dl et la pression de gaz s'évacue rapidement et successivement par des orifices 4a, 2a puis ld aménagés dans les parois du répartiteur 4, de la pièce de maintien 2 et du corps 1, respectivement, puisque la rupture du disque 5 permet de faire communiquer le passage 20 lb avec l'atmosphère, via lesdits orifices 4a, 2a et id. normal temperature, then it breaks in its central portion dl and the gas pressure is evacuated quickly and successively by orifices 4a, 2a and ld arranged in the walls of the distributor 4, the holding part 2 and of the body 1, respectively, since the rupture of the disc 5 makes it possible to communicate the passage 20b with the atmosphere, via said orifices 4a, 2a and 1d.
Par contre, lorsque la température ambiante atteint une valeur élevée par exemple une température comprise entre 1200 et 130 C, alors le disque fusible 3 fond, la matière fondue est alors évacuée par un orifice le aménagé dans la pièce de maintien On the other hand, when the ambient temperature reaches a high value, for example a temperature of between 1200 and 130.degree. C., then the fuse disk 3 melts, the melt is then discharged through an orifice arranged in the retaining piece.
2, ce qui libère alors un espace dans l'évidement interne 7 de la pièce de maintien 2. 2, which then releases a space in the internal recess 7 of the holding part 2.
Le répartiteur d'effort 4 recule alors, dans cet espace 7, jusqu'à venir en butée contre la pièce de maintien 2 sous l'effet de la pression du gaz qui s'applique alors dans la portion de diamètre Dl, donc aussi sur la face avant du répartiteur d'effort 4 située en regard du disque 5, ce qui engendre un déplacement dudit répartiteur 4 en éloignement The force distributor 4 then moves back, in this space 7, to come into abutment against the holding part 2 under the effect of the pressure of the gas which then applies in the portion of diameter D1, so also on the front face of the force distributor 4 located opposite the disc 5, which causes a displacement of said distributor 4 away
par rapport au disque de rupture 5.relative to the rupture disc 5.
La pression interne de la bouteille est alors telle que le disque 5 de rupture se The internal pressure of the bottle is then such that the rupture disc 5 is
rompt laissant la pression de la bouteille s'évacuer par les orifices 8, 2a et Id. breaks allowing the pressure of the bottle to escape through the orifices 8, 2a and Id.
Selon l'invention, en position de repos, le disque repère 5 est donc en appui According to the invention, in the rest position, the reference disk 5 is therefore in support
contre la face avant du répartiteur d'effort 4, ce qui permet d'adapter la configuration requise pour une situation donnée, c'est à dire soit une élévation de la pression, soit une 35 élévation de la température. against the front face of the force distributor 4, which allows to adapt the configuration required for a given situation, that is to say either a rise in pressure or a rise in temperature.
La position du répartiteur d'effort 4 à l'intérieur de la pièce de maintien 5 est fonction de la présence du disque fusible 3 ou de son absence, suite à une élévation de The position of the force distributor 4 inside the holding part 5 is a function of the presence of the fuse disk 3 or its absence, following an elevation of
température et une fusion de celui-ci. temperature and a fusion of it.
Lorsque le répartiteur d'effort 4 est dans la configuration de repos avec le disque 40 fusible 3 présent, la rupture en cas de surpression sans échauffement se réalise sur une surface dl, alors que, lorsque le répartiteur d'effort 4 est dans une position reculée suite à la fusion du fusible 3, la rupture du disque 5 se réalise sur l'effort créé par la pression When the force distributor 4 is in the idle configuration with the disc 40 fuse 3 present, the rupture in case of overpressure without heating is carried out on a surface dl, while, when the force distributor 4 is in a position moved back after the fusion of the fuse 3, the rupture of the disc 5 is realized on the stress created by the pressure
de gaz s'exerçant alors sur une surface plus importante Dl. gas then exerted on a larger surface Dl.
L'évacuation de la pression s'effectue dans tous les cas, par des orifices ménagés dans les différents composants, comme expliqué ci-avant, ainsi que par l'espace annulaire 8 entre le bouchon 2 et le répartiteur d'effort 4. Le dispositif de sécurité de l'invention peut être intégré au robinet de la bouteille pour des raisons de réalisation mais celui-ci peut aussi être placé à tout autre endroit The evacuation of the pressure is effected in all cases, through orifices provided in the various components, as explained above, as well as by the annular space 8 between the plug 2 and the force distributor 4. The safety device of the invention can be integrated in the valve of the bottle for reasons of realization but it can also be placed at any other place
permettant son adaptation sur la bouteille. allowing its adaptation on the bottle.
Le système de sécurité de l'invention peut être également installé sur tout circuit 10 sous haute pression devant être protégé contre les surpressions. A titre d'exemple, sur la Figure 2, le système de sécurité de l'invention est schématisé monté sur une bouteille de The security system of the invention may also be installed on any high pressure circuit to be protected against overpressure. By way of example, in FIG. 2, the security system of the invention is diagrammatically mounted on a bottle of
gaz équipée d'un robinet de sortie du gaz. gas equipped with a gas outlet valve.
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