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Soupape de sûreté et conduite d’échappement

Dimensionner la soupape de sûreté et ses conduites d’entrée et d’échappement selon EN 13136 pour le CO2 et d’autres fluides frigorigènes : débit requis, section de soupape, contre-pression, perte de charge à l’entrée, risque de glace carbonique et bruit à la sortie.
R744 · 60,0 bar · DN15

Frigorigène et installation

Toutes ensemble : cas de dimensionnement en cas d'incendie, quand toutes les soupapes peuvent décharger. Une à la fois : quand les soupapes protègent des parties qui ne peuvent pas décharger ensemble. La contre-pression de chaque soupape est vérifiée par rapport à sa propre limite.
Le cuivre frigorifique (EN 12735-1) et l'acier sont les plus courants pour les conduites d'échappement. Le cuivre sanitaire et les systèmes à sertir conviennent si le tube et les raccords supportent la contre-pression et sont homologués pour le frigorigène – les raccords à sertir pour l'eau ont souvent des joints EPDM qui ne supportent ni les frigorigènes ni l'huile. Le cuivre est interdit avec l'ammoniac.

Soupapes de sûreté

Coller la fiche technique de la soupape
Une ligne par position, comme sur la fiche des soupapes. Les conduites sont dimensionnées pour la capacité Qm × quantité (côté sûr) ; Qmd est vérifiée par rapport à elle. Pour calculer comme le fabricant, saisissez la capacité ajustée Qmd' à la place de Qm. La température du gaz n'est nécessaire que si la pression dépasse la pression critique (CO2 : 73,8 bar), p. ex. côté haute pression. Température inconnue ? Prenez celle des gaz chauds – une température plus élevée donne une conduite plus grande (côté sûr).

Collecteur d'échappement commun : dernier té → sortie

0 pour une sortie à l'atmosphère ; indiquez la pression si la conduite décharge dans un système sous pression. Diamètre Auto = le plus petit qui respecte la contre-pression de toutes les soupapes (et l'exigence acoustique). Aucune conduite ne doit être plus petite que la sortie de la soupape.

Bruit à la sortie

Estimation selon API 521 / ISO 23251 du jet à la sortie. Avec une exigence acoustique, le plus petit diamètre qui respecte à la fois la contre-pression et l'exigence acoustique est choisi. Les bâtiments, les réflexions et les silencieux modifient le niveau réel.

Projet

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Unités

Schéma de principe

Le schéma est tracé à partir des données de gauche. Cliquez sur une soupape pour la modifier, ou sur une conduite pour changer son diamètre et sa longueur ; conduite rouge = limite dépassée.
V1DN1060,0 bar500 kg/hDN10 · 0,3 m9,6 %sortie91 dB(A) @ 10 mDN15 · 10,0 m · 4 coudes500 kg/h · 5,50 bar

Soupapes – contre-pression

SoupapePression de tarage (bar)Débit (kg/h) RaccordementPression au té (bar)Contre-pression (bar)% du tarage Tronçon après le téKbEntréeÉtat
V160,00 500,0DN10 5,505,76 9,6 %DN151,000 0,02 %OK

Collecteur d'échappement commun – tous les diamètres

Le dernier tronçon (dernier té → sortie) dans chaque diamètre ; les tronçons en amont sont choisis automatiquement pour chaque ligne. Pression au té = pression au dernier té ; % max = contre-pression la plus élevée en pourcentage de la pression de tarage parmi les soupapes. * = écoulement critique à la sortie.

Base de calcul

Afficher le calcul

Par tuyau

TuyauDébit massique [kg/s]Masse volumique [kg/m³]Ø int. [mm]Vitesse [m/s]RefLongueur (+ équivalente) [m]Δp [bar]Δp/m [Pa/m]Remarque
Entrée V10,1389269,313,63,55623 0000,02710,1 (+0,251)0,011911 9000,02 % / 3,0 %
Raccordement V10,138911,4913,683,2623 0000,02710,30,26488 1009,6 % / 10 %
Collecteur V1 → sortie0,13892,48217,3238490 0000,025510 (+1,8)5,555 000critique · 5,50 bar

Base du calcul

Méthode
EN 13136 (mentionnée par EN 378-2) : capacité requise et capacité de la soupape à la pression de tarage augmentée de la surpression ; conduites d'évacuation traitées en écoulement compressible isotherme avec étranglement, résolu de la sortie vers chaque soupape à la température du gaz à l'état de décharge ; conduite d'entrée traitée en écoulement incompressible à la masse volumique de décharge.
Équations
  • Qm = 0.2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0)
  • C = 3.948 · √(κ · (2/(κ+1))^((κ+1)/(κ−1)))
  • p1² − p2² = G² · R·T · (f·L/D + ΣK + 2·ln(p1/p2))
  • p* = G · √(R·T) (choked end)
  • Δp_inlet = (f·L/D + ΣK) · ρ·v²/2
  • K_bend = 21.3 · fT (Crane TP-410)
  • L_eq = ΣK · D / f
Frottement
Darcy–Weisbach · Colebrook–White (64/Re < 2300)
Données du fluide
CoolProp 8.0.0
Normes
EN 13136:2013+A1:2018 · EN 378-2 · EN ISO 4126-1 · API 521 / ISO 23251 · Crane TP-410
Remarques
  • Lignes de gaz : masse volumique et vitesse à l'extrémité aval du tuyau ; le Δp inclut la chute à une extrémité étranglée. La remarque indique la chute à l'entrée et le contre-pression en % de la pression de tarage par rapport à la limite. La section de sortie indique la pression à son origine (au-dessus de la pression atmosphérique).

Questions fréquentes : soupape de sûreté et conduite d'échappement

Comment dimensionner une soupape de sûreté selon l'EN 13136 ?

D'abord la capacité de décharge requise : en cas d'incendie 10 kW/m² fois la surface extérieure du réservoir divisé par la chaleur latente, sinon le débit du compresseur ou la puissance de la source de chaleur. L'EN 13136 donne ensuite la section de la soupape avec Qm = 0,2883·C·Kb·A·Kdr·√(p0/v0) à la pression de tarage plus 10 %.

Calculer avec l'outil ci-dessus

Quelle contre-pression une soupape de sûreté accepte-t-elle ?

Les soupapes conventionnelles admettent en général au plus 10 % de la pression de tarage ; les soupapes équilibrées davantage, selon le fabricant. La perte de charge à l'entrée doit rester sous 3 %. Le calculateur détermine la contre-pression en écoulement compressible avec blocage sonique.

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Comment dimensionner un collecteur d'échappement commun à plusieurs soupapes ?

La contre-pression de chaque soupape est vérifiée avec toutes les soupapes ensemble (incendie) ou une à la fois. Les tronçons entre les tés transportent le débit des soupapes en amont et peuvent avoir des diamètres différents ; en règle pratique, la section du collecteur vaut au moins la somme des raccordements.

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Qu'ont de particulier les soupapes de sûreté pour le CO2 (R744) ?

Les pressions sont élevées et, côté haute pression, le CO2 est souvent supercritique : la soupape est alors dimensionnée pour un gaz à une température. Sous 5,2 bar, le CO2 forme de la neige carbonique ; la conduite d'échappement doit être courte et autovidangeable, sans point bas.

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Peut-on utiliser du tube cuivre pour la conduite d'échappement ?

Oui pour les HFC/HFO et le CO2 si le tube supporte la contre-pression : cuivre frigorifique EN 12735-1, ou cuivre sanitaire EN 1057 et systèmes à sertir avec raccords homologués pour le frigorigène. Le cuivre est interdit avec l'ammoniac ; utilisez de l'acier ou de l'inox.

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Quel bruit fait une soupape de sûreté qui décharge ?

Souvent plus de 100 dB(A) près de la sortie. Le calculateur estime le bruit selon l'API 521 et choisit une conduite plus grande si une exigence acoustique est donnée ; sinon, déplacez la sortie ou ajoutez un silencieux.

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Hypothèses : Capacité d'évacuation et débit de soupape selon EN 13136:2013+A1, référencée par l'EN 378-2 (EN ISO 24664:2024 non encore vérifiée) (Qm = 0,2883·C·Kb·A·Kdr·√(p0/v0)) ; conduite de refoulement avec écoulement compressible isotherme et effet de col, température du gaz = température de décharge (valeur conservatrice) ; conduite d'amont traitée en écoulement incompressible. Données de fluide frigorigène issues des équations de référence CoolProp. Bruit estimé selon API 521 / ISO 23251.

Avertissement : Cet outil ne garantit pas l’exactitude des résultats. Les dispositifs de sécurité doivent être choisis et validés par une personne compétente ; vérifiez toujours selon EN 378, EN 13136, les données du fabricant et la réglementation locale.

Aide – soupape de sûreté et conduite d’échappement

Le calculateur suit l’EN 13136 : d’abord le débit à évacuer, puis la section ou le débit de la soupape, puis la perte de charge de la conduite d’entrée et la contre-pression de la conduite d’échappement.

1. Fluide et pression

  • Choisissez le fluide et la pression de tarage (relative). La soupape décharge à la pression de tarage plus la surpression (en général 10 %).
  • Dans la plupart des cas, la soupape décharge de la vapeur saturée. Au-dessus de la pression critique (p. ex. CO2 côté haute pression, au-delà de 73,8 bar) ou pour un gaz surchauffé, p. ex. sur la conduite de gaz chauds, choisissez gaz à une température. Cela fonctionne pour tous les frigorigènes de la liste.
  • Les fluides absents de la liste se calculent avec « Autre fluide » et les données du fabricant.

2. Débit requis

  • Incendie : l’EN 13136 retient un flux thermique de 10 kW/m² sur la surface extérieure du réservoir ; le débit est cette chaleur divisée par la chaleur latente.
  • Compresseur : volume balayé × masse volumique à l’aspiration × rendement volumétrique. Source de chaleur : puissance divisée par la chaleur latente.

3. Soupape

  • Avec Kdr et la section de la fiche technique, le débit de la soupape est comparé au débit requis. Section à 0 : la section nécessaire est affichée.
  • La conduite d’échappement est dimensionnée pour ce que la soupape peut évacuer, pas seulement pour le débit requis.
  • Choisissez comment les données de la soupape sont données : section et Kdr, orifice API 526, capacité à vos conditions ou capacité aux conditions de la fiche (convertie). Une seule façon est utilisée à la fois ; les autres champs sont masqués. La capacité peut être donnée en kg/h, kg/s, lb/h ou Nm³/h.

4. Lignes

  • La conduite d’entrée peut perdre au plus 3 % de la pression de tarage. La conduite d’échappement est vérifiée pour chaque diamètre ; le plus petit qui tient la contre-pression est retenu.
  • Avec l’ammoniac, le cuivre est interdit. Avec le CO2, tenez compte de l’alerte glace carbonique.
  • Plusieurs soupapes : ajoutez des soupapes dans le panneau Soupapes. Chaque soupape a sa propre capacité, sa conduite d'entrée et sa conduite de raccordement au collecteur commun. Le schéma montre toute l'installation ; cliquez sur une soupape pour la modifier.
  • Le collecteur est coupé à chaque té : chaque tronçon transporte le débit des soupapes en amont et a son propre diamètre. Les diamètres maintiennent la contre-pression de chaque soupape dans sa limite, toutes ensemble ou une à la fois, et peuvent aussi être choisis à la main.

5. Bruit, enregistrer et imprimer

  • Saisissez la distance au point de réception le plus proche et une exigence acoustique pour être averti en cas de dépassement.
  • Avec une exigence acoustique, le plus petit diamètre qui respecte la contre-pression et le bruit est choisi. Une conduite plus grande donne une vitesse de sortie plus faible, donc moins de bruit. Si aucun diamètre ne convient, la distance à laquelle l'exigence est respectée est affichée.
  • Le silencieux est une option : choisissez un type pour des valeurs typiques ou saisissez l'atténuation et le coefficient de perte du fabricant. La perte de charge du silencieux est incluse dans la contre-pression.
  • « Enregistrer » télécharge le projet sous forme de fichier, « Ouvrir » le rouvre, « Imprimer » imprime les résultats.