La vapeur est utilisée dans de nombreux processus industriels. Cependant, vous produirez généralement la vapeur dans une partie différente de l’usine par rapport aux processus où vous l’utilisez. Cela signifie que vous devez déplacer la vapeur pour bénéficier de son énergie thermique.
Dans cet article, nous explorerons comment vous distribuez la vapeur, et les avantages du déplacement de la vapeur par rapport à l’eau chaude à basse température (LTHW).
Pourquoi devez-vous déplacer la vapeur ?
Pour des raisons de sécurité et de maintenance, la vapeur est générée à une certaine distance de l’endroit où elle est nécessaire. Alors que la vapeur1 est produite dans une chaufferie (A), les processus (B) qui utilisent l’énergie thermique de la vapeur peuvent se trouver à des centaines de mètres.
Si vous avez plusieurs processus nécessitant de l’énergie thermique, la vapeur doit les atteindre où qu’ils se trouvent sur le site. Les tuyaux de vapeur (C) distribueront la vapeur de la chaufferie aux processus.
Par exemple, les processus d’un fabricant alimentaire qui dépendent de la vapeur pour l’énergie thermique peuvent inclure la stérilisation, la pasteurisation, la cuisson, le séchage et la déshydratation. Chaque processus peut avoir lieu dans une partie différente de l’usine.
Comment distribuez-vous la vapeur ?
La vapeur est un gaz, elle se déplace donc sous sa propre énergie à travers une chute de pression. En conséquence, lorsque vous produisez de la vapeur à haute pression dans la chaufferie (A) puis que vous réduisez la pression au niveau des processus (B), où le transfert de chaleur2 se produit, la vapeur circulera naturellement à travers les tuyaux de la chaufferie aux processus. Contrairement au LTHW, vous ne pompez pas la vapeur.
En plus des tuyaux de vapeur, vous avez également besoin de tuyaux séparés (D) pour ramener le condensat liquide du processus vers la chaufferie. Comme la vapeur transfère son énergie thermique utile au processus en se condensant, le condensat liquide doit être évacué car il ne peut plus céder d’énergie thermique.
La relation pression / volume de la vapeur
En plus de permettre la distribution de la vapeur, la pression affecte également le volume spécifique de la vapeur, car la vapeur est un gaz compressible.
La mise sous pression de la vapeur dans le boiler réduit son volume. Cependant, lorsque vous réduisez la pression au niveau du processus, le volume augmente. En comprenant la relation pression/volume, vous pouvez calculer l’impact des changements de pression sur le volume de la vapeur.
Comme le volume de la vapeur diminue sous pression, cela a un impact significatif sur le dimensionnement des tuyaux nécessaires pour transporter la vapeur.
Comment la pression affecte-t-elle le dimensionnement des tuyaux de vapeur ?
Choisir la dimension correcte des tuyaux de vapeur permet de distribuer la masse nécessaire de vapeur de la manière la plus efficace possible. En comprimant la vapeur pour réduire son volume, vous avez besoin de tuyaux de diamètre inférieur pour déplacer la vapeur de la chaufferie au processus.
Par exemple, vous auriez besoin de tuyaux de diamètre DN100 pour distribuer 1 000 kg/h de vapeur sèche saturée à 2 bar g. Cependant, augmenter la pression à 10 bar g compresse la vapeur dans un volume inférieur, vous n’auriez donc besoin que de tuyaux DN50 pour distribuer les 1 000 kg/h de vapeur.
Pourquoi les tuyaux de petit diamètre sont-ils avantageux ?
Déplacer la vapeur dans des tuyaux de petit diamètre présente plusieurs avantages par rapport aux alternatives liquides comme le LTHW.
Utilisation plus efficace de l’espace
L’utilisation de tuyaux de petit diamètre pour la vapeur et le condensat permet une utilisation plus efficace de l’espace sur votre site. Les tuyaux occupent moins d’espace et sont plus faciles à installer dans les vides techniques et autres zones où les tuyaux sont posés.
Tuyaux plus légers
Comme les tuyaux de petit diamètre sont plus légers, ils nécessitent moins de supports et de fixations pour les maintenir en place.
Coûts d’installation inférieurs
L’installation de tuyaux de vapeur de petit diamètre réduit les coûts d’installation par rapport aux tuyaux de plus grand diamètre. En plus des tuyaux eux-mêmes et de l’infrastructure de support, moins d’isolant est nécessaire, et le coût de main-d’oeuvre pour l’installation est réduit.
Moins de pertes thermiques par rayonnement
Comme la vapeur libère de la chaleur lorsqu’elle se condense au contact d’une surface à température inférieure, la chaleur est perdue par les tuyaux en raison du rayonnement. Bien que l’isolant réduise cette perte, la dimension des tuyaux affecte également la perte de chaleur.
Une tuyauterie de plus grand diamètre offre une surface plus large pour que la vapeur se condense et libère son énergie thermique. En conséquence, réduire le diamètre des tuyaux limite la surface par laquelle la chaleur peut être perdue.
Quelle quantité d’énergie est nécessaire pour produire et distribuer la vapeur ?
Générer de la vapeur nécessite plus d’énergie que générer du LTHW, car vous produisez de la vapeur à des températures et des pressions plus élevées. Cependant, la distribution de la vapeur consomme beaucoup moins d’énergie que le LTHW.
Le LTHW a besoin d’énergie pour alimenter les pompes qui le distribuent dans l’usine. La vapeur n’a pas besoin de pompes, car c’est un gaz qui circule naturellement avec une chute de pression.
Par exemple, les pertes thermiques des tuyaux pour distribuer 2 MW d’énergie en utilisant du LTHW à 70-90 °C seraient de 9,6 kW. Les pertes thermiques pour distribuer l’équivalent en énergie avec la vapeur seraient de 14,6 kW. Cependant, le pompage du LTHW utiliserait 6,5 kW d’électricité, tandis que la vapeur a un besoin énergétique bien inférieur de 0,7 kW pour alimenter une pompe qui amène l’eau à la chaufferie.
Sur l’ensemble de la génération et de la distribution, la consommation énergétique totale pour la vapeur et le LTHW est similaire.
Les avantages de la distribution de la vapeur
Déplacer la vapeur dans une usine présente plusieurs avantages par rapport à d’autres sources d’énergie thermique. En tant que gaz compressible, la vapeur occupe moins de volume et est distribuée par des tuyaux de petit diamètre, ce qui est plus efficace en termes d’espace et d’énergie. Contrairement au LTHW, la vapeur n’est pas pompée et consomme donc moins d’énergie pendant la distribution. La vapeur n’a besoin que d’une chute de pression pour circuler dans les tuyaux de vapeur.