Vanne compacte à double blocage et purge pour une dépressurisation en toute sécurité dans les applications pétrolières et gazières
La fabrication additive permet de mettre en place une solution DB&B prête à être installée dans le cadre d'une modernisation, réduisant le volume des composants de plus de 70 % tout en intégrant l'ensemble des fonctionnalités dans un encombrement de 35 mm ; cette solution est désormais déployée sur l'une des installations offshore de Vår Energi.
Assurer une dépressurisation sûre et contrôlée des cavités des vannes reste un enjeu opérationnel majeur dans les environnements pétroliers et gaziers. Pour les systèmes déjà installés, en particulier dans le secteur gazier, les solutions de modernisation doivent répondre à des contraintes strictes en matière d'espace, de poids et de sécurité, sans nécessiter de remplacement coûteux des infrastructures existantes.
Valland S.p.A., un fabricant italien de vannes sur mesure, a relevé ce défi en mettant au point la vanne PVT : une vanne accessoire compacte de type « Double Block & Bleed » (DB&B), fabriquée par impression 3D, conçue pour être installée a posteriori sur des vannes principales existantes.
Fabriqué par Valland3D, la division de fabrication additive de Valland, ce composant tire parti de l'FA de métal sur un systèmeEOS M 290 , ce qui permet d'atteindre un niveau d'intégration fonctionnelle et de compacité impossible à obtenir avec les méthodes de fabrication traditionnelles.
Défi
Dans les vannes à double expansion, la dépressurisation en toute sécurité de la cavité de la vanne posait des défis tant sur le plan opérationnel que sur celui de la sécurité.
L'installation existante ne disposait pas d'un système DB&B, ce qui rendait la dépressurisation longue et difficile à surveiller, et constituait un risque potentiel en matière de santé, de sécurité et d'environnement (HSE) en raison de l'exposition aux hydrocarbures.
Des complications supplémentaires sont apparues dans les applications gazières, où la dépressurisation via des orifices de purge standard pouvait entraîner la formation d'hydrates, provoquant l'arrêt complet du processus.
D'un point de vue mécanique, les contraintes étaient tout aussi strictes :
- Les modules DB&B standard étaient trop lourds pour les raccords filetés NPT de ½ pouce existants,
- ce qui augmente le risque d'endommagement ou de rupture du filetage,
- et ce qui les rend inadaptés à une mise en œuvre a posteriori.
Il est important de noter que les méthodes de fabrication traditionnelles – usinage, moulage ou forgeage – ne permettaient pas d'obtenir une conception alliant l'ensemble des fonctionnalités DB&B, des dimensions compactes et un faible poids, tout en respectant l'encombrement d'installation requis.
En conséquence, les exploitants n'avaient souvent d'autre choix que de remplacer l'ensemble de la vanne principale, ce qui entraînait des coûts importants et des temps d'arrêt prolongés.
Solution
Pour surmonter ces contraintes, Valland a mis au point une solution native pour l'FA: la vanne PVT, entièrement conçue pour la fabrication additive.
Grâce au frittage laser de métal sur les matériaux « EOS M 290 » et «super duplex F55», Valland3D a mis au point une vanne accessoire compacte capable d’assurer l’intégralité des fonctionnalités DB&B dans un espace de conception extrêmement restreint. La conception intègre une première barrière de pression, un canal d’évacuation, une deuxième barrière et une sortie, le tout sur une longueur totale de seulement 35 mm.
L'un des principaux avantages de cette conception issue de la fabrication additive réside dans la répartition optimisée de la masse, qui rapproche le centre de gravité du corps principal de la vanne. Cela permet de réduire les contraintes mécaniques exercées sur le raccord fileté et de minimiser le risque de défaillance.
Le processus de fabrication, y compris les paramètres d'impression et de traitement thermique, a été développé en interne par Valland3D et validé conformément à la norme DNV-ST-B203, garantissant ainsi que le composant répond aux exigences strictes du secteur en matière de conditions d'utilisation extrêmes. Le composant a été certifié au niveau 2 de l'AMC dans le cadre de la norme DNV, ce qui démontre que tant le processus de fabrication que l'approche d'assurance qualité répondent aux exigences associées aux applications critiques en termes de sécurité et de performances.
Dans ce contexte, la conception fonctionnelle de la vanne PVT joue un rôle central. Ce composant repose sur une configuration « Double Block & Bleed », permettant une isolation sûre et une dépressurisation contrôlée tout en garantissant la compatibilité avec les systèmes existants.
« La fabrication additive nous a permis de réduire le volume du composant de plus de 70 % par rapport à la conception la plus compacte que nous aurions pu obtenir avec des méthodes soustractives. Sur une longueur de seulement 35 mm, nous avons intégré quatre canaux internes indépendants : une première barrière, un drain, une deuxième barrière et une sortie. Cela serait tout simplement impossible avec n’importe quel procédé traditionnel. »
Gianluca Acquistapace, responsable de l’ FA , Valland3D
Résultats
C'est dans ses performances en conditions réelles d'exploitation que l'impact de la vanne PVT se révèle le plus clairement. En offrant une fonctionnalité « Double Block & Bleed » (DB&B) complète dans un format extrêmement compact, cette solution apporte une réponse à un défi de terrain de longue date qui ne pouvait être résolu avec les approches conventionnelles.
Du point de vue opérationnel et de la sécurité, les avantages sont considérables. La vanne PVT permet une dépressurisation sûre et contrôlée de la cavité, réduisant ainsi considérablement l'exposition des opérateurs aux hydrocarbures. Parallèlement, elle élimine les problèmes tels que la formation d'hydrates lors de la dépressurisation, qui peuvent interrompre ou retarder le processus. En conséquence, les opérateurs font état d'une réduction substantielle du temps nécessaire à chaque intervention, ce qui se traduit par des opérations sur le terrain plus efficaces et plus prévisibles.
Au-delà de ces améliorations opérationnelles, la solution fait preuve d’une maturité industrielle totale. Le processus de fabrication a été certifié conforme à la norme DNV-ST-B203, et plus de 100 unités ont déjà été produites, testées et déployées sur le terrain. Des essais de validation approfondis, notamment des essais de pression, des essais d’émissions fugitives et des essais de résistance au feu, confirment l’adéquation du composant aux applications exigeantes du secteur pétrolier et gazier. Son déploiement sur l’une des installations offshore de Vår Energi confirme en outre les performances de la solution dans des conditions d’exploitation réelles.
L'intérêt économique de cette solution réside principalement dans sa capacité à être installée a posteriori. En pouvant être montée sur des vannes déjà en service, la vanne PVT évite de devoir procéder au remplacement coûteux de vannes principales entières. Cela permet non seulement de réduire les dépenses d'investissement, mais aussi de minimiser les temps d'arrêt et les perturbations opérationnelles.
« La vanne PVT utilise une configuration à double blocage et purge, avec des barrières primaire et secondaire constituées de vannes à pointeau et d'un bouchon de purge entre les deux. Elle peut être conçue avec la même interface d'entrée que la vanne sur laquelle elle est installée, ce qui permet de l'adapter à des équipements déjà en service. » Daniele Brambilla, directeur de l'ingénierie, Valland
Conclusion
Avec la vanne PVT, Valland démontre comment la fabrication additive permet de créer non seulement des améliorations progressives, mais aussi des produits qui étaient auparavant irréalisables.
En alliant liberté de conception, performances des matériaux et qualification des procédés, Valland3D a mis au point une vanne DB&B compacte et prête à être installée sur des équipements existants, qui répond directement aux défis concrets en matière de santé, de sécurité et d'environnement (HSE) ainsi qu'aux défis opérationnels rencontrés dans le secteur pétrolier et gazier.
Ce projet met en avant le rôle de l'FA e métallique en tant que moteur d'innovation pour des applications soumises à des contraintes très strictes, là où les méthodes de fabrication conventionnelles atteignent leurs limites.
