Introduction

Une canalisation d’eau minière peut fonctionner à une pression parfaitement stable pendant la majeure partie de la journée.

Puis une pompe s'arrête.

Une vanne se ferme.

Le courant est interrompu.

La pression à l’intérieur du pipeline change soudainement.

La pression affichée pendant le fonctionnement normal peut avoir été bien dans la plage nominale du pipeline, mais le pipeline peut subir une pression temporaire beaucoup plus élevée pendant cet événement.

Ce phénomène est connu sous le nomcoup de bélier, ou une surpression.

Il s’agit de l’un des problèmes de pipeline les plus faciles à ignorer, car il peut survenir pendant quelques secondes seulement. Cependant, pour une longue canalisation d’eau minière, une courte poussée de pression peut toujours être importante.

Comprendre les coups de bélier aide les acheteurs à éviter une autre erreur courante : sélectionner un tuyau en PEHD uniquement en fonction de la pression de service normale.

La pression normale et la pression de surtension ne sont pas les mêmes

Supposons qu’une canalisation d’eau de mine fonctionne normalement à 1,6 MPa.

Si la pompe fonctionne régulièrement, la pression peut rester proche de cette valeur.

Mais l’eau a une masse et une quantité de mouvement.

Lorsque le débit change brusquement, l’eau en mouvement ne s’arrête pas instantanément. Le changement crée une onde de pression qui traverse le pipeline.

La pression qui en résulte peut temporairement dépasser la pression de service normale.

C’est l’idée de base derrière les coups de bélier.

L'augmentation exacte de la pression dépend de facteurs tels que la vitesse d'écoulement, la longueur du pipeline, les propriétés du fluide, les caractéristiques du tuyau et la rapidité avec laquelle le débit change.

Pour l’acheteur, le point important est simplement le suivant :

La pression normale sur le manomètre n'est pas nécessairement la pression maximale que le tuyau subira.

Pourquoi les pipelines miniers peuvent-ils être sensibles aux coups de bélier ?

Les systèmes d’eau minière présentent souvent plusieurs conditions qui rendent les transitoires de pression pertinents.

Les longs pipelines sont courants.

Les stations de pompage peuvent être séparées du point d'utilisation de l'eau-par de grandes distances.

Les changements d'altitude peuvent être importants, en particulier dans les mines souterraines.

Les vannes peuvent être actionnées lors des changements de production.

Les coupures de courant peuvent arrêter les pompes de manière inattendue.

Les clapets anti-retour peuvent également se fermer rapidement dans certaines conditions.

N'importe lequel de ces événements peut produire un transitoire de pression.

Plus le pipeline est long et complexe, plus il devient important de comprendre comment le système réagit aux changements soudains de débit.

Le PEHD gère-t-il mieux les coups de bélier que les tuyaux rigides ?

Le PEHD a ici une caractéristique utile : la flexibilité.

Lorsque la pression augmente à l’intérieur d’un tuyau en PEHD, la paroi du tuyau peut se dilater légèrement. Cette flexibilité peut réduire la gravité de certains transitoires de pression par rapport à un tuyau très rigide.

C’est l’une des raisons pour lesquelles le polyéthylène est largement utilisé dans les systèmes d’eau sous pression.

Mais ce serait une erreur d'interpréter cela comme "le PEHD n'a pas de problèmes de coups de bélier".

Il peut encore subir des coups de bélier.

Si la pression transitoire est suffisamment élevée, elle peut dépasser les conditions de fonctionnement prévues du tuyau ou imposer des charges excessives sur les raccords et les connexions.

La flexibilité du PEHD réduit certains risques. Cela n’élimine pas la nécessité de concevoir un système.

L'arrêt de la pompe est un déclencheur courant

Prenons l’exemple d’une longue canalisation d’eau de mine alimentée par une pompe.

Dans des conditions normales, l'eau coule en continu.

Imaginez maintenant une panne de courant inattendue.

La pompe s'arrête rapidement.

La colonne d'eau continue de se déplacer pendant une courte période, créant une condition transitoire.

La réponse en pression peut se propager à travers le pipeline et interagir avec les vannes, les coudes, les changements d'élévation et d'autres composants.

Si le système avait été conçu uniquement autour d'une pression en régime permanent-, cet événement aurait peut-être été négligé.

C'est pourquoi le fonctionnement de la pompe doit faire partie de la discussion sur la sélection des tuyaux-.

La fermeture de la valve peut créer un autre problème

Il n’est pas nécessaire qu’une vanne soit complètement fermée pour influencer la pression du pipeline.

Plus le débit est modifié rapidement, plus le risque de surpression est grand.

Une vanne à actionnement rapide peut donc créer un transitoire plus sévère qu'une vanne qui se ferme progressivement.

Ceci est particulièrement pertinent dans les systèmes dans lesquels les opérateurs contrôlent manuellement le débit d'eau ou dans lesquels les vannes automatiques réagissent rapidement aux changements dans le processus.

La solution ne consiste pas nécessairement à spécifier une conduite à pression-beaucoup plus élevée.

Contrôler la vitesse du changement de pression peut être beaucoup plus efficace.

Pourquoi les raccords sont aussi importants

Les coups de bélier n’agissent pas uniquement sur les tuyaux droits.

Les ondes de pression traversent tout le système.

Les coudes, tés, réducteurs, vannes, brides et autres raccords sont exposés au changement de pression.

Un pipeline peut donc avoir une paroi de canalisation capable de gérer les transitoires tandis qu'une connexion mal sélectionnée ou mal supportée devient le point vulnérable.

C'est pourquoi les tuyaux, les raccords et la méthode de connexion doivent être traités comme un seul système.

Pour un projet minier, spécifier correctement le tuyau droit ne représente qu'une partie du travail.

Pourquoi les longs pipelines méritent plus d’attention

La longueur du pipeline affecte le comportement des ondes de pression.

Un tuyau court peut réagir différemment d’une longue conduite de transfert d’eau.

Les systèmes d'eau minière peuvent s'étendre sur des distances considérables, en particulier lorsque l'eau doit être déplacée des chantiers souterrains vers la surface ou entre des zones éloignées d'une mine.

La combinaison de longues distances, d’une vitesse d’écoulement élevée et de changements brusques de pompe ou de vanne peut rendre les transitoires de pression plus importants.

Cela ne signifie pas que chaque long pipeline en PEHD subira de graves coups de bélier.

Cela signifie que cette possibilité doit être envisagée avant la construction du système.

Un indice PN plus élevé peut-il résoudre les coups de bélier ?

Pas automatiquement.

Une classe de pression plus élevée offre une plus grande capacité de pression, mais elle ne supprime pas elle-même la surpression.

Si un système produit régulièrement un transitoire important, la simple installation d'un tuyau-de puissance supérieure n'est peut-être pas la solution la plus efficace.

Selon le système, les coups de bélier peuvent être gérés par un arrêt contrôlé de la pompe, un fonctionnement progressif des vannes, des vases d'expansion, des chambres à air, des clapets anti-retour appropriés ou d'autres mesures hydrauliques.

La solution appropriée dépend du pipeline réel.

La pression nominale du tuyau doit toujours tenir compte des conditions de pression attendues, mais le système ne doit pas s'appuyer uniquement sur la résistance du tuyau pour absorber chaque transitoire.

Coups de bélier et-durée de vie des canalisations à long terme

Une surpression ne signifie pas nécessairement une défaillance immédiate de la canalisation.

Le problème devient encore plus grand lorsque les transitoires de pression se produisent de manière répétée.

Des cycles fréquents peuvent exposer le tuyau et ses connexions à des changements répétés de contraintes.

Sur une longue période de service, les fluctuations répétées de pression font désormais partie de l'historique d'exploitation du pipeline.

Pour les pipelines miniers censés fonctionner en continu pendant des années, c’est une autre raison de comprendre le profil de pression complet plutôt que seulement la pression d’exploitation moyenne.

Paramètres typiques des tuyaux miniers en PEHD

Ce sont des plages typiques ; les spécifications réelles du tuyau doivent être confirmées en fonction des exigences du produit et du projet sélectionnés.

FAQ

Qu’est-ce que le coup de bélier ?

Le coup de bélier est un changement rapide de pression provoqué par un changement soudain du débit d’eau, tel qu’un arrêt de pompe ou une fermeture rapide de vanne.

Les coups de bélier peuvent-ils endommager les tuyaux en PEHD ?

Une forte surpression peut dépasser les conditions normales de fonctionnement et exercer une contrainte supplémentaire sur les tuyaux, les raccords et les connexions. La flexibilité du PEHD peut aider à réduire certains effets transitoires, mais elle n'élimine pas le risque.

Les coups de bélier sont-ils importants dans les canalisations d’eau de mine ?

Cela peut être le cas, en particulier dans les longues canalisations sous pression comportant des pompes, des vannes et des dénivelés importants.

Un PN1,6 MPa est-il suffisant si la pression normale est de 1,6 MPa ?

Pas nécessairement. Le système doit également prendre en compte une éventuelle pression transitoire supérieure à la valeur de fonctionnement normale.

Peut-on réduire les coups de bélier sans changer de conduite ?

Souvent, oui. Le contrôle de la pompe, le fonctionnement progressif des vannes, des clapets anti-retour appropriés et un équipement de contrôle des surtensions-peuvent réduire les transitoires de pression en fonction du système.

Conclusion

Un pipeline minier ne subit pas uniquement la pression affichée lors d’un fonctionnement normal.

Les pompes démarrent et s'arrêtent. Les vannes s'ouvrent et se ferment. Des pannes de courant se produisent. Le flux change.

Chaque événement peut produire une surpression temporaire.

La flexibilité du PEHD lui confère une résistance utile aux transitoires de pression, mais les acheteurs ne doivent pas supposer que cela rend les coups de bélier inutiles.

L'approche la plus sûre consiste à comprendre l'état de fonctionnement complet avant de sélectionner le tuyau.

Pour un pipeline minier sous pression, une question mérite de se poser avant de passer commande :

Quelle est la pression la plus élevée que le système peut réellement subir lorsque quelque chose change soudainement ?

Ce chiffre peut être très différent de la pression de service normale.

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