Vanne d'Isolation de la Vapeur Principale

Introduction

La fonction principale d'une vanne d'arrêt d'admission de vapeur principale (vanne d'arrêt d'urgence (ESV)), est de permettre ou d'interrompre l'alimentation en vapeur vers une turbine à vapeur haute pression (HP); elle sert également de vanne de sécurité pour couper rapidement l'alimentation principale en vapeur vers la turbine en cas d'urgence. La vapeur produite dans le surchauffeur final d'une chaudière à tubes d'eau est généralement acheminée vers la turbine via quatre conduites haute pression; cette vapeur est souvent appelée ‘vapeur principale’. À l'entrée de la turbine haute pression, chaque ligne est équipée d'une ESV et d'une vanne de régulation connectées en série, toutes logées dans des boîtiers de vannes (comme illustré dans le schéma ci-dessous).

Vue en coupe d'une combinaison de vanne d'arrêt d'urgence de turbine et de vanne de régulation

Fonctionnement de la Vanne d'Arrêt d'Urgence

L'ESV est une vanne tout ou rien, ce qui signifie qu'elle doit être soit complètement fermée, soit complètement ouverte. Chaque ESV est équipée d'un actionneur hydraulique qui est responsable de l'ouverture de la vanne contre la force d'un ressort. La même force du ressort fermera la vanne en cas d'urgence, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a plus de pression hydraulique agissant sur le ressort. La fermeture de la vanne est très rapide, donc un amortisseur est prévu pour réduire la vitesse de la vanne vers la fin de son mouvement de fermeture afin qu'elle se pose en douceur; la réduction de la vitesse réduit également la probabilité de dommages au disque de la vanne et à la zone du siège.

ESV Ouverte (Gauche) et ESV Fermée (Droite)

Dans sa configuration de base, l'actionneur comprend un piston de puissance enfermé dans un cylindre de positionnement. Le piston de puissance est connecté à la tige de l'ESV, et lorsque l'huile est pompée dans le cylindre, le piston se déplace linéairement et ouvre la vanne en appuyant contre le ressort et en le comprimant. Ce mouvement permet à la vapeur d'être admise dans le boîtier de vapeur et de s'écouler vers l'entrée de vapeur de la turbine où elle sera admise via la vanne de régulation associée.

Coupe transversale de l'actionneur ESV

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Construction

L'ESV se compose de:

• Pièce intermédiaire
• Ensemble de vanne
• Diffuseur
• Actionneur (servo-moteur)

La fonction de la pièce intermédiaire est de positionner l'ensemble de vanne dans son boîtier, et de supporter l'actionneur qui actionne la vanne.

L'ESV est souvent une vanne à siège unique équilibrée qui intègre une vanne pilote et un filtre à vapeur. 

Vanne Pilote

La vanne pilote est usinée sur la tige de la vanne et est responsable de l'initiation du fonctionnement de l'ESV. 

Filtre à Vapeur

La fonction principale du filtre à vapeur est de protéger les pièces internes de la vanne et les pales de la turbine en aval des dommages causés par les particules solides et liquides, ainsi que de prévenir les turbulences causées par le mouvement de la vapeur.

Étanchéité et Boîtier

Le verrou de la vanne positionne l'ensemble de vanne dans le boîtier de la vanne. Les fuites de vapeur sont évitées à l'aide d'une combinaison de serre-joints et de dispositifs d'étanchéité. L'espace entre la tige et le boîtier est scellé à l'aide d'un dispositif d'étanchéité en plusieurs parties. Une ouverture d'inspection est prévue pour permettre une inspection endoscopique des pièces internes de la vanne.

Séquence d'Ouverture de la Vanne

La tête de la vanne ne s'ouvrira que lorsque les pressions en aval et en amont seront égales. La séquence d'ouverture de la vanne commence lorsque l'actionneur ouvre la vanne pilote, permettant à la vapeur de passer à travers les alésages dans la tête de la vanne jusqu'à ce que les pressions de chaque côté de la tête de la vanne soient équilibrées. Une fois en équilibre, l'actionneur soulève la tête de la vanne contre le ressort.

Conceptions de la Vanne d'Isolation d'Admission de Vapeur Principale

Il existe deux types principaux de système de contrôle de fluide hydraulique utilisés pour les turbines à vapeur, à savoir le système de contrôle hydraulique mécanique (MHC) et le système de contrôle électrohydraulique (EHC). Dans les deux systèmes, les actionneurs utilisent un fluide hydraulique pour déplacer les vannes, mais ils diffèrent en termes de pression du fluide et de source de fluide. Les deux systèmes utilisent également un système de vidange d'urgence pour l'évacuation rapide du fluide hydraulique en cas d'urgence, afin que le ressort puisse rapidement fermer la vanne.

Fonctionnement de l'ESV

Pour faire fonctionner l'ESV, les systèmes MHC utilisent généralement le même système de lubrification à l'huile de la turbine principale. La pression d'huile pour l'ouverture des vannes est obtenue à partir du système d'huile de la turbine principale et est contrôlée par une vanne de vidange relais. Tous les dispositifs de contrôle dans les systèmes MHC sont mécaniques. Dans l'ESV, l'huile hydraulique est redirigée par une vanne de vidange relais de pression d'huile du bas du piston vers le haut; cela égalise la pression des deux côtés du piston et permet au ressort de fermer rapidement la vanne si nécessaire. Les systèmes MHC sont généralement très fiables et peuvent fonctionner pendant plusieurs années sans nécessiter d'inspections internes.

En revanche, les systèmes EHC ont une alimentation en huile hydraulique séparée, et des dispositifs électroniques sont utilisés pour réaliser diverses fonctions de contrôle. Par conséquent, les systèmes EHC offrent des réponses plus rapides, un contrôle plus précis, et nécessitent moins de composants mécaniques. En raison des nombreux orifices dans les dispositifs de contrôle, la propreté du fluide est très importante et doit être surveillée de près. 

Il est important de noter que les actionneurs MHC et EHC varient en termes de taille, de pression, et de méthode de contrôle.
 

Maintenance

La maintenance typique effectuée sur une ESV implique le démontage de la vanne et la vérification de l'état des composants internes. Les tâches de maintenance associées aux systèmes MHC impliquent généralement le retrait de l'ensemble de l'actionneur de la pièce intermédiaire, puis son démontage, son inspection et sa reconstruction. Des tests supplémentaires sur les vannes et l'instrumentation de contrôle peuvent également être nécessaires.

Ressources Supplémentaires

http://irtgmbh.de/wp-content/uploads/2016/03/MainSteamIsolationValves.pdf