La qualité de la vapeur affecte l’énergie disponible pour le transfert thermique. C’est pourquoi le contrôle de la qualité est essentiel pour l’efficacité des processus et des opérations industrielles.
Dans cet article, nous explorerons les facteurs qui influencent l’état de la vapeur, les problèmes qu’une vapeur mal maîtrisée peut causer et comment améliorer la qualité de la vapeur que vous produisez.
Quel est l’état idéal de la vapeur ?
La vapeur idéale à utiliser dans vos processus industriels est propre, sèche et exempte d’air et d’autres gaz non condensables. La vapeur dans cet état est le type le plus efficace pour le transfert thermique¹. Les tables de vapeur qui vous aident à gérer la production et la distribution de la vapeur supposent également que vous produisez une vapeur possédant ces qualités.
Pour optimiser la qualité de la vapeur², vous devez surveiller les conditions de votre chaufferie, assurer une maintenance régulière des conduites de distribution vapeur et mettre en place des contrôles dans votre installation. Sans ces bonnes pratiques, vous serez probablement confronté à des problèmes techniques et de maintenance.
Quels sont les problèmes de la vapeur humide ?
Bien que la vapeur doive être parfaitement sèche, il y aura inévitablement un certain niveau d’humidité dans la vapeur produite par la chaufferie. L’humidité contenue dans la vapeur est mesurée par son taux de sécheresse, la proportion de vapeur qui est sèche.
Par exemple, dans le diagramme de phases de la vapeur, un taux de sécheresse de 50 % (A) signifie que la vapeur est sèche à 50 % et humide à 50 %.
Lorsque vous produisez de la vapeur sans contrôler sa qualité, vous pouvez avoir un excès d’humidité ou un taux de sécheresse insuffisant. C’est à ce moment que les problèmes surviennent, car la vapeur que vous produisez et distribuez est plus humide que ce pour quoi votre installation a été conçue.
Inefficacité du processus
La vapeur humide réduit l’efficacité du transfert thermique de plusieurs manières. Premièrement, plus la vapeur est humide, moins il y a d’énergie utile disponible dans la vapeur. La masse de vapeur qui arrive au processus est réduite en raison du faible taux de sécheresse.
De plus, les heat exchangers de vos processus sont dimensionnés pour fonctionner avec un taux de sécheresse de vapeur attendu. Cependant, si vous produisez une vapeur plus humide que prévu, les heat exchangers ne fonctionneront pas aussi efficacement. Lorsque la vapeur atteint les heat exchangers, il faudra plus de temps pour extraire l’énergie thermique nécessaire de la vapeur. Le temps de processus risque de s’allonger, vous pourriez ne pas atteindre la température de processus requise et le produit pourrait être endommagé.
La vapeur humide a également plus de chances de se condenser et de céder de l’énergie à la tuyauterie de distribution. Par exemple, vous pourriez produire 10 000 kg/h de vapeur mais en perdre 500 kg/h dans la tuyauterie. En conséquence, vous devez produire plus de vapeur pour fournir le niveau requis d’énergie thermique aux processus.
En d’autres termes, la vapeur humide est moins efficace pour le transfert thermique.
Érosion et corrosion
L’humidité contenue dans la vapeur peut éroder les tuyaux. À mesure que la pression de la vapeur entraîne les gouttelettes d’humidité le long des tuyaux à grande vitesse, le frottement des gouttelettes contre les tuyaux cause des dommages au fil du temps.
La présence de vapeur humide augmente également le risque de corrosion. La réaction chimique de l’humidité sur les tuyaux métalliques dégrade ces derniers et réduit leur durée de vie utile.
L’érosion et la corrosion augmentent toutes deux la maintenance requise pour les conduites de distribution vapeur.
Poche d’eau et coups de bélier
Lorsque la vapeur humide se condense dans les conduites vapeur, le liquide tombe au fond de la conduite. À mesure que les gouttelettes de condensat augmentent, elles forment une poche d’eau, poussée à travers les conduites par le mouvement de la vapeur.
Cependant, lorsqu’il y a un coude dans la conduite, l’impact de l’eau frappant la paroi peut provoquer du bruit et des vibrations, connus sous le nom de coups de bélier. Les dommages causés par les coups de bélier signifient des travaux de maintenance supplémentaires et pourraient limiter la durée de vie des tuyauteries.
Comment contrôler le taux de sécheresse de la vapeur
Il existe différents contrôles que vous pouvez utiliser pour réduire l’humidité dans la vapeur et minimiser le taux de sécheresse.
Séparateurs de vapeur
Les séparateurs de vapeur éliminent les gouttelettes d’humidité du flux de vapeur et sont utilisés avant que la vapeur n’entre dans les équipements critiques de l’installation.
Les séparateurs utilisent des chicanes pour empêcher les gouttelettes d’eau de passer tout en permettant à la vapeur sèche de continuer à circuler dans la conduite. Les gouttelettes d’eau et tout condensat sont ensuite évacués du système.
Pourquoi la vapeur doit-elle être propre ?
Le tartre qui s’accumule sur les parois des tuyaux et à l’intérieur des heat exchangers affecte la qualité de la vapeur et réduit son efficacité pour le transfert thermique. Des saletés peuvent également résulter d’un excès de matériau de jointoiement ou de soudure, ce qui entraîne une érosion dans les tuyaux, les steam traps et les valves.
Le tartre peut se former en raison d’un traitement de l’eau inapproprié ou d’un fonctionnement incorrect de la chaudière. Cela peut provoquer le transfert d’impuretés présentes dans la chaudière par l’intermédiaire de gouttelettes d’humidité.
Comment garder la vapeur propre
L’installation de filtres à crépine sur les tuyauteries élimine les saletés et empêche la contamination de la vapeur. La bonne pratique d’ingénierie consiste à installer un filtre à crépine avant les steam traps, les valves et les autres équipements critiques.
Les contrôles de chaudière sont également essentiels pour éliminer les produits chimiques et les minéraux dans l’eau qui s’accumulent sous forme de solides dans la chaudière. Une valve de blowdown de fond dans la chaudière améliore la qualité de l’eau et de la vapeur. L’ouverture de la valve permet à la pression de la vapeur dans la chaudière d’évacuer les sédiments.
Quels problèmes l’air dans la vapeur cause-t-il ?
Les conduites d’alimentation vapeur contiennent de l’air au démarrage, car l’air est aspiré par le vide créé lorsque le système a été précédemment arrêté et que la vapeur s’est condensée. De l’air peut également être présent dans l’eau utilisée pour alimenter la chaudière. À moins d’éliminer l’air et les autres gaz non condensables, ceux-ci abaisseront la température de la vapeur.
Comme l’air est un mauvais conducteur d’énergie thermique, une masse d’air dans la vapeur agira également comme une barrière dans le heat exchanger, réduisant l’efficacité du processus de transfert thermique.
Quels problèmes l’air dans la vapeur cause-t-il ?
Les conduites d’alimentation vapeur contiennent de l’air au démarrage, car l’air est aspiré par le vide créé lorsque le système a été précédemment arrêté et que la vapeur s’est condensée. De l’air peut également être présent dans l’eau utilisée pour alimenter la chaudière. À moins d’éliminer l’air et les autres gaz non condensables, ceux-ci abaisseront la température de la vapeur.
Comme l’air est un mauvais conducteur d’énergie thermique, une masse d’air dans la vapeur agira également comme une barrière dans le heat exchanger, réduisant l’efficacité du processus de transfert thermique.
Comment éliminer l’air de la vapeur
Lorsque vous remplissez le système de vapeur, celle-ci refoule l’air vers les points de purge et les points éloignés, c’est-à-dire les points les plus éloignés de l’entrée de vapeur. L’ajout de steam traps aux points de purge et de purgeurs d’air aux points éloignés permet d’éliminer l’air du système.
Produire une vapeur de la meilleure qualité
Pour maximiser l’efficacité de l’utilisation de la vapeur pour le transfert thermique, vous devez produire de la vapeur dans un état idéal. Cela signifie s’assurer qu’elle est aussi sèche que possible pour optimiser l’énergie utile disponible pour le transfert thermique. Maintenir la vapeur propre et minimiser l’humidité réduira les problèmes de maintenance dans les conduites vapeur. L’élimination de l’air des conduites vapeur contribue également à améliorer l’efficacité du transfert thermique.