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Manuel du condensat
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Manuel du condensat
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Avec énergie vers le futur
Manuel du condensat GESTRA
Préface La publication de la 14ème édition du manuel du condensat souligne la
demande toujours aussi importante et l’actualité des sujets traités. Le
contenu a été remanié en tenant compte de l’état actuel de la technique,
corrigé en ce qui concerne notre programme de livraison et complété
avec les nouveaux développements.
Cet ouvrage spécialisé est basé sur plusieurs décennies d’expériences
pratiques en entreprise dans le domaine de la vapeur et de la récupération des condensats. Les principaux sujets sont donc le choix du
meilleur purgeur à installer pour une application particulière et l’explication des utilisateurs de vapeur habituels avec leurs exigences au niveau
de la purge de condensat conforme aux procédés. Ces sujets ont été
complétés par des consignes de montage et des schémas. Des
tableaux et des graphiques pour le dimensionnement des tuyauteries et
des purgeurs donnent des recommandations pour la disposition et le
fonctionnement optimaux des systèmes condensat/vapeur.
Ce manuel ne fournira pas une réponse à toutes les questions. Dans ce
cas, veuillez vous adresser directement à GESTRA à Brême.
1ère édition 2012
Page
Contenu
Abréviations
4
1. Purgeurs 9
2. Règles de base de la purge de condensat
(avec exemples)
27
3. Choix des purgeurs
40
4. Les principaux échangeurs de chaleur – exemples d’application
(choix des purgeurs les plus appropriés)
43
5. Contrôle des purgeurs
83
6. Utilisation de la chaleur sensible du condensat
91
7. Désaération des échangeurs de chaleur
94
8. Systèmes de retour de condensats
95
9. Purge d’installations à air comprimé
99
10. Dimensionnement des tuyauteries de condensat
107
11. Dimensionnement des tuyauteries de vapeur
117
12. Calcul du débit de condensat
118
13. Régulation de la pression et de la température
125
14. Utilisation avantageuse des clapets de retenue
133
15. Clapets antiretour
137
16. Diagrammes pour la sélection des purgeurs GESTRA
141
17. Robinetteries pour applications spécifiques
155
Signes conventionnels pour centrales thermiques
161
Symboles et abréviations internationaux
165
Désignations des matériaux
166
Mots clés
168
Abréviations
Désignation exacte des abréviations utilisées pour les
appareils GESTRA dans les différents chapitres
AK
Robinet de purge automatique GESTRA pour la purge de démarrage
BK
Purgeur GESTRA Duo BK
Purgeur thermostatique/thermodynamique avec régulateur en acier Duo
MK
Purgeur GESTRA MK. Purgeur thermostatique à membrane autorégulatrice
mono
DK
Purgeur thermodynamique
UNA Duplex Purgeur à flotteur GESTRA UNA avec thermostat pour désaération
automatique
UNA Simplex Purgeur à flotteur GESTRA UNA sans thermostat
GK
Purgeur GESTRA Super GK. Purgeur thermodynamique à tuyère étagée
RK
Clapet de retenue GESTRA DISCO à intercaler entre deux brides
TK
Purgeur GESTRA Duo Super TK. Purgeur thermostatique à commande
auxiliaire thermique par membranes autorégulatrices mono
TD
Assécheur mécanique GESTRA pour vapeur
TP
Assécheur mécanique/séparateur GESTRA pour air comprimé et gaz
UBK
Purgeur GESTRA UBK. Purgeur thermostatique pour l’évacuation du
condensat sans revaporisation
UNA 2
Purgeur à flotteur GESTRA UNA 23/25/26/27
4
UNA 1
Purgeur à flotteur GESTRA UNA 14/16
VK
Vaposcope GESTRA Verre de regard pour le contrôle d’écoulement
VKP
Vapophone GESTRA : détecteur à ultrasons pour le contrôle des fuites de
vapeur des purgeurs
VKP-Ex
Vapophone GESTRA : détecteur à ultrasons pour le contrôle des fuites de
vapeur des purgeurs (antidéflagrant)
VKE
Dispositif de contrôle GESTRA pour purgeurs
ZK
Robinet de réglage GESTRA à tuyère étagée radiale
Membrane H Membrane autorégulatrice mono GESTRA pour températures d’ouverture
5 K en dessous de la température de vapeur saturée
Membrane N Membrane autorégulatrice mono GESTRA pour températures d’ouverture
Membrane U Membrane autorégulatrice mono GESTRA pour températures d’ouverture
5
1. Page
Purgeurs
1.1. Critères d’évaluation
1.2. Les différents purgeurs GESTRA
12
1.2.1. Purgeurs thermostatiques/thermodynamiques avec
régulateur en acier Duo, série BK
12
1.2.2. Purgeurs thermostatiques à membrane autorégulatrice mono,
série MK
14
Rhombusline est bien plus qu’une nouvelle famille de
purgeurs GESTRA
16
1.2.4. Purgeurs thermostatiques pour débits de condensats
extrêmement élevés, série TK
17
1.2.5.
Purgeurs thermostatiques pour l’évacuation du
condensat sans revaporisation, série UBK
17
1.2.6.
Purgeurs à flotteur, série UNA
18
1.2.7. Purgeurs thermodynamiques, type DK
19
1.2.8. Purgeurs thermodynamiques à tuyère étagée, série GK
et à tuyère étagée radiale, série ZK
20
1.2.9.
Nouveaux systèmes de purge pour utilisation dans
les centrales électriques
21
1.2.3. 9
1. Purgeurs
1.1. Critères d’évaluation
Le purgeur universel n’existe pas. Il faut choisir au cas par cas le système qui
convient le mieux.
Le choix du purgeur le plus approprié du point de vue technique dépend de
plusieurs critères, parmi lesquels :
- ses caractéristiques de régulation et son débit, qu’il soit utilisé seul (par exemple
utilisation pour des gammes de pression importantes, des fluctuations de pression importantes, des débits importants) ou non (par exemple pour des fluctuations de débit et de pression importantes) ;
- sa capacité de se désaérer de lui-même et de désaérer l’installation ;
- les possibilités d’installation et d’entretien ;
- sa longévité ; sa possibilité d’utilisation pour la contre-pression, etc. (Fig. 1).
Les principaux critères d’évaluation techniques ainsi qu’une évaluation des types
de purgeur fabriqués par GESTRA sont résumés dans la figure 2.
Caractéristiques du purgeur
Exigence de base
Evacuation du condensat sans perte de vapeur vive
Désaération automatique
Exigences supplémentaires
Pas d’influence sur le procédé de chauffage, pas d’accumulation
Utilisation de la chaleur sensible du condensat par accumulation
Application universelle
- gamme de pressions importante
- gamme de contre-pressions importante
- gamme de débits importante
- fluctuations de débit et de pression importantes
- installations régulées
Coûts réduits
-
installation simple
entretien minimal
résistance à la corrosion
insensibilité à l’encrassement
résistance au gel
insensibilité aux coups de bélier
longue durée de vie
nombre de modèles réduits
Fig. 1
9
Purgeurs
MK
(avec membrane
de refroidissement)
MK « U »
(avec membrane
standard)
Purgeurs Duo
Purgeurs Duo Super
Purgeurs à flotteur
BK
TK
UNA, UNA SPECIAL
Duplex
Tuyauteries de vapeur saturée
Nourrices de vapeur
Tuyauteries de vapeur surchauffée
Aérothermes avec régulation côté vapeur (installations de climatisation)
Humidificateurs d’air
Réservoirs d’eau chaude avec régulation
Préchauffeurs tubulaires avec régulation
Bains avec régulation
Autoclaves
Séchoirs à tapis
Tables chauffantes, plateaux de séchage
Presses à étages (plateaux raccordés en parallèle)
Calandres à vapeur
Cylindres-sécheurs avec écope
Bains avec serpentins de chauffage (pente descendante constante)
Tambours à vulcaniser
Machines pour le nettoyage à sec
Chauffage par enveloppe
Préchauffeurs tubulaires, sans régulation
Marmites avec serpentins de chauffage
Marmites avec enveloppe vapeur
Chaudières à brasser, débit moyen
Assécheurs de vapeur
Echangeurs à contre-courant, avec régulation
Duplex
Grands cuiseurs
Chaudières à brasser, grand débit
Evaporateurs, grand débit
Duplex
à
à
à
à
à
flotteur
flotteur
flotteur
flotteur
flotteur
Duplex / MK / BK
Simplex / BK
Duplex / MK
Duplex / MK
Duplex / MK
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Exécution « P »
Simplex
Distillats et dérivés chimiques
10
Duplex
avec by-pass
Purge de tuyauteries d’air comprimé
Fig. 2
Duplex
Radiateurs à vapeur
Aérothermes, avec régulation côté air
(formation de condensat seulement au démarrage)
Traceurs, Chauffages d’instruments
Chauffages de réservoirs
Marmites basculantes (siphon)
Purgeurs
Purgeurs
Purgeurs
Purgeurs
Purgeurs
MK
Duplex
Alambics, chauffés indirectement
Presses à étages (plateaux raccordés en série)
Presses à pneus
Presses à repasser
Mannequins de repassage à vapeur
Bains avec serpentins de chauffage
Principe du thermoplongeur
Régulateurs U
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Simplex
MK « U » / BK « régulateur U » (refroidissement)
Purgeurs à flotteurs Duplex avec by-pass / MK
Purgeurs à flotteur Duplex
Purgeurs à flotteur Duplex / TK
Purgeurs à flotteur exécution « P »
Purgeurs à flotteur Simplex
Tableau de sélection des purgeurs
Critères d’évaluation importants
1.1.1. Un purgeur lourd et volumineux nécessite des consoles ou supports dont
le prix peut atteindre, voire dépasser le prix du purgeur. Les pertes par
rayonnement peuvent devenir importantes.
p (bar) atm.
1.1.2. La désaération et la purge insuffisantes de l’échangeur de chaleur augmentent les temps de chauffage. Ceci entraîne des coûts de production
plus élevés ou le chauffage inégal du produit et par conséquent des
rebuts (augmentation du quota des rebuts) (Fig. 3).
Proportions de gaz dans la vapeur
Pression de service
Pression partielle de la vapeur
Température de la vapeur
avec une proportion d’air
de 20 %
Température de vapeur
saturée
t (°C)
Fig. 3
Pression partielle de la vapeur et température de vapeur saturée correspondante en fonction de la pression pour différentes proportions de gaz dans la
vapeur
1.1.3. Les pertes de vapeur inhérentes au fonctionnement de certains purgeurs
entraînent des coûts qui en quelques mois peuvent dépasser le prix du
purgeur, même s’il s’agit d’appareils neufs. Tous les purgeurs fonctionnant suivant le principe thermodynamique (par ex. les purgeurs thermodynamiques à disque) et les purgeurs à cloche inversée affichent des pertes
de vapeur liées au fonctionnement.
11
1.1.4. L’utilisation de la chaleur sensible du condensat dans la surface de
chauffe à l’aide du purgeur peut permettre des économies de chaleur
notables (refroidissement).
1.1.5. Le gel des purgeurs et des tuyauteries dans les installations à l’extérieur
peut causer des dysfonctionnements au niveau de la production.
1.1.6. L’utilisation d’un purgeur bon marché non réparable sera en fin de compte
plus chère que celle d’un purgeur à prix plus élevé, mais démontable et
réparable.
1.1.7. L’utilisation d’un nombre aussi réduit que possible de types de purgeur
universels réduit les coûts grâce au stockage plus simple et aux réparations effectuées sans problèmes du fait d’une meilleure connaissance des
produits de la part du personnel chargé de l’entretien.
1.2. Les différents purgeurs GESTRA
tiennent compte des exigences et des attentes spécifiques des utilisateurs en ce
qui concerne le mode de fonctionnement technique optimal tout en prenant en
considération la solution la plus économique.
1.2.1. Purgeurs thermostatiques/thermodynamiques avec régulateur en acier
Duo, série BK (Fig. 4)
Fig. 4
Purgeur GESTRA Duo BK
12
Le régulateur contrôle l’évacuation du condensat en fonction de la pression et
de la température. Le purgeur s’ouvre à un faible refroidissement du condensat et se ferme avant que la température de vapeur saturée soit atteinte.
La course totale obtenue par le processus thermodynamique entraîne
l’ouverture spontanée du purgeur dès que la température d’ouverture est
atteinte (Fig. 5) avec un débit d’eau surchauffée élevé.
L’utilisation d’un régulateur réglé sur refroidissement permet de modifier
la température d’évacuation du condensat. Un refroidissement plus
important du condensat dans la mesure du possible permet de réaliser
des économies de chaleur. Un refroidissement plus faible peut, le cas
échéant, assurer un chauffage plus rapide et uniforme.
Diagramme ∆t-Q
Débit de condensat Q (%)
Pression amont = 8 bar
Pression amont = 0 bar
ts (174,5 °C)
Température d’ébullition
Fig. 5
tk (20 °C)
Condensat froid
∆t (K)
Refroidissement du condensat
Courbes d’ouverture de différents types de purgeur
Courbe 1 – UNA Courbe 3 – BK 45 acier Duo
Courbe 2 – MK Courbe 4 – bimétallique
Caractéristiques techniques de la série BK
- Régulateur plus résistant aux coups de bélier, au condensat corrosif et
au gel, qui a fait ses preuves des millions de fois.
- Tige de tuyère à effet de non-retour.
- Désaération automatique de l’installation.
- Conçu pour satisfaire à toutes les pressions et températures. Purgeur à
longue durée de vie.
Remarque
Le refroidissement du condensat nécessaire à l’ouverture du purgeur
augmente avec la contre-pression.
13
1.2.2. Purgeurs thermostatiques à membrane autorégulatrice mono,
série MK (Fig. 6)
Fig. 6
Purgeur GESTRA MK 45-1
La membrane autorégulatrice mono contrôle l’évacuation du condensat
en fonction de la température. La caractéristique de réglage suit pratiquement la courbe de la vapeur saturée. Aucun autre purgeur thermostatique
n’atteint une telle précision de régulation (Fig. 5). Etant donné son temps
de réponse extrêmement rapide et sa réaction immédiate à la moindre
variation de température, ce type de purgeur convient également aux
échangeurs de chaleur dont le chauffage souhaité n’est pas gêné par une
faible accumulation de condensat (par ex. les presses à vulcaniser,
presses à repasser, équipements de laboratoire).
La membrane autorégulatrice est disponible en deux versions :
- membrane autorégulatrice « N » pour la purge de condensat sans
accumulation. Température d’ouverture env. 10 K en dessous de la
température de vapeur saturée.
- membrane autorégulatrice « U » (refroidissement) pour des économies
d’énergie supplémentaires (exploitation de la chaleur sensible du
condensat par accumulation dans la surface de chauffe, réduction de
la quantité de vapeur de détente). Température d’ouverture env. 30 K
en dessous de la température de vapeur saturée.
Fig. 6a Fonctionnement de la membrane autorégulatrice mono à siège plan
14
2
1
Installation en service
Siège 1 fermé
(le régulateur est actionné en
direction fermeture)
2
1
Purgeur fermé
Les deux sièges sont fermés
Fig. 6b Fonctionnement de la membrane autorégulatrice mono avec fermeture tandem
Le pivot sphérique à centrage automatique assure la fermeture étanche à la
vapeur. Au fur et à mesure que la température augmente, le joint plat en aval
suit, offrant une étanchéité supplémentaire, même en présence d’impuretés.
Grâce à la double chute de pression, l’usure est réduite et la durée de vie prolongée.
Mode de fonctionnement de la membrane autorégulatrice mono
Ouvrir : la capsule contient un fluide de commande liquide dont la température d’évaporation est légèrement inférieure à celle de l’eau. Lorsque
l’installation est arrêtée ou le condensat est froid, le fluide de commande
est complètement liquide du fait de la faible température ambiante. La
pression interne de la capsule est inférieure à la pression ambiante (pression de service) si bien que la membrane est poussée avec la soupape en
direction ouverture.
Fermer : au fur et à mesure que la température du condensat augmente,
le liquide de commande commence à s’évaporer. La pression dans la
capsule augmente. La membrane avec la soupape est poussée en direction de la position de fermeture qui est atteinte peu avant la température
d’ébullition du condensat.
Caractéristiques techniques
- Fonctionnement indépendant de la contre-pression. La membrane
autorégulatrice mono résiste à la corrosion. Elle est pour ainsi dire
insensible aux coups de bélier.
- Aucun réglage de la membrane n’est possible (ni nécessaire), ce qui
exclut toute perte de vapeur suite à un actionnement non conforme.
- Désaération automatique.
- Purgeur thermostatique avec une précision de régulation parfaite.
- Nous recommandons d’utiliser la membrane autorégulatrice avec fermeture tandem (double joint) pour les faibles débits de condensat.
- En présence de débits de condensat importants, nous recommandons
la membrane « H » pour la purge de condensat quasiment sans aucune
accumulation pour une température d’ouverture moyenne de 5 K en
dessous de la température d’ébullition du condensat.
Plusieurs régulateurs à siège plan sont disponibles : en fonction du
débit de condensat avec 1, 2, 3, 4 ou 9 membranes à siège plan.
15
1.2.3. RHOMBUSline est bien plus qu’une nouvelle famille de purgeurs GESTRA
De nombreuses expériences avec les purgeurs BK 15 ayant fait leurs
preuves des millions de fois ont conduit à l’optimisation des régulateurs
au bénéfice de la nouvelle RHOMBUSline. Une plate-forme brevetée en
acier Duo dans le régulateur du BK 45 composée d’un empilement de
plaques réagit plus rapidement aux modifications des paramètres de
vapeur et des tuyauteries de condensat que le modèle précédent.
Avantages des purgeurs RHOMBUSline :
1.Le nouveau régulateur réagit plus vite aux modifications du facteur
d’influence vapeur-condensat (BK 45).
2.La forme du corps de la RHOMBUSline permet l’utilisation de boulons
normalisés des raccords à brides, tant du côté du corps du purgeur
que du côté des contrebrides.
3.Le remplacement du joint entre le capot et le corps après chaque
ouverture du capot du purgeur n’est plus nécessaire.
4.Montage du capot du purgeur uniquement à l’aide de deux vis (au lieu
de quatre).
5.Le filtre en Y (à grande surface filtrante pour la séparation des impuretés) facilite le nettoyage.
6.Le joint utilisé pour l’étanchéité du régulateur (douille de base sertie
dans le corps) évite les fuites internes.
7.Après la première mise en service, il n’y a plus besoin de resserrer les vis.
8.L’encombrement respecte les normes en vigueur.
9.Entretien simplifié des purgeurs.
MK 45
AK 45
BK 45
Fig. 7a Purgeurs RHOMBUSline
16
1.2.4. Purgeurs thermostatiques pour débits de condensat extrêmement élevés, série TK (Fig. 7b)
Fig. 7b Purgeur GESTRA Duo Super TK 23/24 DN 50
L’organe de commande est constitué de la commande auxiliaire thermique
avec membranes autorégulatrices mono et d’une vanne principale. Ses
caractéristiques de régulation sont similaires à celles de la série MK où l’organe de purge est contrôlé directement par la membrane autorégulatrice.
- Montage facile, car malgré le fort débit, le purgeur présente le même
encombrement réduit qu’une vanne DIN avec un faible poids et une
position de montage au choix.
- Désaération automatique de l’installation, insensible à l’encrassement
et au condensat corrosif.
1.2.5. Purgeurs thermostatiques pour l’évacuation du condensat sans revaporisation, série UBK
Il s’agit d’une variante spéciale de la série BK (Fig. 5). Avec le réglage
donné en usine, la température d’évacuation du condensat est <100 °C
(jusqu’à 20 bar et <116 °C jusqu’à 32 bar).
Cette série peut être utilisée avantageusement dans tous les cas où l’accumulation du condensat nécessaire à la transmission de chaleur n’entrave pas le chauffage. Une application typique est par ex. la purge de
traceurs dont le condensat est évacué à l’extérieur ; la purge de chauffages d’instruments avec réduction souhaitée de la capacité de chauffe
par refroidissement.
Ce type de purgeur permet de réaliser des économies de vapeur considérables sans dépenses supplémentaires tout en réduisant la pollution de
l’environnement en évitant la formation de vapeur de détente et en utilisant la chaleur sensible du condensat.
17
1.2.6. Purgeurs à flotteur, série UNA
Fig. 8a Purgeur à flotteur GESTRA UNA 23/25/26
18
L’évacuation du condensat est régulée par un organe de fermeture commandé par le flotteur en fonction du débit de condensat. Le condensat est
évacué immédiatement dès sa formation. Le fonctionnement du purgeur
n’est pas influencé par la température du condensat, ni par la contrepression et les fluctuations de pression éventuelles (Fig. 5).
Les purgeurs UNA 2 « Duplex » (désaération thermique) assurent la désaération automatique de l’installation. Cette série convient à toutes les
applications d’évacuation du fait de son fonctionnement. C’est le purgeur
idéal pour les installations avec régulation côté vapeur : des processus de
chauffage avec des fluctuations extrêmes de débit et de pression et de
très
faibles
pressions
pouvant
atteindre
le
vide et pour la purge des assécheurs de vapeur. Lorsque la vapeur est
relativement humide, la purge des nourrices de vapeur avec des purgeurs
à flotteur devient éventuellement nécessaire.
Les purgeurs à flotteur sont les seuls purgeurs utilisés pour la purge de
condensats froids (par ex. provenant d’installations à air comprimé), de
distillats et d’autres produits chimiques dont la courbe de vapeur saturée
est différente de celle de l’eau. De même, ils peuvent être utilisés pour les
ballons de détente ou les régulations sur la sortie afin de maintenir un
certain niveau de condensat (modèle Simplex).
- Pas d’accumulation de condensat.
- Fonctionnement indépendant de la contre-pression.
- Désaération automatique de l’installation (pour les modèles Duplex).
- Dimensions relativement faibles pour un purgeur à flotteur.
- Modèles pour installation verticale ou horizontale.
- Avec UNA 2 V, commande Duplex résistant au gel, montée en position
verticale.
1.2.7. Purgeurs thermodynamiques, type DK
Les purgeurs thermodynamiques sont de construction simple et de
petites dimensions. Par ailleurs, ils résistent bien aux coups de bélier et
au gel. Pendant le service, ces purgeurs consomment peu de vapeur pour
la commande.
Les purgeurs thermodynamiques sont fabriqués en acier inoxydable dans
les variantes suivantes :
DK 57 L - pour de petits débits de condensat
DK 57 H - pour des débits de condensat importants
DK 47 L - comme ci-dessus, mais avec en plus un filtre
DK 47 H - comme ci-dessus, mais avec en plus un filtre
Autres caractéristiques
PN63, DN10/15/20/25 mm
Manchons taraudés
3/8", 1/2", 3/4", 1" BSP ou NPT
Fig. 8b Purgeur thermodynamique DK 47
19
1.2.8. Purgeurs thermodynamiques à tuyère étagée, série GK et à tuyère étagée radiale, série ZK
Fig. 9
Robinet de réglage GESTRA à tuyère étagée radiale ZK 29
20
L’état du condensat traversant la tuyère étagée (froid – liquide uniquement, chaud – liquide + vapeur de détente, bouillant – proportion minimale de liquide + proportion maximale de vapeur de détente) détermine
en tant que grandeur de commande le débit de condensat sans qu’il y ait
modification de la section de passage. Par conséquent, l’appareil peut
être utilisé dans certaines limites sans réglage mécanique également dans
des conditions de service variables, un seul réglage permettant l’adaptation la plus favorable au cas d’application. Etant donné les bonnes caractéristiques de commande et la grande résistance à l’usure, le purgeur de
la série ZK est par ailleurs un organe de réglage éprouvé et silencieux
destiné aux circuits de régulation à forte pression différentielle, comme
par ex. l’injection, la régulation du débit minimal et la régulation du niveau.
Les purgeurs à tuyère étagée non régulés GK sont utilisés de préférence
pour l’évacuation de débits de condensat extrêmement importants avec
une formation de condensat relativement constante (par ex. évaporateurs,
chauffages de réservoirs, cylindres-sécheurs).
- Débit particulièrement élevé pour un faible poids et de faibles dimensions.
- Montage simple et sans complications.
- Grande résistance à l’usure.
- Insensibles à l’encrassement.
1.2.9. Systèmes de purge pour utilisation dans les centrales électriques
Dans les centrales électriques modernes, non seulement le rendement,
mais également les exigences auxquelles les robinets de purge du type
ZK doivent satisfaire augmentent. Ces robinets se distinguent par leur
grande résistance à l’usure, la fermeture étanche ainsi que les faibles
coûts d’entretien et contribuent à l’exploitation économique d’une centrale électrique. Pour ce faire, de nouvelles sondes capacitives permettent
de détecter les condensats de conductibilité minimale, quelles que soient
la pression et la température. Ceci permet à présent des purges (contrôlées) en fonction du niveau sur les lieux d’installation dont les températures constituaient jusqu’ici des limites. Les éléments de l’installation
peuvent être protégés des débits de condensat non détectés. Les purges
contrôlées ne sont ouvertes qu’en présence effective de condensat. Les
robinets sont fermés lorsqu’ils fonctionnent dans la plage de vapeur surchauffée, ce qui empêche les pertes de vapeur et permet d’obtenir une
grande fiabilité.
Par exemple, avant que la turbine à vapeur d’une centrale électrique se
mette en marche, les tuyauteries de vapeur doivent être libérées du
condensat et amenées à la température de démarrage prévue. La figure
10a représente à titre d’exemple la purge d’une turbine dans une centrale
électrique conventionnelle. A cela s’ajoute un réchauffage ciblé de la
tuyauterie de vapeur vive par un robinet de réchauffage indépendant.
Les purges identifiées par un symbole de purgeur sont composées de
deux purgeurs indépendants. Le robinet de purge ZK assure l’évacuation
du condensat pendant le démarrage ainsi qu’un éventuel réchauffage
supplémentaire. Ce robinet se ferme en respectant une temporisation ou
après qu’une certaine température ait été atteinte dans la partie correspondante de l’installation. L’ouverture a lieu au plus tôt lors de la mise à
l’arrêt de la centrale électrique. En parallèle à cette procédure, la purge
maîtrisée avec des sondes de niveau est également possible.
Les pertes de chaleur dans la tuyauterie de purge génèrent de faibles
débits de condensat qui seront évacués par un purgeur thermostatique.
Cette purge permanente est nécessaire pour empêcher l’augmentation du
condensat dans les tuyauteries de purge qui sont pour certaines longues
(Fig. 10b).
21
BK 212
ZK 313
Robinet de
réchauffage
Turbine BP
Turbine
HP
ZK 313
KZ
KZ
Purges
1) Purges permanentes
des soutirages
2) Purge de démarrage
BK 212
BK 29
BK 29
ZK 313
ZK 29
Robinet d’arrêt
Purgeur,
type BK
Robinet de purge ZK
Fig. 10a Purges d’une turbine
22
BK 45
ZK 29
Fig. 10b Purge d’une tuyauterie de vapeur surchauffée haute pression
23
NRG 211
NRG 211
Purgeur BK (by-pass)
Tuyauterie
vapeur
NRS 2-4
(2x)
URN 2
NRS 2-4
(2x)
Robinet de
réglage ZK
Signal de commande
Alarme, défaut
Signal de commande
Signal de commande
Alarme, défaut
2. Page
Règles de base de la purge de condensat
avec exemples
2.1. – 2.6. Généralités
27
2.7.
Purge séparée
29
2.8.
Accumulation de condensat (avantages et inconvénients)
31
2.9.
Mesures destinées à éviter les coups de bélier
32
2.10.
Désaération
38
(dimensionnement des purgeurs, voir point 12.2)
40
2. Régles de base de la purge de condensat avec exemples
2.1. Le condensat doit pouvoir s’écouler librement de l’échangeur de chaleur
(Fig. 11).
Fig. 11
2.2. Le purgeur nécessite une pression différentielle minimale (Fig. 12).
pD
∆p = pD – pG [bar]
pG
Fig. 12
2.3. Si le condensat est refoulé en aval du purgeur, la pression différentielle diminue d’environ 1 bar par 7 m de hauteur de refoulement (Fig. 13).
pG
pD
7 m = 1 bar
Fig. 13
∆p = pD – pG + 1) [bar]
Ballon compensateur
27
2.4. Des mesures spéciales s’imposent si le condensat doit être refoulé en amont
du purgeur à cause d’un emplacement de montage défavorable (Fig. 14).
Dans cet exemple, la purge de l’échangeur de chaleur est intermittente !
mauvais
optimal
mieux
Fig. 14 Utilisation d’un ballon compensateur du type ED
2.5. La tuyauterie en aval du purgeur doit être dimensionnée de sorte à empêcher
la formation de contre-pressions élevées (causées par la vapeur de détente)
(Fig. 15).
Vapeur de détente
Fig. 15
2.6. Dans la mesure du possible, il convient de récupérer le condensat pour réutilisation (Fig. 16).
Soutirage de vapeur de détente
Tuyauterie d’équilibrage
La vapeur de détente
se perd
mauvais
UNA 2
Fig. 16
28
Ballon de détente (réservoir fermé)
Collecteur de condensat ouvert
2.7. Chaque échangeur de chaleur resp. chaque registre de chauffage doit être
purgé séparément.
2.7.1. Purge individuelle de chaque échangeur de chaleur (purge séparée)
(Fig. 17)
2 bar
1,8 bar
0 bar
0 bar
Fig. 17 La purge séparée assure l’évacuation du condensat sans accumulation. La
régulation individuelle côté vapeur est possible. L’accumulation du condensat ainsi que les coups de bélier dans les surfaces de chauffe sont évités.
Des clapets de retenue DISCO RK supplémentaires empêchent le retour du
condensat en provenance du collecteur lorsque l’alimentation en vapeur
est fortement réduite, voire arrêtée. Les Vaposcopes en aval des surfaces
de chauffe permettent d’effectuer un contrôle visuel. Toute accumulation
de condensat est parfaitement détectée.
2.7.2. Purge de plusieurs échangeurs de chaleur raccordés en parallèle à un
seul purgeur (purge collective = « système sans purgeur ») (Fig. 18)
2 bar
1,8 bar
2 bar
1,8 bar
Clapet de retenue Disco RK
Purgeur
Fig. 18 La purge collective n’est pas recommandée. La chute de pression dans la
tuyauterie vapeur génère différentes pressions. Les surfaces de chauffe
étant court-circuitées côté condensat avec pour conséquences inévitables
une influence réciproque, une accumulation de condensat et des coups de
bélier.
29
2.7.3. Purge de plusieurs échangeurs de chaleur raccordés en série
(par ex. purge de presses à plusieurs étages) (Fig. 19)
2 bar
1,8 bar
Fig. 19 Raccordement en cascade - raccordement en série
Ce montage peut éventuellement être utilisé avec succès pour les petits
échangeurs de chaleur de même type (par exemple des plateaux chauffants de petites presses à plusieurs étages), la condition étant une pente
géodésique constante jusqu’au purgeur. Pour obtenir des températures de
surface parfaitement égales dans les surfaces de chauffe, il ne doit y avoir
aucune accumulation de condensat dans l’espace de vapeur. Dans de
nombreux cas, cette accumulation ne peut être évitée que par une certaine
sortie de vapeur du purgeur (régulation correspondante du purgeur BK).
Comme cela entraîne des pertes de vapeur, la purge séparée peut être la
solution la plus économique, même pour les tout petits échangeurs de
chaleur.
30
2.8. Accumulation de condensat (avantages et inconvénients)
2.8.1. L’accumulation de condensat dans la surface de chauffe entraîne une
réduction de la capacité de chauffe (Fig. 20).
Vapeur surchauffée
Condensation en film
Vapeur saturée
Condensat
Q = capacité de chauffe
k = valeur de transmission de chaleur
A = surface de chauffe
∆δm =différence de température moyenne
entre le fluide caloporteur et le produit
Vapeur surchauffée
Qtot
Réduction de la
surchauffe
Chaleur de Refroidissement
condensation
Fig. 20 Chauffage avec vapeur surchauffée et accumulation de condensat
Echange de chaleur et courbe de température dans un générateur d’eau
chaude chauffé à la vapeur (à contre-courant)
Exemple : la vapeur surchauffée, la vapeur saturée et le condensat sont appliqués dans l’ordre à la surface de chauffe, le produit à réchauffer étant de
l’eau. Il en résulte les valeurs de transmission de chaleur suivantes :
dans la zone de vapeur surchauffée k 92 W/m2K (335 kJ/m2hK)
dans la zone de vapeur saturée k 1160 W/m2K (4187 kJ/m2hK)
dans la zone de condensat
k 400 W/m2K (1465 kJ/m2hK)
La capacité de chauffe de la vapeur saturée est environ 12 fois supérieure à
celle de la vapeur surchauffée et environ 4 fois supérieure à celle du condensat.
2.8.2. L’accumulation de condensat dans la surface de chauffe entraîne une
utilisation de chaleur supplémentaire. Il convient de noter que l’accumulation de condensat dans la surface de chauffe peut être à l’origine
de coups de bélier.
31
2.9. Mesures destinées à éviter les coups de bélier
2.9.1. Surfaces de chauffe sans condensat grâce à une installation adéquate
(Fig. 21. 22. 23)
a) Un vide se crée dans les installations arrêtées lorsque la vapeur restante
se condense. Par conséquent, il y a risque de retour de condensat dans la
surface de chauffe et le condensat restant ne peut s’écouler de celle-ci.
Lors de la remise en marche de l’installation, la vapeur s’écoule au-dessus
du plan d’eau et se condense brusquement, provoquant des coups de
bélier.
Casse-vide
b) L’installation d’un clapet de retenue DISCO utilisé comme casse-vide
empêche la formation de vide. Le condensat ne peut pas être réaspiré et
le condensat restant peut s’écouler. Il n’y a plus de coups de bélier. Si la
tuyauterie de condensat est sous pression, l’installation d’un clapet de
retenue DISCO en aval du purgeur est recommandée.
Fig. 21 Coups de bélier dans les échangeurs de chaleur
32
Echangeur de chaleur
horizontal
Bulles de vapeur
La vapeur s’écoule
au-dessus du plan d’eau
Formation de bulles
de vapeur dans le
condensat, d’où les
coups de bélier
Coups de bélier
par accumulation
Purgeur à
flotteur
Fig. 22 Coups de bélier dans les échangeurs de chaleur
horizontaux réglés côté vapeur
Les coups de bélier sont évités si la surface de chauffe est exempte de
condensat dans toutes les phases de fonctionnement (absence d’accumulation de condensat). Les coups de bélier se produisent lorsque les serpentins
de chauffe sont en partie noyés (accumulation de condensat) ; le condensat
se refroidit, la vapeur s’écoule au-dessus de la surface de condensat froide,
entraînant la formation de bulles de vapeur qui se condensent brusquement.
Origines possibles de l’accumulation de condensat
Purgeur mal adapté (par ex. purgeur inapproprié ne fonctionnant pas sans
temporisation ou dont le dimensionnement est insuffisant).
Purgeur ne fonctionnant pas (par ex. purgeur qui ne s’ouvre pas ou seulement
en cas de refroidissement de condensat trop important).
Pression différentielle trop faible du purgeur, par exemple suite à une forte
chute de pression dans l’échangeur de chaleur à faible débit (par ex. contrepression dans la tuyauterie de condensat en aval du purgeur >1 bar abs. ;
pression dans l’échangeur de chaleur à débit partiel <1 bar abs.).
Mesures destinées à éviter les coups de bélier
Utiliser uniquement des purgeurs à flotteur UNA Duplex assurant la purge
instantanée du condensat sans accumulation.
Prévoir un dimensionnement suffisant du purgeur car à faible débit, la pression
en amont du purgeur peut être extrêmement faible, voire atteindre le vide !
Cela requiert l’absence de pression en aval du purgeur (pas de contre-pression, pas de colonne montante) ainsi que l’arrivée du condensat dans le
purgeur avec une pente géodésique aussi importante que possible.
En cas de formation éventuelle de vide dans l’échangeur de chaleur, il faut
prévoir un casse-vide (clapet de retenue RK) sur la nourrice de vapeur en aval
du régulateur.
33
2.9.2. Tuyauteries de condensat « sèches » (pente suffisante, pas de formation de poches d’eau)
Condensat
Fig. 23 Formation de poches d’eau indésirables
2.9.3. Tuyauteries de vapeur sèches et nourrices de vapeur (soutirage de vapeur
des nourrices et des tuyauteries toujours par le haut ; purge parfaite, si
nécessaire, installer un assécheur de vapeur) (Fig. 23, 23a, 23b, 24, 30).
Purges de tuyauterie de vapeur au moins tous les 100 m et en amont de
chaque section montante de tuyauterie.
Soutirage
de vapeur
toujours par
le haut
Vanne de purge
Fig. 23a Purge de la nourrice de vapeur
34
Purgeur
Soutirage de
vapeur
Tuyauterie vapeur
Vanne de purge
Purgeur
Fig. 23b Purge de la tuyauterie vapeur
D1 mm 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600
D2 mm 50 65 80 80 80 100 150 150 200 200 200 250 250 250
35
Tuyauterie vapeur
a)
Tuyauterie vapeur
b)
Vanne de purge
Purgeur
Fig. 24 Coups de bélier dans les tuyauteries vapeur
a) Après chaque fermeture du robinet d’isolement, la vapeur restante se
condense dans la tuyauterie. Le condensat s’accumule dans la partie inférieure de la tuyauterie et se refroidit. A l’ouverture du robinet d’isolement,
la vapeur admise vient en contact avec le condensat froid et provoque des
coups de bélier.
b) S’il n’est pas possible de modifier la pose de la tuyauterie, il convient de
purger celle-ci, même si elle est relativement courte.
2.9.4. Purgeurs fonctionnant en continu
Souvent, les purgeurs thermostatiques évacuent le condensat de manière
discontinue. Par conséquent, ils sont recommandés uniquement pour de
faibles débits de condensat. Il est conseillé de purger les échangeurs de
chaleur, et notamment ceux réglés côté vapeur, au moyen d’un purgeur à
flotteur du type UNA.
2.9.5. Réservoirs tampons et « gardes d’eau » en cas de transport du condensat à un niveau supérieur (Fig. 25)
a)
b)
Fig. 25 Coups de bélier lors du relevage du condensat
a) Des coups de bélier peuvent se produire lors du relevage du condensat.
b) L’installation d’un ballon compensateur permet l’évacuation silencieuse du
condensat. Les coups de bélier générés sont amortis.
36
2.9.6. Etude et conception adéquates des différentes tuyauteries de condensat et du collecteur (Fig. 26 et 27)
Collecteur
Collecteur de
condensat
a) Le condensat des utilisateurs éloignés se refroidit fortement pendant le
trajet vers le collecteur de condensat. Le condensat et la vapeur de
détente des utilisateurs proches se mélangent au condensat refroidi. La
vapeur de détente se condense brusquement et provoque des coups de
bélier.
Collecteur
Collecteur de
condensat
b) Les coups de béliers peuvent être évités en amenant le condensat séparément vers le collecteur de condensat. De même, les condensats des
utilisateurs dont les pressions de vapeur sont différentes doivent être amenés séparément au collecteur de condensat et non dans un collecteur
commun.
Fig. 26 Coups de bélier dans les tuyauteries de condensat
De l’échangeur de chaleur
Tuyauterie de condensat
Vers le collecteur de condensat
Collecteur
Fig. 27 Le condensat des différents purgeurs est amené au collecteur dans le sens
de l’écoulement
37
2.10.L’air ou les autres gaz incondensables réduisent la capacité de chauffe et
entraînent des températures de surface différentes. Avec un volume d’air de
10 %, la capacité de chauffe diminue d’environ 50 % (ce qui présente un
inconvénient pour les presses, les cylindres-sécheurs) (Fig. 3, 28).
ts
P
Volume d’air dans la vapeur en %
Temp. de la Pression
1%
vapeur sans mélange
saturée
d’air
° C
bar
120,23
1
1,02
133,54
2
2,03
143,62
3
3,04
158,84
5
5,06
184,05
10
10,11
201,36
15
15,16
214,84
20
20,21
3%
6%
9%
12%
15%
Pression nécessaire
de la vapeur contenant de l’air en bar
1,06
2,09
3,12
5,18
10,34
15,48
20,65
1,13
2,19
3,25
5,38
10,70
16,02
21,34
1,20
2,32
3,40
5,60
11,09
16,58
22,07
1,27
2,41
3,52
5,82
11,50
17,20
22,87
1,35
2,53
3,71
6,06
11,94
17,82
23,70
Fig. 28
2.10.2.Les chaufferies plus importantes nécessitent des désaérateurs séparés
(Fig. 29, 29a).
a)
Désaérateur
Vapeur de détente
vers 3ème étage
Vapeur de
détente
du 1er étage
Collecteur
par ex. audessus du
toit
Collecteur
avec pente latérale
vers l’extérieur
Bâche d’eau ou siphon
Désaération d’évaporateurs chauffés par la vapeur de détente
38
c)
Vaposcopes
Condensat
Fig. 29
b)
Les purgeurs avec désaération automatique supplémentaire assurent
une désaération suffisante des petites et moyennes chaufferies.
Désaérateur
Vapeur
Désaérateur
Vapeur
a) Echangeur de chaleur à faisceaux de tubes
Désaérateur
Désaérateur
Vapeur
Vapeur
b) Echangeurs à enveloppe
Désaérateur
Désaérateur
Vapeur
Vapeur
c) Autoclaves
Les ballons plus importants nécessitent deux désaérateurs ou plus.
Fig. 29a
39
(dimensionnement des purgeurs, voir point 12.2)
Le purgeur doit être choisi avec soin au cas par cas.
3.1. Le purgeur doit être dimensionné de sorte que même les débits de pointe de
condensat puissent être évacués sans problèmes. Si l’installation fonctionne à
des pressions variables (par ex. installations avec régulation), les courbes de
débit de l’échangeur de chaleur et du purgeur doivent être comparées. La courbe
de débit du purgeur doit être au moins équivalente à celle de l’échangeur de
chaleur pour toutes les pressions de service possibles (par ex. installations avec
régulation), voire être supérieure à celle-ci. Un purgeur de dimensionnement trop
faible provoque l’accumulation du condensat, ce qui produit des coups de bélier
et la réduction de la capacité de chauffe.
3.2. Le purgeur ne doit pas non plus être surdimensionné. Dans ce cas, il a tendance
à un laminage excessif et à un fonctionnement intermittent qui peut provoquer
des coups de bélier. Ceci doit être pris en compte notamment lorsqu’il s’agit de
purgeurs thermodynamiques à disque et de purgeurs à cloche inversée.
3.3. Le purgeur doit assurer la désaération automatique, même pendant le fonctionnement. Au démarrage, l’air présent dans la chaufferie prolonge les temps de
réchauffage et entraîne une réduction de la capacité de chauffe en service normal
(Fig. 28).
3.4. Normalement, le purgeur doit évacuer le condensat dès sa formation pour éviter
son accumulation dans la surface de chauffe.
3.5. Dans la mesure où la technique de chauffage le permet (lorsque la surface de
chauffe est suffisamment grande et qu’il ne faut pas s’attendre à des coups de
bélier du fait de la conception de l’échangeur de chaleur et de la tuyauterie en
amont du purgeur), les purgeurs doivent être en mesure d’évacuer le condensat
avec refroidissement (du programme GESTRA : BK avec refroidissement important, MK avec membrane U et UBK). Le degré de refroidissement possible
dépend de la température de consigne du produit à réchauffer.
40
4.
Page
Les principaux échangeurs de chaleur –
Choix des purgeurs les plus appropriés
4.1.
Tuyauteries vapeur
43
4.1.1.
Assécheurs de vapeur (séparateurs d’eau)
43
4.1.2.
Tuyauteries de vapeur saturée (sans assécheurs de vapeur)
44
4.1.3.
45
4.1.4.
Régulateurs de pression – voir 13.1.
125
4.1.5.
Régulateurs de température – voir 13.2.
128
4.2.
Nourrices de vapeur – voir 4.1.
43
4.3.
Radiateurs à vapeur, radiateurs à ailettes, radiateurs plats,
convecteurs pour le chauffage des pièces
46
Aérothermes
47
4.4.
4.4.1.
Aérothermes, avec régulation côté air
47
4.4.2.
Aérothermes, avec régulation – voir 4.6.1.
49
4.5.
Serpentins de chauffage, registres de chauffage horizontaux
48
4.6.
Installations de climatisation
49
4.6.1.
Registres de chauffage (aérothermes)
49
4.6.2.
50
4.7.
Réservoirs d’eau chaude avec régulation
50
4.8.
Echangeurs à contre-courant, avec régulation
51
4.8.1.
Echangeurs à contre-courant horizontaux
51
4.8.2.
Echangeurs à contre-courant verticaux
52
4.8.3.
Echangeurs à contre-courant verticaux
avec utilisation de la chaleur sensible du condensat 52
4.9.
Préchauffeurs tubulaires
53
55
4.10.
Cuiseurs
4.10.1.
Grands cuiseurs (par ex. pour les sucreries, l’industrie chimique,
l’industrie du papier et de la cellulose)
55
4.10.2.
Marmites avec serpentins de chauffage
56
4.10.3.
Marmites avec enveloppe vapeur
57
4.10.4.
Marmites basculantes
58
4.11.
Chaudières à brasser (cuiseurs, brassins)
59
Page
4.12. Evaporateurs, grand débit
60
4.13.
Alambics, chauffés indirectement
61
4.14.
Cylindres-sécheurs, calandres de séchage
62
63
4.15.
Bains (par ex. pour le nettoyage, le décapage)
4.15.1.
Serpentins de chauffage avec pente
descendante constante et purge de condensat au
point le plus bas
63
4.15.2.
Bains acides
64
4.16.
Séchoirs à tapis
65
4.17.
Tables chauffantes, plateaux de séchage
66
4.18.
Presses à étages
67
4.18.1.
Presses à étages, plateaux chauffants raccordés en parallèle
67
4.18.2.
Presses à étages, plateaux chauffants raccordés en série
68
4.19.
Presses à pneus (presses à vulcaniser)
69
4.20.
70
4.21.
Autoclaves
71
4.22.
Presses à repasser, machines à repasser
72
4.23.
Mannequins de repassage à vapeur – voir 4.22.
73
4.24.
Calandres à vapeur (calandres à chaud)
74
4.25.
75
4.26.
Traceurs
76
4.27.
77
4.28.
Chauffages d’instruments
78
4.29.
79
4. Les principaux échangeurs de chaleur –
Choix des purgeurs les plus appropriés
4.1. Tuyauteries vapeur
4.1.1. Assécheurs de vapeur (séparateurs d’eau) (Fig. 30)
Fig. 30 Assécheurs de vapeur GESTRA avec purgeur UNA 2
Dans la pratique, la vapeur non surchauffée (vapeur saturée) contient une
part plus ou moins importante de gouttelettes d’eau (vapeur humide)
entraînant une réduction de la capacité de chauffe. Une quantité d’eau
trop importante peut par ailleurs provoquer des coups de bélier dans la
tuyauterie vapeur. De même, une humidité trop importante n’est pas souhaitable, par ex. lors de la vaporisation du linge, pour l’humidification de
l’air dans les installations de climatisation entre autres.
Exigences particulières concernant le purgeur
Le condensat qui se forme quasiment à la température d’ébullition doit
être évacué sans tarder. Par ailleurs, la tuyauterie vapeur doit être autant
que possible désaérée automatiquement par le purgeur.
L’utilisation de purgeurs à flotteur est nécessaire.
43
Particulièrement recommandés
Purgeurs à flotteur UNA Duplex et assécheurs de vapeur GESTRA, type TD.
Très souvent, la purge habituelle des tuyauteries réalisée uniquement au
moyen de purgeurs ne suffit pas. Dans ce cas, l’installation d’un assécheur de vapeur qui sépare les gouttes d’eau selon le principe de la force
centrifuge pour les amener ensuite au purgeur est recommandée (par ex.
si la vapeur est produite dans une chaudière à vaporisation instantanée
ou si la vapeur est injectée dans le produit).
4.1.2. Tuyauteries de vapeur saturée (sans assécheurs de vapeur)
La purge des tuyauteries avec un purgeur permet uniquement d’évacuer le
condensat se trouvant au fond de la tuyauterie vapeur et non pas les gouttelettes d’eau contenues dans la vapeur. Pour cela il faut un assécheur de
vapeur (voir 4.1.1.). Pendant le réchauffage de la tuyauterie (démarrage), des
quantités importantes de condensat se forment, alors que la pression est
faible, ce qui complique l’évacuation. Tout au long du fonctionnement de
l’installation, une quantité réduite de condensat se forme en continu en fonction de la qualité de calorifuge utilisée pour la tuyauterie. Il convient de prévoir
des points de purge, par ex. aux points bas, en bout de tuyauterie, en amont
de chaque remontée, à la nourrice de vapeur et pour les tuyauteries horizontales à des distances régulières de 100 m au maximum (Fig. 23, 24).
Pour obtenir une purge effective de la tuyauterie vapeur, il faut prévoir une
poche d’eau (té, par ex.) (Fig. 23). Pour les tuyauteries plus importantes et
plus longues, il est recommandé de monter un robinet de purge à l’extérieur du type AK 45 pour évacuer le fort débit au démarrage et purger les
boues directement à l’extérieur.
- Pendant le démarrage, le purgeur doit désaérer l’installation et évacuer
les débits de condensat relativement importants à des pressions différentielles réduites sans inertie.
- En service, de faibles quantités de condensat se forment en continu
quasiment à la température d’ébullition.
- Pendant les temps d’arrêt, au moins dans les installations extérieures,
le purgeur doit vider la tuyauterie et se vider lui-même pour éviter le gel.
- Type UNA Duplex pour montage vertical : pour des débits de condensat réduits en service continu, types BK et MK avec membrane autorégulatrice « N ». Si exceptionnellement les purgeurs évacuent à l’extérieur, la vapeur de détente générée peut être gênante. Si le purgeur
n’est pas monté à proximité immédiate de la tuyauterie vapeur mais à
quelques mètres, le MK avec membrane « U » ou le BK avec refroidissement = 30 - 40 K peut être utilisé.
44
4.1.3. Tuyauteries de vapeur surchauffée
Normalement, aucun condensat n’est généré en service. En règle générale,
les pertes de chaleur par la tuyauterie réduisent uniquement la température
de surchauffe. Le condensat ne se forme qu’au démarrage de l’installation
et lorsque le soutirage de vapeur est très faible ou inexistant, donc lorsque
le léger passage de vapeur est plus ou moins stagnant. Il en résulte que le
débit de condensat formé en service dépend exclusivement des pertes de
chaleur de la tuyauterie jusqu’au purgeur.
Si l’absence de formation de condensat dans la tuyauterie vapeur pendant
le service (soutirage de vapeur constamment élevé) est garantie, une purge
de démarrage pure suffit dans les installations situées dans des locaux hors
gel. Dans les installations extérieures soumises au gel, il suffit d’évacuer le
condensat formé dans la tuyauterie pendant le service à une température qui
évite juste le gel. Ceci est particulièrement important pour la purge à l’extérieur car la réduction de la température d’évacuation permet de limiter en
grande partie la formation gênante de vapeur de détente (Fig. 31).
Le débit de condensat et par conséquent la formation de vapeur de détente
est d’autant plus faible que la tuyauterie de condensat en amont du purgeur
est courte. C’est pourquoi le purgeur doit être installé le plus près possible
de la tuyauterie vapeur et la tuyauterie de condensat ainsi que le purgeur
doivent être suffisamment isolés.
Tuyauterie de vapeur
surchauffée
Robinet de purge au
démarrage AK 45
Purgeur UNA / BK
Evacuation à
l’extérieur
Fig. 31
- Fort débit (débit d’eau froide) lors du démarrage à des pressions relativement faibles et bonne capacité de désaération, dans la mesure du possible, fermeture étanche à la vapeur et, le cas échéant, évacuation du
condensat avec un refroidissement plus important tout en assurant un
débit d’eau froide important.
- Si, en service, il y a risque de formation de condensat dans la tuyauterie
vapeur, ne serait-ce que par moments, le type UNA ou BK avec réglage
donné en usine est indiqué.
45
- Si la formation de condensat est attendue uniquement au démarrage,
dans ce cas, choisir le type BK réglé sur refroidissement. En présence d’un
débit de condensat relativement important et à des pressions très
faibles lors du démarrage, il est avantageux d’utiliser le robinet de purge
au démarrage GESTRA, type AK. Ce robinet reste complètement ouvert
jusqu’à une pression différentielle préréglée pour se fermer dès que la
pression différentielle de consigne est atteinte. A partir de ce moment,
le purgeur « normal » se charge de la purge et de la désaération.
- Dans les installations extérieures soumises aux risque de gel, la tuyauterie de condensat directement en amont du robinet AK doit être purgée et le robinet aussi bien que la tuyauterie doivent être calorifugés.
4.1.4. Régulateurs de pression, voir point 13.1.
4.1.5. Régulateurs de température, voir point 13.2.
4.2. Nourrices de vapeur Voir 4.1. Tuyauteries vapeur.
4.3. Radiateurs à vapeur, radiateurs à ailettes, radiateurs plats, convecteurs pour
le chauffage des pièces (Fig. 32)
MK 20 ou MK 35/32
UBK
Fig. 32
Pour des raisons hygiéniques et physiologiques, les faibles températures de chauffe
avec de faibles pressions de vapeur correspondantes (par ex. vapeur de détente
réduite à partir d’une zone de pression plus élevée) sont avantageuses.
Si les surfaces de chauffe sont suffisamment grandes (surdimensionnées), elles
peuvent être en partie noyées dans le condensat, ce qui permet de réduire la température de chauffe et d’économiser de la vapeur (réduction des coûts), tout au
moins en présence de pressions élevées.
- Pour les installations basse pression, débit suffisant, même avec une pression
différentielle extrêmement faible.
- A des pressions plus élevées, purge du condensat avec un certain degré de
refroidissement.
- Relativement insensible à l’encrassement (par ex. particules de rouille dues au
fonctionnement intermittent et aux périodes d’arrêt prolongées de l’installation de
chauffage).
- Pièces intérieures résistant à la corrosion.
- Pour installations basse pression, purgeur rapide MK 20. Pour pressions élevées
MK 35/32 avec membrane U.
- BK avec refroidissement important.
- Si le refroidissement du condensat à 85 °C est possible (surface de chauffe suffisamment dimensionnée et aucun risque de coups de bélier) : UBK.
46
4.4. Aérothermes
4.4.1. Aérothermes, avec régulation côté air (Fig. 33)
Pour basse pression
MK 20, UNA Duplex
Pour des pressions jusqu’à
32 bar MK 45-5, BK 45
Fig. 33
Les aérothermes indépendants (en dehors de ceux utilisés dans les installations de climatisation ou pour le préchauffage de l’air dans les installations de fabrication et de séchage) sont, en règle générale, réglés uniquement côté air, par ex. par la mise en route et l’arrêt du ventilateur.
Dans ce cas, il y a de très faibles ou de très grandes quantités de condensat à évacuer. Dans les aérothermes chauffés à la vapeur basse pression,
la pression dans l’espace de vapeur peut varier considérablement (la
pression diminue au fur et à mesure que le débit de condensat augmente).
A des pressions de vapeur de chauffage plus élevées, et si la chaleur
sensible du condensat n’est pas utilisée en service, l’utilisation supplémentaire de cette chaleur directement dans l’aérotherme par accumulation de condensat est avantageuse.
Pour ce faire, il faut toutefois que la capacité de chauffe de l’aérotherme
soit encore suffisante et que les éléments de chauffe soient disposés
verticalement pour éviter les coups de bélier.
- Dans les installations basse pression, débit de condensat relativement
important, même avec une très faible pression différentielle.
- Dans les installations avec des pressions de vapeur de chauffage
moyennes, permettant l’utilisation de la chaleur sensible du condensat
par accumulation, le purgeur doit être en mesure d’évacuer le condensat avec refroidissement. Dans ces deux cas, les purgeurs doivent
assurer la désaération automatique de l’installation.
- MK 45-2, UNA Duplex.
- MK avec membrane U.
47
4.4.2. Aérothermes, avec régulation
Voir 4.6.1. Installations de climatisation.
4.5. Serpentins de chauffage, registres de chauffage horizontaux (Fig. 34)
Fig. 34
Pour éviter les coups de bélier, veiller à ce que la pente entre l’entrée de la vapeur
et le purgeur soit constante. Plusieurs registres de chauffage dans une installation doivent être raccordés en parallèle et purgés individuellement (voir point
2.7.).
- Evacuation du condensat sans accumulation, même à des températures
ambiantes élevées (par ex. installation directe dans l’unité de chauffage).
- MK avec membrane autorégulatrice N (MK pour débits plus importants avec
membranes H) ; UNA Duplex.
48
4.6. Installations de climatisation (Fig. 35)
Contre-pression = 0 bar
Séparateur d’eau
Fig. 35
4.6.1. Registres de chauffage (aérothermes)
Pour les registres de chauffage avec régulation côté vapeur, il convient de
noter ce qui suit en ce qui concerne la purge de condensat (voir également 4.8. Echangeurs à contre-courant, avec régulation) :
la pression dans l’espace de vapeur et le débit de condensat peuvent
varier considérablement. En service à faible débit, la pression peut par
moments chuter jusqu’à atteindre le vide. L’air pénètre alors dans l’espace de vapeur et doit être évacué immédiatement en cas d’augmentation nécessaire de la capacité de chauffe. Pour éviter une stratification
thermique du flux d’air à chauffer ainsi que les coups de bélier, l’accumulation de condensat doit être exclue dans toutes les phases de fonctionnement, même à faible débit. Cela exige une pression différentielle suffisante (sans contre-pression !) également en aval du purgeur afin que le
condensat puisse s’écouler librement même en fonctionnement à pression pratiquement nulle.
- Comme dans toute installation avec régulation, le purgeur doit
répondre instantanément à chaque modification des conditions de
service (pression, débit) pour éviter l’accumulation de condensat.
- Même avec une très faible pression différentielle, le débit doit encore
être suffisamment important.
- Le purgeur doit assurer la désaération automatique de l’installation,
même en service.
- UNA Duplex, MK avec membrane autorégulatrice N (MK pour débits
plus importants avec membranes H).
49
4.6.2. Humidificateurs d’air
Pour obtenir une humidification de l’air homogène, il est recommandé
d’avoir de la vapeur aussi sèche que possible. Par conséquent, la vapeur
doit être séchée mécaniquement (voir 4.1.1. Assécheurs de vapeur) avant
d’être injectée dans la nourrice vapeur (distributeur de vapeur).
Le condensat, pratiquement à température d’ébullition, doit être évacué
instantanément (sans accumulation).
- UNA Duplex.
- En présence d’une ligne de refroidissement, également MK avec membrane autorégulatrice N.
4.7. Réservoirs d’eau chaude avec régulation
(par ex. pour la production d’eau chaude sanitaire) (Fig. 36)
Contre-pression = 0 bar
Fig. 36
Le soutirage d’eau chaude sanitaire se fait plus ou moins par intermittence. Il en
est de même pour le chauffage. Des périodes avec une très faible formation
de condensat (uniquement pour compenser les pertes par rayonnement) avec
une très faible pression différentielle alternent avec des périodes à débit de
condensat maximal avec une pression différentielle la plus importante possible.
Pour éviter les coups de bélier pendant les périodes de faibles débits, où il y a
même risque de formation de vide dans l’espace de vapeur, le condensat doit
pouvoir s’écouler librement également en aval du purgeur en suivant sa propre
pente (aucune contre-pression).
- Réponse rapide aux fortes variations de pression et de débit.
- Bonne capacité de désaération car, pendant les périodes de faibles débits, de
l’air peut pénétrer, air devant être évacué dès que le débit augmente de nouveau.
- Débit relativement important également avec une très faible pression différentielle.
- UNA Duplex, MK avec membrane autorégulatrice N (MK pour débits plus
importants avec membranes H).
50
4.8. Echangeurs de chaleur à contre-courant, avec régulation
4.8.1. Echangeurs de chaleur horizontaux à contre-courant (Fig. 37)
Fig. 37
Ces échangeurs fonctionnent sur toute la plage de pression, à partir de
pressions très basses (à faible débit) même sous vide tout au moins brièvement et jusqu’aux pressions maximales admissibles.
Le débit de condensat se comporte en conséquence : les pressions de
service extrêmement basses pouvant se présenter nécessitent une pente
géodésique suffisante non seulement en amont, mais également en aval
du purgeur. Aucune contre-pression n’est autorisée. En cas de non-respect de cette règle, l’accumulation de condensat dans la surface de
chauffe pendant les périodes de faible débit peut provoquer des coups de
bélier pouvant entraîner des dysfonctionnements considérables (voir également Fig. 21, 22). Un purgeur dont le dimensionnement est insuffisant
peut aussi occasionner l’accumulation inadmissible de condensat.
Pour le dimensionnement du purgeur, il ne suffit pas de considérer le
débit de condensat maximal à la pression maximale admissible, mais il
faut également comparer le débit de l’échangeur de chaleur à faible débit
et le débit du purgeur à la pression de vapeur escomptée dans la surface
de chauffe. Le purgeur doit être dimensionné sur la valeur qui lui est la
moins favorable. Si les caractéristiques à faible débit ne peuvent pas être
déterminées, la méthode empirique suivante peut être utilisée pour déterminer la taille du purgeur : pression différentielle effective (pression de
travail) environ 50 % de la pression de service.
Débit de condensat pour le dimensionnement = débit maximal escompté
avec échangeur de chaleur fonctionnant à plein régime.
Pas d’accumulation de condensat perceptible dans toutes les phases de
fonctionnement, débit relativement important à de faibles pressions, fonctionnement impeccable même sous vide, désaération automatique même
en service.
- UNA Duplex.
51
4.8.2. Echangeurs de chaleur verticaux à contre-courant
Aucune mesure particulière ne s’impose.
4.8.3. Echangeurs de chaleur verticaux à contre-courant avec utilisation de la
chaleur sensible du condensat
Dans les échangeurs de chaleur horizontaux à contre-courant, l’accumulation de condensat dans la surface de chauffe a tendance à provoquer
des coups de bélier, tout au moins lorsque la vapeur de chauffe traverse
le faisceau de tubes.
Les préchauffeurs verticaux de conception adéquate fonctionnent également sans coups de béliers, même en présence d’accumulation de
condensat. Ils permettent l’utilisation directe de la chaleur sensible du
condensat, celui-ci étant appliqué sur une partie de la surface de chauffe.
Très souvent, le régime de l’échangeur de chaleur est réglé par le robinet
de réglage de la température installé côté sortie du condensat. Ceci permet l’accumulation de condensat dans une partie plus ou moins grande
de la surface de chauffe (Fig. 38).
Vapeur
Désaérateur
Produit
Purgeur
Thermostat
Régulateur de température
Fig. 38 Pression constante dans la surface de chauffe
Accumulation de condensat différente en fonction de la charge
52
Si l’échangeur de chaleur est réglé côté vapeur, un niveau constant peut
être maintenu par un purgeur à flotteur faisant office de régulateur de niveau
(voir Fig. 16). Si l’échangeur de chaleur est réglé côté condensat, l’échappement de la vapeur vive, par ex. lors du démarrage, à plein débit ou en cas
de panne du régulateur, peut être évité en installant en plus un purgeur.
Avec réglage côté vapeur :
- maintien du niveau de condensat constant prescrit.
Avec réglage côté condensat :
- écoulement libre autant que possible à des températures basses (faible
résistance à l’écoulement), se ferme au plus tard à la température de
vapeur saturée.
Exigence supplémentaire
Etant donné que le niveau de condensat est maintenu en permanence, l’air
dans l’espace de vapeur ne peut pas s’échapper par la tuyauterie de condensat. Pour cette raison, l’espace de vapeur doit faire l’objet d’une désaération.
- Avec réglage côté vapeur : UNA Duplex.
- Avec réglage côté condensat : MK avec membrane autorégulatrice N ou BK.
- Pour la désaération : MK ou BK en cas de vapeur surchauffée.
4.9. Préchauffeurs tubulaires
Les préchauffeurs sont utilisés pour chauffer les produits les plus divers qui les
traversent en continu, les pressions de service variant en fonction de la température de produit souhaitée. Les préchauffeurs fonctionnent avec régulation en
fonction de la température de sortie du produit, ou bien sans régulation.
Il est donc uniquement possible de faire quelques observations générales :
les préchauffeurs horizontaux avec lesquels la vapeur de chauffe s’écoule à travers le faisceau de tubes ont tendance à produire des coups de bélier en cas
d’accumulation de condensat. II est donc nécessaire d’utiliser des purgeurs qui
évacuent le condensat sans aucune accumulation. Les faisceaux de tubes en U
ont moins tendance à produire des coups de bélier (Fig. 37 et 39).
Fig. 39
Les préchauffeurs verticaux avec lesquels la vapeur de chauffe s’écoule à travers
le faisceau de tubes ne produisent pas de coups de bélier, même en cas d’accumulation de condensat (par ex. Fig. 38). Les préchauffeurs avec lesquels le
produit à réchauffer s’écoule à travers le faisceau de tubes et la vapeur circule
autour des tubes n’ont pas tendance aux coups de bélier lorsque l’alimentation
en vapeur est adéquate.
En général, la garantie légale relative aux préchauffeurs est basée sur l’application complète de vapeur sur la surface de chauffe. Il faut en tenir compte lors du
dimensionnement et du choix des purgeurs, quel que soit le type de préchauffeur
choisi. L’accumulation de condensat réduit la capacité de chauffe.
En ce qui concerne les préchauffeurs avec régulation, il convient de se référer à
ce qui a été mentionné sur les échangeurs de chaleur à contre-courant avec
régulation (voir 4.8.).
53
- Ces exigences dépendent des conditions de service (pression, débit, accumulation de condensat admissible, voire souhaitable, accumulation de condensat
inadmissible, préchauffeur avec ou sans régulation).
- Dans tous les cas, le purgeur doit assurer la désaération automatique.
Purgeurs recommandés
Pour les préchauffeurs avec régulation :
- UNA Duplex, MK avec membrane autorégulatrice N (MK pour débits plus
importants avec membranes H).
Pour les préchauffeurs sans régulation, si l’accumulation de condensat n’est pas
souhaitable :
- MK avec membrane autorégulatrice N, UNA Duplex.
Pour les préchauffeurs sans régulation, si l’accumulation de condensat est souhaitable :
- MK avec membrane U, BK avec refroidissement important.
54
4.10.Cuiseurs
4.10.1.Grands cuiseurs
Désaérateur
Fig. 40
(par ex. pour les sucreries, l’industrie chimique, l’industrie du papier et de
la cellulose) (Fig. 40)
Il convient de noter : pendant le chauffage du produit, la consommation
de vapeur et par conséquent la quantité de condensat formée sont en
général bien plus importantes que pendant la cuisson. Si la cuisson va de
pair avec l’évaporation du produit, la consommation de vapeur et par
conséquent la quantité de condensat formée restent assez importantes
(par ex. cuiseurs de sucrerie).
Si la cuisson se fait sans évaporation (par ex. cuiseurs de cellulose),
seules les pertes de vapeur par rayonnement doivent être compensées.
La quantité de condensat formée pendant la cuisson est extrêmement
faible comparée à celle générée lors du réchauffage qui va de pair avec
des températures initiales souvent très basses du produit. En fonction de
la taille de l’espace de vapeur de chauffe, la désaération uniquement par
le purgeur est souvent insuffisante. L’espace de vapeur doit également
être désaéré par des purgeurs thermostatiques. Ceci est notamment
nécessaire lorsque la vapeur de chauffe contient une grande quantité de
gaz incondensables, (par ex. cuiseurs de sucrerie chauffés à la vapeur de
jus à teneur élevée en ammoniac).
- Purge parfaite de débits de condensat particulièrement importants, les
débits pendant la phase de chauffe étant bien plus importants (le cas
échéant à des pressions plus basses) que pendant la cuisson.
Exigences supplémentaires :
- Désaération supplémentaire de l’espace de vapeur de chauffe.
- Le purgeur sans régulation à tuyères étagées GK, sinon TK, suffit pour les
cuiseurs de sucrerie et les échangeurs de chaleur semblables à très faible
pression différentielle et dont les différences de débit entre les phases de
chauffage et de cuisson ne sont pas très importantes.
- UNA Duplex convient aux pressions plus élevées.
- Comme désaérateur : purgeur MK avec membrane autorégulatrice N.
55
4.10.2.Marmites avec serpentins de chauffage (Fig. 41) Fig. 41
56
Comme pour toute cuisson, il convient de noter ce qui suit : la quantité de
condensat formée pendant la phase de chauffe est plusieurs fois supérieure à celle formée pendant la cuisson. Il faut en tenir compte lors du
choix et du dimensionnement du purgeur, d’autant plus que l’accumulation de condensat suite à un débit trop faible peut provoquer des coups
de bélier. Par ailleurs, le purgeur doit assurer la désaération automatique.
Une mauvaise désaération prolonge le temps de réchauffage.
- Grand débit au démarrage.
- Bonne désaération.
- Pour les basses pressions jusqu’aux débits moyens : MK 20, sinon MK
avec membrane autorégulatrice N.
4.10.3.Marmites avec enveloppe vapeur (Fig. 42)
Fig. 42
Les débits de condensat sont plus importants pendant la phase de
chauffe et plus faibles pendant la phase de cuisson (voir également
4.10.1.). Etant donné le grand espace de vapeur de chauffe, une quantité
importante d’air doit être évacuée au démarrage. Avec les marmites plus
petites, la désaération par le purgeur suffit. Pour les grandes marmites, la
désaération indépendante de l’espace de vapeur par un purgeur thermostatique est avantageuse.
Pour empêcher le risque d’implosion de l’enveloppe de chauffe en cas de
formation de vide, il convient de prévoir un clapet de retenue GESTRA
DISCO RK comme casse-vide.
- Grand débit au démarrage et capacité importante de désaération.
- Les cuiseurs plus importants nécessitent éventuellement en plus une
désaération indépendante de l’espace de vapeur, une ventilation pour
empêcher le vide.
- MK avec membrane autorégulatrice N.
- En présence de pressions de vapeur de chauffe extrêmement basses
(<0,5 bar atm.) UNA Duplex.
- Comme casse-vide RK.
Désaération
- MK avec membrane autorégulatrice H ou N.
57
4.10.4.Marmites basculantes (Fig. 43)
Flexible de vapeur
By-pass
éventuel
Fig. 43
58
Le condensat est évacué à l’aide d’un siphon qui plonge au fond de l’espace de vapeur de chauffe. Le condensat doit être refoulé jusqu’au pivot
creux du cuiseur d’où il s’écoule vers le purgeur. Pour ce faire, il faut un
purgeur avec une pression différentielle constante et suffisamment importante devant être générée le cas échéant de manière artificielle (par ex. au
moyen d’un purgeur à flotteur avec by-pass).
- Génération d’une pression différentielle suffisante (le purgeur doit toujours rester un peu ouvert) et bonne capacité de désaération.
- Une désaération supplémentaire par un purgeur thermostatique est
nécessaire, au moins pour les cuiseurs plus importants.
- Ventilation, voir sous 4.10.3.
- Disposer la désaération du côté de l’axe en face de l’entrée de vapeur.
- UNA 14/16 Simplex R avec tube de désaération.
Désaération
4.11.Chaudières à brasser (cuiseurs, brassins) (Fig. 44)
Fig. 44
Chauffage d’enveloppe le plus souvent grand avec différentes zones et pressions
de chauffe.
Caractéristique pour le trempage :
- consommation importante de vapeur lors de la phase de chauffe,
- alternant avec une consommation relativement faible pendant le temps de maintien à température.
Caractéristique pour le brassage :
- consommation importante de vapeur lors de la phase de chauffe, la pression
pouvant chuter fortement (par ex. suite à une surcharge du réseau et éventuellement du générateur de vapeur).
Pendant toute la phase d’évaporation, la consommation de vapeur est uniforme
à pression constante. Dans les deux cas, les volumes d’air à évacuer au démarrage sont très importants.
- Evacuation de débits de condensat particulièrement importants sans aucune
accumulation pour éviter les coups de bélier et pour obtenir la capacité de
chauffe maximale à chaque phase de fonctionnement.
- Capacité de désaération particulièrement bonne.
Exigences supplémentaires :
- La surface de chauffe doit être désaérée séparément avec des purgeurs thermostatiques (du type MK).
- Eviter la formation de vide.
- Pour les chaudières de petite et moyenne taille : UNA 14/16 Duplex.
- Pour les grandes chaudières : UNA 2 Duplex, purgeurs pour forts débits avec
commande auxiliaire thermique, type TK.
Désaération
- MK avec membrane autorégulatrice H.
59
4.12.Evaporateurs, grand débit (Fig. 45)
Désaérateur
Fig. 45
A part la distillation (voir 4.13.) et le brassage (voir 4.11.) mentionnés séparément
en tant que processus d’évaporation, il y a de nombreux secteurs industriels
nécessitant la concentration du produit par évaporation d’une partie de son
liquide. Cela peut être effectué de manière continue dans plusieurs installations
d’évaporation (sucrerie) ou de manière discontinue par cycles. Pendant l’évaporation continue, sauf lors du démarrage, il faut s’attendre à une quantité de
condensat quasiment stable avec une pression différentielle relativement
constante. Avec l’évaporation par cycles, la quantité de condensat formée est
nettement plus importante pendant le réchauffage (en fonction de la température
initiale du produit à évaporer) que pendant la phase d’évaporation, pendant
laquelle elle reste relativement constante.
La désaération efficace de l’espace de vapeur de chauffe est importante pour
obtenir une capacité d’évaporation optimale.
Il faut tenir compte du fait que :
a)lors du chauffage continu, les vapeurs provenant du produit à évaporer, par
ex. de l’étape d’évaporation à pression plus élevée, peuvent être utilisées
comme vapeur de chauffe dont la teneur en gaz est élevée ;
b)l’espace de vapeur de chauffe est relativement grand, si bien que la désaération parfaite par le purgeur sans fuites de vapeur importantes est difficile,
même lorsque l’évaporation se fait par cycles. Il est donc recommandé de
monter des purgeurs thermostatiques pour assurer la désaération supplémentaire de l’espace de vapeur.
Evacuation de débits relativement importants, souvent avec une pression différentielle très faible. Bonne capacité de désaération.
- Désaération indépendante de l’espace de vapeur de chauffe.
60
- Pour le procédé d’évaporation continu, le purgeur GK est suffisant (tuyère
étagée manuelle ; simple et robuste).
- Pour le procédé d’évaporation par cycles, le purgeur TK est mieux adapté ( (la
commande auxiliaire thermostatique s’adapte automatiquement).
- UNA Duplex convient aux pressions élevées.
- Comme désaérateur : purgeur MK avec membrane autorégulatrice H.
4.13.Alambics, chauffés indirectement (Fig. 46)
Fig. 46
Pour obtenir une capacité d’évaporation maximale, la surface de chauffe doit
toujours être libre de condensat. En effet, une faible accumulation de condensat
peut déjà modifier sensiblement le débit, notamment pour les petits alambics,
tels que ceux utilisés dans l’industrie pharmaceutique pour la production d’essences et dans les laboratoires.
- Le purgeur doit évacuer le condensat sans accumulation, en particulier
lorsqu’il s’agit de petits alambics car le condensat est relativement chaud avec
peu de refroidissement ce qui rend l’opération plus difficile.
- Un changement fréquent des cycles exige une parfaite désaération au démarrage.
- Prévoir éventuellement une désaération et une ventilation supplémentaires.
- MK avec membrane autorégulatrice N, UNA 14/16, UNA 2 Duplex.
Désaération
61
4.14.Cylindres-sécheurs, calandres de séchage
(par ex. pour les machines à papier, calandres, machines à carton ondulé) (Fig. 47)
By-pass
éventuel
Fig. 47
Pour un séchage et un lissage parfaits, il est primordial de maintenir les températures de chauffe constantes sur toute la surface des cylindres. Cela ne peut
être obtenu que par une purge parfaite des cylindres. Toute concentration d’air
dans les cylindres doit être évitée. Celle-ci entraînerait une réduction locale de la
température de chauffe et du transfert de chaleur et par conséquent une température de surface réduite.
Le condensat est évacué du cylindre par une écope ou un siphon.
Lorsqu’une écope est utilisée, le purgeur et la tuyauterie de condensat en amont
doivent être en mesure de recevoir le contenu complet de l’écope pour permettre
une purge parfaite. La désaération efficace du cylindre est importante, en particulier
au démarrage.
Si le cylindre est muni d’un siphon, il faut s’assurer que la pression différentielle
jusqu’au purgeur est suffisamment importante pour que le condensat puisse être
évacué du cylindre. Pour les cylindres à faible vitesse, un purgeur thermostatique
suffit en général. Pour les machines à vitesse élevée, une certaine sortie de vapeur
en fonction de la vitesse de rotation est nécessaire pour éviter la formation d’un film
de condensat. Le purgeur BK peut être réglé de sorte à autoriser une sortie de
vapeur ; chez le purgeur UNA, cette sortie de vapeur est réglée avec un by-pass
intérieur ou extérieur.
- Désaération au démarrage et continue automatiques.
- Pour les cylindres avec siphon, ils doivent être capables de générer une pression différentielle constante (pas de fermeture en service) et une sortie de
vapeur à des vitesses élevées.
62
Exigences supplémentaires
- Un appareil de contrôle visuel (montage en amont du purgeur !) doit permettre
de constater la présence d’une accumulation de condensat (voir Vaposcope
GESTRA). Dans de rares cas, il est demandé que les purgeurs ne se ferment pas
lorsqu’ils sont défectueux.
- UNA Duplex, éventuellement avec by-pass intérieur ou extérieur, levier d’actionnement manuel de l’organe de fermeture et capot indicateur de niveau transparent.
4.15.Bains
(par ex. pour le nettoyage, le décapage)
Fig. 48
4.15.1.Serpentins de chauffage avec pente descendante constante et purge
de condensat au point le plus bas (Fig. 48)
Ces serpentins excluent pratiquement tous les coups de bélier. Pour les
bains réglés par la température, il s’agit de la seule disposition des serpentins de chauffage possible. Ce qui suit s’applique en règle générale
aux installations avec régulation :
Le fort laminage du robinet de réglage causé par la faible capacité de
chauffe peut faire tomber la pression dans le serpentin de chauffage
jusqu’à atteindre le vide. Pour empêcher l’accumulation de condensat à
l’origine des coups de bélier, le condensat doit pourvoir s’écouler librement (pas de contre-pression !).
Elles résultent du mode de fonctionnement (échangeurs de chaleur avec
ou sans régulation).
- Pour les chauffages simples à réglage manuel : purgeurs BK, MK avec
membrane autorégulatrice N.
- Pour les chauffages avec régulation : purgeurs UNA Duplex, MK avec
membrane autorégulatrice N.
63
4.15.2.Bains acides
a)
b)
Fig. 49
64
Pour des raisons de sécurité, le serpentin de chauffage ne doit pas traverser la paroi du réservoir. Le condensat doit être refoulé (principe du thermoplongeur). Pour éviter les coups de bélier, le condensat doit s’écouler
avec une pente vers un ballon compensateur (Fig. 49a). Pour les diamètres de tube plus petits, une garde d’eau générée par un siphon suffit
(Fig. 49b).
- Pas de fonctionnement intermittent susceptible de provoquer des
coups de bélier par un début ou une interruption du débit brusque.
- Purgeur BK (si la conception de l’installation est défavorable, la tendance aux coups de bélier peut être éliminée par un ajustage éventuel).
4.16.Séchoirs à tapis (Fig. 50)
Fig. 50
La capacité de séchage prescrite (garantie) nécessite que les différents registres
de chauffage rendent leur capacité de chauffe totale. Ceci n’est possible que si
la vapeur est appliquée complètement sur les surfaces de chauffe, la purge est
sans accumulation de condensat et la désaération est bonne. La présence d’un
purgeur efficace ainsi qu’une purge individuelle des registres de chauffage sont
également nécessaires. Si la vapeur de détente ne peut pas être utilisée en service ou uniquement sous réserve, un registre de chauffage supplémentaire (par
ex. à l’entrée) chauffé par la vapeur de détente ou la totalité du condensat formé
peut s’avérer avantageux.
Lors du choix du purgeur, il faut tenir compte de l’espace disponible réduit et du
fait que souvent, les purgeurs sont montés sur demande à l’intérieur de l’habillage de l’appareil (température ambiante relativement élevée).
- Purge de condensat sans accumulation à des températures ambiantes relativement élevées. Désaération automatique.
- Dimensions réduites.
- UNA Duplex si la place est suffisante.
65
4.17.Tables chauffantes, plateaux de séchage (Fig. 51)
Fig. 51
Ils sont utilisés pour le chauffage et le séchage dans les installations de production les plus diverses. Le maintien de températures de surface uniformes pouvant
varier est une exigence fondamentale.
Pour ce faire, le raccordement en parallèle des différents plateaux avec une alimentation en vapeur et une purge indépendantes, chaque plateau possédant son
propre purgeur, est la meilleure solution. Ceci permet d’éviter toute interférence
des plateaux chauffants (par ex. suite à une chute de pression différente).
Le raccordement en série des plateaux souvent utilisé entraîne une accumulation
accrue de condensat dans les plateaux chauffants en bout du système, ce qui
peut causer une réduction de la température. Par ailleurs, il est peu vraisemblable
qu’un seul purgeur puisse assurer une désaération suffisante. Une capacité de
chauffe comparable à celle du raccordement en parallèle nécessite au moins des
purgeurs « à soufflante ».
- Purge de condensat sans accumulation à des températures de condensat
relativement élevées.
- Bonne capacité de désaération.
- UNA Duplex.
66
4.18.Presses à étages (Fig. 52)
4.18.1.Presses à étages, plateaux chauffants raccordés en parallèle
Fig. 52
Les températures uniformes exigées pour toute la surface des différents
plateaux chauffants ainsi que pour l’ensemble des plateaux en même temps
nécessite l’application de vapeur transmettant la même chaleur sur toute la
surface de chauffe. Cela suppose une alimentation en vapeur aussi sèche
que possible (purge de la nourrice de vapeur), une pression de vapeur identique dans chaque plateau (sans inclusion d’air réduisant la pression partielle
de la vapeur), aucune accumulation de condensat dans l’espace de vapeur
(transfert de chaleur moins bon, température de chauffe moyenne inférieure
à celle de la vapeur). Ce dernier point exige une pente descendante
constante suffisante jusqu’au purgeur.
Il n’est pas garanti que la chute de pression soit la même dans les différents plateaux. Pour cette raison, les surfaces de chauffe raccordées en
parallèle doivent être purgées séparément par un purgeur qui leur est
propre afin d’éviter l’accumulation de condensat.
- La purge de condensat sans accumulation suppose la présence d’un
purgeur évacuant le condensat quasiment à la température d’ébullition.
En même temps, il doit assurer la désaération parfaite de l’installation.
Le réchauffage nécessaire est d’autant plus court que la désaération
est rapide au démarrage.
- UNA Duplex.
67
4.18.2.Presses à étages, plateaux chauffants raccordés en série (Fig. 53)
Fig. 53
68
La purge de plateaux chauffants raccordés en parallèle (voir 4.18.1.) par
un seul purgeur est problématique. Ceci peut entraîner une accumulation
de condensat dans les différents plateaux chauffants et ainsi la réduction
partielle de la température de surface (température de chauffe).
Le raccordement en cascade (raccordement en série) de plusieurs plateaux peut être suffisant lorsque les plateaux sont de petite taille. Il
convient toutefois d’assurer une pente descendante constante suffisamment importante jusqu’au purgeur.
- Le purgeur doit évacuer le condensat suffisamment tôt afin d’exclure
avec certitude toute accumulation dans la surface de chauffe.
- UNA 14/16 Duplex.
4.19.Presses à pneus (presses à vulcaniser) (Fig. 54)
Fig. 54
Dans ce domaine, les températures de surface doivent être absolument identiques. Cela exige que la surface de chauffe reçoive uniquement de la vapeur
(pas d’accumulation de condensat dans l’espace de vapeur de chauffe), que les
pressions de vapeur dans les différents segments de chauffe soient identiques
(chute de température égale) et que la concentration d’air soit partout exclue
(ainsi qu’un transfert de chaleur différent).
La conception de la presse, l’installation des tuyauteries de vapeur et de condensat jusqu’au purgeur doivent toujours garantir une pente descendante constante.
La distribution de la vapeur en vue de l’obtention de pressions de chauffe identiques est optimale uniquement si les différents segments de chauffe sont raccordés en parallèle. Pour éviter l’accumulation de condensat, chaque segment
de chauffe doit être purgé séparément par son propre purgeur.
- Purge de condensat sans accumulation sans occasionner de pertes de vapeur
vive.
- Bonne capacité de désaération (et ainsi temps de réchauffage court).
69
4.20.Tambours à vulcaniser (Fig. 55)
Fig. 55
L’enveloppe de réchauffage et la chambre de vulcanisation chauffée directement
doivent être purgées séparément. La purge de l’enveloppe de réchauffage ne
pose pas de problèmes. En général, la purge par un purgeur avec une bonne
capacité de désaération suffit.
La purge de la chambre de vulcanisation (voir également 4.21. Autoclaves) doit
être effectuée sans qu’il reste la moindre quantité de condensat. Lors du choix
du purgeur, il faut tenir compte du fait que le condensat peut être acide. La désaération séparée de la chambre de grand volume avec un purgeur thermostatique
pour éviter les stratifications thermiques peut être avantageuse.
- Purge de la chambre sans accumulation de condensat.
- Résistance aux condensats acides.
- Bonne désaération des espaces de vapeur, la chambre de vulcanisation
devant être désaérée séparément.
- Pour l’enveloppe de réchauffage : purgeurs MK, BK.
- Pour la chambre de vulcanisation : purgeurs MK avec membrane N autorégulatrice, BK, UNA Duplex.
Si le condensat est fortement pollué, utiliser de préférence le purgeur UNA Duplex.
Si le condensat est acide, il convient d’utiliser les purgeurs particulièrement résistants MK et UNA Duplex, entièrement en acier austénitique (18 % acier chromé)).
- Pour la désaération : purgeurs MK avec membrane autorégulatrice H ou N.
70
4.21.Autoclaves (Fig. 56)
Fig. 56a
Le produit est directement chauffé à la vapeur. La présence de condensat dans
l’autoclave n’est pas souhaitable. Les projections de condensat très chaud peuvent en effet nuire au produit. L’accumulation de condensat au fond de l’autoclave peut provoquer des tensions thermiques élevées inadmissibles. Très souvent, le purgeur n’est pas en mesure d’évacuer à lui seul les accumulations d’air
dans l’espace relativement grand. En général, le condensat est plus ou moins
pollué.
- Purge de condensat sans aucune accumulation, même avec de faibles pressions au démarrage et des quantités importantes de condensat, insensibilité à
l’encrassement, capacité de désaération au démarrage aussi grande que possible.
- Désaérateurs thermiques automatiques.
- En cas de condensats fortement pollués, prévoir un dispositif pour récupérer
les particules de boue en amont du purgeur (par ex. récipient de décantation
avec robinet de purge et d’extraction GESTRA (Fig. 56b)).
- UNA Duplex.
PA
Fig. 56b
71
4.22.Presses à repasser, machines à repasser (Fig. 57)
Fig. 57
Une distinction doit être faite entre les presses utilisées seulement pour le repassage et celles destinées au repassage et/ou à la vaporisation.
Dans le premier cas, seules les surfaces de chauffe doivent être purgées, ce qui
représente une opération relativement simple. L’essentiel est d’assurer que le
condensat puisse s’écouler librement vers le purgeur.
Règle fondamentale : chaque appareil à repasser doit avoir son propre purgeur.
Au pire des cas, les parties supérieure et inférieure de la presse ne seront correctement purgées par un seul purgeur commun que si ce dernier génère une
pression différentielle suffisamment importante grâce à une sortie de vapeur
(pertes de vapeur !). Dans ce cas, il est plus économique de prévoir un purgeur
fonctionnant sans pertes de vapeur pour chaque plateau chauffant.
La vaporisation requiert de la vapeur aussi sèche que possible (monter éventuellement un assécheur de vapeur en amont). Lors de l’actionnement rapide du
robinet de vapeur, il faut éviter l’entraînement de condensat afin de ne pas salir
le linge. Pour ce faire, la conception de l’installation doit être adaptée : en cas
de difficultés suite à une mauvaise conception de l’installation, un purgeur permettant un léger passage de vapeur peut y remédier, ce qui entraîne forcément
des pertes de vapeur.
Le remplacement d’un purgeur fonctionnant sans pertes de vapeur, par ex. pour
les presses à repasser humides, par un autre système permettant un léger passage de vapeur avec d’éventuelles fuites de vapeur en vue d’obtenir des presses
sèches n’est donc pas recommandé.
72
- Fonctionnement sans pertes de vapeur avec une évacuation autant que possible sans accumulation de condensat.
- Bonne capacité de désaération pour accélérer le réchauffage au démarrage de
l’installation.
- Prévoir un assécheur de vapeur pour obtenir de la vapeur sèche.
4.23.Mannequins de repassage à vapeur
(voir 4.22. Vaporisation (Fig. 58)
Fig. 58
73
4.24.Calandres à vapeur
(calandres à chaud) (Fig. 59)
Fig. 59
Il faut des températures élevées et constantes sur toute la surface de chauffe
ainsi qu’une capacité de séchage la plus grande possible (vitesse de passage du
linge à repasser la plus élevée possible). Cela exige des purgeurs fonctionnant
sans accumulation de condensat ainsi qu’une bonne désaération de la cuvette.
S’il s’agit de machines multi-cuvettes, chaque cuvette doit être purgée séparément. Etant donné la largeur relativement importante de la cuvette, il convient
d’éviter les pertes de vapeur vive. Le cas échéant, même un purgeur avec une
bonne capacité de désaération n’est pas en mesure d’assurer la désaération
parfaite de la cuvette. Il en résulte une réduction de la température de surface (la
plupart du temps aux extrémités des cuvettes). Dans ce cas, chaque cuvette doit
être désaérée séparément aux deux extrémités à l’aide d’un purgeur thermostatique.
- Purge de condensat sans aucune accumulation. Ceci doit être garanti même
à des températures ambiantes élevées, car en règle générale, le purgeur est
installé à l’intérieur de l’habillage de l’appareil.
- Le purgeur doit disposer d’une bonne capacité de désaération, même en service.
- La désaération des cuvettes est très importante. Les températures de chauffe
trop basses sont souvent dues à une désaération insuffisante. L’installation de
purgeurs MK comme désaérateurs thermiques aux deux extrémités des
cuvettes représente la meilleure solution.
- UNA Duplex.
- MK avec membrane autorégulatrice N, MK pour débits plus importants avec
membranes H (le cas échéant pour la première cuvette).
74
4.25.Machines pour le nettoyage à sec (Fig. 59a)
Distillation
du condensat
Séchage
du condensat
Fig. 59a
Il faut purger l’aérotherme, l’alambic et, si possible, la tuyauterie d’alimentation
en vapeur au point le plus bas. Le fonctionnement cyclique exige l’évacuation
rapide de l’air pénétrant dans la machine à chaque arrêt (raccourcissement des
temps de réchauffage). C’est pourquoi il est avantageux d’utiliser des purgeurs
avec une bonne désaération automatique.
L’accumulation de condensat due à la prolongation du temps de distillation
nécessaire peut avoir un effet négatif, notamment en ce qui concerne l’alambic.
Dans les machines neuves, il faut s’attendre à un encrassement (par ex. perles
de soudure, calamine, résidus de fonderie) généré lors de la construction de la
machine.
- Purge de condensat sans aucune accumulation (en particulier pour les alambics), désaération automatique.
- Insensibilité à et/ou protection contre l’encrassement grossier.
- Dimensions réduites et installation au choix pour faciliter le montage du purgeur dans la machine complète.
- Insensibilité aux coups de bélier car l’alimentation en vapeur se fait souvent
par des électrovannes.
- Purgeurs MK avec membrane autorégulatrice N.
75
4.26.Traceurs (Fig. 60)
Dans de nombreux cas, la vapeur de chauffe ne cède pas de chaleur au produit
en service normal. Ce n’est qu’en cas de pannes que le traceur doit assurer que
les températures ne seront pas inférieures aux températures minimales prescrites du produit.
En service normal, la quantité de condensat est déterminée principalement par les
pertes par rayonnement de la tuyauterie de condensat entre le purgeur et le traceur. Il est donc possible de réaliser des économies de chaleur notables par la
réduction des pertes de chaleur des tuyauteries de condensat. A part des
méthodes classiques telles que le calorifugeage optimal et la distance la plus
courte possible entre la surface de chauffe utilisable et le purgeur, l’accumulation
dans la tuyauterie de condensat (réduction de la surface en contact avec la
vapeur) permet de limiter davantage les pertes de chaleur. Il convient cependant
de noter qu’en cas de pannes, la quantité de condensat peut être nettement
supérieure. Il en résulte alors une accumulation de condensat plus importante
avec un refroidissement correspondant. Le refroidissement admissible dépend de
la température prescrite du produit devant être maintenue.
Tuyauterie de produit
Longueur totale admissible de la nourrice
de vapeur au collecteur de condensat :
L = 80 m
Collecteur de
condensat
Nourrice de vapeur
Fig. 60 Longueur admissible des traceurs
La longueur admissible des traceurs dépend du nombre de remontées, de
poches d’eau et de coudes. Des traceurs relativement rectilignes, y compris
les tuyauteries d’arrivée depuis la nourrice de vapeur et les retours au collecteur de condensat, peuvent atteindre une longueur maximale de 80 m. Dans
les installations de production, la longueur choisie doit être nettement inférieure étant donné le nombre important de remontées et de changements de
direction. Le total de toutes les lignes ascendantes ne doit pas dépasser 4 m.
76
Pour les produits avec des points de solidification < 0 °C, le chauffage par temps
de gel est suffisant. Comparé au chauffage habituel continu pendant l’hiver, les
besoins en vapeur de chauffe requis peuvent être nettement réduits si l’on ne
chauffe qu’en cas de gel avéré ou lorsqu’il y a risque imminent de gel.
- Si le procédé de chauffage le permet, une certaine accumulation de condensat
générée dans la tuyauterie de condensat par le purgeur en amont de ce dernier est avantageuse (économies de chaleur).
- Uniquement les purgeurs thermostatiques tels que BK, éventuellement avec
un refroidissement important.
- Purgeurs MK avec membrane U (t ≈ 30 K en dessous de ts).
- Pour des températures d’évacuation les plus basses possible ≥ 80 °C, par ex.
avec purge du condensat à l’extérieur, UBK.
Condensat
Purgeur
supplémentaire
en présence
d’une ∆t
importante
Condensat
Vapeur
Vapeur
4.27.Chauffage par enveloppe (Fig. 61)
Fig. 61
En règle générale, ce chauffage permet de chauffer des produits lourds tels que
le soufre et le bitume. Il est souhaitable que la surface de chauffe complète soit
alimentée uniquement en vapeur. Si possible, la longueur de la section de chauffage ne doit pas dépasser 30 m. Lorsque ∆t entre la vapeur de chauffe et le
produit est plus importante, la section de chauffage doit être purgée à deux
endroits.
- Pas d’accumulation de condensat dans la surface de chauffe.
- Purgeurs BK.
- Purgeurs MK avec membrane autorégulatrice N.
77
4.28.Chauffages d’instruments (Fig. 62)
Diaphragme de mesure
Tuyauterie de produit
Traceur préisolé
Tuyauterie
supplémentaire
Lignes
d’impulsions
de la
nourrice de vapeur
Boîtier de protection
avec serpentin de chauffage
Collecteur de condensat
Si des raccords amovibles sont souhaités :
prévoir des raccords vissés à bague
coupante
Fig. 62
78
Le traçage instruments dans les raffineries et les installations pétrochimiques se
caractérise par des débits de condensat très faibles, les différents instruments
devant être chauffés souvent à des températures aussi basses que possible.
Dans ce cas, l’application uniquement de condensat sur la surface de chauffe
effective est avantageuse.
- Purge de débits très faibles avec un refroidissement le plus élevé possible.
- Purgeurs MK avec membrane U (t environ 30 K en dessous de ts) ;
- Purgeurs UBK avec température d’évacuation ≥ 80 °C.
4.29.Chauffages de réservoirs (Fig. 63)
Evacuation du concensat pour
réservoirs
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o
erv
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DN 20
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ut
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Pa
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Evacuation du condensat des réservoirs
d’asphalte
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DN 20
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ev
Fig. 63 Evacuation du condensat du chauffage de réservoirs
Le chauffage des réservoirs varie considérablement suivant la taille et l’utilisation
du réservoir.
Pour la purge de condensat, il est important de savoir si le chauffage est avec ou
sans régulation. Par ailleurs, elle dépend également de la conception des différents éléments de chauffage, par ex. s’ils sont horizontaux, en forme de serpentins de chauffage ou de radiateurs à ailettes avec une faible pente jusqu’au
purgeur ou encore verticaux comme éléments de chauffage enfichables.
79
Le chauffage sans régulation est souvent utilisé lorsqu’un faible apport calorifique suffit pour maintenir la température de stockage du produit. Etant donné la
quantité relativement faible de vapeur nécessaire (fort laminage du robinet de
réglage), la pression baisse fortement dans l’élément de chauffage. Dans ce cas,
il se peut que le purgeur ne soit pas en mesure d’évacuer complètement le
condensat du fait de la faible pression différentielle disponible. Par conséquent,
il y a accumulation de condensat qui, bien que souhaitable au point de vue utilisation de la chaleur sensible du condensat, est susceptible de provoquer des
coups de bélier. La règle fondamentale pour le chauffage sans régulation est la
suivante :
une pente descendante constante aussi importante que possible des éléments
de chauffage et des tuyauteries de condensat jusqu’au purgeur. Les éléments de
chauffage verticaux conviennent le mieux à l’utilisation de la chaleur sensible du
condensat par accumulation en amont du purgeur (aucun risque de coups de
bélier). Dimensionnement suffisamment grand des purgeurs.
En ce qui concerne le chauffage des réservoirs avec régulation (par ex. avec des
échangeurs de chaleur enfichables), se référer à ce qui a été mentionné sur les
réservoirs d’eau chaude avec régulation (voir 4.7.).
Pente descendante suffisante en amont du purgeur, absence de contre-pression
en aval.
- Evacuation de débits relativement importants, même en présence d’une faible
pression différentielle : si cela est nécessaire et souhaité.
- Evacuation du condensat avec refroidissement.
- Pour les installations avec régulation, réponse rapide aux fluctuations de pression et de débit.
- Résistance au gel.
- Pour les installations sans régulation : purgeurs BK, MK avec membrane U.
- Pour les débits importants : purgeurs TK.
- Pour les installations avec régulation : purgeurs UNA Duplex, MK avec membrane autorégulatrice N.
- Purgeurs MK pour les débits importants avec membrane H.
80
5.
Page
Contrôle des purgeurs
5.1.
Contrôle visuel
83
5.1.1.
Evaluation de la fonction de purge lors de la sortie du condensat
à l’extérieur à l’aide de la taille du « nuage de vapeur »
83
5.1.2.
Evaluation de la fonction de purge à l’aide d’un verre de
regard placé en aval du purgeur
84
5.1.3.
Evaluation de la fonction de purge à l’aide d’un verre de
regard placé en amont du purgeur
84
5.1.4.
Contrôle des purgeurs à flotteur
84
5.2.
Contrôle par comparaison de la température
86
5.3.
Contrôle par comparaison des bruits
86
5.4.
Contrôle continu des purgeurs
88
5. Contrôle des purgeurs
Le contrôle efficace des purgeurs pour s’assurer de leur parfait fonctionnement sans
accumulation du condensat ni pertes de vapeur vive est un sujet souvent discuté. La
pertinence des différentes méthodes de surveillance utilisées dans la pratique est très
variable, voire inexistante.
5.1. Contrôle visuel
5.1.1. Evaluation de la fonction de purge lors de la sortie du condensat à l’extérieur à l’aide de la taille du « nuage de vapeur ». Cette méthode est la
moins sûre car il est impossible de distinguer la vapeur de détente des
fuites de vapeur. La taille du nuage de vapeur dépend principalement de
la pression de service et du débit de condensat formé, ces deux facteurs
déterminant la quantité de vapeur de détente (Fig. 64).
V2 (m3)
V1 = 1m3
Vapeur saturée
Eau froide
p1 (bar)
Fig. 64 Exemple :
avec une détente p1 = 10 bar à p2 = 0 bar, le volume de l’eau froide n’augmente pratiquement pas,
celui de la vapeur saturée augmente de V1 =1 m3 à V2 = 9,55 m3
celui de l’eau en ébullition augmente de V1 =1 m3 à V2 = 245 m3
83
Notamment pour les pressions de service élevées, il est impossible de
déterminer si la vapeur vive s’échappe lorsque le condensat se forme.
Une éventuelle modification du fonctionnement (par ex. suite à l’augmentation de l’usure des surfaces d’étanchéité et à la fréquence de manœuvre
plus élevée qui en résulte) peut être constatée uniquement sur les purgeurs à fonctionnement intermittent (par ex. purgeurs thermodynamiques
à disque).
5.1.2. Evaluation de la fonction de purge à l’aide d’un verre de regard placé en
aval du purgeur Se référer à ce qui a été mentionné sous 5.1.1. La pertinence est encore moindre, étant donné que dans l’espace réduit du verre
de regard, la moindre quantité de vapeur de détente produit déjà des
vitesses d’écoulement relativement élevées avec une turbulence correspondante. Les purgeurs à fonctionnement intermittent permettent uniquement d’observer l’ouverture et la fermeture, mais pas l’échappement de
vapeur vive.
5.1.3. Evaluation de la fonction de purge à l’aide d’un verre de regard ou d’un
dispositif de contrôle placé en amont du purgeur
Un verre de regard bien construit et installé en amont du purgeur assure
le contrôle efficace de celui-ci. La formation de vapeur de détente ne
faussera pas le résultat du contrôle. Par rapport au verre de regard installé en aval du purgeur, celui placé en amont est soumis à des pressions
et des températures plus élevées. Il faut donc des corps haute pression
et des verres de qualité supérieure, ce qui explique la différence de prix à
l’achat.
Les Vaposcopes du programme GESTRA sont parfaitement appropriés
au contrôle visuel du purgeur (Fig. 65). La surveillance optimale du purgeur est garantie lorsque le Vaposcope est installé directement en amont
du purgeur. Dans ce cas, il ne révèle pas seulement la moindre perte de
vapeur vive, mais également toute accumulation de condensat, aussi
faible soit-elle, bien que l’accumulation limitée à la tuyauterie de condensat soit sans importance pour le chauffage. Pour contrôler l’absence
d’accumulation de condensat dans la surface de chauffe pour les situations de chauffage critiques, il est recommandé d’installer un deuxième
Vaposcope immédiatement à la sortie de condensat de l’échangeur de
chaleur (Fig. 66).
5.1.4. Contrôle des purgeurs à flotteur
Le purgeur UNA 23 peut être équipé d’une glace signalant si le purgeur
accumule du condensat ou laisse échapper de la vapeur par son organe
de fermeture.
84
Le condensat et la vapeur (gaz) dans
le sens de passage doivent traverser
la poche d’eau au niveau du déflecteur rigide. Comme la vapeur est un
fluide de poids spécifique plus léger,
elle pousse le niveau de condensat
vers le bas.
Sens de passage
Déflecteur
Axe de visée
Le déflecteur plonge dans l’eau.
Service normal
Lorsque le Vaposcope est complètement immergé, le condensat s’est
accumulé dans la tuyauterie. Si le
Vaposcope est monté immédiatement derrière la surface de chauffe, il
faut s’attendre à une retenue pouvant aller jusque dans la surface de
chauffe.
Retenue de condensat
Le passage de la vapeur abaisse
fortement le niveau d’eau. Bien
qu’invisible, la vapeur occupe l’espace entre le déflecteur et le niveau
d’eau.
Fuite de vapeur
Fig. 65
Mode de fonctionnement du Vaposcope GESTRA
85
5.2. Contrôle par comparaison de la température
Verre de regard
Contrôle du chauffage
Fig. 66
Verre de regard
Contrôle du purgeur
La mesure de la température dans la tuyauterie de condensat en amont du purgeur
est une autre méthode souvent utilisée dans le cas d’échangeurs de chaleur où
l’accumulation de condensat doit être évitée. Cette méthode est cependant problématique.
Dans certains cas, le fonctionnement d’un purgeur peut être jugé en mesurant la
température de surface en différents points de la tuyauterie, par ex. immédiatement
en amont ou en aval du purgeur ou encore à l’entrée de la vapeur.
Il ne faut cependant pas oublier que les températures dépendent de la pression
régnant au point de mesure, du pourcentage de gaz dans la vapeur (réduction de la
pression partielle de la vapeur et ainsi de la température) et de l’état de la surface
de la tuyauterie lors de la mesure. Lors du choix de point de mesure, il faut également tenir compte du fait que la température du condensat, même en l’absence
d’accumulation, peut être inférieure à celle de la vapeur saturée.
La mesure de la température en aval du purgeur permet uniquement de déduire la
hauteur de la pression dans la tuyauterie de condensat. Elle ne permet pas de
contrôler le purgeur.
5.3. Contrôle par comparaison des bruits
La méthode souvent utilisée consistant à contrôler le fonctionnement du purgeur
à l’aide d’un stéthoscope n’est possible qu’avec les purgeurs à fonctionnement
intermittent. Ces purgeurs permettent de différencier nettement les périodes d’ouverture et de fermeture. La fréquence de manœuvre permet de tirer des conclusions sur le fonctionnement, sans toutefois constater s’il y a fuite de vapeur vive
ou non.
Le contrôle du purgeur par la mesure des bruits de structure ultrasoniques générés par le purgeur est d’un plus grand intérêt. Cette méthode est basée sur le fait
que la vapeur traversant un organe de laminage produit une intensité sonore
supérieure à celle de l’eau qui s’écoule (condensat). Le VAPOPHONE GESTRA
VKP a fait ses preuves en tant qu’appareil de contrôle.
Le récepteur du VKP convertit les vibrations ultrasoniques mécaniques générées
dans le siège ou l’organe de fermeture d’un purgeur en signaux électriques amplifiés et affichés sur l’appareil de mesure.
86
En ce qui concerne l’évaluation des résultats de mesure, il convient de noter que
l’intensité sonore ne dépend que partiellement de la quantité de vapeur qui
s’écoule. L’intensité sonore est également influencée par le débit de condensat, la
pression différentielle et le type de source sonore, donc du type de purgeur utilisé.
Quelques expériences acquises par les utilisateurs ont permis d’obtenir des résultats de contrôle utiles, par ex. pour les débits de condensat jusqu’à 30 kg/h et des
pressions maximales de 20 bar et de détecter des pertes de vapeur à partir d’environ 2 à 4 kg/h.
Fig. 66a Appareil de mesure ultrasonique pour le contrôle des purgeurs – Vapophone VKP 10
Fig. 66b Appareil de mesure ultrasonique pour le contrôle des purgeurs – TRAPtest VKP 40
Le VKP 10 détecte les bruits de structure à la surface du corps des purgeurs. L’évaluation de l’affichage s’effectue manuellement par l’utilisateur.
L’appareil de mesure ultrasonique GESTRA VKP 40 a permis d’automatiser le
contrôle des purgeurs. Le système peut être utilisé pour tous les types et toutes les
marques. Un collecteur de données préprogrammé est utilisé pour enregistrer les
valeurs mesurées dans l’installation. Les prescriptions spécifiques au purgeur données par le logiciel ont été prises en compte lors de la mesure ! L’évaluation a lieu
après la transmission et l’enregistrement des données dans le PC. Le système de
gestion des purgeurs est basé sur la comparaison avec les données historiques
dans le logiciel.
87
5.4 Contrôle continu des purgeurs
Système VKE
Le dispositif de contrôle VKE sert à surveiller les pertes de vapeur et l’accumulation
de condensat des purgeurs. Une chambre de mesure indépendante avec électrode de mesure à laquelle la station de contrôle est raccordée est installée en
amont du purgeur à surveiller. Le système VKE avec chambre de mesure peut être
utilisé sur les purgeurs de l’ensemble des systèmes et des marques.
Mode de fonctionnement
L’électrode signale l’état condensat ou vapeur à la station de contrôle NRA 1-3
(pour le télécontrôle automatique). Lorsque le purgeur fonctionne parfaitement,
l’électrode est entourée de condensat. En cas de pertes de vapeur dans le purgeur, le condensat est repoussé jusqu’à ce que l’électrode soit entourée de
vapeur. L’état correspondant est affiché.
La station de contrôle NRA 1-3 peut surveiller un maximum de 16 purgeurs.
Chaque purgeur raccordé peut faire l’objet d’une surveillance des pertes de
vapeur et d’accumulation de condensat. Grâce à différents modes de fonctionnement et à l’intégration de la température système, les valeurs limites sont
automatiquement adaptées et les défauts immédiatement détectés. La signalisation de l’intervalle d’entretien se fait sur le devant de la station de contrôle, un
contact sans potentiel signale la présence de défauts. La station de contrôle est
disponible dans le corps pour montage mural et pour montage sur panneau. La
chambre de mesure VKE 26 sert à la surveillance fiable de l’accumulation de
condensat dans l’installation.
Température de l’installation
(en option)
Station de contrôle NRA 1-3
Câble blindé
de 100 m maxi
16 purgeurs
maxi, type
Rhombusline,
par ex. MK 45-1 et
BK 45
Télécontrôle
Rhombusline *)
Alarme
Electrode NRG 16-28
Télécontrôle avec
chambre de mesure
universelle *)
Câble blindé
de 100 m
maxi
Station de contrôle
NRA 1-3
16 chambres
de mesure maxi
VKE 16-1/16A
Fig. 67 Système VKE 88
Electrode
NRG 16-19
ou NRG 16-27
Alarme
*) Combinaison possible
6.
Utilisation de la chaleur sensible du condensat
6.1.
Considérations générales
Page
91
6.2.
Exemples d’utilisation possible de la chaleur sensible du condensat91
6.2.1.
Accumulation de condensat dans l’échangeur de chaleur
91
6.2.2.
Système de récupération de la vapeur de détente
(circuit de condensat fermé)
93
7.
Désaération des échangeurs de chaleur
94
8.
Systèmes de retour de condensats
95
6. Utilisation de la chaleur sensible du condensat
6.1. Considérations générales
Normalement, dans un échangeur de chaleur chauffé à la vapeur, seule la chaleur
de condensation est transmise au produit à réchauffer. Pour obtenir la capacité
de chauffe optimale, le purgeur doit évacuer le condensat dès sa formation. La
chaleur encore contenue dans le condensat est évacuée avec celui-ci. Elle représente un pourcentage considérable de l’enthalpie totale qui augmente avec la
pression. Ainsi, à une pression de service de 1 bar, la chaleur sensible est de 19
% de l’enthalpie totale de la vapeur, à une pression de 10 bar, elle est de 28 %
et à 18 bar de 32 % (voir les tableaux de vapeur, Fig. 83).
Si le condensat est évacué à l’extérieur sans être réutilisé, une partie importante de
l’énergie calorifique qui était nécessaire pour la production de la vapeur est perdue.
Par ailleurs, le renouvellement complet et la production de l’eau d’alimentation
génèrent des dépenses supplémentaires.
Il est donc courant de récupérer le condensat autant que possible pour le réutiliser pour la production de vapeur ou au moins comme eau industrielle.
L’utilisation de la vapeur de détente formée lors de la chute de pression du
condensat, à savoir de la pression de service dans l’échangeur de chaleur à la
pression dans la tuyauterie de condensat, est plus problématique (vapeur de
détente). L’évacuation du condensat vers l’extérieur (collecteur de condensat
ouvert) peut non seulement avoir un impact négatif sur l’environnement, même
en cas d’utilisation du condensat, mais peut également causer des pertes de
chaleur considérables. Ainsi, les pertes de chaleur par rapport à l’énergie calorifique totale produite sont de 3,2 % à une presion de service de 1 bar, de 13 %
à une pression de 10 bar et de 17 % à 18 bar. La quantité de vapeur de détente
formée à différentes pressions amont et contre-pressions peut être consultée
dans le diagramme, Fig. 68.
6.2. Exemples d’utilisation possible de la chaleur sensible du condensat
6.2.1. Accumulation de condensat dans l’échangeur de chaleur
Grâce à l’accumulation de condensat, une partie de la chaleur contenue
dans celui-ci est également utilisée directement pour le chauffage. Dans
des cas extrêmes, il est possible de prélever une quantité de chaleur du
condensat telle qu’après évacuation, il n’y a plus formation de vapeur de
détente. Ce mode de fonctionnement n’est possible que si, malgré l’accumulation de condensat, la capacité de chauffe ainsi que la température
de chauffe souhaitées sont atteintes et que l’échangeur de chaleur fonctionne sans coups de bélier (par ex. échangeur de chaleur vertical à
contre-courant ou préchauffeur vertical conformément à la Fig. 38).
Pour les échangeurs de chaleur sans régulation, les purgeurs thermostatiques évacuant le condensat avec un refroidissement prescrit suffisent
(purgeurs BK réglés de manière appropriée ; purgeurs MK avec membrane U ; purgeurs UBK).
L’organe de réglage des échangeurs de chaleur avec régulation n’est pas
installé côté vapeur, mais au contraire côté condensat.
91
Revaporisation en kg/kg de condensat
bar de pression en amont du purgeur
Fig. 68 Quantité de vapeur de détente
Revaporisation lors de la détente du condensat d’ébullition.
92
6.2.2. Système de récupération de la vapeur de détente (circuit de condensat
fermé). La vapeur de détente est utilisée pour le chauffage d’échangeurs
de chaleur placés en aval et le condensat sert à alimenter la chaudière.
Ceci nécessite un réseau de vapeur avec au moins deux étages de pression (Fig. 69).
Utilisation de la vapeur de détente
Détendeur
Ballon de détente
Fig. 69 Si la surface de chauffe en aval nécessite davantage de vapeur, le détendeur fournit de la vapeur vive
Un seul échangeur de chaleur fonctionnant à la vapeur de détente,
comme par ex. un ballon d’eau chaude, suffit le cas échéant pour les
petites installations.
Echangeurs de chaleur à contre-courant pour chauffage à eau chaude ou
similaire (Fig. 70).
MK en tant que
désaérateur
Tube de sécurité
vertical
Pompe
Ballon de détente
Fig. 70 Système de récupération de la vapeur de détente simple avec circulation
par thermosiphon. La quantité de vapeur de détente dépend du débit de
condensat et ne peut être adaptée aux besoins variables.
93
7. Désaération des échangeurs de chaleur
L’air ou d’autres gaz incondensables pénètrent dans l’installation, notamment pendant
les arrêts de celle-ci. L’absence de dégazage ou un dégazage insuffisant de l’eau
d’alimentation est une autre cause, tout comme l’utilisation des buées provenant des
produits comme vapeur de chauffe, une pratique courante, en particulier dans les
sucreries.
L’air et les autres gaz entravent nettement le transfert de chaleur. Par ailleurs, ils réduisent la pression partielle de la vapeur et ainsi sa température. Bien que le manomètre
indique la pression totale dans l’espace de vapeur en présence d’un mélange vapeur/
gaz, la température mesurée ne correspond qu’à celle de la pression partielle de la
vapeur et est donc inférieure à celle de la vapeur saturée de la pression totale mesurée.
Comme la différence de température entre la vapeur de chauffe et le produit à réchauffer se réduit, la capacité de chauffe diminue (Fig. 28).
A une pression totale de 11 bar par exemple et sans aucune présence de gaz, la température est de 183 °C. Avec une proportion de gaz de 10 %, la température s’abaisse
à 180 °C et avec 35 %, elle est de 170 °C. Cet exemple permet de conclure que la
concentration d’air est la plus importante à l’endroit le plus froid de la surface de
chauffe. Il faut en tenir compte lors de la disposition des désaérateurs.
Pour les échangeurs de chaleur en majorité de petite et moyenne taille, l’utilisation de
purgeurs à désaération automatique permet normalement d’obtenir une désaération
suffisante (tous les purgeurs GESTRA assurent la désaération automatique).
Dans les échangeurs à grand volume, tels que les cuiseurs, évaporateurs et autoclaves, les gaz ont tendance à se concentrer à certains endroits en fonction de la forme
de l’espace de vapeur et des conditions d’écoulement qui en résultent. Dans ce cas,
les espaces de vapeur doivent être désaérés séparément à un ou plusieurs endroits.
Les purgeurs thermostatiques GESTRA des séries BK et en particulier MK conviennent
comme désaérateurs de systèmes à vapeur saturée.
Pour accélérer l’évacuation de l’air des espaces de vapeur, il est recommandé de
poser un tube non calorifugé d’au moins 1 m de long en amont du désaérateur. La
condensation accrue de la vapeur à cet endroit entraîne une concentration locale de la
proportion d’air avec une baisse correspondante de la température, ce qui conduit à
une ouverture plus rapide et plus grande du purgeur. La Fig. 29 représente quelques
dispositions efficaces de désaérateurs sur des échangeurs de chaleur de grand
volume.
94
8. Système de retour de condensats
Le refoulement du condensat, par exemple de retour au générateur de vapeur, requiert
la présence d’une pente suffisamment importante. Peu importe qu’il s’agisse d’une
pente purement géodésique, d’une pression différentielle ou de l’addition des deux.
Pour les installations importantes (quantité importante de condensat) et/ou lorsque le
condensat doit être refoulé à un niveau plus élevé, la contre-pression peut atteindre un
niveau inacceptable (par ex. dans les installations avec régulation, voir entre autres le
point 4.8.1). Dans ce cas, il est indiqué de collecter le condensat par sections ou séparément des différentes parties de l’installation.
Le condensat est alors transporté du collecteur de condensat au réservoir d’eau d’alimentation à l’aide de pompes commandées en fonction du niveau (Fig. 71).
Condensat
Vapeur de détente
Structure
1. Collecteur de condensat avec
équipement
1.1 Collecteur de condensat GESTRA
1.2 Groupe manomètre
1.3 Indicateur de niveau d’eau
1.4 Soupape de sûreté
1.5 Robinet de vidange
2. Commande de niveau
2.1 Electrode de niveau GESTRA
2.2. Bouteille extérieure GESTRA
2.3.
2.4
3.
3.1
3.2
3.3
3.4
Vanne d’arrêt
Armoire de commande GESTRA
Groupe de pompage
Pompe à condensat
Clapet de retenue GESTRA DISCO
Robinet d’isolement GESTRA
Robinet d’isolement GESTRA avec
cône de laminage
3.5 Groupe manomètre pour tuyauterie
de refoulement
Fig. 71 Installations de collecte et de retour des condensats GESTRA
95
Pour transporter de faibles ou moyens débits de condensat provenant de parties éloignées de l’installation, l’installation de retour des condensats GESTRA sans pompes
représente une solution économique. La vapeur motrice est utilisée comme moyen de
transport. Le condensat s’écoule vers le collecteur de condensat hors pression. Dès
que le condensat atteint le niveau supérieur réglé, une électrode de niveau transmet
une impulsion de fermeture à l’électrovanne installée dans la tuyauterie de désaération
et simultanément une impulsion d’ouverture à l’électrovanne de la tuyauterie de vapeur
motrice. Dès que le niveau de condensat minimal prescrit est atteint dans le collecteur,
une deuxième électrode transmet une impulsion de fermeture à l’électrovanne vapeur
et une impulsion d’ouverture à l’électrovanne de désaération (Fig. 72).
Désaération
Vapeur motrice
Tuyauterie
de condensat
Purge de la tuyauterie
de vapeur motrice
Structure
1 Collecteur de condensat
GESTRA
Condensat des
utilisateurs
2 Manomètre
3 Electrode de niveau
GESTRA
4 Electrovanne
5 Robinet d’isolement
6 Clapet de retenue
GESTRA DISCO
7 Purgeur
GESTRA
Fig. 72 Installation de retour des condensats GESTRA fonctionnant sans pompes,
type KH
Les installations de retour des condensats GESTRA fonctionnant sans pompes sont
également disponibles avec commande à flotteur sans aucune énergie auxiliaire électrique, type FPS.
96
9.
Purge des installations à air comprimé
Page
99
9. Purge des installations à air comprimé
L’air atmosphérique contient toujours plus ou moins d’humidité sous forme de vapeur
d’eau. Cette quantité de vapeur d’eau peut être au maximum égale à la quantité de
saturation. La quantité de saturation correspond au poids maximum de vapeur d’eau
en grammes contenue dans un mètre cube d’air et dépend uniquement de la température de l’air (Fig. 73).
La quantité de saturation, appelée également humidité absolue, est identique au poids
spécifique de la vapeur saturée à cette température. La limite de saturation augmente
au fur et à mesure que la température monte et diminue lorsque la température descend. La quantité de vapeur dépassant la limite de saturation se condense.
Le poids effectif de vapeur d’eau contenue dans 1 m3 exprimé en % de la quantité
maximale de saturation est l’humidité relative (100 % d’humidité relative = quantité de
saturation = humidité absolue).
Exemple :
1 m3 d’air saturé à 23 °C contient 20,5 g de vapeur (humidité absolue). Si cet air est
comprimé d’1 bar absolu à 5 bar absolu et la température est maintenue constante à
23 °C par refroidissement, le volume tombera à 1/5 m3. Par conséquent, ce volume
d’air ne peut absorber que 1/5 de la quantité de vapeur contenue dans 1 m3 d’air
aspiré de 20,5 g, donc 4,1 g. Le reste, à savoir 20,5 - 4,1 = 16,4 g se condense sous
forme d’eau.
La quantité maximale possible de condensat à une pression d’aspiration de 0 bar, à
des températures d’aspiration différentes et une température d’air comprimé de 20 °C
peut être consultée dans la Fig. 74. Les valeurs indiquées dans ce tableau doivent être
multipliées par la quantité d’air effectivement aspirée en m3, laquelle doit être déterminée le cas échéant à partir de l’unité de débit, comme par ex. m3/h ou l/mn.
Exemple :
1000 m3 d’air par heure sont comprimés à 12 bar. Température d’aspiration 10 °C,
température de l’air comprimé 20 °C. Suivant le tableau, la quantité maximale de
condensat est de 8,0 g/m3, donc pour 1000 m3/h = 8000 g/h = 8,0 kg/h.
L’eau séparée de l’air comprimé doit être éliminée de l’installation car elle entraînerait
la corrosion et l’érosion. Il est recommandé de purger l’installation à air comprimé
complète car il y a précipitation continue de l’humidité jusqu’à ce que l’air se soit
refroidi à la température ambiante.
Nous recommandons de purger les refroidisseurs des compresseurs ainsi que les
réservoirs et les tuyauteries d’air comprimé à des distances fixes et aux points bas des
tuyauteries et avant chaque remontée avec changement de direction (Fig. 75).
Dans tous les cas où il faut de l’air quasiment sec (le cas échéant également de l’air
exempt d’huile), il convient d’utiliser un séparateur d’eau selon le principe de la force
centrifuge (séparateur d’eau GESTRA du type TP) ou, pour une qualité d’air absolument sec, un absorbeur d’eau et pour la précipitation d’huile un absorbeur ou séparateur d’huile. Pour la purge automatique, GESTRA fournit des purgeurs à flotteur avec
des combinaisons d’équipement spéciales.
99
Température de l’air en °C
Humidité en g/m3
Fig. 73 Taux d’humidité dans l’air
100
Tempéra-
ture
d’aspi-
ration
Taux
d’humidité
à 100 %/
de saturation
(voir Fig. 74)
-10 °C
12,14 g/m3
0 °C
14,84 g/m3
+10 °C
19,4 g/m35,8
+20 °C
17,3 g/m3
+30 °C
30,4 g/m3
+40 °C
51
g/m3
Quantité maximale de condensat en g pour 1 m3
d’air aspiré à la pression de service
4 bar
0
1
7,3
13,7
26,9
47,7
8 bar
0
2,7
8,0
15,3
28,5
49,1
12 bar
0,6
3,4
8,3
16,0
29,1
49,7
16 bar
1
3,7
8,6
16,2
29,4
50
22 bar
1,3
4
8,8
16,5
29,6
53
32 bar
1,5
4,2
16,8
29,9
50,5
Fig. 74 Quantité maximale de condensat formée par m3/h d’air aspiré, p = 0 bar
effectif, température d’aspiration, voir tableau, température de l’air comprimé 20 °C, humidité de l’air à l’aspiration 100 %
101
Réservoir d’air
comprimé
Séparateur d’eau
Compresseur
Refroidisseur
Fig. 75
Afin d’obtenir une purge parfaite, il faut tenir compte des points suivants lors de la
pose des tuyauteries et de l’installation du purgeur :
a)le condensat doit pouvoir s’écouler librement du point de purge au purgeur avec
une pente descendante continue ;
b)lors de la pose de la tuyauterie, il faut veiller à ce que la pente soit suffisamment
importante. Dans les tuyauteries horizontales, il peut y avoir formation d’une poche
d’eau dès le robinet d’isolement. Comme la pression qui règne en amont et en aval
de la poche d’eau est la même, l’eau reste bloquée dans la tuyauterie formant une
garde d’eau. De ce fait, le condensat ne peut pas s’écouler vers le purgeur ;
c)l’ouverture du purgeur à flotteur nécessite un niveau de condensat suffisamment
élevé dans le corps du purgeur qui ne peut se former que si l’air présent dans le
purgeur peut s’échapper.
Les purgeurs GESTRA permettent à l’air de s’échapper lorsque le débit de condensat est très faible et la tuyauterie de condensat est posée avec une pente constante
(aussi verticale que possible) et relativement grande par rapport au débit. Lorsque
le condensat entre dans le purgeur et au fur et à mesure que le niveau d’eau augmente dans le purgeur, l’air peut alors s’échapper en refluant dans la tuyauterie
dans le sens inverse du condensat.
Si le débit de condensat est assez important, ce qui est par exemple le cas lorsque
la tuyauterie de condensat se remplit complètement par un flux d’eau au démarrage,
l’air est bloqué dans le corps du purgeur. Le niveau de condensat nécessaire à
l’ouverture du purgeur ne se forme que très lentement, voire pas du tout. L’évacuation du condensat est alors insuffisante. Dans ce cas, il est recommandé de raccorder le corps du purgeur à la tuyauterie d’air comprimé par une « tuyauterie d’équilibrage », permettant à l’air de s’échapper et ainsi l’écoulement immédiat du condensat vers le purgeur (Fig. 76).
102
Tuyauterie de gaz ou d’air comprimé
Tuyauterie
d’équilibrage
Tubulure
d’accumulation
par ex. :
Séparateur d’eau
Refroidisseur
Réservoir
avec ou sans robinet
Tuyauterie
Tige de robinet
d’équilibrage
horizontale
Purgeur à flotteur pour
montage horizontal
Tuyauterie de gaz ou
d’air comprimé
Tubulure
d’accumulation
Robinet
montage vertical
Tuyauterie
d’équilibrage
avec ou
sans robinet
Fig. 76
d)de faibles quantités d’huile normalement formées avec des compresseurs lubrifiés
n’entravent pas le fonctionnement des purgeurs GESTRA. Si le condensat est fortement chargé d’huile, il est recommandé de monter un ballon séparateur en amont
du purgeur, d’où l’émulsion d’huile est vidangée de temps en temps, par exemple à
l’aide d’un robinet manuel (Fig. 77).
par ex. :
Séparateur
Refroidisseur
Tuyauterie
d’équilibrage
Réservoir
Tuyauterie
Hauteur de
charge suffisante
Tuyauterie courte
montage horizontal
Huile Eau
Vidange d’huile
montage vertical
Fig. 77
Au lieu du purgeur, il est également possible d’utiliser une électrovanne commandée
par un relais temporisé. Cette vanne étant ouverte pendant quelques secondes à
des intervalles prédéfinis permet l’air comprimé qui passe de nettoyer en même
temps les surfaces d’étanchéité de la vanne. Attention : pertes d’air !
e)installations extérieures : il convient de chauffer la tuyauterie et le purgeur sinon il y
a risque de gel.
Avant la première mise en service d’une installation neuve, il faut remplir le purgeur
à flotteur d’eau !
103
Page
10.
Dimensionnement des tuyauteries de condensat
10.1.
Considérations générales
107
10.2.
Exemples
113
10.Dimensionnement des tuyauteries de condensat
10.1.Considérations générales
10.1.1.Le diamètre intérieur de la tuyauterie entre l’échangeur de chaleur et le
purgeur est normalement choisi en fonction du diamètre nominal du purgeur nécessaire.
10.1.2.En ce qui concerne la tuyauterie de condensat en aval du purgeur, il faut
tenir compte de la revaporisation. Même avec une pression différentielle
très faible, le volume de la vapeur de détente est un multiple de celui du
liquide si le condensat est évacué quasiment à la température d’ébullition
(pour une détente de 1‚2 bar absolu à 1,0 bar absolu par exemple, le
volume augmente environ 17 fois).
Dans ces cas, il suffit de dimensionner la tuyauterie de condensat uniquement en fonction de la quantité de vapeur de détente. La vitesse d’écoulement de la vapeur de détente ne doit pas être trop élevée afin d’éviter
les coups de bélier (par ex. par la formation d’ondes), les bruits d’écoulement ou l’érosion.
La vitesse d’écoulement de 15 m/s en bout de tuyauterie lors de l’entrée
dans le collecteur de condensat ou le ballon de détente constitue une
valeur empirique utile.
Vous pouvez consulter les diamètres intérieurs de la tuyauterie qui en
résultent dans la Fig. 78.
Si les tuyauteries sont plus longues (>100 m) et les débits de condensat
plus importants, il convient de calculer les chutes de pression pour éviter
les contre-pressions éventuellement trop élevées en se basant sur la
vitesse de la vapeur de détente (Fig. 79 et 80).
10.1.3.Si le condensat se présente principalement à l’état liquide (par ex. en cas
de refroidissement important ou de pression différentielle extrêmement
faible), le diamètre de la tuyauterie doit être calculé en se basant dans la
mesure du possible sur une vitesse d’écoulement du condensat = 0,5 m/s.
Le diamètre intérieur de la tuyauterie en fonction de la vitesse d’écoulement choisie peut être déterminé à l’aide de la Fig. 81. Si le condensat est
refoulé par des pompes, il ne peut être présent dans la tuyauterie de
refoulement qu’à l'état liquide. Pour déterminer le diamètre nominal de la
tuyauterie, la vitesse moyenne peut être estimée à 1,5 m/s. Le diamètre
nominal de la tuyauterie qui en résulte peut être consulté dans la Fig. 81.
107
108
0,2
35,7
37,9
40,1
44,2
46,8
48,8
50,4
52,0
53,3
54,3
55,7
56,5
59,9
61,3
62,3
64,4
66,9
69,0
70,2
72,9
75,1
76,8
78,5
80,0
81,4
0,5
16,0
18,0
20,6
23,5
25,5
27,1
28,4
29,6
30,5
31,5
32,3
33,0
35,5
36,4
37,2
38,7
40,5
42,0
42,9
44,8
46,3
47,5
48,7
49,7
50,7
0,8
7,4
10,0
12,9
15,8
17,7
19,2
20,4
21,5
22,3
23,1
23,9
24,5
26,7
27,5
28,2
29,5
31,0
32,3
33,0
34,7
36,0
37,0
38,0
38,8
39,6
1,2
6,8
10,3
12,3
13,9
15,0
18,0
16,9
17,7
18,4
18,9
20,9
21,7
22,3
23,5
24,8
26,0
26,6
28,1
29,2
30,1
31,0
31,7
32,5
1,0
6,1
9,5
12,6
14,5
16,0
17,1
18,2
19,0
19,8
20,5
21,1
23,1
23,9
24,6
25,7
27,2
28,4
29,0
30,6
31,8
32,7
33,6
34,4
35,2
7,6
9,2
10,7
11,9
12,9
13,7
14,4
15,2
15,7
17,6
18,3
18,9
19,9
21,5
22,3
22,9
24,2
25,3
26,1
26,9
27,5
28,2
1,5
5,3
7,3
8,5
9,7
10,5
11,2
11,9
12,4
14,2
14,9
15,5
16,5
17,7
18,7
19,2
20,4
21,4
22,1
22,9
23,5
24,1
2,0
4,5
6,0
7,3
8,1
8,9
9,6
10,1
11,9
12,6
13,1
14,1
15,2
16,2
16,7
17,9
18,8
19,5
20,1
20,7
21,2
2,5
3,8
5,3
6,3
7,1
7,9
8,4
10,2
10,9
11,4
12,3
13,4
14,3
14,8
15,9
16,8
17,5
18,1
18,6
19,1
3,0
3,5
4,7
5,6
6,5
7,0
8,9
9,5
10,0
11,0
12,0
12,9
13,4
14,5
15,3
15,9
16,5
17,0
17,5
3,5
3,0
4,2
5,1
5,7
7,7
8,4
8,9
9,8
10,8
11,7
12,2
13,2
14,0
14,6
15,2
15,7
16,2
4,0
2,8
4,0
4,6
6,7
7,4
7,9
8,9
9,9
10,8
11,2
12,2
13,0
13,6
14,1
14,6
15,1
4,5
2,7
3,5
5,8
6,6
7,1
8,0
9,1
9,9
10,4
11,4
12,1
12,7
13,2
13,7
14,2
5,0
2,1
4,8
5,5
6,0
7,0
8,0
8,8
9,2
10,2
10,9
11,4
12,0
12,4
12,8
6
100
1,0
200
1,4
300
1,7
400
2,0
500
2,2
600
2,4
700
2,6
800
2,8
900
3,0
1.000
3,2
1.500
3,9
2.000
4,5
3.000
5,5
9
5.000
7,1
2,1
3,6
4,8
5,7
6,2
7,1
7,8
8,4
8,6
9,3
9,6
Fig. 78 Dimensionnement des tuyauteries de condensat (exemples de calcul à partir de la page 107)
Bases pour la détermination du diamètre (intérieur) de la tuyauterie :
1.Seule la quantité de vapeur de détente est prise en compte
2.La vitesse d’écoulement de la vapeur de détente estimée est de 15 m/s
g/h
k
Facteur
8
4,0
4,8 2,4
5,3 3,3
6,2 4,5
7,2 5,6
8,0 6,5
8,4 7,0
9,3 7,9
10,0 8,6
10,5 9,2
11,0 9,7
11,4 10,1
11,8 10,5
7
Pression en bout de tuyauterie de condensat (bar absolu)
Pour déterminer le diamètre effectif (mm), les valeurs indiquées doivent être multipliées par les facteurs suivants :
1,0
99
1,2
104
1,5
111
2,0
120
2,5
127
3,0
133
3,5
138
4,0
143
4,5
147
5,0
151
6,0
155
7,0
158
8,0
170
9,0
175
10,0
179
12,0
187
15,0
197
18,0
206
20,0
211
25,0
223
30,0
233
35,0
241
40,0
249
45,0
256
50,0
263
Pression Température
abs.
d’ébullition
bar
°C
Etat du condensat
avant détente
2,9
3,9
4,4
5,4
6,1
6,7
7,1
7,5
7,9
12
2,5
3,1
4,2
4,9
5,5
6,0
6,3
6,7
15
1,7
3,1
4,0
4,5
5,0
5,4
5,7
18
2,5
3,4
4,0
4,5
4,9
5,2
20
8.000 10.000 15.000 20.000
8,9
10,0
12,2
14,1
2,8
4,2
5,1
5,6
6,5
7,2
7,8
8,2
8,6
9,0
10
Coefficient de résistance C
Diamètre nominal
Fig. 79 Chute de pression dans les tuyauteries vapeur
Les coefficients de résistance C sont déterminés à partir de la Fig. 80 pour les
composants de tuyauterie mentionnés de même diamètre nominal. La chute
de pression totale ∆p en bar est obtenue en additionnant toutes les valeurs
individuelles ∑C et les données de fonctionnement de la Fig. 81.
109
Exemple
Composants de la tuyauterie, DN 50 :
20 m de tuyauterie C = 8,11
1 robinet coudé
C = 3,32
2 robinets spéciaux C = 5,60
1 té
C = 3,10
2 coudes 90
C = 1,00
∑C = 21,10
Données de fonctionnement :
température
t =300 °C
pression vapeur abs. p =16 bar
vitesse w=40 m/s
Résultat ∆p =1,1 bar
Pression
absolue p
Chute de pression ∆p en bar
Température δ en °C
Fig. 80
110
Vitesse d’écoulement w en m/s
Débit volumétrique V en m3
.
Fig. 81 Débit dans les tuyauteries
111
Température de la vapeur δ en
°C
Vitesse d’écoulement w en m/s
Fig. 82 Vitesse d’écoulement dans les tuyauteries vapeur
Exemple : température de la vapeur 300 °C, pression de la vapeur 16 bar,
quantité de vapeur 30 t/h, diamètre nominal 200.
Résultat : vitesse d’écoulement = 43 m/s
112
10.2.Exemples
10.2.1.Détermination du diamètre nominal de la tuyauterie en fonction de la
quantité de vapeur de détente.
10.2.1.1.Pression avant la détente (pression de service) 5 bar abs., pression en bout de tuyauterie de condensat 1,5 bar abs., température du condensat proche de la température d’ébullition, 151 °C
Débit de condensat 1200 kg/h
Selon Fig. 78, tableau 1, coefficient de pression diff. = 14,4.
Selon Fig. 78, tableau 2, le facteur de débit
pour 1200 kg = 3,5.
Donc :
Diamètre = 14,4 x 3,5 = 50,4 mm
Choisir DN 50.
10.2.1.2.Dans des conditions identiques à 10.2.1.1., le condensat se
forme cependant avec un refroidissement de 20 K (20 K en dessous de ts).
Selon le tableau 1, la température d’ébullition à 5 bar est de 151 °C.
Donc :
la température de condensat effective est 151 – 20 = 131 °C ;
coefficient de pression diff. à 131 °C ≈ 10,2
(Par interpolation entre le coefficient de diamètre à 127 °C et une
contre-pression de 1,5 bar = 9,2 et à 133 °C et une contre-pression de 1,5 bar = 10,7) multiplié par le facteur 3,5 (selon le
tableau 2 pour 1200 kg/h), cela donne un diamètre de
10,2 x 3,5 = 35,7 mm.
Choisir DN 40.
10.2.2.Détermination du diamètre de la tuyauterie en fonction de la quantité de
liquide, c’est-à-dire lorsqu’il n’y a pas ou pratiquement pas de vapeur de
détente.
Conditions identiques à 10.2.1.1., donc débit de condensat
1.200 kg/h ≈ 1.200 l/h ≈ 1,2 m3/h,
pression amont 5 bar abs. ; contre-pression 1,5 bar abs.
mais condensat avec refroidissement de 40 K (40 K en dessous de ts).
Selon Fig. 78, tableau 1, température d’ébullition 151 °C à 5 bar, donc
température effective du condensat 151 – 40 = 111 °C
température d’ébullition à 1,5 bar = 111 °C, il n’y a donc pas formation de
vapeur de détente.
Par conséquent, détermination du diamètre de la tuyauterie de condensat
selon Fig. 81 en se basant sur une vitesse d’écoulement de 0,5 – 0,6 m/s.
Choisir DN 25.
113
Enthalpie
de l’eau
h', kJ/kg
Enthalpie
de la vapeur
h", kJ/kg
Chaleur de
vaporisation
r, kJ/kg
14,670000
10,020000
7,650000
6,204000
5,229000
3,993000
3,240000
2,730000
2,365000
2,087000
1,869000
1,694000
1,1590v0
0,885400
0,718400
0,605600
0,524000
0,462000
0,413800
0,374700
0,339000
0,315500
0,272700
0,240300
0,214800
0,194300
0,177400
0,163200
0,151100
0,140700
0,131700
0,123700
0,116600
0,110300
0,104700
0,099500
0,094890
0,090650
0,079910
0,066630
0,049750
0,039430
0,032440
0,027370
0,023530
0,020500
0,018040
0,014280
0,011500
0,009308
0,007498
0,005877
0,003728
0,003170
Poids spécifique
de la vapeur
p" kg/m3
Température
ts, °C
45,84
54,00
60,08
64,99
69,12
75,88
81,35
85,95
89,97
93,52
96,72
99,64
111,38
120,23
127,43
133,54
138,87
143,62
147,92
151,84
155,46
158,84
164,96
170,42
175,35
179,88
184,05
187,95
191,60
195,04
198,28
201,36
204,30
207,10
209,78
212,37
214,84
217,24
223,93
233,83
250,33
263,91
275,56
285,80
294,98
303,32
310,96
324,63
336,36
347,32
356,96
365,70
373,69
374,15
Volume spécifique
de la vapeur
v" m3/kg
Pression absolue
p, bar abs.
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
14,00
15,00
16,00
17,00
18,00
19,00
20,00
21,00
22,00
25,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00
220,00
221,20
0,0680
0,1000
0,1310
0,1610
0,1910
0,2500
0,3090
0,3660
0,4230
0,4790
0,5350
0,5900
0,8630
1,1290
1,3920
1,6510
1,9080
2,1650
2,4170
2,6690
2,9500
3,1700
3,6670
4,1610
4,6550
5,1470
5,6370
6,1270
6,6180
7,1070
7,5930
8,0840
8,5760
9,0660
9,5510
10,0500
10,5390
11,0310
12,5140
15,0080
20,1010
25,3610
30,8260
36,5360
42,4990
48,7800
55,4320
70,0280
86,9570
107,4340
133,3690
170,1550
268,2400
315,4570
191,83
225,97
251,45
271,99
289,30
317,65
340,56
359,93
376,77
391,72
405,21
417,51
467,13
504,70
535,34
561,43
584,27
604,67
623,16
640,12
655,78
670,42
697,06
720,94
742,64
762,61
781,13
798,43
814,70
830,08
844,67
858,56
871,84
884,58
896,81
908,59
919,96
930,95
961,96
1008,40
1087,40
1154,50
1213,70
1267,40
1317,10
1363,70
1408,00
1491,80
1571,60
1650,50
1734,80
1826,50
2011,10
2107,40
2584,8
2599,2
2609,9
2618,3
2625,4
2636,9
2646,0
2653,6
2660,1
2665,8
2670,9
2675,4
2693,4
2706,3
2716,4
2724,7
2731,6
2737,6
2742,9
2747,5
2751,7
2755,5
2762,0
2767,5
2772,1
2776,2
2779,7
2782,7
2785,4
2787,8
2789,9
2791,7
2793,4
2794,8
2796,1
2797,2
2798,2
2799,1
2800,9
2802,3
2800,3
2794,2
2785,0
2773,5
2759,9
2744,6
2727,7
2689,2
2642,4
2584,9
2513,9
2418,4
2195,6
2107,4
2392,9
2373,2
2358,4
2346,3
2336,1
2319,2
2305,4
2293,6
2283,3
2274,0
2265,6
2257,9
2226,2
2201,6
2181,0
2163,2
2147,4
2133,0
2119,7
2107,4
2095,9
2085,0
2064,9
2046,5
2029,5
2013,6
1958,5
1984,3
1970,7
1957,7
1945,2
1933,2
1921,5
1910,3
1899,3
1888,6
1878,2
1868,1
1839,0
1793,9
1712,9
1639,7
1571,3
1506,0
1442,8
1380,9
1319,7
1197,4
1070,7
934,3
779,1
591,9
184,5
0
Fig. 83 Tableau de la vapeur
(Les tableaux détaillés de la vapeur sont disponibles dans le commerce spécialisé).
114
Page
11.
Dimensionnement des tuyauteries de vapeur
12.
Calcul du débit de condensat
12.1.
Formules générales (unités Sl)
118
12.2.
Dimensionnement des purgeurs
121
117
11.Dimensionnement des tuyauteries vapeur
Lors du dimensionnement des tuyauteries vapeur, il faut veiller à ce que la chute de
pression entre la chaudière et l’utilisateur ne soit pas trop importante. La chute de
pression dépend principalement de la vitesse d’écoulement de la vapeur.
Les valeurs empiriques suivantes pour la vitesse d’écoulement ont fait leurs preuves :
20 – 40 m/s
Tuyauteries de vapeur surchauffée suivant le débit
35 – 65 m/s
Les valeurs plus basses sont également valables pour le débit plus faible.
La Fig. 82 permet de déterminer le diamètre nominal nécessaire de la tuyauterie pour
une vitesse d’écoulement de la vapeur donnée.
La chute de pression attendue peut être consultée dans les Fig. 79 et 80.
117
12.Calcul du débit de condensat
12.1.Formules générales basées sur les unités Sl [J, W]
12.1.1.Si la quantité de chaleur nécessaire est connue (indiquée sur la plaque
d’identification de l’échangeur de chaleur), le débit de condensat M par
· être calculé à l’aide de la formule :
heure peut
il en résulte
kW étant la quantité de chaleur nécessaire en kJ/s (kilojoule/seconde), le
quotient 2100 la chaleur latente de la vapeur en kJ/kg à des pressions
moyennes ; le facteur 1,2 étant ajouté pour compenser les pertes de chaleur.
· pas connue, elle
12.1.2.Si la quantité de chaleur Q nécessaire par heure n’est
· produit à réchauffer en l’espace
peut être calculée à partir du poids M du
d’une heure, de la chaleur spécifique
et de la différence entre la température initiale t1 et la température finale
t2 (∆t = t2 – t1) comme suit :
Exemple :
50 kg doivent être réchauffés en l’espace d’une heure de 20 °C à 100 °C.
La quantité de chaleur nécessaire est :
Eau
118
Le débit de condensat est alors :
Si les 50 kg d’eau doivent être vaporisés en l’espace d’une heure, il faut
ajouter la chaleur latente d’environ 2100 kJ/kg, donc
La quantité de vapeur totale nécessaire et par conséquent la quantité
totale de condensat formée se calcule comme suit :
M ≈ 2,1 (4,656 + 29,167) ≈ 71,0 kg/h
Il· convient de noter que la chaleur spécifique de chaque produit est différente.
Chaleur spécifique c
Eau
Lait
Moût
Marmelade
Cire
Fer
Graisse
Caoutchouc
Solution de sel, saturée
Soufre
Alcool
Air
Huile pour machines
Essence
4,190
3,936
3,894
1,256
2,931
0,502
0,670
1,424
3,266
0,754
2,428
1,005
1,675
2,093
Vous trouverez d’autres valeurs spécifiques de produit dans le guide
GESTRA ou dans la littérature spécialisée.
119
12.1.3.Si le volume de la surface de chauffe et la différence de température (entre
les températures initiale et finale) du produit à réchauffer sont connus, le
débit de condensat M ·peut être calculé avec suffisamment de précision à
l’aide de la formule suivante :
dans laquelle :
·
M= Débit de condensat en kg/h
F = Surface de chauffe en m2
k = Coefficient de transmission de chaleur en
tD= Température de la vapeur
t1 = Température initiale du produit à réchauffer
t2 = Température finale du produit à réchauffer (très souvent, il suffit
de connaître la température moyenne, par ex. la température
ambiante)
r = Chaleur latente en kJ/kg (estimée à 2100 à des pressions
moyennes)
Voici quelques valeurs empiriques pour le coefficient de transmission de
chaleur k.
Les faibles valeurs se réfèrent aux conditions de service particulièrement
défavorables, telles que faible vitesse d’écoulement, produit visqueux,
surfaces de chauffe encrassées et oxydées. Les valeurs élevées par
contre se rapportent aux conditions de service particulièrement favorables comme par exemple des vitesses d’écoulement élevées, du produit à réchauffer très liquide et des surfaces de chauffe propres.
Tuyauterie vapeur calorifugée
0,6 – 2,4
Tuyauterie vapeur non calorifugée
8 – 12
Registre de chauffage avec circulation naturelle
5 – 12
Registre de chauffage avec circulation forcée
12 – 46
Chaudière avec agitateur et enveloppe de réchauffage460 –
1500
Comme ci-dessus, avec liquide en ébullition
700 – 1750
Chaudière avec agitateur et serpentin de chauffage 700 – 2450
Comme ci-dessus, avec liquide en ébullition
1200 – 3500
Echangeur de chaleur tubulaire
300 – 1200
Evaporateur
580 – 1750
Comme ci-dessus, avec circulation forcée
900 – 3000
120
12.2.Dimensionnement des purgeurs
(A ce sujet, voir également les points 3.1. ; 3.2.)
Les formules indiquées dans la section 12.1. permettent de calculer le débit de
condensat moyen pendant le chauffage complet. Ces formules montrent toutefois clairement qu’à conditions de service identiques, le débit de condensat
augmente au fur et à mesure que la différence entre la température de vapeur et
la température du produit à réchauffer augmente. Cela signifie que le débit de
condensat est le plus important lorsque la température du produit à réchauffer
est la plus basse, donc au début du chauffage.
Par ailleurs, il faut tenir compte du fait que les chutes de pression dans la tuyauterie vapeur et dans l’échangeur de chaleur sont au maximum lorsque la
consommation de vapeur est plus importante. Il en résulte que la pression de
service et par conséquent la pression de travail (différence entre la pression de
service en amont du purgeur et la pression en aval du purgeur) déterminant le
débit du purgeur sont les plus faibles au début du chauffage.
Des conditions extrêmes sont par ex. rencontrées lors de la purge des tuyauteries vapeur. Si de la vapeur saturée est utilisée, la quantité au démarrage peut
être 20 fois supérieure à celle en service continu. En cas d’utilisation de vapeur
surchauffée, la quantité de condensat formée en service continu est quasiment
nulle.
Des fluctuations de quantité et de pression extrêmes se rencontrent également
dans les installations avec régulation et dans de nombreux procédés de cuisson.
Si seule la consommation de vapeur moyenne (débit de condensat) est connue, il
est nécessaire d’ajouter un facteur de sécurité, tout au moins pour les purgeurs à
flotteur. Il faut s’attendre à ce que leur débit maximal (à une température de
condensat de 100 °C) à des pressions moyennes soit 1,4 fois supérieur au débit
d’eau chaude indiqué dans le diagramme de débit.
Le débit maximal des purgeurs thermostatiques (débit d’eau froide) par contre est
un multiple du débit d’eau chaude et peut être consulté dans le diagramme de
débit correspondant.
121
13.
Régulation de la pression et de la température
13.1.
Régulation de pression
Page
125
13.2.
Régulation de la température sur les échangeurs de chaleur
128
13.2.1.
Régulation côté vapeur
128
13.2.2.
Régulation côté condensat
129
13.Régulation de la pression et de la température
13.1.Régulation de pression
Souvent, la pression du générateur de vapeur est plus élevée que celle nécessaire au chauffage. Dans ce cas, il est en règle générale plus économique de
réduire la pression de la vapeur. Les coûts d’acquisition des échangeurs de chaleur conçus pour de basses pressions sont moindres, la quantité de chaleur
latente utilisable est plus élevée et la quantité de vapeur de détente réduite.
13.1.1.Dans la plupart des cas, la précision de réglage d’un régulateur proportionnel selon la Fig. 84, un appareil à simple siège avec clapet équilibré
fonctionnant sans énergie auxiliaire, suffit. La pression minimale à maintenir agit sur la partie inférieure de la membrane par l’intermédiaire du
ballon compensateur et du câble de commande.
Cette pression exerce une force opposée à celle du ressort. La force du
ressort et par conséquent la pression réduite peut être modifiée à l’aide
du volant.
Fig. 84 Détendeur GESTRA
125
13.1.2.L’installation correcte est très importante pour assurer le bon fonctionnement du régulateur de pression (Fig. 85). La plupart du temps, les régulateurs de pression fonctionnent en position de laminage. C’est pourquoi
même de petites impuretés sont susceptibles de provoquer des dysfonctionnements. Il est donc recommandé d’installer un filtre en amont de chaque
régulateur de pression, quel que soit le type. Les particules d’eau entraînées
par la vapeur et traversant le détendeur à grande vitesse entraînent une
usure prématurée des surfaces d’étanchéité suite à la cavitation et l’érosion.
A l’arrêt de l’installation, la vapeur restante se condense dans la tuyauterie.
Le condensat restant s’accumule au point le plus bas en amont du détendeur. Lors de la remise en service de l’installation, la vapeur entre en contact
avec le condensat froid. Ce contact peut engendrer des coups de bélier. Les
à-coups générés entraînent l’usure prématurée des membranes autorégulatrices et des soufflets. Pour ces raisons, la tuyauterie vapeur en amont de
chaque régulateur de pression doit être purgée. Si la tuyauterie vapeur en
aval du régulateur de pression remonte, il faut également procéder à une
purge en aval du régulateur.
Il est possible de renoncer à une purge immédiatement en amont du régulateur si le montage s’effectue dans une tuyauterie verticale avec un écoulement du bas vers le haut.
<1m
1.
2.
3.
4.
Tubulure de condensat
Purgeur
Robinet d’isolement
Filtre
5.
6.
7.
8.
Détendeur
Ballon d’accumulation d’eau
Ligne d’impulsions
Point de prise d’impulsion
Fig. 85 Exemples de montage pour détendeur de vapeur
126
La Fig. 85 montre quelques exemples de conception efficace, un tronçon
de stabilisation d’environ 1 m étant judicieux pour le régulateur de pression conformément à la Fig. 84.
13.1.3.Lorsque la pression différentielle est relativement élevée (P2 < P1/2), utiliser de préférence un robinet à clapet conique à commande électrique ou
pneumatique. Si cela n’est pas possible, il convient d’utiliser des détendeurs raccordés en série (Fig. 86). Le tronçon de stabilisation en amont du
premier détendeur doit être dimensionné à 8 x DN. Le tronçon d’amortissement doit avoir une longueur de 5 m.
Tronçon de stabilisation
1.
2.
3.
4.
Tronçon d’amortissement
5.
Purgeur 6.
Filtre
7.
Régulateur de pression
Ballon d’accumulation
d’eau
Fig. 86 Régulateurs de pression raccordés en série pour la réduction progressive
de pressions de vapeur élevées
Le rapport de réduction le plus favorable pour les deux régulateurs est
obtenu lorsque le dimensionnement du deuxième régulateur est supérieur
de deux diamètres nominaux.
Il en est de même pour la tuyauterie en aval.
13.1.4.Si la pression de vapeur varie fortement entre pression minimale et maximale et si une régulation de pression aussi précise que possible doit être
effectuée, même en cas de besoin minimal, il convient de raccorder deux
régulateurs de taille différente en parallèle (Fig. 87).
Tronçon de
stabilisation
1.
2.
3.
4.
5.
Purgeur 6.
Filtre
7.
Régulateur de pression
Ballon d’accumulation
d’eau
Fig. 87 Régulateurs de pression raccordés en parallèle pour une consommation
de vapeur soumise à de fortes fluctuations
127
Le grand régulateur doit être réglé de sorte à se fermer en présence d’une
pression réduite légèrement plus élevée que nécessaire à la fermeture du
plus petit régulateur. Ceci permet l’ouverture des deux régulateurs à plein
débit. En présence d’un faible débit, la pression réduite augmente légèrement, si bien que le grand régulateur se ferme, laissant le petit se charger
de la régulation de pression.
13.2.Régulation de la température sur les échangeurs de chaleur
13.2.1.La régulation côté vapeur est le plus souvent utilisée. La Fig. 88 représente
un régulateur de température usuel fonctionnant sans énergie auxiliaire du
programme GESTRA. Un thermostat balayant le produit à réchauffer transmet ses impulsions à un cylindre de réglage actionnant la vanne-papillon.
Celle-ci se ferme lorsque la température de consigne est atteinte.
En ce qui concerne la purge de condensat, il faut tenir compte du fait que
l’ouverture et le laminage du régulateur font varier fortement et en continu la
pression de vapeur dans l’échangeur de chaleur (voir entre autres le point 4.7.).
Robinet
Sonde
Thermostat
Ressort de sécurité
(sécurité contre la
surchauffe)
Presse-étoupe
Echelle des valeurs
de consigne
(imprimée)
Piston de
réglage
Bague
d’ajustage
Cylindre de
réglage
Tube capillaire
Ajusteur de
valeurs de
consigne
Fig. 88 Régulateur de température mécanique. Thermostat avec sonde-tube et robinet d’arrêt (appareil à simple siège à fermeture commandée par l’augmentation de la température).
128
13.2.2.La régulation côté condensat (voir point 4. 8. 3 et Fig. 38) présente l’avantage d’une pression toujours constante dans l’échangeur de chaleur. En
même temps, elle permet d’utiliser la chaleur sensible du condensat. Il
faut cependant se contenter d’un fonctionnement nettement plus lent
(neutralisation) par rapport à la régulation côté vapeur. Par ailleurs, il faut
prévoir des surfaces de chauffe résistant aux coups de bélier (par ex.
préchauffeur vertical).
Pour la régulation côté condensat, il est également possible d’utiliser le
régulateur représenté dans la Fig. 88, le robinet devant être disposé côté
condensat. Il convient d’installer un purgeur entre l’échangeur de chaleur
et le robinet, empêchant la sortie de vapeur vive lorsque le robinet est
complètement ouvert (par ex. au démarrage de l’installation).
Régulation côté vapeur
Régulation côté condensat
Vapeur
Vapeur
Régulateur de temp.
avec thermostat
Produit
Produit
Purgeur
Clapet de retenue
Purgeur
Régulateur de
temp. avec
thermostat
Pressions différentes dans la surface de
chauffe en fonction de la charge.
Pas d’accumulation de condensat.
Pression constante dans la surface de
chauffe.
Accumulation de condensat différente en
fonction de la charge.
Fig. 89 Régulation de l’échangeur de chaleur
129
Page
14.
Utilisation avantageuse des
clapets de retenue GESTRA DISCO
133
15.
Clapets de retenue GESTRA DISCO
137
14.Utilisation avantageuse des clapets de retenue
Les clapets de retenue jouent un rôle important dans le réseau de vapeur et de
condensat. Ils contribuent à l’automatisation du chauffage, augmentent la fiabilité et
peuvent même remplacer des robinetteries compliquées.
L’utilisation d’une telle robinetterie est nettement facilitée par l’encombrement réduit
du clapet de retenue GESTRA DISCO RK à intercaler entre deux brides. Le montage
s’effectue simplement entre deux brides. Les Fig. 90 a et b représentent le fonctionnement et le montage.
ouvert
fermé
Fig. 90a Les clapets s’ouvrent sous la pression du fluide et se ferment sous la
force du ressort dès que l’écoulement cesse et avant tout reflux. Le
ressort du clapet empêche également la circulation par thermosiphon.
Fig. 90b Clapets DISCO RK, PN 6 - 40, DN 15 - 100 avec bague de centrage spéciale, resp. centrage externe à intercaler entre deux brides selon DIN, BSI
et ASME 150/300 RF
133
14.1.Si les échangeurs de chaleur sont raccordés en parallèle, les clapets de retenue
empêchent le chauffage et le remplissage à contre-courant d’un utilisateur arrêté
du côté condensat (prévention de coups de bélier au prochain démarrage) (Fig. 91).
Vaposcope
Purgeur
RK
Fig. 91
14.2.La formation de vide dans l’espace de vapeur est empêchée :
a)par le montage d’un clapet RK en parallèle avec le purgeur. Le RK s’ouvre dès
que la pression dans l’espace de vapeur passe en dessous de celle de la
tuyauterie de condensat (Fig. 92). Attention : judicieux uniquement pour les
échangeurs de chaleur verticaux.
Vaposcope
Purgeur
Fig. 92
134
RK
b)par le montage d’un clapet RK en parallèle avec un désaérateur thermique ou
seul comme cela est représenté dans la Fig. 93. Le RK s’ouvre dès qu’un vide
partiel s’établit dans l’espace de vapeur.
RK en tant que
casse-vide
Désaération
thermique
RK pour éviter le
réchauffage à
contre-courant
Fig. 93
c)par le montage d’un clapet RK sur un ballon de détente (Fig. 94).
Vapeur de détente
Vers la chaufferie
Condensat
provenant des utilisateurs
RK I
Ballon de détente
RK II
Fig. 94 RK I : casse-vide
RK II : clapet de pied
135
14.3.Si le serpentin de chauffage sert en même temps de serpentin de refroidissement, le montage d’un clapet RK permet d’éviter des dommages dus aux erreurs
de commande (Fig. 95). En effet, la pénétration de vapeur comme celle de l’eau
de refroidissement dans la tuyauterie vapeur est empêchée.
Vapeur
Eau de refroidissement
RK
Eau de refroidissement
RK
Condensat
Fig. 95
136
15.Clapets de retenue à double battant®GESTRA DISCOCHECK BB
Les clapets de retenue à double battant GESTRA DISCOCHECK complètent à merveille la gamme des clapets de retenue GESTRA DISCO, par exemple dans les grands
diamètres nominaux.
Leurs avantages spécifiques résident dans les chutes de pression extrêmement
faibles, l’encombrement réduit, par ex. selon DIN API, ISO, EN à extrêmement réduit,
le programme complet pour presque tous les fluides. Les clapets de retenue à double
battant GESTRA DISCOCHECK du type BB sont conçus pour une durée de vie particulièrement longue et des chutes de pression extrêmement faibles.
Position de fermeture
Les demi-clapets avec joint métallique
ou torique sont en contact avec le siège
du corps.
Position
de fermeture
Début d’ouverture
Avant l’ouverture des demi-clapets, ils
se soulèvent d’abord du support central
du corps. Cet effet cinématique empêche
l’usure des surfaces d’étanchéité.
Début
d’ouverture
Ouverture complète
L’angle d’ouverture est limité à 80° par
les butées sur les clapets. Des butées
supplémentaires sur le palier de clapet
assurent la stabilité de la position d’ouverture.
Fig. 96 Fonctionnement des clapets de
retenue à double battant
GESTRA DISCOCHECK BB
Ouverture
complète
137
Page
16.
Diagrammes pour la sélection
des purgeurs GESTRA
16.1. Purgeurs thermostatiques/thermodynamiques jusqu’à PN 40,
série BK
141
16.2.
Purgeurs thermostatiques/thermodynamiques, PN 63-630,
série BK
142
16.3.
Purgeurs thermostatiques avec commande auxiliaire par
membranes autorégulatrices mono, jusqu’à PN 40, série MK
143
16.4.
Purgeurs thermostatiques avec commande auxiliaire par
membranes autorégulatrices mono, jusqu’à PN 25, série TK
144
16.5.
Purgeurs thermostatiques pour températures de condensat
constantes, jusqu’à PN 40, série UBK 46
145
16.6.
Purgeurs à flotteur jusqu’à PN 16
146
16.7.
Purgeurs à flotteur, PN 25 et PN 40
147
16.8.
Purgeurs à flotteur, PN 63
148
16.9.
149
16.10.
150
16.11.
Purgeurs à flotteur PN 16/25
151
16.12.
Purgeurs thermodynamiques à tuyère étagée PN 16
152
16.Diagrammes pour la sélection des purgeurs GESTRA
16.1.Purgeurs thermostatiques/thermodynamiques jusqu’à PN 40, série BK
Les débits indiqués sont évacués à une température d’environ 10 K en dessous
de la température d’ébullition.
Des débits supérieurs nécessitent des refroidissements plus importants. Les
débits de condensat froid (au démarrage) évacués par les purgeurs automatiques
sont un multiple des débits de condensat indiqués dans le diagramme. Voir les
notices techniques correspondantes.
BK45 PN40 DN 15, 20, 25 à 22 bar de pression différentielle
BK15 PN40 DN 40, 50 à 22 bar de pression différentielle
BK46 PN40 DN 15, 20, 25 à 32 bar de pression différentielle
[kg/h]
[bar]
Débit
[lb/h]
[psi]
∆PMX
141
16.2.Purgeurs thermostatiques/thermodynamiques, PN 63-630, série BK
de la température d’ébullition.
Des débits supérieurs nécessitent des refroidissements plus importants. Les
débits de condensat froid (au démarrage) évacués par les purgeurs automatiques
sont un multiple des débits de condensat indiqués dans le diagramme. Voir les
notices techniques correspondantes.
BK27N PN63 DN 40, 50, ΔPMX. 45 bar
BK37 PN63 DN 15, 20, 25, ΔPMX. 45 bar
BK28 PN100 DN 15, 20, 25, ΔPMX. 85 bar
BK29 PN160 DN 15, 20, 25, ΔPMX. 110 bar
BK212 PN630 DN 15, 20, 25, ΔPMX. 250 bar
Débit
[lb/h] [kg/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
142
16.3.Purgeurs thermostatiques à membrane autorégulatrice mono, jusqu’à PN 40,
série MK
Les débits indiqués sont évacués à une température d’environ 10 K en dessous de
la température d’ébullition. Les débits augmentent lorsque le condensat est froid (au
démarrage).
Les notices techniques correspondantes contiennent d’autres informations, notamment en cas d’utilisation de la membrane U (membrane de refroidissement).
MK 45-1, MK 45-2, MK 35/2S, MK 35/2S3, PN40 DN 15, 20, 25
MK 35/31 ; MK 35/32 PN25 DN 3/8", 1/2"; MK 36/51 ; PN40 DN 1/4", 3/8", 1/2", 3/4" ;
MK 25/2 ; PN40 DN 40, 50
MK 25/2S ; PN40 DN 40, 50
MK 36
MK 45
MK 20
Débit
[lb/h] [kg/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
143
16.4.Purgeurs thermostatiques avec commande auxiliaire par membranes autorégulatrices mono, jusqu’à PN 25, série TK
de la température d’ébullition. Les débits augmentent lorsque le condensat est
froid (au démarrage) (voir la notice technique correspondante).
TK 23 PN16 DN 50, 65, 80, 100
TK 24 PN25 DN 50, 65, 80, 100
TK 24
[t/h]
Débit
[lb/h]
TK 23
[bar]
[psi]
∆PMX
144
16.5.Purgeurs thermostatiques pour températures de condensat constantes, PN 40,
série UBK 46
En réglage donné en usine, le purgeur s’ouvre jusqu’à la pression de service de
19 bar à des températures de condensat <100 °C (par ex. à 4 bar à 80 °C, à 8
bar à 85 °C), à des pressions >20 bar à des températures de condensat >100 °C
(par ex. à 32 bar à 116 °C).
Les débits indiqués dans le diagramme sont évacués à des températures de
condensat légèrement inférieures à la température d’ouverture. Les débits de
condensat froid (au démarrage) évacués par les purgeurs sont un multiple des
débits de condensat indiqués dans le diagramme (voir les notices techniques
correspondantes).
UBK 46 PN 40 DN 15, 20, 25
[lb/h] [kg/h]
Débit
[bar]
[psi]
∆PMX
145
16.6.Purgeurs à flotteur jusqu’à PN 16, UNA 23 DN 15-50 ;
UNA spécial type 62 DN 65-100
Débit maximal de condensat à la température d’ébullition pour les diamètres
nominaux et organes de fermeture (OF) correspondants. La pression différentielle
maximale admissible (pression de travail) dépend de la section de passage de
l’organe de fermeture (OF).
[lb/h] [t/h]
OF 2
Débit
[bar]
[psi]
∆PMX
146
OF 16
OF 13
OF 10
OF 8
OF 5
OF 4
OF 3,5
16.7.Purgeurs à flotteur, PN 25 et PN 40, UNA 25/26 DN 15-50 ;
UNA spécial DN 65-100
OF 32
OF 22
OF 16
OF 13
OF 12
OF 10
OF 8
[t/h]
[bar]
Débit
[lb/h]
OF 5
OF 4
OF 3,5
OF 2
[psi]
∆PMX
147
16.8.Purgeurs à flotteur PN 63
UNA 27 DN 25, 40, 50
UNA spécial DN 65, 80, 100
OF 45
OF 32
OF 28
OF 22
[lb/h] [t/h]
OF 16
Débit
[bar]
[psi]
∆PMX
148
16.9.Purgeurs à flotteur PN 100
Débit maximal de condensat à la température d’ébullition
La pression différentielle maximale admissible (pression de travail) dépend de la
section de passage de l’organe de fermeture (OF).
UNA 38 PN100 DN 15, 20, 25, 40, 50
OF 80
OF 64
[kg/h]
OF 50
[bar]
Débit
[lb/h]
[psi]
∆PMX
149
16.10.Purgeurs à flotteur PN 160, UNA 39
Débit maximal de condensat à la température d’ébullition
UNA 39 PN160 DN 15, 25, 50
OF 140
OF 110
[kg/h]
OF 80
[bar]
Débit
[lb/h]
[psi]
∆PMX
150
16.11.Purgeurs à flotteur PN 16/25 DN 15, 20, 25
UNA 14/16
Débit maximal de condensat à la température d’ébullition.
OF 22
OF 13
[kg/h]
OF 4
[bar]
Débit
[lb/h]
[psi]
∆PMX
151
16.12.Purgeurs thermodynamiques à tuyère étagée, PN 16, DN 50 – 150
Débit maximal de condensat chaud en service continu à 3/4 de la course totale
de la tuyère étagée ;
débit d’eau froide environ 70 % supérieur
GK21 DN 50
GK11 DN 65, 80, 100, 150
[t/h]
[bar]
Débit
[lb/h]
[psi]
∆PMX
152
Page
17.
Robinetteries pour applications spécifiques
17.1. Robinet de purge de démarrage AK 45
155
17.2.
Purgeurs pour vapeur dans les zones stérilisées
SMK 22, pharmacie
159
17.3.
Purgeurs-pompes UNA 25-PK
161
17.4.
Pompes de relevage des condensats compactes UNA 25-PS
163
17.Robinetteries pour applications spécifiques
17.1.Robinet de purge de démarrage AK 45
Lors de la mise en service d’une installation chauffée à la vapeur, la vapeur
entrante se condense rapidement tandis que la pression ne s’établit que lentement. Cela signifie que dans un premier temps, la quantité de condensat formée
est relativement importante alors que le purgeur n’est pas encore en mesure
d’évacuer ce condensat de démarrage sans accumulation. De ce fait, le temps de
démarrage est prolongé. Il y a risque de coups de bélier thermiques dangereux.
Lorsque l’installaton est mise hors service, la vapeur restante se condense. La
pression baisse et un vide peut se former. Les conséquences négatives suivantes sont possibles :
- déformation des surfaces de chauffe par le vide.
- corrosion élevée pendant les périodes d’arrêt et risque de gel dus à la présence
de condensat restant.
- coups de bélier lors de la mise en service.
Remède :
en plus du purgeur, prévoir une purge de démarrage, une vidange et une ventilation. Ces opérations peuvent être assurées par des robinets à actionnement
manuel ou mieux encore de manière automatique par le robinet de purge GESTRA AK 45 (Fig. 97).
Fig. 97 AK 45, DN 15, 20, 25
155
Comparée à la purge manuelle, la purge automatique présente de nombreux
avantages :
- économie de personnel
- défaillance humaine exclue
- pertes de vapeur dues aux robinets ouverts exclues
- coups de bélier et dégâts causés par le gel exclus
- réduction du risque d’accidents aux endroits difficilement accessibles
- économie d’un robinet d’aération.
Le principe de fonctionnement du GESTRA AK 45 est basé sur celui du clapet de
réglage commandé par la pression. Lorsqu’il est hors pression, l’AK 45 est ouvert
par un ressort. A la mise en service de l’installation, le condensat peut s’écouler
librement de celle-ci. La fermeture automatique (pression de fermeture) n’a lieu
qu’après obtention d’une pression de vapeur définie. Lorsque l’installation est
arrêtée par le niveau de pression, l’AK 45 s’ouvre environ à la pression désignée
comme pression de fermeture dans la phase de démarrage (pression d’ouverture
= pression de fermeture).
Un dispositif de purge permet l’ouverture manuelle de l’AK 45 afin de retirer les
impuretés adhérant au siège du robinet.
[kg/h]
Débit
[lb/h]
[bar]
[psi]
∆PMX
Fig. 98 Débit d’eau froide de l’AK 45
156
Lors de la mise en service d’une tuyauterie vapeur (par ex. une tuyauterie vapeur
à grande distance) posée avec une pente ascendante, le purgeur n’est pas en
mesure d’évacuer le condensat qui se forme au démarrage. L’écoulement de la
vapeur entraîne le condensat froid par frottement de phase et le transporte dans
la partie ascendante de la tuyauterie. Cela peut entraîner des pulsations et des
coups de bélier thermiques. Le robinet de purge GESTRA AK 45 peut également
apporter une solution dans ce domaine (Fig. 99).
Condensat
Purgeur
Vapeur
AK
Fig. 99 Exemple de montage de l’AK 45
157
En cas de changement fréquent des cycles, le démarrage et l’arrêt rapides sont
recommandés pour les échangeurs de chaleur en fonctionnement cyclique (par
ex. cuiseurs, autoclaves ou évaporateurs). Le robinet de purge GESTRA AK 45
permet un démarrage plus rapide car le condensat de démarrage peut s’écouler
librement. Les coups de bélier sont exclus. Après arrêt de l’installation, le robinet
de purge GESTRA AK 45 permet au condensat restant de s’écouler, empêchant
ainsi les dégâts causés par le gel ainsi que les déformations dues à la formation
de vide et réduisant la corrosion pendant les périodes d’arrêt (Fig. 100).
Purgeur
Clapet de retenue
AK
Fig. 100 Exemple de montage de l’AK 45
158
Collecteur
avec pression
17.2. Purgeurs pour vapeur dans les zones stérilisées SMK, pharmacie
SMK 22
SMK 22-81 SMK 22-51 Fig. 101 Purgeur pour zones stérilisées
Purgeur thermostatique à faible espace perdu, avec membrane autorégulatrice
mono, résistant à la corrosion et protégée des coups de bélier pour l’évacuation
du condensat et la désaération pour la vapeur dans les zones stérilisées et aseptisées (SIP).
Stérilisation sûre grâce au chauffage rapide et à la purge absolument sans accumulation pendant la stérilisation. Entretien simple du SMK grâce au collier de
serrage tri-clamp.
Membrane autorégulatrice avec fermeture à boule par pivot sphérique mobile à
centrage automatique pour garantir une fermeture étanche à la vapeur et insensible à l’encrassement.
Grande sensibilité grâce aux dimensions minimales du régulateur (thermostat
d’évaporation). Le purgeur évacue immédiatement le condensat dans toute la
zone de travail et assure la désaération automatique. La température d’ouverture
se situe 5 K en dessous de la température d’ébullition. Pression différentielle
maximale ∆p = 6 bar.
Toutes les pièces en contact avec le fluide sont en acier inoxydable. Le joint du
corps est en EPDM (joint torique) conformément aux dispositions de la FDA
(Food and Drug Administration).
La rugosité Ra des surfaces en contact avec le fluide est de 0,8 µm.
159
QC [kg/h]
QH [lb/h]
[lb/h]
[kg/h]
,
,
,
,
,
,
[bar]
[psi]
∆PMX
Fig. 102 Diagramme de débit pour SMK 22 et SMK 22-51
1 Quantité d’eau chaude
2 Eau froide
160
17.3 Purgeurs-pompes UNA 25-PK
Description du système
Purgeur à flotteur sphérique avec fonction de pompe. L’appareil fonctionne principalement comme purgeur.
Une fonction de pompe intégrée et alimentée par la vapeur motrice garantit que
le condensat est transporté ou évacué, même à des pressions de vapeur réduites
ou des contre-pressions élevées.
Le mécanisme de réglage comprend un régulateur avec flotteur sphérique et
fermeture par clapet-bille tournant, un organe de fermeture, un mécanisme inverseur et un bloc de soupapes pour la commande de la vapeur motrice et la désaération. L’appareil dispose d’un clapet de non-retour intégré dans les zones
d’entrée et de sortie, d’un raccord pour la vapeur motrice ainsi que d’un raccord
pour la tuyauterie de désaération ou d’équilibrage.
Fonction
Le condensat parvient dans le corps du purgeur en traversant le clapet de nonretour intégré. Le flotteur sphérique déplace la fermeture par clapet-bille tournant
en fonction du niveau de condensat dans le corps et ouvre ou ferme l’organe de
fermeture. Si la pression différentielle est suffisamment élevée, le condensat est
évacué par l’organe de fermeture et le clapet de non-retour. L’appareil fonctionne
comme un purgeur à flotteur normal.
Si la pression différentielle n’est pas suffisamment élevée, le niveau de condensat
dans le corps du purgeur continue de monter.
A un point de commutation supérieur défini, le flotteur sphérique active un bloc de
soupapes. Dans ce bloc de soupapes, une soupape de désaération se ferme et
une soupape de vapeur motrice s’ouvre. La vapeur motrice qui entre chasse le
condensat du corps du purgeur. Si le point de commutation inférieur défini est
atteint, le bloc de soupapes est activé par la position du flotteur si bien que la
soupape de désaération s’ouvre et la soupape de vapeur motrice se ferme. Le
condensat passe maintenant de nouveau à travers le clapet de non-retour pour
arriver dans le corps du purgeur. Cette opération cyclique fait que l’appareil fonctionne comme un purgeur-pompe. Pendant le pompage, le condensat amené
s’accumule dans la conduite d’arrivée du purgeur-pompe.
Débit (fonctionnement comme purgeur) Condensat (eau chaude)
Débit 1)
Eau froide
[kg/h]
2000
∆PMX (pression différentielle max.) [bar]
6
Débit 1)
[kg/h]
2500
∆PMX (pression différentielle max.) [bar]
6
1) Si le débit est dépassé, l’appareil passe
en fonctionnement pompe.
Débit (purgeur-pompe) Condensat (eau chaude) Débit à 6 bar
de pression de vapeur motrice et 1 m de hauteur de charge
Débit
PMOB (contre-pression de service max.)
[kg/h]
460
[bar]
1
161
H min=0,5 m
50
Fig. 103 UNA 25-PK
L min=2,5m, DN40
Raccordement de l’UNA 25-PK à l’échangeur de chaleur
ou raccordement de l’UNA 25-PS à l’échangeur de chaleur
ou à la tuyauterie de condensat
avec retour de la tuyauterie de désaération (condensat
chaud, pas d’alimentation hors pression).
Fig. 104 Evacuation de condensat à de faibles pressions différentielles
162
17.4 Pompes de relevage des condensats compactes UNA 25-PS
Description du système
Pompe de relevage des condensats à flotteur sphérique. L’appareil fonctionne en
tant que dispositif de refoulement de condensat. A l’aide de la vapeur motrice, le
condensat est chassé de manière cyclique du corps du purgeur.
Le mécanisme de réglage comprend un régulateur avec flotteur sphérique, un
mécanisme inverseur et un bloc de soupapes pour la commande de la vapeur
motrice et la désaération. L’appareil dispose d’un clapet de non-retour intégré
dans les zones d’entrée et de sortie, d’un raccord pour la vapeur motrice ainsi
que d’un raccord pour la tuyauterie de désaération.
Fonction
Le condensat parvient dans le corps du purgeur en traversant le clapet de nonretour intégré. A un point de commutation supérieur défini, le flotteur sphérique
active un bloc de soupapes. Dans ce bloc de soupapes, une soupape de désaération se ferme et une soupape de vapeur motrice s’ouvre. La vapeur motrice
qui entre chasse le condensat du corps du purgeur. Si le point de commutation
inférieur défini est atteint, le bloc de soupapes est activé par la position du flotteur si bien que la soupape de désaération s’ouvre et la soupape de vapeur
motrice se ferme. Le condensat passe maintenant de nouveau à travers le clapet
de non-retour pour arriver dans le corps du purgeur. Cette opération cyclique fait
que l’appareil fonctionne comme une pompe de relevage des condensats. Pendant le pompage, le condensat amené s’accumule dans la conduite d’arrivée de
la pompe de relevage des condensats.
Débit (fonctionnement comme pompe de relevage des
condensats) Condensat (eau chaude) Débit à 13 bar
de pression de vapeur motrice et 1 m de hauteur de charge
Débit
[kg/h]
600
[bar]
1
Eau froide Débit à 6 bar de pression de vapeur
motrice et 1 m de hauteur de charge
Débit
[kg/h]
800
[bar]
1
163
Fig. 105 UNA 25-PS
Raccordement de l’UNA 25-PS
(désaération vers l’extérieur, alimentation hors pression, retour de
condensats fortement refroidis).
Fig. 106 Purge d’un échangeur de chaleur avec condensat refroidi
164
Signes conventionnels pour centrales thermiques selon DIN 2481
Tuyauteries
Echangeur de chaleur, chaudière,
appareil
Vapeur
Chaudière à vapeur
Eau de circuit
par ex. condensat,
eau d’alimentation
Air
Tuyauterie
avec chauffage
ou refroidissement
Croisement de
tuyauteries avec
connexion
Chaudière à vapeur
avec surchauffeur
Désurchauffeur à
injection d’eau
Transformateur de
vapeur
Echangeur de chaleur
avec croisement des
flux de produit
Dérivation
Séparateur
Croisement de
tuyauteries sans
connexion
Ballon de détente
Entonnoir
Utilisateur de chaleur
sans surface de
chauffe
Evacuation vers
l’extérieur
Utilisateur de chaleur
avec surface de
chauffe
165
Echangeur de chaleur, chaudière,
appareil
Machines
Chauffage des pièces
Turbine à vapeur
Réservoir
(bâche à l’atmosphère)
Réservoir
en général
Moteur électrique
en général
Pompe à liquides
en général
Compresseur en
général
(pompe à vide)
Réservoir à
fond bombé
Organes de fermeture
Réservoir avec
dégazage par ruissellement
Accumulateur de
vapeur
Robinet d’arrêt
en général
Robinet d’arrêt
à commande
manuelle
Robinet d’arrêt
à commande par
moteur électrique
Purgeur
Vaposcope
Robinet d’arrêt
à commande par
électrovanne
Robinet d’arrêt
à commande par
piston
166
Organes de fermeture
Robinet d’arrêt
à commande par
membrane
Robinet à 3 voies
Robinet d’arrêt
à commande par
flotteur
Clapet de retenue
Clapet antiretour
Robinet
Robinet coudé
Soupape de sûreté
à ressort
Clapet de retenue
Disco RK
Robinet à papillon
Détendeur
Robinet-vanne
Robinet
167
Mesure
Régulation
Mesure de la pression
Régulateur
Mesure de la température
Régulation sur la sortie
Mesure du débit
Mesure du niveau
Refroidissement de
la vapeur avec injection
d’eau et régulation
de température
Mesure de
la conductibilité
Le détendeur s’ouvre
si la pression
diminue dans la
tuyauterie b
Mesure du pH
Le détendeur
s’ouvre si la pression
diminue dans la
tuyauterie a
168
Symboles et abréviations internationaux
Symboles
Tuyauteries de procédé
Vapeur
Eau
Air
Instruments
Ligne en général
Système capillaire
Ligne de signalisation pneumatique
Ligne de signalisation électrique
Symboles circulaires pour appareils
Monté in situ
Monté sur panneau
Monté sur rack
en début
C
D
F
H
L
M
P
S
T
1
2
Signification des lettres utilisées dans les abréviations
à la suite
Conductibilité
Densité
Quantité, débit
Manuelle (commande)
Niveau
Humidité
Pression
Vitesse
Fréquence
Température
A Donnant l’alarme
C Régulateur, contrôleur
D Différence1
G Verre de regard
I Indicateur
R Enregistreur
S Commutateur2
T Transmetteur
V˙ ·Robinet, vanne
PD = différence de pression TD = différence de température, etc.
S = switch (commutateur), peut aussi désigner safety (sécurité, protection en cas
d’urgence).
Exemple de la structure et signification d’une abréviation
La grandeur mesurée pression (P) doit être indiquée (I) et réglée (C).
PIC 110 signifie : Pressure lndicating Controler = régulateur de pression avec indicateur
pour le circuit de régulation 110.
169
Désignations des matériaux
Ancienne désignation de matériau (DIN)
Désignation EN
Diminutif
Numéro
Diminutif
GG-25
0.6025
EN-GJL-250
GGG-40
0.7043
EN-GJS-400-15
GGG-40.3
0.7043
EN-GJS-400-18-LT
GTW-40
0.8040
EN-GJMW-400-5
RSt 37-2
1.0038
S235JRG2
C22.8
1.0460
P250GH
GS-C 25
1.0619
GP240GH
15 Mo 3
1.5415
16Mo3
GS-22 Mo 4
1.5419
G20Mo5
13 CrMo 4 4
1.7335
13CrMo4-5
GS-17 CrMo 5 5
1.7357
G17CrMo5-5
G-X 8 CrNi 13
1.4008
GX7CrNiMo12-1
G-X 6CrNi 18 9
1.4308
GX5CrNi19-10
G-X 6CrNiMo 18 10
1.4408
GX5CrNiMo19-11-2
X 6 CrNiTi 18 10
1.4541
X6CrNiTi18-10
X 6 CrNiNb 18 10
1.4550
X6CrNiNb18-10
G-X 5 CrNiNb 18 9
1.4552
GX5CrNiNb19-11
X 6 CrNiMoTi 17 12 2
1.4571
X6CrNiMoTi17-12-2
G-X 5 CrNiMoNb 18 10
1.4581
GX5CrNiMoNb19-11-2
CuZn 39 Pb 3
2.0401
CuZn38Pb2
CuZn 35 Ni 2
2.0540
CuZn35Ni3Mn2AlPb
G-CuAl 9 Ni
2.0970.01
CuAl10Ni3Fe2-C
G-CuSn 10
2.1050.01
CuSn10-Cu
GC-CuSn 12
2.1052.04
CuSn12-C
1)
Tenir compte des différences au niveau des caractéristiques chimiques et physiques !
170
Désignation EN
ASTM
Numéro
Matériau de comparaison1)
Catégorie
EN-JL 1040
A 126-B
Fonte grise
EN-JS 1030
A 536 60-40-18
Fonte sphéroïdale
EN-JS 1025
–
Fonte sphéroïdale
EN-JM 1030
–
Fonte malléable, blanche
1.0038
A 283-C
Acier de construction
1.0460
A 105
1.0619
A 216-WCB
Acier forgé, non allié (acier C)
1.5415
A 182-F1
Acier forgé, faiblement allié
1.5419
A 217-WC1
Acier moulé, faiblement allié
1.7335
A 182-F12-2
Acier forgé, faiblement allié
1.7357
A 217-WC6
Acier moulé, faiblement allié
1.4008
–
1.4308
A 351-CF8
Acier inoxydable (moulé), austénitique
1.4408
A 351-CF8M
1.4541
–
Acier inoxydable (forgé), austénitique
1.4550
A 182-F347
1.4552
A 351-CF8C
1.4571
–
1.4581
–
CW608N
–
Laiton matricé
CW710R
–
Laiton
CC332G
–
Bronze
CC480K
–
Bronze
CC483K
–
Bronze
Acier moulé (acier C)
Acier moulé, inoxydable
171
Mots clés
A
Aérothermes
Alambics
Assécheurs
Assécheurs de vapeur
Autoclaves
Page
47
61
43, 62, 65
43
71
B
Bains acides
Bains (par ex. pour le nettoyage,
le décapage)
Brassins
C
Calandres
Calandres à chaud
Calandres à vapeur
Calandres de séchage
Casse-vide (clapets de retenue
DISCO RK)
Chaudières à brasser
Chauffages d’instruments
Choix des purgeurs
Chute de pression dans
les tuyauteries vapeur
Clapets de retenue
Contrôle des purgeurs
Convecteurs pour le chauffage
des pièces
Coups de bélier
Cuiseurs
Cylindres-sécheurs
64
63
59
62, 74
74
74
62
133
59
79
78
77
40
109
133
83
46
32, 36
55, 59
62
D
Débit dans les tuyauteries
111
Débits de condensat
- détermination pour
installations vapeur
118
- détermination pour installations
à air comprimé
101
Désaération
38, 94
Diagrammes de débit
141
Diagrammes pour la sélection
de purgeurs
141
Diamètre des tuyauteries
108
172
Page
Diamètre nominal des tuyauteries
Dimensionnement
- des purgeurs
- des tuyauteries
107,
- des tuyauteries de condensat
E
Echangeurs de chaleur
Echangeurs de chaleur à
contre-courant
Evaluation des purgeurs
Evaporateurs
Exemples de montage
107
121
117
107
43
51
9
60
27
G
Grands cuiseurs
55
H
50
I
Installations de climatisation
49
L
Lignes de traçage
75
M
Machines à repasser
Mannequins de repassage à vapeur
Marmites
72
75
73
56
N
Nourrices de vapeur
34
P
Plateaux de séchage
Pompes de relevage des
condensats
Préchauffeurs
Préchauffeurs tubulaires
Presses
Presses à étages
Presses à pneus
Presses à repasser
Presses à vulcaniser
Purge collective
66
163-164
53
53
67-69, 72
67
69
72
69
29
Page
Purge de condensat
- exemples
27
- règles de base
27
Purge des cylindres
62
Purge de tuyauteries
43
Purge de tuyauteries d’air comprimé 99
Purge séparée
29
Purgeurs
12
Purgeurs
- choix
10, 40
- évaluation
9
- dimensionnement
121
- contrôle
83
- purgeurs-pompes 161
Purgeurs-pompes 161-162
Purgeurs (suite)
- zones stérilisées et pharmacie
153
- systèmes
12
Q
Quantité de vapeur de détente
92
R
Radiateurs
46
Radiateurs à ailettes
46
Radiateurs à vapeur
46
Radiateurs plats
46
Registres de chauffage
48
Registres de chauffage - aérothermes 49
Règles de base de la
purge de condensat
27
Régulation de pression
125
Régulation de température
128
Régulateurs de pression
125
côté condensat
128
côté vapeur
128
Réservoirs d’eau chaude
50
Retour de condensats
95
Robinets de purge de démarrage
155
S
Séchoirs à tapis
Séparateurs d’eau
Serpentins de chauffage
Signes conventionnels pour
centrales thermiques
Système de récupération de
la vapeur de détente
Page
165-168
93
T
Tableau de la vapeur
114
Tables chauffantes
66
Tables de détachage
72
70
Traceurs
76
Tuyauteries de condensat
- dimensionnement
107
- purge
44
45
Tuyauteries vapeur
- purge
35, 43
- dimensionnement
117
U
Utilisation de la chaleur
Utilisation de la chaleur sensible
du condensat
V
Vitesse d’écoulement
dans les tuyauteries vapeur
91
91
112
65
43
48, 63
173
Vue d’ensemble du programme GESTRA
Purgeurs
-
-
-
-
-
-
-
-
purgeurs thermostatiques
avec régulateur bimétallique ou à membrane
purgeurs à flotteur
purgeurs thermodynamiques
purgeurs pour raccordements universels
(connecteurs)
pompes de relevage des condensats
purgeurs-pompes
purgeurs pour zones stérilisées
et pharmacie
appareils de contrôle de purgeur
Clapets de non-retour
Clapets antiretour sur thermosiphon
- clapets de retenue DISCO®
- clapets antiretour DISCO®
- clapets de retenue à double battant
DISCOCHECK®
Limiteurs d’eau de refroidissement
Régulateurs proportionnels sans énergie auxiliaire réglant les quantités d’eau de refroidissement en fonction de la température de retour
Limiteurs de température de retour
Limitation de la température de retour à commande directe pour le maintien de la température de retour souhaitée
174
Régulateurs de pression mécaniques
Réduction de la pression, resp. pression primaire constante de la vapeur, de gaz neutres et
de liquides ininflammables dans tous les réseaux
énergétiques et de processus
Régulateurs de température mécaniques
Pour la régulation du chauffage et du refroidissement de fluides liquides, à l’état de vapeur ou
gazeux
Robinets de réglage
- robinets de réglage à simple siège à
commande électrique ou pneumatique
- robinets de réglage à tuyère étagée radiale
Soupapes de sûreté
Filtres
Robinets d’isolement
Appareils et récipients thermotechniques
- installations de collecte
et de retour des condensats
- désurchauffeurs
- générateurs de vapeur pure
- dégazeurs d’eau d’alimentation
- ballons de détente de condensat
- collecteurs-refroidisseurs
- ballons compensateurs de
condensat
- assécheurs de vapeur
et d’air
175
Equipement de chaudière à vapeur
Tous les composants de sécurité et de contrôle de qualité des installations vapeur
et à eau surchauffée selon TRD 701 / 601 / 602 / 604 24h / 604 72h
-
-
-
-
-
-
-
-
176
régler, limiter et détecter le niveau
régler et limiter la température
mesurer la conductibilité
robinets de déconcentration ainsi que de purge et d’extraction
installations de débourbage automatique à programmateur
surveiller les liquides
débitmètre de vapeur
technologie bus
Manuel du condensat
GESTRA
Manuel du condensat
GESTRA AG
Münchener Straße 77, D-28215 Bremen
P.O.B. 10 54 60, D-28054 Bremen
Tél.
0049 (0) 421-35 03-0
Fax
0049 (0) 421-35 03-393
E-mail [email protected]
Web
www.gestra.de
819231-00/09-2012 (808082-07) · © 2012 · GESTRA AG · Bremen · Printed in Germany
Avec énergie vers le futur

GESTRA

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