Échangeurs de chaleur et stall
Le côté primaire de l’échangeur de chaleur sera désigné comme l’« espace vapeur », et le dispositif de purge de vapeur sera désigné comme le « trap ». Le « trap » peut être un « steam trap », un « piège-pompe », ou un « steam trap et pompe » installés en combinaison.
Sur ces installations, un capteur de contrôle surveille la température du fluide chauffé sortant dans le circuit secondaire. La control valve s’efforce de maintenir une température déterminée par le contrôleur, indépendamment des variations de la charge thermique. La vanne y parvient en ouvrant ou fermant pour modifier le débit de vapeur, faisant ainsi varier la pression de l’espace vapeur.
La décharge du steam trap peut être soumise à une élévation et/ou une pression dans la conduite de condensat, ou peut descendre vers une extrémité ouverte où elle n’est soumise qu’à la pression atmosphérique. Ce bloc se référera à la pression du condensat comme « contre-pression ».
L’équipement d’échange de chaleur peut être presque tout ce qui répond aux critères ci-dessus. Les exemples incluent :
- Échangeurs de chaleur à faisceau tubulaire.
- Échangeurs de chaleur à plaques.
- Serpentins ou batteries de chauffage d’air dans les gaines de ventilation.
- Conduites ou serpentins de tuyauterie dans les équipements de processus, réservoirs, cuves, etc. Pour faire bref, ce bloc se référera à tous ces dispositifs comme « échangeurs de chaleur » ou « radiateurs », et le passage du fluide chauffé par l’échangeur de chaleur sera décrit comme passant par le côté « secondaire » de l’échangeur de chaleur.
Les performances des échangeurs de chaleur à vapeur sont souvent réduites en raison du noyage de l’espace vapeur par le condensat et de la stagnation. Les deux causes principales de stagnation sont :
- L’installation du mauvais type de trap.
- Le stall. Note importante Certains systèmes visent à atteindre le contrôle de la température en encourageant activement le noyage partiel de l’espace vapeur de l’échangeur de chaleur. Dans ces cas, l’action modulante de la control valve à la sortie du condensat fait varier le niveau de condensat dans l’espace vapeur. Cela modifie la surface de chauffe exposée à la vapeur, et l’effet est de modifier le taux de transfert de chaleur pour contrôler la température de sortie secondaire.
Avec les systèmes de ce type, il est important que les échangeurs de chaleur soient conçus et fabriqués spécifiquement pour résister aux effets du noyage. Lorsque cela n’est pas fait, la présence de condensat dans l’échangeur de chaleur aura un effet négatif sur les performances de fonctionnement et réduira la durée de vie.
Cette méthode de contrôle peut présenter certains bénéfices si le système est correctement conçu. L’un est que le condensat se sous-refroidit dans l’échangeur de chaleur avant d’être déchargé. Cela peut réduire considérablement la quantité de flash steam dans les conduites de condensat, ce qui peut améliorer les performances du système de condensat et également réduire les pertes de chaleur.
Le principal inconvénient opérationnel est que les systèmes de ce type sont lents à répondre aux variations de charge thermique. Que signifie le stall ? Le stall est la réduction ou la cessation de l’écoulement du condensat depuis l’échangeur de chaleur, et se produit lorsque la pression dans l’échangeur de chaleur est égale ou inférieure à la contre-pression totale imposée au steam trap.
Une pression inférieure à celle attendue dans un échangeur de chaleur peut se produire à la suite de l’une des circonstances suivantes :
• La température d’entrée du fluide secondaire augmentant à la suite d’une baisse de la charge thermique.
• Le débit du fluide secondaire diminuant à la suite d’une baisse de la charge thermique.
• La température de sortie du fluide secondaire diminuant en raison d’un abaissement du point de consigne.
À mesure que la control valve réduit la pression de vapeur pour répondre à une charge thermique en baisse, le manque de pression différentielle à travers le steam trap provoque le noyage de l’espace vapeur par le condensat, comme montré dans la Figure 13.1.1.
