Cours_vapeur_Purgeurs

Production de la chaleur - Chaudière 1

La boucle vapeur élémentaire


•Production Production Production Production incluant la chaudière, en général équipée d’un brûleur fuel ou gaz, de soupapes de sécurité, d’une purge d’eau en continue pour déconcentrer l’installation en tartre, d’une alimentation en eau automatique pour maintien d’un niveau minimum et d’instruments de mesure en température et pression.

•Distribution Vapeur Distribution Vapeur Distribution Vapeur Distribution Vapeur composée d’une tuyauterie primaire alimentant le barillet qui joue le rôle de tampon pour maintenir une pression de distribution stable dans les lignes vapeur, équipées ou non de postes de détente.

•Echange Echange Echange Echange où la vapeur va se condenser en fournissant l’enthalpie de vaporisation à un fluide secondaire (eau, air, …). Les échangeurs peuvent éventuellement être équipés d’un pot de revaporisation, pour d’autres utilisations de la vapeur basse pression.

Collecte Collecte Collecte Collecte qui récupère les condensats sur tous les équipements des circuits de distribution et en sortie d’échangeurs. Ils sont renvoyés dans une bâche alimentaire, dont le niveau est maintenu constant. Une pompe à condensats (type OGDEN) utilisant la vapeur primaire comme énergie motrice, les relève dans la chaudière.

Traitement dTraitement dTraitement dTraitement d’’’’Eau Eau Eau Eau qui assure la pérennité de la boucle vapeur, très sensible à la corrosion et à l’entartrage


De trDe trDe trDe trèèèès nombreux s nombreux s nombreux s nombreux ééééquipements supplquipements supplquipements supplquipements suppléééémentaires (purgeurs, mentaires (purgeurs, mentaires (purgeurs, mentaires (purgeurs, éééévents, vents, vents, vents, filtres, vannes, dfiltres, vannes, dfiltres, vannes, dfiltres, vannes, déééétendeurs, stendeurs, stendeurs, stendeurs, sééééparateurs, contrôleurs, parateurs, contrôleurs, parateurs, contrôleurs, parateurs, contrôleurs, …………) sont ) sont ) sont ) sont nnnnéééécessaires pour assurer la qualitcessaires pour assurer la qualitcessaires pour assurer la qualitcessaires pour assurer la qualitéééé de vapeur distribude vapeur distribude vapeur distribude vapeur distribuéééée, en pression et e, en pression et e, en pression et e, en pression et temptemptemptempéééérature, et rature, et rature, et rature, et éééévacuer lvacuer lvacuer lvacuer l’’’’air prair prair prair préééésent dans le rsent dans le rsent dans le rsent dans le rééééseau seau seau seau àààà la mise en service la mise en service la mise en service la mise en service et les autres produits incondensables.et les autres produits incondensables.et les autres produits incondensables.et les autres produits incondensables.


Collecte des condensats

Le rendement dLe rendement dLe rendement dLe rendement d’’’’une installation vapeur est fortement conditionnune installation vapeur est fortement conditionnune installation vapeur est fortement conditionnune installation vapeur est fortement conditionnéééé par la par la par la par la collecte des condensats, qui repose principalement sur les diffcollecte des condensats, qui repose principalement sur les diffcollecte des condensats, qui repose principalement sur les diffcollecte des condensats, qui repose principalement sur les difféééérents rents rents rents purgeurs existants et sur quelques dispositions constructives depurgeurs existants et sur quelques dispositions constructives depurgeurs existants et sur quelques dispositions constructives depurgeurs existants et sur quelques dispositions constructives de bon bon bon bon

sens.sens.sens.sens.

Purgeurs des condensats

Purgeurs Purgeurs Purgeurs Purgeurs mmmméééécaniquescaniquescaniquescaniques

PurgeursPurgeursPurgeursPurgeursthermostatiquesthermostatiquesthermostatiquesthermostatiques

PurgeursPurgeursPurgeursPurgeursthermodynamiquesthermodynamiquesthermodynamiquesthermodynamiques

PurgeursPurgeursPurgeursPurgeursàààà impulsionimpulsionimpulsionimpulsion

Basés sur des systèmes à flotteurs

fermés ou ouverts.

Basés sur la dilatation de fluides

ou de bilames métalliques.

L’évolution des pressions statiques et dynamiques des fluides sur un clapet

permet ou non l’évacuation des condensats.

Basés sur un système de piston à double effet


équipé d’un thermostat D pour l’évacuation de l’air

et d’un trop plein F. Sensible aux coups

de bélier et à la corrosion.

Fonctionnement par jets intermittents. Dégazage en C et évacuation des condensats en B.

En cas d’arrivée de vapeur le flotteur A s’élève et ferme le clapet B.

Nécessite un joint d’eau au fond du purgeur et un calorifugeage antigel.

Purgeur mPurgeur mPurgeur mPurgeur méééécanique canique canique canique àààà flotteur inversflotteur inversflotteur inversflotteur inverséééé ouvertouvertouvertouvert

Purgeur mPurgeur mPurgeur mPurgeur méééécanique canique canique canique àààà flotteur fermflotteur fermflotteur fermflotteur ferméééé


Le soufflet contient un mélange alcoolisédont le point d’ébullition est inférieur à celle de l’eau. Sensible aux coups de bélier et à la vapeur surchauffée

Evacuation des condensats à une température inférieure

à celle de la vapeur donc risque de noyage de l’élément en amont

Purgeur thermostatique Purgeur thermostatique Purgeur thermostatique Purgeur thermostatique àààà bilamesbilamesbilamesbilames

Purgeur thermostatique Purgeur thermostatique Purgeur thermostatique Purgeur thermostatique àààà dilatation de fluidedilatation de fluidedilatation de fluidedilatation de fluide


Le condensat se revaporisepartiellement dans le purgeur.

Un disque libre C obture l’évacuation quand la pression statique

de la chambre de contrôle diminue à cause des pertes thermiques.

Au contraire il libère l’écoulement G sous l’effet de la pression dynamique

des condensats.

Ce purgeur n’est jamais étanche à la vapeur. C’est la vapeur de revaporisation du condensat

qui régule le débit d’évacuation, en agissant sur le disque C circulant dans le cône D

Purgeur Purgeur Purgeur Purgeur thermothermothermothermo----dynamiquedynamiquedynamiquedynamique

Purgeur Purgeur Purgeur Purgeur àààà impulsionimpulsionimpulsionimpulsion


Les dispositives constructives

Un réseau de vapeur devra avoir une pente suffisante (environ 3 mm/m). Des extractions de condensats devront être prévues tous les 60 à 100 m pour la vapeur saturée, tous les 100 à 200 m pour la vapeur surchauffée avant chaque appareil et dès qu’un changement de pente survient.


Relevage des condensats

Il s’effectue de la bâche vers la chaudière, grâce à des pompes de type OGDEN où la vapeur primaire actionne un flotteur qui refoule les condensats au travers d’un clapet anti-retour.

Une soupape de décharge libère cette vapeur primaire, et les condensats sont admis également au passage

d’un clapet d’admission.


L’air présent dans les tuyauteries à la mise en service va être chassé par la vapeur, et il faut donc prévoir des purgeurs d’air (à élément thermostatique) pour l’évacuer en bout de ligne et dans les échangeurs

Purgeur d’air


Les autres problèmes posés

LLLL’’’’augmentation de longueur daugmentation de longueur daugmentation de longueur daugmentation de longueur d’’’’une tuyauterie sous lune tuyauterie sous lune tuyauterie sous lune tuyauterie sous l’’’’effet de la tempeffet de la tempeffet de la tempeffet de la tempéééérature srature srature srature s’’’’exprime parexprime parexprime parexprime par ::::

Centubeduetempératurladeiationvar:T

mentuyauterieladeLongueur:L

m/menlinéairedilatationdetcoefficien:

menlinéairedilatation:l

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°∆

α

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Une tuyauterie de 50 m en acier Une tuyauterie de 50 m en acier Une tuyauterie de 50 m en acier Une tuyauterie de 50 m en acier àààà 20 20 20 20 °°°°C fait C fait C fait C fait 112 mm de plus 112 mm de plus 112 mm de plus 112 mm de plus àààà 200 200 200 200 °°°°CCCC. Et; si . Et; si . Et; si . Et; si des dispositionsdes dispositionsdes dispositionsdes dispositions ne sont ne sont ne sont ne sont pas prises, pas prises, pas prises, pas prises, un flambageun flambageun flambageun flambage risque de se produire qui perturberait lrisque de se produire qui perturberait lrisque de se produire qui perturberait lrisque de se produire qui perturberait l’é’é’é’écoulement normal de la vapeurcoulement normal de la vapeurcoulement normal de la vapeurcoulement normal de la vapeur

ProblProblProblProblèèèèmes de dilatation des tuyauteriesmes de dilatation des tuyauteriesmes de dilatation des tuyauteriesmes de dilatation des tuyauteries

• Utilisation de compensateurs lyres ou coudes sur le rUtilisation de compensateurs lyres ou coudes sur le rUtilisation de compensateurs lyres ou coudes sur le rUtilisation de compensateurs lyres ou coudes sur le rééééseauseauseauseau

• des supports ddes supports ddes supports ddes supports d’’’’encrages de la tuyauterieencrages de la tuyauterieencrages de la tuyauterieencrages de la tuyauterie

• des supports de guidages de la tuyauteriedes supports de guidages de la tuyauteriedes supports de guidages de la tuyauteriedes supports de guidages de la tuyauterie


Conclusion

• Réduire les fuites de vapeur et d’eau condensée. Une fuite de vapeur de 0,8 mm de diamètre entraîne une perte de 5 tonnes de vapeur à 7 bars par an. Cette partie est 2900 tonnes pour un orifice de 6 mm dans les mêmes conditions. Et, 1 kg d’eau condensée, c’est 1 kg de vapeur perdue.

• Entretenir et surveiller les échangeurs : la qualité de l’échange thermique est une donnée fondamentale du rendement de l’échangeur . Ainsi, est-il conseillé d’effectuer une visite complète des appareils tous les ans et de les détartrer régulièrement.

• Surveiller et entretenir les purgeurs : un purgeur qui se ferme mal est équivalent à une fuite de vapeur qui peut atteindre 160 tonnes par an sur un réseau à 7 bars. L’entretien des purgeurs doit se faire au moins deux fois par an.


Tâches à effectuer pour améliorer le rendement des installations

Vérification et suivi par entretien périodique

Eviter les pertes thermiquesEntretien des calorifuges

Réduction des fuites

Suivi et entretien des purgesSuivi et entretien des échangeurs

Distribution et utilisation

Traitements

Vérification, ramonage

Traiter l’eau

Lutter contre la suite

Chaudière

Modernisation par automatisation

Système de pilotage automatique

Améliorer le brûleurBrûleur

Mesure TCO2 O2

Investissement, conduite

Entretien périodique

Surveiller le rendement

Améliorer et maintenir le rendement

Nettoyer le brûleur

Combustion


Exercice n°1

Un collecteur de diamètre 150/159 mm a une longueur réelle développée de 400 m. il comporte 16 coudes “coude à 90° à brides", 13 supports à patins (guidages, points fixes) et 100 suspensions. Ce collecteur, situé en air calme (v = 1 m/s) àTe = 20°C, doit transporter de la vapeur ayant au départ (point A) les caractéristiques suivantes :

Le collecteur est calorifugé :

DDDDééééterminer les caractterminer les caractterminer les caractterminer les caractééééristiques de la vapeur au point dristiques de la vapeur au point dristiques de la vapeur au point dristiques de la vapeur au point d’’’’arrivarrivarrivarrivéééée B ??e B ??e B ??e B ??

C240Tabsolusbars20PAA

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h/tonnes2deseravapeurdedébitsonet

C200à067,0etC100à048,0;mm50Epaisseurc

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A

2

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2

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>

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≤

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s/m5VpourT

TV4,7h

s/m5VpourT

TV46h

air

e

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e

air

e

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10

TTTT ei

ese

−+=FormulesFormulesFormulesFormules


Exercice n°2

Une chaudiUne chaudiUne chaudiUne chaudièèèère produit 30 t/h de vapeur re produit 30 t/h de vapeur re produit 30 t/h de vapeur re produit 30 t/h de vapeur àààà PabsPabsPabsPabs=16bars et T=220=16bars et T=220=16bars et T=220=16bars et T=220°°°°C. LC. LC. LC. L’’’’eau entrant eau entrant eau entrant eau entrant dans la chaudidans la chaudidans la chaudidans la chaudièèèère est re est re est re est àààà 15151515°°°°CCCC

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Le deuxiLe deuxiLe deuxiLe deuxièèèème me me me éééétage surchauffe cette vapeur de Tv tage surchauffe cette vapeur de Tv tage surchauffe cette vapeur de Tv tage surchauffe cette vapeur de Tv àààà 220220220220°°°°C.C.C.C.

1111°°°°//// DDDDééééterminer la surchauffeterminer la surchauffeterminer la surchauffeterminer la surchauffe2222°°°°//// Calculer lCalculer lCalculer lCalculer l’é’é’é’énergie calorifique horaire nnergie calorifique horaire nnergie calorifique horaire nnergie calorifique horaire néééécessaire cessaire cessaire cessaire àààà la production de cette la production de cette la production de cette la production de cette

vapeur surchauffvapeur surchauffvapeur surchauffvapeur surchauffééééeeee3333°°°°//// Cette chaudiCette chaudiCette chaudiCette chaudièèèère est chauffre est chauffre est chauffre est chaufféééée au fuel dont le pouvoir calorifique est de 41e au fuel dont le pouvoir calorifique est de 41e au fuel dont le pouvoir calorifique est de 41e au fuel dont le pouvoir calorifique est de 41 800 800 800 800

kJkJkJkJ / kg et de densit/ kg et de densit/ kg et de densit/ kg et de densitéééé 0,9. Sachant que le rendement est de 80%, calculer le 0,9. Sachant que le rendement est de 80%, calculer le 0,9. Sachant que le rendement est de 80%, calculer le 0,9. Sachant que le rendement est de 80%, calculer le ddddéééébit volumique horaire du fuel.bit volumique horaire du fuel.bit volumique horaire du fuel.bit volumique horaire du fuel.

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