Vannes à membrane aseptiques : le choix qualifié pour un meilleur rendement des installations

Pourquoi un choix qualifié de vannes à membrane aseptiques a-t-il un impact déterminant sur le rendement de vos installations ?

On ne le dira jamais assez : il n’y a pas de petit profit ! Ce proverbe français semble pourtant être trop souvent oublié dans les milieux industriels où les investissements en installations se chiffrent en millions. Le coût des « petites pièces » semble vite être considéré comme étant marginal par rapport au coût global. Une erreur !

La sélection des multiples produits composant l’ensemble industriel est parfois longue et fastidieuse, mais peut, en réalité, s’avérer être une source de rendement considérable si elle est bien menée lors de la phase d’ingénierie. En tant que fabricant de vannes industrielles, nous pouvons illustrer et justifier ce point en démontrant par exemple comment la bonne qualification des vannes à membrane aseptiques en milieu industriel contribue, in fine, à optimiser le rendement économique d’une entreprise.

La vanne à membrane aseptique : rouage essentiel dans le fonctionnement d’une installation industrielle

C’est bien souvent en cas – heureusement rare – de dysfonctionnement d’une installation industrielle que l’utilité et de la valeur des produits qui la composent émergent. Les vannes à membrane aseptiques n’échappent pas à cette règle et pour cause : ses propriétés fondamentales telles que la résistance à l’écoulement et la capacité de nettoyage, influent directement sur l’efficacité de l’ensemble de l’installation dont elles font partie. Un grain de sel dans ce rouage et c’est une perte directe de profits pour l’entreprise : interruptions ou pannes imprévues dans la chaine de production, défaillances entrainant une contamination de la production qui doit être jetée, rachats de pièces détachées, maintenance et réparation…le nombre et le montant de ces coûts indirects peuvent vite s’envoler ! Une façon de minimiser ces facteurs de risque est de bien qualifier le produit qui sera le maillon fort de l’installation, dont la profitabilité doit être préservée compte tenu de l’investissement.

La vanne à membrane aseptique : rouage essentiel dans le fonctionnement d’une installation industrielle

Dans notre exemple, une vanne à membrane aseptique joue ce rouage essentiel dans l’efficacité économique d’une installation (en milieu stérile industriel). En effet, ses propriétés intrinsèques et la qualité de sa fabrication vont assurer la fiabilité opérationnelle ainsi que la maintenabilité de l’ensemble de l’installation.

Quelles sont les caractéristiques fondamentales d’une vanne à connaître pour maîtriser l’efficacité et la fiabilité opérationnelle de l’installation ?

Une vanne est défectueuse et c’est l’ensemble de l’installation qui est impacté ainsi que son rendement. La vanne à membrane contient des composants d’usure avec en premier lieu la membrane, dont la durabilité va varier en fonction de l’activité d’exploitation (plus ou moins longue et exigeante).

Le rôle du fabricant de vannes est alors d’activer un processus d’amélioration continue des composants techniques de ses produits, avec pour double objectif d’augmenter l’excellence opérationnelle, tout en réduisant au maximum les taux d’erreur sur les installations (défaillances précoces, échecs aléatoires, usure due à l’âge du produit etc.).

La qualité du produit délivré – la vanne à membrane dans notre cas – devient le facteur clé de succès.

• La résistance au vieillissement du mélange de caoutchouc utilisé pour la membrane.
• Une membrane dans une chambre de logement
• Un support de la membrane à l’aide d’une spirale métallique

Ces caractéristiques vont soutenir la durabilité de la vanne et sa performance

Une membrane est susceptible de se dilater considérablement sous l’influence de la chaleur. Le chambrage entraîne une stabilisation latérale de la membrane et réduit les contraintes dynamiques auxquelles il est exposé. Le support arrière soulage la membrane en ce que la spirale métallique absorbe uniformément la pression exercée par le fluide et empêche les déformations inégales du joint. Lorsque la vanne se ferme, elle transfère également uniformément les forces de l’actionneur sur la membrane, ce qui a un effet positif sur la durée de vie de cette dernière.

Il faut également se demander dans quelle mesure les conditions du processus (par exemple, la pression, la température et la fréquence des conditions de vide) vont impacter la performance technique de la vanne à membrane sélectionnée. Bien qu’un surdimensionnement délibéré réduise le risque de défaillance, il serait contraire à l’optimisation des coûts.

Dans tous les cas, sécurité des processus de production, tests de mesures de surface, tests de pression et d’étanchéité des appareils doivent être opérés impérativement et préalablement à toute installation.

Un exemple qui illustre la conception structurelle où la membrane est centrée sur le corps de la vanne. Si seuls les boulons filetés sont utilisés pour le centrage, l’alignement entre la lèvre d’étanchéité et le déversoir peut être trop imprécis, en particulier pour les plus grands diamètres de membrane. D’un autre côté, si le centrage est défini en utilisant le diamètre extérieur de la membrane, les imprécisions possibles lors de l’assemblage et un changement de membrane sont réduits.

Maintenabilité de la vanne et maintien du rendement

Une vanne à membrane doit être maintenue ou remplacée en raison de l’usure de la membrane. Une autre raison réside dans les situations dans lesquelles différents produits de haute pureté sont alternativement fabriqués dans la même installation et pour lesquelles le risque de contamination croisée ou mutuelle doit être réduit. Dans les deux cas, il est important de remplacer la membrane dès que possible pour éviter des périodes d’arrêt improductives et des risques supplémentaires pour la phase de fonctionnement suivante.

La vanne à membrane présente un intérêt décisif par rapport à d’autres technologies de robinetterie telles que les vannes à boisseau sphérique et les vannes papillon : le corps de vanne peut rester dans la canalisation tandis que le système de manœuvre est retiré pour remplacer la membrane. Le siège d’étanchéité ne peut en aucun cas être endommagé ni être contaminé lors de la phase de maintenance. La membrane sera remplacée rapidement dans des conditions optimales.

Plus la vanne à membrane présentera une conception simplifiée, moins il y aura de risques d’erreur dans la maintenance opérée par le personnel de l’entreprise ou le prestataire extérieur, meilleurs seront sa maintenabilité et son rendement.

Deux exemples de maintenance simplifiée pour un meilleur rendement de la vanne :

• Une visserie unique de la tête et sans contre-écrous et des pièces de rechange uniforme et standard :

• Les vis sont directement vissées dans le corps. Cette conception ne comporte pas de contre-écrous qui pourraient tomber et pour lesquels un outil supplémentaire ou une troisième main libre sont nécessaires. Lors de la mise en place de l’actionneur, l’installateur n’a besoin que de maintenir l’élément amovible dans une main et la vis dans l’autre. De plus, les mêmes vis et rondelles sont utilisées quelle que soit la taille du corps de vanne. Une telle standardisation des pièces de rechange simplifie également la manutention et la mise en stock des pièces détachées.

• Montage simplifié de la membrane associé à un actionneur unique pour tous les corps de vanne :

• l’actionneur peut être utilisé pour tous les corps de vanne quel que soit le modèle (vanne 2 voies, vanne 3 voies, soupape multi-siège de la même taille) et peut donc être remplacé de manière flexible. De plus les coûts de l’inventaire des pièces détachées sont également réduits.

Il est donc recommandé que les ingénieurs de procédés et les sociétés d’exploitation analysent ces aspects de manière approfondie avant de sélectionner un type de vanne. Cela peut être fait sur une base théorique ou, mieux encore, en utilisant des vannes de test et en simulant l’ensemble du processus de maintenance.

En conclusion, le rôle des vannes à membrane aseptiques dans leur capacité à réduire les coûts d’exploitation d’une installation n’est qu’un exemple parmi tant d’autres dans le secteur industriel.

Il sert cependant à rappeler la nécessité pour les sociétés d’exploitation à associer le plus en amont possible les fabricants dans leurs projets et de ne pas négliger la qualité des produits au profit d’une rentabilité court terme.

Nicolas Faraji

Nicolas Faraji est Responsable des ventes de vannes industrielles SISTO-C dans la région Rhône-Alpes,. Diplômé d’un master à EM de Normandie il a 15 ans d’expérience dans le secteur de la robinetterie industrielle. Il a rejoint le groupe KSB en 2019.