Les trous d'homme des navires, les poignées posent des problèmes d'étanchéité particuliers

Il existe de nombreux types d'ouvertures à brides qui servent de trous d'homme et de trous de main, permettant d'accéder aux réservoirs et à d'autres types de navires fermés. Certains utilisent des brides standard de type ASME et sont boulonnés un peu comme des raccords de tuyaux à brides. Les trous d'homme et les trous de main internes ont des couvercles ou des plaques qui s'adaptent à l'intérieur d'un récipient et sont tirés en arrière contre un joint et une bride externe.

Ces conceptions posent un certain nombre de problèmes d'étanchéité. Par exemple, les surfaces des brides sont souvent loin d'être parfaites. De plus, un couvercle rond ne passera pas à travers une ouverture ronde puisqu'il doit être plus grand que l'ouverture pour remplir sa fonction. Par conséquent, les joints de ces brides sont généralement ovales ou oblongs, de sorte que les couvercles peuvent être tournés latéralement pour s'adapter à travers les ouvertures.

Les joints ovales maintiennent une courbure douce, offrant une résistance de cerceau suffisante pour la fabrication et l'installation. En revanche, les joints obround comportent une section droite qui limite leur résistance radiale. Fabriqués selon les spécifications OEM dans une large gamme de tailles, ces joints sont généralement dimensionnés à partir du diamètre intérieur (ID). Les axes majeur et mineur sont délimités, ainsi que la largeur de la bride du joint. Dans les joints incorporant une bague intérieure, la largeur de la bague doit également être spécifiée.

Figure 1. Le goujon unique sur ce couvercle de trou d'homme appliquera une force de compression faible et inégale sur le joint, scellant l'accès à bride au récipient.

Les couvercles de trou d'homme internes scellés par ces joints ont généralement juste un ou deux goujons soudés au centre du couvercle (Figure 1). Ceux-ci sont montés à travers un joug qui comble l'ouverture afin que les boulons puissent tirer le couvercle contre le joint. Cette limitation de boulonnage, combinée à la distance entre les boulons et le joint, entraîne une force de compression faible et souvent inégale.

Étant donné que le trou d'homme se trouve à l'intérieur d'un réservoir ou d'un récipient, la pression interne agit différemment sur l'ensemble que sur une connexion à bride boulonnée conventionnelle. Dans ce dernier, la pression interne agit pour séparer les brides et décharger le joint. Avec un trou d'homme, la pression interne pousse réellement la bride en place, chargeant le joint et, dans de nombreux cas, générant plus de force de compression que les boulons (Figure 2). Néanmoins, cette charge dynamique et compressive atteint rarement les niveaux recommandés.

Figure 2. La pression interne sur les couvercles de trou d'homme peut dépasser la force de compression des boulons, servant à asseoir et charger le joint.

Les récipients sous pression utilisent généralement des sièges à l'intérieur et parfois des portes à charnières pour l'accès à l'intérieur. Ces portes doivent être orientées de manière à ce que la pression interne du système génère une contrainte suffisante pour mettre en place les joints du trou d'homme. À mesure que la pression interne augmente, la contrainte sur les joints augmente également, un facteur qui doit être pris en compte pour faire correspondre de manière optimale les joints aux pressions de conception de la cuve. Les systèmes à basse pression nécessitent des joints plus souples et plus facilement déformés, mais ceux-ci sont sujets à l'éclatement aux extrémités où la compression est faible. À l'inverse, les récipients à haute pression nécessitent des joints plus rigides et à plus haute densité, tels que des joints renforcés de métal, qui peuvent être difficiles à sceller.

Aux fins de cette discussion, il est utile de comprendre qu'une surface d'étanchéité est normalement mesurée jusqu'au bord intérieur du joint. Ainsi, une forme ovale sera exprimée en largeur intérieure x longueur intérieure x largeur de la surface du joint - par ex. un joint répertorié comme 12 pouces x 16 pouces x 1 pouce x 1/8 pouce a des mesures intérieures de 12 "x 16", avec une largeur de bride de 1" et une épaisseur de ⅛″.

Joint d'étanchéité

Il existe plusieurs types de joints adaptés pour sceller les trous d'homme et les trous de main dans les récipients sous pression. Les joints spiralés sont disponibles pour les applications à basse pression (inférieure à 999 psi) et à haute pression (supérieure ou égale à 1 000 psi). Bien que leurs charges de compression soient généralement inférieures aux niveaux recommandés, ils scellent généralement efficacement. Fabriqués à partir de longues bandes de métal mince, enroulées et remplies d'un matériau souple entre les enroulements ou les enroulements, ces joints sont disponibles en deux configurations :enroulements uniquement et enroulements avec bagues de compression intérieures.

Les systèmes à basse pression imposent l'utilisation d'une charge plus épaisse pour rendre le joint plus souple, tandis que les récipients à haute pression nécessitent des joints avec une jauge de charge plus fine. Cela augmente non seulement le nombre de plis métalliques dans le joint, mais le rend également plus dense et plus capable de résister à des charges de compression plus élevées. La pression du système est exercée sur le diamètre extérieur (OD) du joint, qui est placé à l'interface porte-cuve. Cela rend les défaillances d'étanchéité facilement apparentes si le joint dépasse vers le diamètre intérieur de la connexion. Lorsque ce type de défaillance a été observé et dans les applications avec cyclage à haute pression, une bague intérieure en métal solide peut être conçue pour le joint.

Le premier choix pour les trous d'homme avec des pressions internes inférieures à 1 000 psig sont les joints à noyau en métal ondulé avec revêtement en graphite (Figure 3). Ces joints sont constitués d'un noyau métallique relativement épais qui est ondulé pour créer des crêtes concentriques ou parallèles et recouvert d'un matériau en feuille de graphite. Ils fonctionnent mieux lorsque la largeur de la bride du joint est d'un demi-pouce ou plus. Pour les largeurs de bride inférieures à un demi-pouce, le fournisseur de joints doit être consulté.

Figure 3. Les joints à âme en métal ondulé avec revêtement en graphite sont recommandés pour les trous d'homme avec des pressions internes inférieures à 1 000 psig et une largeur de bride d'un demi-pouce ou plus.

Des feuilles de graphite flexibles peuvent être utilisées pour sceller efficacement les trous d'homme et les trous de main des chaudières tant que le joint fait au moins un demi-pouce de large, et de préférence trois quarts de pouce ou plus. Pour les connexions nécessitant une largeur de joint de moins d'un demi-pouce, des joints enroulés en spirale doivent être utilisés car une charge de compression inégale peut nuire à l'étanchéité de la feuille de graphite. La plupart des joints en feuille de graphite contiennent un insert métallique, et dans certains cas plusieurs inserts, pour faciliter la manipulation sans endommager le joint.

Figure 4. Les joints Kammprofile scellent les brides moins que parfaites et résistent à des variations extrêmes de température et de pression.

Les joints Kammprofile (Figure 4) sont une excellente alternative pour les applications où la contrainte d'assise disponible est trop faible pour un joint enroulé en spirale, mais la section transversale du joint, les pressions du système, les irrégularités de surface et d'autres conditions ne sont pas propices à l'utilisation de graphite flexible ou des matériaux d'étanchéité non métalliques. Ces types de joints sont constitués d'un anneau métallique avec des rainures profondes et recouvert d'un matériau souple tel que du graphite expansé, du PTFE microcellulaire ou du PTFE expansé.

Les joints en PTFE à haute compressibilité et à faible fluage sont orientés biaxialement avec une structure micro-cellulaire ou remplis de micro-ballons. Ils ont été utilisés avec succès pour sceller les brides des trous d'homme et des trous de main pour les services chimiques, mais ne sont généralement pas recommandés pour les applications vapeur/chaudière. Le tableau ci-dessous fournit une référence rapide pour faire correspondre les joints aux conditions de service.

Installation

Étant donné que les joints de trou d'homme et de trou de main sont installés à l'intérieur d'un récipient, des adhésifs sensibles à la pression sont parfois utilisés pour les fixer sur les couvercles. Cependant, ces adhésifs se ramollissent ou fondent à la température de la vapeur et peuvent se décomposer en service chimique.

Les joints non métalliques doivent être installés sans adhésif, mais quelques petites taches d'adhésif de contact en spray peuvent être utilisées pour les maintenir en place. Des joints métalliques sont disponibles avec des languettes de rétention pour les maintenir en place pendant l'installation.

L'étanchéité des trous d'homme et des trous de main internes peut être difficile compte tenu des différences de pression et des autres conditions auxquelles ils sont soumis. La plupart des assemblages génèrent une faible charge de compression pendant le boulonnage, et certains produisent des contraintes de compression élevées lorsqu'une pression interne est appliquée. Différents types de joints sont disponibles pour sceller ces ouvertures, mais leur efficacité dépendra de la sélection du bon type de joint, correctement dimensionné pour l'application spécifique.