ÉTUDE HYDRAULIQUE

Calcul et Réglage d’un Bloc de Sécurité (DESP)

Oléohydraulique : Procédure de calcul et de réglage d'un bloc de sécurité pour accumulateur (norme DESP)

Calcul et Réglage d'un Bloc de Sécurité pour Accumulateur (DESP)

Contexte : La Sécurité des Équipements Sous Pression

Les accumulateurs oléohydrauliques sont des composants essentiels pour stocker de l'énergie, amortir les pulsations et compenser les fuites. Cependant, en tant que récipients sous haute pression, ils présentent des risques significatifs. La Directive des Équipements Sous Pression (DESP) 2014/68/UERéglementation européenne qui fixe les exigences essentielles de sécurité pour la conception, la fabrication et l'évaluation de la conformité des équipements sous pression. impose des règles strictes pour leur mise en service et leur exploitation. Un élément central de cette sécurité est le bloc de sécuritéEnsemble de composants (vanne d'isolement, soupape de sûreté, vanne de purge) destiné à protéger un accumulateur contre les surpressions et à permettre son isolation et sa vidange en toute sécurité., qui doit être correctement dimensionné et réglé. Cet exercice a pour but de détailler la procédure de classification et de calcul pour un tel dispositif.

Remarque Pédagogique : La conformité à la DESP n'est pas une option, mais une obligation légale pour les équipements mis sur le marché européen. Maîtriser ces calculs est une compétence fondamentale pour tout technicien ou ingénieur en hydraulique, garantissant non seulement la conformité réglementaire mais surtout la sécurité des installations et du personnel.

Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre le rôle et la composition d'un bloc de sécurité d'accumulateur.
  • Classifier un accumulateur selon les catégories de risque de la DESP.
  • Calculer la pression d'épreuve hydrostatique (PT) d'un équipement.
  • Déterminer la pression de tarage correcte pour une soupape de sûreté.
  • Connaître la procédure de consignation (isolement et purge) d'un accumulateur.

Données de l'étude

Une centrale hydraulique est équipée d'un accumulateur à vessie. Vous devez vérifier la conformité de l'installation et déterminer les réglages du bloc de sécurité associé.

Schéma de l'Accumulateur et de son Bloc de Sécurité
Vers circuit V. Isolement Accumulateur (V, PS) Soupape (PT) V. Purge Bâche

Données de l'Équipement :

Paramètre Valeur
Volume de l'accumulateur (V) 20 Litres
Pression Maximale Admissible (PS) 250 bar
Pression de service maximale du circuit 210 bar
Fluide Huile minérale (Groupe 2)

Questions à traiter

  1. Déterminer la catégorie de risque de l'accumulateur selon la DESP 2014/68/UE.
  2. Calculer la pression d'épreuve hydrostatique (PT) minimale pour cet accumulateur.
  3. Déterminer la plage de tarage acceptable pour la soupape de sûreté et proposer une valeur de réglage optimale.
  4. Décrire la procédure correcte pour isoler et vidanger l'accumulateur en utilisant le bloc de sécurité.

Correction : Calcul et Réglage d'un Bloc de Sécurité (DESP)

Question 1 : Détermination de la Catégorie de Risque

Principe :
Classification DESP (Fluide Groupe 2) Volume (L) PS (bar) 200 50 PSxV = 5000 I II II III

La DESP classifie les équipements sous pression en catégories de risque (de I à IV) en fonction de l'énergie stockée. Cette énergie est proportionnelle au produit de la pression maximale admissible (PS) par le volume (V). Le type de fluide (dangereux ou non) est également un critère déterminant.

Remarque Pédagogique :

Point Clé : La catégorie de risque n'est pas juste une formalité administrative. Elle dicte le niveau d'exigence pour la conception, la fabrication, l'inspection et la documentation de l'équipement. Une catégorie plus élevée signifie des contrôles plus stricts et souvent l'intervention d'un organisme notifié.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \text{Produit} = PS \times V \]
Donnée(s) :
  • \(PS = 250 \, \text{bar}\)
  • \(V = 20 \, \text{L}\)
  • Fluide : Huile minérale (Groupe 2, non dangereux)
Calcul(s) :
\[ \begin{aligned} PS \times V &= 250 \, \text{bar} \times 20 \, \text{L} \\ &= 5000 \, \text{bar.L} \end{aligned} \]

On se réfère ensuite à l'abaque de classification de la DESP (Tableau 2 pour les fluides du Groupe 2). Pour un produit PS.V > 1000 bar.L et une pression PS > 200 bar, l'équipement est classé en Catégorie III.

Points de vigilance :

Choix du bon abaque : Il existe plusieurs tableaux de classification dans la DESP. Il est crucial d'utiliser celui qui correspond au bon groupe de fluide. Une erreur ici (par exemple, utiliser le tableau pour les gaz dangereux) mènerait à une classification incorrecte et à une non-conformité majeure.

Le saviez-vous ?

Les fluides du Groupe 1 sont considérés comme dangereux (explosifs, inflammables, toxiques). Les fluides du Groupe 2 sont tous les autres fluides, y compris l'eau et la plupart des huiles hydrauliques. La classification est beaucoup plus sévère pour les fluides du Groupe 1.

FAQ en rapport avec la question :
Que se passe-t-il si le produit PS.V est très faible ?

Pour les équipements présentant un risque très faible (par exemple, PS.V ≤ 50 bar.L pour le Groupe 2), la DESP ne s'applique pas. Ils doivent cependant être conçus et fabriqués selon les "règles de l'art" de la profession, mais sans les exigences formelles de marquage CE et de documentation de la directive.

Résultat : Avec un produit PS.V de 5000 bar.L, l'accumulateur est classé en Catégorie de Risque III.

Question 2 : Calcul de la Pression d'Épreuve (PT)

Principe :

Avant sa mise sur le marché, chaque équipement sous pression doit subir une épreuve de résistance, généralement une épreuve hydrostatique. L'équipement est rempli d'eau et mis sous une pression d'épreuve (PT), significativement plus élevée que sa pression maximale de service, pour vérifier son intégrité structurelle. La DESP définit la méthode de calcul de cette pression.

Remarque Pédagogique :

Point Clé : La pression d'épreuve est un test destructif potentiel réalisé en usine. Il ne doit JAMAIS être reproduit sur site. Il sert à valider la conception et la fabrication. La valeur de PT est toujours gravée sur la plaque signalétique de l'équipement.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ PT \ge 1.43 \times PS \]
Donnée(s) :
  • \(PS = 250 \, \text{bar}\)
Calcul(s) :
\[ \begin{aligned} PT &= 1.43 \times PS \\ &= 1.43 \times 250 \, \text{bar} \\ &= 357.5 \, \text{bar} \end{aligned} \]
Points de vigilance :

Ne pas confondre PT et PS : PS est la pression maximale pour laquelle l'équipement est conçu en service normal. PT est une pression de test ponctuelle, bien plus élevée, qui ne doit jamais être atteinte en fonctionnement. Utiliser un équipement à une pression proche de sa PT est extrêmement dangereux.

Le saviez-vous ?

Le coefficient 1.43 n'est pas arbitraire. Il est lié aux coefficients de sécurité et aux contraintes admissibles des matériaux utilisés dans la construction de l'équipement. Pour certains cas spécifiques, la norme autorise un autre calcul basé sur le rapport des contraintes du matériau à température de service et à température d'épreuve.

FAQ en rapport avec la question :
Pourquoi utilise-t-on de l'eau pour le test (hydrostatique) ?

L'eau est utilisée car elle est quasiment incompressible. En cas de rupture de l'équipement durant le test, l'eau libère très peu d'énergie, provoquant une simple fuite. Si on utilisait un gaz compressible comme de l'air (test pneumatique), l'énergie libérée en cas de rupture serait énorme et provoquerait une explosion dangereuse. Les tests pneumatiques sont donc très rares et extrêmement encadrés.

Résultat : La pression d'épreuve minimale pour cet accumulateur est de 357.5 bar.

Question 3 : Réglage de la Soupape de Sûreté

Principe :

La soupape de sûreté est l'ultime protection contre une surpression accidentelle. Sa pression de tarage (ouverture) doit être réglée de manière à :
1. Être supérieure à la pression maximale de service pour éviter les ouvertures intempestives.
2. Être inférieure ou égale à la Pression Maximale Admissible (PS) de l'accumulateur qu'elle protège. La DESP précise que la pression ne doit pas dépasser 110% de la PS.

Remarque Pédagogique :

Point Clé : Le réglage de la soupape est un compromis. Trop bas, et elle s'ouvrira en service normal, causant des pertes d'énergie et l'usure du siège. Trop haut, et elle ne protégera pas efficacement l'accumulateur, qui pourrait se rompre avant l'ouverture de la soupape. La règle des 110% est la limite absolue à ne pas dépasser.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ P_{\text{service max}} < P_{\text{tarage}} \le PS \]
\[ P_{\text{max autorisée}} = 1.1 \times PS \]
Donnée(s) :
  • \(P_{\text{service max}} = 210 \, \text{bar}\)
  • \(PS = 250 \, \text{bar}\)
Calcul(s) :
\[ \begin{aligned} \text{Limite haute (pression max dans l'équipement)} &= 1.1 \times PS \\ &= 1.1 \times 250 \, \text{bar} \\ &= 275 \, \text{bar} \end{aligned} \]

La plage de réglage acceptable pour le tarage est donc : \( 210 \, \text{bar} < P_{\text{tarage}} \le 250 \, \text{bar} \). La soupape doit protéger l'équipement, donc son tarage ne doit pas dépasser la PS. Un réglage optimal est de se placer juste en dessous de la PS, par exemple à 245 bar, pour laisser une marge de sécurité tout en maximisant la plage de fonctionnement.

Points de vigilance :

Plombage et certificat : Le réglage d'une soupape de sûreté est une opération critique. Une fois réglée, elle doit être plombée pour empêcher toute modification non autorisée. De plus, elle doit être accompagnée d'un certificat de tarage émis par un organisme ou une personne habilitée.

Le saviez-vous ?

La pression d'ouverture d'une soupape n'est pas instantanée. Il y a une "bande passante" : la pression continue de monter légèrement après le début de l'ouverture (la surpression) avant que le débit complet ne soit évacué. C'est pour cette raison que la norme limite la pression maximale dans le réservoir à 110% de la PS, pour tenir compte de ce phénomène dynamique.

FAQ en rapport avec la question :
Doit-on régler la soupape à 250 bar exactement ?

C'est la limite maximale absolue. Il est préférable de la régler légèrement en dessous (ex: 98% de PS, soit ~245 bar) pour avoir une marge de sécurité et éviter que de petites fluctuations de pression proches de PS ne provoquent une usure prématurée de la soupape (phénomène de "chuintement").

Résultat : La soupape doit être tarée dans l'intervalle \(]210, 250]\) bar. Un réglage optimal est de 245 bar.

Question 4 : Procédure d'Isolement et de Purge

Principe :
Séquence de Consignation Circuit Accu 1. Fermer Bâche 2. Purger

Toute intervention sur un accumulateur ou le circuit proche nécessite une consignation. La procédure est stricte et doit être suivie dans l'ordre pour garantir la sécurité. Elle consiste à isoler l'accumulateur du reste du circuit, puis à évacuer la pression résiduelle vers le réservoir.

Remarque Pédagogique :

Point Clé : L'ordre est CRUCIAL. Si l'on ouvre la purge avant d'isoler, on vidange tout le circuit hydraulique, pas seulement l'accumulateur. Si l'on oublie de purger après avoir isolé, l'accumulateur reste une "bombe" sous pression, prêt à libérer son énergie au moindre démontage.

Formule(s) utilisée(s) :

Il s'agit d'une procédure, pas d'un calcul. La séquence est la suivante :

Calcul(s) :
  1. Fermer la vanne d'isolement : Tourner la manette de la vanne d'isolement pour la fermer. L'accumulateur est maintenant déconnecté du circuit principal.
  2. Ouvrir la vanne de purge : Ouvrir lentement la vanne de purge. L'huile sous pression contenue dans l'accumulateur s'échappe vers le réservoir (bâche).
  3. Vérifier la pression nulle : Observer le manomètre du bloc de sécurité. Attendre qu'il indique 0 bar.
  4. Consignation : Une fois la pression nulle vérifiée, l'accumulateur est considéré comme consigné et l'intervention peut commencer en sécurité.
Points de vigilance :

Pression côté gaz : Même si la pression d'huile est nulle, l'accumulateur contient toujours du gaz (azote) sous pression (la pression de gonflage). Pour une intervention lourde sur l'accumulateur lui-même (changement de vessie), il faut également vidanger le gaz via la valve de gonflage dédiée.

Le saviez-vous ?

Les blocs de sécurité modernes intègrent souvent des capteurs de position sur les vannes et des pressostats. Ces dispositifs peuvent être reliés à l'automate de la machine pour automatiser et vérifier la procédure de consignation, ajoutant une couche de sécurité supplémentaire.

FAQ en rapport avec la question :
Peut-on utiliser une simple vanne 3 voies pour l'isolement et la purge ?

Techniquement oui, mais ce n'est pas recommandé par les normes de sécurité. Un bloc de sécurité dédié utilise des composants certifiés et offre une interface claire et sans ambiguïté. Une vanne 3 voies peut prêter à confusion et des erreurs de manipulation sont plus probables. De plus, le bloc de sécurité intègre la soupape de sûreté, ce qui n'est pas le cas d'une simple vanne.

Résultat : La procédure correcte est : 1. Fermer l'isolement, 2. Ouvrir la purge, 3. Vérifier P=0 bar.

Simulation Interactive de la Classification DESP

Faites varier le volume et la pression de l'accumulateur pour voir son impact sur la catégorie de risque et la pression d'épreuve.

Paramètres de l'Accumulateur
Produit PS x V
Pression d'épreuve (PT)
Catégorie DESP
Niveaux de Pression Clés

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Un accumulateur a une PS de 200 bar et un volume de 40 L. Son produit PS.V est de 8000 bar.L. Pourquoi est-il quand même en catégorie IV et non III ?

2. Quelle est la fonction principale de la vanne d'isolement sur un bloc de sécurité ?

Glossaire

DESP
Directive des Équipements Sous Pression (2014/68/UE). Réglementation européenne fixant les exigences de sécurité pour les équipements soumis à une pression supérieure à 0.5 bar.
PS (Pression Maximale Admissible)
Pression maximale pour laquelle l'équipement est conçu, spécifiée par le fabricant.
PT (Pression d'Épreuve)
Pression hydrostatique appliquée à l'équipement lors des essais de résistance en usine pour valider sa conception.
Accumulateur Oléohydraulique
Composant qui stocke de l'énergie hydraulique sous forme de fluide sous pression, restituée au besoin.
Bloc de Sécurité
Dispositif multifonction qui assure l'isolement, la protection contre les surpressions et la purge d'un accumulateur.
Groupe de Fluide
Classification des fluides selon leur dangerosité (Groupe 1 : dangereux ; Groupe 2 : non dangereux) selon la DESP.
Calcul et Réglage d'un Bloc de Sécurité pour Accumulateur (DESP)

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