Étude de cas : 2003 Usine de Xi’an Jinzhu HFC-134a – Vannes à bille YNTO en action

Guangdong Yuantong Industrial Technology (YNTO) a été engagé en tant que fournisseur de vannes pour ce projet, chargé de fournir des vannes capables de résister aux conditions de service difficiles. Le rôle de l’YNTO consistait à spécifier les types et les matériaux appropriés pour les différentes sections de l’unité de production de HFC-134a. Cette étude de cas met en évidence comment les vannes à boisseau sphérique résistantes aux produits chimiques de YNTO ont été utilisées pour résoudre des problèmes clés de l’usine, selon un format problème-solution-résultat. 

Problème : Acide HF corrosif et conditions impitoyables

L’un des aspects les plus difficiles de la production de HFC-134a est la manipulation du fluorure d’hydrogène (HF). Le HF est un réactif nécessaire dans la fluoration des matières premières organiques, mais c’est aussi un acide notoirement corrosif et toxique. Il s’attaque facilement à de nombreux métaux (même les aciers inoxydables) et peut même dégrader le verre et certains plastiques. À la centrale de Xi’an Jinzhu, le HF était présent dans divers flux, des conduites d’alimentation du réacteur aux effluents de déchets. Les vannes de ces sections seraient exposées au HF et devraient fonctionner de manière fiable pour que l’usine fonctionne en continu.

Les problèmes spécifiques comprenaient :

 ·Corrosion sévère des matériaux des vannes : Les matériaux traditionnels des vannes (comme l’acier inoxydable standard ou le bronze) ne convenaient pas car le HF les corroderait rapidement, risquant ainsi de provoquer des fuites. L’usine avait besoin de vannes construites ou protégées par des matériaux que HF ne peut pas facilement attaquer. L’expérience antérieure dans l’industrie a montré que les vannes en Hastelloy ou revêtues de fluoropolymères sont souvent nécessaires pour le service HF. Le défi consistait à trouver des solutions de vannes rentables, étant donné que certaines parties de l’usine comportaient des dizaines de vannes exposées à l’HF.

 ·Risque de fuite et d’émissions fugitives : le HF est non seulement corrosif, mais aussi dangereux pour le personnel et l’environnement. Tout problème d’étanchéité de la vanne (à cause de la garniture de la tige, d’une fuite du siège, etc.) pourrait libérer de la vapeur HF. Les protocoles de sécurité de l’usine exigeaient des vannes avec une fermeture étanche et une étanchéité robuste en service HF. Les garnitures de soupape standard peuvent se dégrader en HF. Il était nécessaire de disposer de matériaux spéciaux pour les sièges de soupape et les joints (tels que le PTFE, le PCTFE ou d’autres polymères résistants aux halogènes) pour maintenir les joints étanches. 

Exigences opérationnelles : De nombreuses vannes du processus étaient automatisées sur des boucles de régulation ou nécessitaient un fonctionnement fréquent. Par exemple, les vannes de régulation de débit régulant l’alimentation en HF dans les réacteurs devaient s’étrangler avec précision tout en résistant à l’acide. D’autre part, certaines vannes étaient destinées à l’isolation d’urgence – elles pouvaient rarement fonctionner mais devaient fonctionner à la demande. Les diverses exigences opérationnelles signifiaient que les vannes choisies devaient combiner résistance à la corrosion et performances élevées (par exemple, maintenir le couple et l’intégrité de l’étanchéité dans le temps, malgré l’exposition aux HF).

Espace d’installation et rénovations limités : Comme pour de nombreuses usines chimiques, l’espace était limité et la disposition de la tuyauterie était complexe. Le projet a favorisé les vannes à bille pour de nombreuses applications en raison de leur taille compacte et de leur fonctionnement rapide d’un quart de tour. Les vannes à bille fournissent également un débit direct (important pour minimiser la chute de pression dans les conduites de réfrigérant) et une fermeture fiable. Cependant, les vannes à bille conventionnelles n’avaient pas la résistance à la corrosion nécessaire pour ce scénario, il fallait donc trouver une solution pour obtenir une « vanne à bille chimique » qui réponde à la facture.

En résumé, l’usine HFC-134a de Xi’an Jinzhu avait besoin de vannes capables de survivre au HF et à d’autres produits chimiques corrosifs, d’assurer une performance sans fuite pour la sécurité et de répondre aux exigences de contrôle opérationnel. Dans ce contexte, le terme « robinets à boisseau sphérique chimiques » fait référence à des robinets à boisseau sphérique spécialement conçus pour le service chimique, ce qui implique généralement des matériaux ou des revêtements spéciaux pour traiter les fluides agressifs. Au début des années 2000, peu de fournisseurs nationaux en Chine avaient fait leurs preuves avec de telles vannes, c’est pourquoi l’expertise de YNTO a été recherchée.

Solution : Vannes à bille chimiques résistantes à la corrosion de YNTO

YNTO a abordé le problème sur plusieurs fronts – sélection des matériaux, conception de la vanne et personnalisation des accessoires de la vanne – pour créer une solution adaptée à l’usine HFC-134a. Le cœur de la solution consistait à déployer les vannes à boisseau sphérique résistantes aux produits chimiques de YNTO dans tous les sites de service HF critiques, complétées par des vannes compatibles pour d’autres tâches corrosives ou dangereuses dans l’usine.  Les principales caractéristiques de la solution étaient les suivantes :

 ·Construction en alliage à haute teneur en nickel : Pour les conduites contenant des HF les plus sévères, YNTO a fourni des vannes à boisseau sphérique en Hastelloy C276 (un alliage nickel-molybdène-chrome) pour leurs corps et leurs garnitures. Hastelloy C276 est connu pour sa résistance exceptionnelle à la chimie HF et fluor. L’utilisation d’un Hastelloy solide (ou parfois d’un acier inoxydable duplex avec garniture intérieure en Hastelloy garantissait que les composants métalliques de la vanne ne seraient pas rongés par l’acide. Ces vannes étaient de conception à brides, des vannes à boisseau sphérique à passage intégral pour simplifier l’entretien et permettre l’élimination des tiges si des solides s’accumulaient. Ils étaient équipés de sièges en PTFE ENC (encapsulé) – le PTFE, qui est inerte à HF, fournissait une étanchéité tandis que l’anneau de siège métallique situé derrière lui donnait une résistance mécanique.

 ·Vannes à bille revêtues de PTFE/FEP : Dans les parties du processus où les pressions étaient modérées, YNTO a déployé des vannes à bille doublées de fluoropolymère. Ces vannes avaient un corps en acier au carbone pour plus de résistance, mais comportaient un revêtement épais en PFA sur toutes les surfaces internes et une bille encapsulée dans du PFA. Essentiellement, le HF n’entrerait en contact qu’avec la doublure en fluoropolymère, et non avec le métal. Les vannes revêtues sont un excellent choix pour les services acides et offrent une solution plus économique que les alliages exotiques pour certaines parties de l’usine. YNTO a fourni des vannes à boisseau sphérique revêtues DN50-DN200 pour diverses lignes de transfert d’acide et l’isolation des réservoirs de stockage, lorsque la pression et la température de fonctionnement le permettaient. Chaque vanne a été testée en usine pour s’assurer que la doublure était exempte de défauts. L’utilisation de vannes à bille revêtues de PFA a donné à l’usine l’assurance que même si une petite quantité d’acide se trouvait dans une conduite, elle ne corroderait pas la vanne pendant les périodes d’inactivité.

 ·Vannes thermoplastiques pour systèmes auxiliaires : Le procédé HFC-134a implique également des flux d’utilité tels que le refroidissement par eau ou la neutralisation des déchets où les acides peuvent être dilués. YNTO a fourni des vannes à boisseau sphérique en plastique UPVC et PVDF dans certains de ces systèmes auxiliaires, par exemple dans l’unité d’épuration HF et les skids de neutralisation des acides résiduaires.  Les vannes à boisseau sphérique pneumatiques UPVC (y compris certaines conceptions à trois voies) ont été choisies pour leur haute résistance à la corrosion à faible concentration de HF et de fluorures.  Ces vannes en plastique étaient plus légères et plus faciles à installer sur des tuyauteries de petit diamètre. Ils étaient actionnés par les actionneurs pneumatiques de YNTO avec des composants internes recouverts de PTFE pour éviter tout dommage corrosif dans l’actionneur en cas de légères fumées. Bien que plastiques, ces vannes étaient robustes : la conception de la vanne à boisseau sphérique pneumatique en plastique présente un chemin d’écoulement en forme de L ou de T pour le service de déviation et est conçue pour être facile à entretenir (comme le montre son actionneur compact et facilement amovible et ses quelques pièces métalliques). 

 ·Etanchéité et emballage personnalisés : Pour toutes les vannes fournies, YNTO a accordé une attention particulière aux joints de tige et aux joints de corps. Ils ont utilisé une garniture en PTFE sans graphite sur les vannes à bille en alliage pour éviter le graphite (qui ne convient pas aux oxydants puissants comme le fluor). Certaines soupapes avaient des rondelles élastiques chargées sous tension sur le presse-étoupe pour maintenir la tension de la garniture, car le PTFE pouvait ramper avec le temps. Les joints de corps étaient en PTFE modifié qui pouvait gérer le HF sans écoulement à froid. De plus, si nécessaire, YNTO a ajouté des orifices de purge de sécurité et des chapeaux d’extension sur les vannes pour maintenir la zone de garnissage plus éloignée du fluide de traitement (il s’agit d’une approche courante dans le service d’acide sévère - un chapeau d’extension peut diluer et refroidir les vapeurs, protégeant ainsi l’emballage).

 ·Automatisation des vannes et intégration du contrôle : Le projet nécessitait que de nombreuses vannes soient connectées au système de contrôle distribué (DCS) de l’usine. YNTO a fourni des actionneurs pneumatiques (à double effet et à ressort de rappel) pour les vannes à bille, ainsi que des filtres à air, des positionneurs et des boîtiers de fin de course adaptés aux zones dangereuses. Les actionneurs choisis étaient en aluminium anodisé avec un revêtement extérieur en époxy épais – suffisant pour l’environnement extérieur – et tous les composants internes étaient compatibles avec les traces HF (fixations en acier inoxydable, joints toriques en viton, etc.). Pour les vannes de régulation (comme la commande d’alimentation HF), YNTO a fourni un positionneur haute résolution pour garantir que la vanne pouvait s’étrangler avec précision. Ces positionneurs intelligents disposaient également d’un retour d’information pour alerter si le couple de la soupape augmentait (ce qui pouvait indiquer un encrassement ou une corrosion précoce, agissant ainsi comme un outil de maintenance prédictive). En intégrant ces vannes dans le système de contrôle, les opérateurs de l’usine ont pu actionner à distance les vannes d’isolement critiques et surveiller en permanence les positions des vannes, ce qui est essentiel dans une opération dangereuse pour une réponse rapide.

Exemple de lien interne : De nombreux principes utilisés dans ce projet sont désormais une pratique courante dans les offres de produits de YNTO. Par exemple, la même série de vannes à bille pneumatiques à trois voies en plastique utilisée dans le système d’épuration HF est disponible pour d’autres clients qui ont besoin d’une déviation de l’écoulement résistante à la corrosion.  De même, les vannes en alliage à paroi mince (similaires aux vannes à bille pneumatiques en acier inoxydable de YNTO) démontrent comment une vanne légère mais à haute résistance peut être construite pour une utilisation chimique.

Résultat : un fonctionnement fiable et un succès à long terme de l’usine

Grâce à la solution mise en œuvre, l’usine de Xi’an Jinzhu HFC-134a a obtenu plusieurs résultats positifs :

 ·Fiabilité : Les vannes à boisseau sphérique chimiques YNTO fonctionnent depuis le démarrage en 2003 avec un excellent bilan de fiabilité. Au cours des trois premières années d’exploitation, la centrale n’a pas connu une seule fuite ou défaillance de soupape liée à HF dans les zones où les vannes YNTO ont été installées. Il s’agit d’une réalisation remarquable compte tenu de la nature agressive de HF. Les inspections régulières n’ont révélé aucun amincissement ou piqûre important sur les soupapes Astelloy, et les chemises en PTFE des soupapes revêtues sont restées intactes et exemptes de cloques. Le temps moyen entre les entretiens (MTBM) de ces vannes a largement dépassé celui de certaines vannes précédentes que le client avait utilisées dans des services moins agressifs.

 ·Sécurité : La centrale a maintenu un excellent dossier de sécurité en ce qui a trait au confinement des HF. Les opérateurs ont signalé que les vérifications de routine des presse-étoupes-piques et la surveillance de la zone n’ont jamais permis de détecter de fumées HF autour des vannes YNTO. L’étanchéité assurée par les sièges et les garnitures en PTFE a empêché les émissions fugitives. Ce niveau de confinement était crucial pour protéger les travailleurs ; il a également maintenu l’usine en conformité avec les réglementations environnementales (le HF est un polluant réglementé). En 2005, lorsque l’usine a doublé sa capacité (ajout d’une ligne supplémentaire de 5 000 t/an), les performances éprouvées des vannes YNTO ont permis à l’usine de choisir facilement YNTO comme fournisseur de vannes pour l’expansion. En effet, le projet initial est devenu un cas de référence qui a validé la technologie des vannes chimiques de YNTO pour le service HF.

 ·Performance : L’utilisation de vannes de régulation de débit de haute qualité a contribué à un contrôle stable du processus. Par exemple, la vanne de régulation de l’alimentation HF (une vanne à bille Hastelloy C avec un positionneur intelligent) a permis à la centrale de maintenir les concentrations HF du réacteur dans une bande étroite, optimisant ainsi l’efficacité de la réaction. Un meilleur contrôle a réduit la formation de sous-produits et a aidé l’usine à atteindre sa pureté de production cible dès le premier passage. Cela avait un avantage économique : moins de retraitement de matériaux non conformes et une consommation de matières premières plus faible. Les responsables de l’usine ont noté que l’investissement dans des vannes fiables a permis d’éviter les « petites gouttes » qui peuvent se transformer en grandes pertes dans les processus chimiques continus. Chaque vanne qui ne fuyait pas ou ne nécessitait pas d’arrêt pour réparation se traduisait par une augmentation du temps de fonctionnement et de la productivité de l’installation.

 ·Maintenance et support : L’implication de YNTO ne s’est pas arrêtée à la mise en service. Ils ont dispensé une formation à l’équipe d’entretien de l’usine sur la façon d’entretenir les vannes en toute sécurité (par exemple, comment remballer une tige sur les vannes Hastelloy si nécessaire, et comment inspecter la chemise d’une vanne revêtue). Au fil des ans, une maintenance préventive a été effectuée : quelques joints souples ont été remplacés lors d’un arrêt programmé après 5 ans, par mesure de précaution. La disponibilité des pièces de rechange et la rapidité du service après-vente (ils avaient un représentant local en Chine) ont permis à YNTO d’effectuer rapidement toute maintenance, sans longs temps d’arrêt pour les pièces. L’interchangeabilité de certains composants (comme les kits d’actionneurs) a également facilité la maintenance - YNTO a utilisé un montage d’actionneur standardisé, de sorte que le remplacement d’un actionneur était un travail plug-and-play.

Dans l’ensemble, le cas démontre à quel point une bonne sélection de vannes est essentielle pour surmonter les défis de la corrosion dans la fabrication de produits chimiques. En utilisant les vannes à bille chimiques spécialisées de YNTO, l’usine HFC-134a de Xi’an Jinzhu a non seulement résolu ses problèmes de corrosion immédiats, mais s’est également préparée à un fonctionnement durable à long terme. Le projet est devenu une vitrine pour YNTO dans l’industrie chimique chinoise, prouvant que la technologie des vannes domestiques pouvait répondre à des normes de classe mondiale pour des applications difficiles.

Conclusion

L’étude de cas de Xi’an Jinzhu Modern Chemical souligne l’importance de s’associer à des fournisseurs de vannes expérimentés pour les applications critiques face à la corrosion. En choisissant les vannes à boisseau sphérique chimiques YNTO, l’usine a bénéficié de matériaux et d’une conception adaptés aux besoins du processus, ce qui a permis une production sûre et continue de réfrigérant HFC-134a. Les problèmes qui auraient pu entraîner des pannes fréquentes ou des incidents de sécurité ont été évités grâce à la prévoyance technique et à un équipement de qualité. Pour les ingénieurs industriels et les équipes d’approvisionnement, cette réussite renforce un enseignement clé : dans les services corrosifs, la véritable valeur d’une vanne ne réside pas seulement dans son prix d’achat, mais aussi dans sa performance dans le temps. Investir dans les bonnes vannes, comme les solutions de YNTO, offre des dividendes en termes de fiabilité, de sécurité et d’efficacité des processus.

Pour plus d’informations sur les vannes de service chimique de YNTO, les lecteurs peuvent se référer aux pages de produits liées ci-dessus ou contacter YNTO pour des études de cas détaillées et des références. L’usine HFC-134a n’est qu’un exemple parmi d’autres : des solutions de vannes YNTO similaires permettent de traiter des fluides corrosifs dans des industries allant de la pétrochimie à la pharmacie.