ISO 4126-10:2010

NORME ISO
INTERNATIONALE 4126-10
Première édition
2010-10-01
Dispositifs de sécurité pour protection
contre les pressions excessives —
Partie 10:
Dimensionnement des soupapes de
sûreté pour les débits diphasiques
gaz/liquide
Safety devices for protection against excessive pressure —
Part 10: Sizing of safety valves for gas/liquid two-phase flow

Numéro de référence
©
ISO 2010
PDF – Exonération de responsabilité
Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier
peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence
autorisant l'utilisation de ces polices et que celles-ci y soient installées. Lors du téléchargement de ce fichier, les parties concernées
acceptent de fait la responsabilité de ne pas enfreindre les conditions de licence d'Adobe. Le Secrétariat central de l'ISO décline toute
responsabilité en la matière.
Adobe est une marque déposée d'Adobe Systems Incorporated.
Les détails relatifs aux produits logiciels utilisés pour la création du présent fichier PDF sont disponibles dans la rubrique General Info
du fichier; les paramètres de création PDF ont été optimisés pour l'impression. Toutes les mesures ont été prises pour garantir
l'exploitation de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation,
veuillez en informer le Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT

©  ISO 2010
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2010 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
4 Symboles et termes abrégés.8
5 Champ d'application de la méthode.12
5.1 Généralités .12
5.2 Limitations de la méthode de calcul du flux massique diphasique dans les soupapes de
sûreté.12
5.3 Limitations de la méthode de calcul du débit massique qu'il est requis de décharger.14
6 Étapes du dimensionnement .15
6.1 Lignes principales des étapes du dimensionnement.15
6.2 Étape 1 — Identification des contraintes de dimensionnement.16
6.3 Étape 2 — Régime d'écoulement à l'entrée de la soupape de sûreté.17
6.4 Étape 3 — Calcul du débit qu'il est requis de décharger .22
6.5 Étape 4 — Calcul du flux massique déchargeable à travers une soupape de sûreté.29
6.6 Étape 5 — Fonctionnement correct des soupapes de sûreté raccordées aux tuyauteries
d'entrée et de sortie.37
Annexe A (informative) Identification des scénarios de dimensionnement .41
Annexe B (normative) Dimensionnement des soupapes de sûreté .43
Bibliographie.49

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 4126-10 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 185, Dispositifs de sûreté pour la protection
contre les excès de pression.
L'ISO 4126 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Dispositifs de sécurité pour
protection contre les pressions excessives:
⎯ Partie 1: Soupapes de sûreté
⎯ Partie 2: Dispositifs de sûreté à disque de rupture
⎯ Partie 3: Soupapes de sûreté et dispositifs de sûreté à disque de rupture en combinaison
⎯ Partie 4: Soupapes de sûreté pilotées
⎯ Partie 5: Dispositifs de sûreté à décharge contrôlés contre les surpressions (DSDCS)
⎯ Partie 6: Application, sélection et installation des dispositifs de sûreté à disque de rupture
⎯ Partie 7: Données communes
⎯ Partie 9: Application et installation des dispositifs de sûreté autres que les dispositifs à disques de rupture
installés seuls
⎯ Partie 10: Dimensionnement des soupapes de sûreté pour les débits diphasiques gaz/liquide
iv © ISO 2010 – Tous droits réservés

Introduction
Il existe des recommandations bien établies pour définir le dimensionnement des soupapes de sûreté et des
tuyauteries d'évent connectées en entrée et en sortie, relatives à un écoulement monophasique gaz/vapeur
ou liquide, en régime constant. Cependant, dans le cas d'un écoulement diphasique, vapeur/liquide, la section
de décharge requise pour protéger un système contre la surpression est supérieure à celle exigée dans le cas
d'un écoulement monophasique, en considérant un récipient dans les mêmes conditions et avec le même
dégagement de chaleur. L'exigence d'avoir une plus grande section de décharge vient du fait que, dans
l'écoulement diphasique, le liquide bloque partiellement la vapeur s'écoulant par cette dernière, alors que c'est
par cet écoulement de vapeur que la majeure partie de l'énergie est éliminée du récipient par évaporation.
La présente partie de l'ISO 4126 comprend un outil technique, avec un vaste champ d'utilisation, destiné au
dimensionnement des soupapes de sûreté applicable à la plupart des soupapes de sûreté et des fluides les
plus courants rencontrés dans les divers domaines industriels. Il est basé sur la méthode «omega parameter»
étendue par un paramètre de non-équilibre thermodynamique. Sans cette extension visant à considérer le
non-équilibre, la méthode proposée est conforme à l'API RP 520. On tente d'établir un moyen terme entre la
précision de la méthode et les incertitudes inévitables de l'entrée et des données des caractéristiques dans
les conditions de dimensionnement réelles. Il existe d'autres méthodes de dimensionnement disponibles
auxquelles référence est faite dans la présente partie de l'ISO 4126.
En cas d'écoulement diphasique, l'état du fluide et donc le débit massique qu'il est requis de décharger
dépendent de la taille de la soupape de sûreté. En outre, le débit massique diphasique à travers une soupape
de sûreté dépend essentiellement de la qualité de l'écoulement massique (fraction de la masse de vapeur) du
fluide à l'entrée de la soupape. Puisque, dans la plupart des cas, ces paramètres ne sont pas facilement
accessibles pendant la conception d'un dispositif de décharge, la présente partie de l'ISO 4126 inclut donc
également un mode opératoire intégré complet, qui couvre la détermination de la composition de la phase du
fluide à l'entrée de la soupape de sûreté. Cette composition de phase du fluide dépend d'un scénario qui
conduit à l'augmentation de pression. Par conséquent, le mode opératoire de dimensionnement recommandé
commence par la définition du cas de dimensionnement et inclut une méthode destinée à la prévision du débit
massique à décharger et de la qualité résultante de l'écoulement massique à l'entrée de la soupape de sûreté.
S'il est confirmé que l'écoulement est monophasique jusqu'à la section droite d'écoulement la plus étroite, il
est approprié d'utiliser l'ISO 4126-1. Les équations de l'ISO 4126-1 sont également incluses dans la présente
partie de l'ISO 4126 afin de calculer les débits aux conditions limites de l'écoulement monophasique; elles
sont modifiées en fonction des unités SI utilisées.

NORME INTERNATIONALE ISO 4126-10:2010(F)

Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions
excessives —
Partie 10:
Dimensionnement des soupapes de sûreté pour les débits
diphasiques gaz/liquide
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 4126 spécifie le dimensionnement des soupapes de sûreté pour l'écoulement
diphasique gaz/liquide montées sur les systèmes sous pression tels que les réacteurs, les réservoirs de
stockage, les colonnes, les échangeurs thermiques, les systèmes de tuyauterie, ou les réservoirs/containers
de transport. Les états possibles du fluide à l'entrée de la soupape de sûreté qui peuvent entraîner un
écoulement diphasique sont donnés dans le Tableau 1.
NOTE L'expression «soupape de sûreté» renvoie aux soupapes décrites dans l'ISO 4126-1, l'ISO 4126-4 et
l'ISO 4126-5.
Tableau 1 — États possibles du fluide à l'entrée de la soupape de sûreté
pouvant entraîner un écoulement diphasique
États du fluide Cas Exemples
à l'entrée
de la soupape
liquide faiblement sous-refroidi (éventuellement autovaporisation dans la soupape eau froide
de sûreté)
saturé eau bouillante
avec gaz dissous CO /eau
gaz/vapeur vapeur presque saturée (éventuellement condensation dans la soupape de vapeur d'eau
sûreté)
gaz/liquide vapeur/liquide vapeur d'eau/eau
liquide non volatil et gaz non condensable (qualité constante) air/eau
mélange gaz/liquide, lorsque le gaz est désorbé ou produit

2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris tous les amendements).
ISO 4126-1, Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions excessives — Partie 1: Soupapes de
sûreté
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 4126-1 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
système sous pression
équipement, tel que réacteurs, réservoirs de stockage, colonnes, échangeurs thermiques, systèmes de
tuyauterie et réservoirs/containers de transport, protégé par une soupape de sûreté contre une accumulation
de pression non admissible
3.2 Pression
NOTE 1 Voir Figures 1 a) et 1 b) pour une illustration de la relation entre les pressions définies de 3.2.1 à 3.2.7.
NOTE 2 Contrairement à la définition utilisée dans les autres parties de l'ISO 4126, par exemple l'ISO 4126-1, toutes
les pressions sont exprimées en pression absolue et non pas en pression manométrique.

a)  Historique de pression idéalisé d'un système de réaction tempéré typique,
correctement dimensionné
Figure 1 — Relation entre les différentes pressions définies (suite)

2 © ISO 2010 – Tous droits réservés

b)  Historique typique de pression d’un système gazeux chauffé extérieurement avec un évent
Légende
p pression accumulée maximale admissible p pression de dimensionnement égale à p
MAA 0 set
comme montré à la Figure 1 a) et égale à p
over
p pression absolue de service maximale admissible
MAW
comme montré à la Figure 1 b)
p pression de début d’ouverture
set
p surpression
over
p pression de fermeture
reseat
∆p accumulation maximale admissible
A
p pression de service
operating
∆p changement en surpression
over
∆p chute de pression
BD
Figure 1 — Relation entre les différentes pressions définies
3.2.1
pression absolue de service maximale admissible
p
MAW
pression maximale acceptable en partie supérieure d’un système sous pression, dans sa position de service,
à une température déterminée
3.2.2
pression accumulée maximale admissible
p
MAA
somme de la pression de service maximale admissible et de l’accumulation maximale admissible
NOTE L’accumulation maximale admissible est établie par les règles d’exploitation applicables et par les
contingences d’incendie.
3.2.3
accumulation maximale admissible
∆p
A
augmentation de pression au-delà de la pression de service maximale admissible d’un système sous pression,
pendant la décharge au travers de la soupape de sûreté
NOTE L’accumulation maximale admissible est exprimée en unités de pression ou en pourcentage de la pression de
service maximale admissible.
3.2.4
pression de début d’ouverture
p
set
pression absolue prédéterminée à laquelle une soupape de sûreté commence à s’ouvrir au plus tard dans les
conditions de service
NOTE 1 La pression de début d’ouverture est la pression de début d’ouverture définie dans l’ISO 4126-1 exprimée en
pression absolue.
NOTE 2 Voir Figures 1 a) et 1 b) pour plus de détails.
3.2.5
surpression absolue
∆p
over
augmentation de pression au-delà de la pression de début d’ouverture de la soupape de sûreté, p
set
NOTE 1 La surpression absolue maximale est identique à l’accumulation maximale, ∆p , lorsque la pression de début
A
d’ouverture de la soupape de sûreté est établie à la pression de service maximale admissible du système sous pression.
NOTE 2 La surpression absolue est exprimée en unités de pression ou en pourcentage de la pression de début
d’ouverture.
3.2.6
surpression
p
over
pression maximale dans l’équipement en décharge, c’est-à-dire la pression inférieure ou égale à la pression
maximale accumulée
3.2.7
pression de dimensionnement
p
pression à laquelle toutes les données des caractéristiques, en particulier le facteur de compressibilité, ω,
sont calculées pour dimensionner la soupape de sûreté
NOTE Dans le cas des systèmes réactifs tempérés et hybrides, la pression de dimensionnement doit être égale à la
pression de début d’ouverture. Dans le cas des systèmes non réactifs et gazeux, l’ingénieur peut choisir une valeur de
pression de dimensionnement plus élevée, mais elle ne doit pas dépasser la pression accumulée maximale admissible.
3.2.8
pression critique
p
crit
pression critique hydrodynamique du fluide dans la section droite d’écoulement la plus étroite de la soupape
de sûreté et/ou dans un élargissement de la section de la ligne de sortie
NOTE À cette pression, le débit massique approche un maximum pour les conditions de dimensionnement données
du système sous pression. Quelle que soit la diminution de la pression aval, celle-ci n’augmentera pas davantage le débit.
Habituellement, la pression critique se produit dans la soupape de sûreté, c’est-à-dire dans le siège de soupape, la buse
d’entrée et/ou dans le corps de la soupape. Dans les longues lignes de sortie des soupapes de sûreté, de multiples
pressions critiques peuvent également apparaître.
3.2.9
rapport de pression critique
η
crit
rapport de la pression critique et de la pression de dimensionnement
4 © ISO 2010 – Tous droits réservés

3.2.10
contre-pression
p
b
pression qui existe à la sortie d’une soupape de sûreté, en raison de la pression dans le système de décharge
NOTE La contre-pression peut être constante ou variable ; c’est la somme de la contre-pression initiale statique et de
la contre-pression engendrée.
3.2.11
contre-pression engendrée
pression existant à la sortie de la soupape de sûreté provoquée par l’écoulement du fluide au travers de la
soupape et du système de décharge
3.2.12
contre-pression initiale statique
pression statique existant à la sortie de la soupape de sûreté, au moment où le dispositif est sollicité pour
fonctionner
NOTE La contre-pression initiale statique est le résultat de la pression dans le système de décharge provenant
d’autres sources.
3.2.13
perte de pression à l’entrée
∆p
loss
diminution de pression non récupérable due à l’écoulement dans la tuyauterie, depuis l’équipement à protéger
jusqu’à l’entrée de la soupape de sûreté
3.2.14
chute de pression
∆p
BD
différence entre la pression de début d’ouverture et la pression de fermeture
NOTE La chute de pression est normalement exprimée comme un pourcentage de la pression de début d’ouverture.
3.3 Débit
3.3.1
débit massique qu’il est requis de décharger du système sous pression
Q
m,out
débit massique qu’il est requis de décharger d’un système sous pression de façon que la pression n’excède
pas la pression accumulée maximale admissible dans l’équipement sous pression pendant le fonctionnement
de l’évent
3.3.2
débit massique d’alimentation entrant dans le système sous pression
Q
m,feed
débit massique maximal introduit dans le système sous pression à protéger par une ligne d’alimentation ou
par une vanne de régulation
3.3.3
flux massique déchargeable au travers de la soupape de sûreté
SV

m
débit massique réel, par unité de surface, à travers une soupape de sûreté aux conditions de
dimensionnement, calculé en rapport avec les coefficients certifiés de décharge relatifs aux écoulements
gazeux et liquide
NOTE Voir Équation (35).
3.3.4
coefficient de décharge relatif à l’écoulement
K 〈gaz〉
dr,g
K 〈liquide〉
dr,l
facteur de correction défini par le rapport du flux de masse théorique déchargeable à travers une soupape de
sûreté à un flux de masse déchargeable expérimentalement déterminé à travers une soupape du même
fabricant
NOTE Le coefficient de décharge est lié à la section droite du siège de la soupape et représente les imperfections de
l’écoulement à travers une soupape de sûreté, comparé à celui obtenu à travers un modèle de référence (buse idéale).
Les valeurs certifiées pour les écoulements de gaz et de liquide, K , sont habituellement fournies par les fabricants de
d
soupapes ou déterminés expérimentalement. Les coefficients de débit nominal K , égaux à 0,9 K sont employés pour
dr d
déterminer la section de dimensionnement de la soupape de sûreté.
3.4 Section d’écoulement
3.4.1
section de dimensionnement de la soupape de sûreté
A
résultat le plus important du mode opératoire de dimensionnement, conforme à la présente partie de
l’ISO 4126, requis pour sélectionner une soupape de sûreté convenablement dimensionnée
NOTE Il est important que le coefficient de décharge assigné et que le flux de masse déchargeable au travers de la
soupape de sûreté soient liés à cette aire spécifique. La section de dimensionnement est identique à la section du siège
de la soupape.
3.4.2
section d’écoulement effective de la ligne d’alimentation ou de la soupape de commande
A
feed
section d’écoulement de décharge d’une ligne d’alimentation ou d’une soupape de commande dans la ligne
allant au système sous pression
3.5 État du fluide
3.5.1
mélange gaz-liquide
mélange de fluides composé d’une partie liquide et d’une partie gazeuse, dans lequel le gaz n’est pas
nécessairement de la même composition chimique que le liquide
3.5.2
système tempéré
système fluidique dans lequel de l’énergie est éliminée de la phase liquide par évaporation ou par
autovaporisation
3.5.3
système gazeux
système fluidique dans lequel un gaz permanent est généré (par exemple par réaction chimique ou par
désorption d’une solution) et où aucune quantité significative d’énergie n’est éliminée du liquide par
évaporation, aux conditions du dimensionnement
3.5.4
système hybride
système fluidique qui présente, de façon significative, des caractéristiques à la fois d’un système tempéré et
d’un système gazeux, aux conditions de dimensionnement
3.5.5
réaction d’emballement thermique
réaction chimique exothermique non contrôlée
6 © ISO 2010 – Tous droits réservés

3.6
pression thermodynamique critique
p
c
propriété d’état, conjointement avec la température thermodynamique critique, au point critique
thermodynamique
3.7
température thermodynamique critique
T
c
propriété d’état, conjointement avec la pression thermodynamique critique, au point critique thermodynamique
3.8
température de dimensionnement
T
température du système sous pression, aux pressions de dimensionnement
3.9
excès de température
T
over
température maximale dans le système sous pression pendant le fonctionnement de l’évent
3.10
différence de température de saturation
∆T
over
différence entre la température de saturation à la surpression, p , et la température de saturation à la
over
pression de dimensionnement, p
3.11
condition de dimensionnement
condition dans le système sous pression définie par la pression de dimensionnement et par la température de
dimensionnement
3.12
seuil de remplissage critique
φ
limit
niveau initial maximal de remplissage de liquide (retenue de liquide) dans le système sous pression, aux
conditions de dimensionnement pour lesquelles l’écoulement de gaz ou de vapeur monophasique se produit,
pendant le fonctionnement de l’évent
NOTE Pour des niveaux de remplissage supérieurs, il est supposé qu’un écoulement diphasique a lieu.
3.13
niveau initial de remplissage de liquide
φ
niveau initial de remplissage de liquide (retenue de liquide) dans le système sous pression à protéger, aux
conditions de dimensionnement
3.14
ligne d’entrée
tuyauterie et raccords associés reliant le système sous pression à l’entrée de la soupape de sûreté
3.15
ligne de sortie
tuyauterie et raccords associés reliant la sortie de la soupape de sûreté à un dispositif de confinement ou à
l’atmosphère
4 Symboles et termes abrégés
Variable Définition Unité
A section d’écoulement effective de la ligne d’alimentation ou de la soupape de m
feed
commande
A aire de la surface totale mouillée exposée à un feu m
fire
A aire de la surface d’échange thermique, dans le système sous pression, en cas m

heat
d’apport externe de chaleur
A section minimale requise pour le siège de la soupape de sûreté (section de m
dimensionnement de la soupape de sûreté)
A section dans un récipient cylindrique vertical m
v
B coefficient global (maximum) de transmission thermique [voir Équation (23)] W/(m ·K)
heat
C coefficient d’écoulement —
c chaleur spécifique à pression constante J/(kg·K)
p
D diamètre intérieur d’un récipient cylindrique vertical m
vitesse d’augmentation de pression dans le système sous pression Pa/s
dp
dt
vitesse d’autoéchauffement due à la réaction dans le système sous pression K/s
dT
dt
F facteur environnemental relatif à l’apport de chaleur d’une source de chaleur —
(voir 6.4.3.2)
g accélération due à la pesanteur m/s
n
H hauteur du niveau de liquide dans un récipient cylindrique vertical (du fond du m

l
récipient jusqu’au niveau de liquide)
k paramètre de corrélation destiné à calculer la vitesse caractéristique de montée —
∞
des bulles
K coefficient de décharge de l’écoulement diphasique —

dr,2ph
K coefficient de décharge certifié d’une soupape pour un écoulement —
dr,g
monophasique gaz/vapeur
K coefficient de décharge certifié d’une soupape pour un écoulement —
dr,l
monophasique liquide
K facteur de décharge du liquide, pour une soupape de commande entièrement m /h
vs
ouverte, dans la ligne d’alimentation

m flux massique kg/(m ·s)
SV

m flux massique déchargeable au travers de la soupape de sûreté kg/(m ·s)
M masse totale de liquide dans le système sous pression aux conditions de kg
dimensionnement
M masse moléculaire kg/kmol
N facteur de retard à l’ébullition, représentant le non-équilibre thermodynamique —
p pression dans le système sous pression Pa
p contre-pression Pa
b
p pression thermodynamique critique Pa
c
p pression hydrodynamique critique Pa
crit
8 © ISO 2010 – Tous droits réservés

Variable Définition Unité
p pression absolue de service maximale admissible Pa
MAW
p pression accumulée maximale admissible Pa
MAA
p pression de dimensionnement Pa
p pression maximale dans l’équipement en surpression ; voir Figures 1 a) et 1 b) Pa
over
p pression de début d’ouverture Pa
set
q flux thermique dû au feu, sans dimension —
fire
Q débit massique qu'il est requis de décharger d'un système sous pression kg/s
m,out
Q débit massique d'alimentation entrant dans le système sous pression kg/s
m,feed
Q débit massique de masse déchargeable au travers de la soupape de sûreté kg/s
m,SV

Q apport de chaleur dans le système sous pression, soit par réaction W
d'emballement soit par chauffage externe
*

Q rapport de la chaleur sensible à la chaleur latente —
acc
* rapport du taux d'apport total de chaleur au flux d'énergie éliminé par unité de —

Q
in
temps par évaporation
*
apport moyen de chaleur sans dimension; voir Tableau 2, Équation (50) —

Q
mean
 apport de chaleur dans le système sous pression aux conditions de W
Q
dimensionnement; voir Tableau 2, Équation (52)
R constante universelle des gaz [8 314,2 J/(kmol·K)] J/(kmol·K)
T température dans le système sous pression K
T température thermodynamique critique K
c
T température maximale possible de la source extérieure de chaleur K
heat
T température du système sous pression, aux pressions de dimensionnement K
T température maximale pendant le fonctionnement de l'évent K
over
u vitesse superficielle du gaz dans le ciel d'un récipient cylindrique vertical aux m/s

g,0
conditions de dimensionnement
u vitesse caractéristique de montée de bulles de gaz/vapeur dans le liquide m/s
∞
v volume massique dans le système sous pression m /kg
V volume du système sous pression m
x qualité de l'écoulement massique, c'est-à-dire rapport du débit massique du gaz —
au débit massique total du mélange diphasique
Z facteur de gaz réel —
ε fraction de vide dans le système sous pression, aux conditions de —
dimensionnement, pour un mélange diphasique homogène
ε fraction de vide dans la section la plus étroite; voir Équation (37) —
seat
η rapport de pression, η ou η —
crit b
η rapport de la contre-pression de la soupape de sûreté à la pression de —
b
dimensionnement
η rapport de la pression critique —
crit
η rapport de la pression de saturation correspondant à la température de —
S
dimensionnement et la pression de dimensionnement (mesure de sous-
refroidissement du liquide); voir Équation (55)
Variable Définition Unité
κ coefficient isentropique —
ρ densité du fluide kg/m
ρ densité de l'eau pendant les expériences de mesurage de la valeur K à une kg/m

H O vs
température de 5 °C
σ tension superficielle N/m
φ seuil de remplissage critique —
limit
φ niveau initial de remplissage de liquide, aux conditions de dimensionnement —
ω facteur de compressibilité —
ω facteur de compressibilité à l'équilibre (N = 1) —
eq
Γ taux de production de gaz par unité de masse de liquide, c'est-à-dire débit (kg/s)/kg
massique de gaz par unité de l'ensemble de la masse liquide dans le système
sous pression
∆h chaleur latente de vaporisation J/kg
v
∆p chute de pression dans la ligne d'entrée ou dans la ligne de sortie Pa
∆p accumulation maximale admissible (accumulation, tel que définie dans Pa
A
l'ISO 4126-1)
∆p perte de charge entre la sortie de la vanne de régulation, dans la ligne Pa
feed
d'alimentation, et le système sous pression
∆p perte de charge à travers une vanne de régulation pendant les expériences de Pa

H O
mesure de la valeur K , définie à une différence de pression de 10 Pa
vs
∆p perte de charge de la ligne d'entrée Pa
loss
∆p surpression absolue Pa
over
∆T différence de température de saturation K

over
Ω viscosité dynamique Pa·s
Indice Signification
0 condition de dimensionnement
c propriété critique thermodynamique
crit condition critique hydrodynamique
CV amont de la vanne de régulation
exit sortie du système de tuyauterie
feed alimentation entrante dans le système sous pression
g phase gazeuse
i
composant du mélange liquide
ideal théoriquement parfait (adiabatique, sans friction)
j identification d'un composant du mélange liquide particulier
l phase liquide
MAA condition accumulée maximale admissible
10 © ISO 2010 – Tous droits réservés

Indice Signification
MAW condition de service maximale admissible
max valeur maximale
mean moyenne entre les conditions de service et les conditions à la pression accumulée maximale
admissible
out déchargeable du système sous pression
red condition réduite, c'est-à-dire exprimée par rapport à la propriété critique thermodynamique
seat condition dans la section droite d'écoulement la plus étroite de la soupape, par exemple le
siège de la soupape
set condition prédéterminée
loss usuellement pertes de charge
fire concernant la chaleur dégagée par un incendie
heat concernant une source de chaleur externe
b aval
over excès de pression ou de température
HO eau
in entrant
2ph débit diphasique
s sous-refroidissement
caractéristique de montée des bulles en phase liquide
∞
limit valeur limite (seuil)
operating conditions opératoires
reseat conditions de fermeture
sat condition de saturation de la phase liquide
SV à travers la soupape de sûreté
r valeur nominale réduite (voir 3.3.4)

Exposant Signification
a exposant dans l'équation de calcul du facteur de retard à l'ébullition, N; voir Équation (41)
* sans dimension
Légende
1 soupape de sûreté
2 ligne de sortie
3 ligne d'entrée
4 ligne d'alimentation
5 vanne de régulation
6 système sous pression
Figure 2 — Soupape de sûreté dans un système sous pression
5 Champ d'application de la méthode
5.1 Généralités
Un modèle d'écoulement homogène de non-équilibre, relatif à un mélange gaz/liquide monocomposant, est
considéré pour le dimensionnement de la soupape. Les mélanges à plusieurs composants, en phase gazeuse
ou liquide, sont considérés comme des systèmes monocomposant avec des données de caractéristiques (en
moyenne) égales à celles du mélange. L'écoulement est supposé être dans un état quasi stationnaire. Il est
recommandé de rester dans le champ d'application de la méthode, tel que donné en 5.2 et 5.3.
5.2 Limitations de la méthode de calcul du flux massique diphasique dans les soupapes de
sûreté
5.2.1 Généralités
Les limites d'application des modèles de calcul mis en œuvre dans la présente partie de l'ISO 4126 sont
données de 5.2.2 à 5.2.4.
12 © ISO 2010 – Tous droits réservés

5.2.2 Écoulements autovaporisants
La méthode est correcte pour des systèmes qui remplissent l'une ou les deux conditions suivantes.
a) L'excès de température est inférieur à 90 % de la température thermodynamique critique du fluide, telle
que donnée dans l'Équation (1).
b) La surpression est inférieure à 50 % de la pression thermodynamique critique du fluide, telle que donnée
dans l'Équation (2).
T
over
T=< 0,9 (1)
red
T
c
p
over
p=< 0,5 (2)
red
p
c
où
T est la température réduite;
red
p est la pression réduite;
red
T est la température maximale pendant le fonctionnement de l'évent, en kelvins;
over
p est la pression maximale pendant le fonctionnement de l'évent (pression accumulée maximale ou
over
moins), en pascals;
T est la température thermodynamique critique du fluide, en kelvins;
c
p est la pression thermodynamique critique du fluide, en pascals;
c
Si la pression réduite et la température réduite sont toutes les deux au-dessus des limites spécifiées, les
données de propriété changent trop rapidement et peuvent entraîner des erreurs inacceptables.
Les équations utilisées dans la méthode de dimensionnement pour prévoir les propriétés de l'écoulement
gaz/liquide conduisent en général à une surestimation de la section requise pour le siège de la soupape,
lorsque l'on considère des conditions au-dessus des limites dans les Équations (1) et (2), jusqu'au point
critique thermodynamique (voir la Référence [2]). Dans les cas où il est nécessaire que l'estimation de la
section du siège de soupape soit plus précise, il convient de suivre les recommandations données dans la
Référence [2]. D'autres commentaires relatifs au domaine d'application de la méthode sont donnés en 6.5.1.
Les limitations relatives au modèle dues à l'approximation linéaire de la relation de la densité et de la pression
sont commentées dans la Référence [26].
5.2.3 Écoulements autovaporisants pour les mélanges
Cette méthode peut être appliquée aux systèmes autovaporisants multicomposants dont la plage des
températures de saturation n'excède pas 100 K, comme indiqué dans l'Équation (3) pour les mélanges de
liquides chimiquement semblables.
TT−< 100 (3)
sat,ijsat,
où
T et T sont les températures respectives de saturation à la pression de dimensionnement pour les
sat,i sat,j
composants i et j, en kelvins.
Le composant i représente la plus haute température de saturation et le composant j la plus faible
température de saturation du mélange.
5.2.4 Gaz dissous
La méthode proposée ne peut pas s'appliquer directement aux cas où des quantités significatives de gaz sont
dissoutes dans le fluide qui est déchargé, typiquement dans les cas de haute pression avec des gaz tels que
le nitrogène ou l'hydrogène dissous dans un liquide.
La présence de gaz dissous doit être prise en compte car elle peut influencer les propriétés du mélange et le
débit massique au travers de la soupape de sûreté de façon importante. Par exemple, les conditions
thermodynamiques critiques du mélange peuvent être très différentes des conditions thermodynamiques
critiques des composants purs dans un mélange. Cela mène à un changement de la ligne de saturation. Aussi,
les autres propriétés telles que la chaleur de vaporisation, la densité du mélange liquide (par exemple de
polymères) ou la viscosité du mélange liquide peuvent être influencées. Même de petites quantités de gaz
dissous, qui désorbent en raison de la diminution de pression dans un flux liquide non vaporisant à travers la
soupape de sûreté, peuvent nettement réduire le débit massique en comparaison à un débit de liquide
uniquement.
S'il est nécessaire de prendre en compte la désorption de gaz, il est possible d'utiliser les équations de
conception pour les systèmes gazeux si d'autres informations fiables ne sont pas disponibles. La
temporisation (dans la phase d'atteinte de l'équilibre) durant la désorption des gaz doit être négligée. Pour un
calcul conservateur, la section du siège de la soupape sera estimée avec une qualité de débit massique du
mélange diphasique gaz/liquide en équilibre à la plus faible pression dans la section de base (débit homogène
d'équilibre entre l'entrée et l'assise de la soupape). Cela peut être, par exemple, la pression critique dans le
siège de la soupape de sûreté. Parce que la temporisation de la désorption est négligée, la qualité du débit
massique est surestimée et, donc, la section du siège de la soupape de sûreté est surdimensionnée.
5.3 Limitations de la méthode de calcul du débit massique qu'il est requis de décharger
5.3.1 Taux d'augmentation de température et de pression
Dans le cas d'un emballement de réaction, la vitesse d'autoéchauffement, en kelvins par seconde, de la
réaction dans l'équipement à la pression maximale pendant la décharge, p doit être inférieure à 2 K/s,
over
comme indiqué dans l'Équation (4):
dT
< 2 (4)
dt over
Cela est limité par la méthode relative au débit qu'il est requis de décharger, pour des réactions tempérées
traitées en 6.4.4.2. De plus, la vitesse maximum d'élévation de pression est limitée à 20 kPa/s (12 bar/min),
comme indiqué dans l'Équation (5):
dp
< 20 (5)
dt over
Si la vitesse d'autoéchauffement de la réaction et la vitesse d'élévation de pression sont considérablement
plus élevés que ces valeurs, une taille infaisable de la soupape pourrait en résulter.
L'expérience industrielle démontre qu'il convient de ne pas utiliser les soupapes de sûreté s'il y a une
augmentation excessive de pression pendant le temps d'ouverture de soupape. Les temps d'ouverture
typiques des soupapes à ressort sont de l'ordre de 80 ms à 120 ms. Il est nécessaire que la vitesse
d'augmentation de pression soit assez faible pour laisser le temps à la soupape d'arriver à la pleine ouverture
avant d'atteindre la p . Par conséquent, il convient de limiter le taux d'augmentation de pression à, au plus,
over
10 % de la surpression absolue, au-dessus de la pression de début d'ouverture de la soupape de sûreté,
dans le temps d'ouverture de la soupape. Dans la plupart des cas, cela conduit à des valeurs plus élevées
que la valeur limite recommandée de 20 kPa/s. Pour des pressions plus rapides, il peut être souhaitable
d'installer des disques de rupture.
14 © ISO 2010 – Tous droits réservés

5.3.2 Liquides non miscibles
La méthode de dimensionnement peut ne pas être directement applicable si des liquides non miscibles sont
présents dans le système, comme dans le cas de l'évent d'un réacteur de polymérisation par émulsion. Dans
ce cas, la cinétique de la réaction, développée à partir des expériences de laboratoire spécialisées, dépend
de l'état particulier d'agitation qui, en général, ne peut pas être extrapolé à l'échelle industrielle (voir la
Référence [22]).
6 Étapes du dimensionnement
6.1 Lignes principales des étapes du dimensionnement
Le dimensionnement d'un système de lignes d'évent basé sur une soupape de sûreté comprend les étapes
principales suivantes (voir Figure 3):
Étape 1: Identification des contraintes de dimensionnement (voir 6.2).
Toute déviation raisonnablement imaginable par rapport au fonctionnement normal de l'installation doit être
prise en considération pour identifier les contraintes de dimensionnement de la soupape. Le fait qu'une
déviation doive être considérée comme raisonnablement imaginable ou non peut dépendre des phénomènes
dangereux potentiels et des exigences de la réglementation locale. Les contraintes de dimensionnement sont
d'une importance primordiale pour le calcul des dimensions d'une soupape de sûreté et sont souvent plus
importantes que le type de méthode de calcul. Bien que la description des détails de l'analyse de risque soit
en dehors du domaine d'application de la présente partie de l'ISO 4126, une introduction est donnée en 6.2.
Étape 2: Détermination de la composition de phase du fluide à l'entrée de la soupape de sûreté (écoulement
mono ou diphasique); voir 6.3.
Étape 3: Calcul du débit massique qu'il est requis de décharger du système sous pression; voir 6.4.
Étape 4: Détermination du flux de masse déchargeable au travers de la soupape de sûreté; voir 6.5.
Étape 5: Vérification du fonctionnement correct de la soupape dans les systèmes de tuyauterie d'évent, dans
les conditions de l'installation; voir 6.6.
Dans les étapes précédentes, la soupape de sûreté a été dimensionnée sans considérer une quelconque
influence des lignes d'entrée et/ou de sortie raccordées ce qui peut conduire à une détérioration de la
capacité ou de la fonction de la soupape de sûreté. Une basse fréquence d'ouverture et de fermeture
(pompage) de la soupape ou une fluctuation de fréquence plus élevée (battement) peut se produire. Dans le
dernier cas mentionné, la soupape et/ou la ligne d'entrée et de sortie peuvent être endommagées.
Pour les étapes de dimensionnement suivantes, des recommandations et un mode opératoire de calcul
applicables en matière de pratique technique courante sont donnés de 6.2 à 6.6.
Figure 3 — Méthode de dimensionnement d'une soupape

6.2 Étape 1 — Identification des contraintes de dimensionnement
Les déviations raisonnablement concevables par rapport au fonctionnement normal de l'installation doivent
être identifiées et évaluées selon leur potentiel de risque de phénomènes dangereux en utilisant un processus
d'estimation des dangers et d'évaluation de la sûreté («process hazard assessment and safety evaluation» ou
PHASE); voir la Référence [3]. Plusieurs méthodes bien établies sont utilisées dans la pratique, telles que
l'étude de risque et d'opérabilité («hazard and operability study» ou HAZOP), voir la Référence [4]; l'analyse
préliminaire des risques («preliminary hazard analysis» ou PHA), voir la Référence [5]; l'analyse par
simulation («what-if analysis»), ou encore des méthodes plus quantitatives comprenant l'Analyse par arbre de
pannes («fault-tree analysis»), voir la Référence [6], et l'analyse par arbre d'événements («event-tree
analysis»), voir la Référence [7]. Ces méthodes sont souvent complétées par les listes préétablies, voir la
Référence [8], avec plusieurs niveaux de détail. Toutes ces méthodes apportent les moyens d'évaluer les
causes d'une augmentation de pression. Ces causes peuvent être liées aux changements de transfert de
masse et d'énergie, vers ou du système sous pression, ou à un
...