Méthodes pratiques de prévention du stall

Ce tutoriel examine les méthodes pour surmonter les problèmes d’évacuation du condensat, telles que garantir l’évacuation par gravité, installer un dispositif pump-trap automatique ou contrôler la pression dans l’espace vapeur.

Méthodes pratiques de prévention du stall

Si les conditions de stall sont inévitables, les problèmes potentiels peuvent être surmontés en concevant l’installation autour de l’une des trois solutions de base :

1. S’assurer que la pression de vapeur dans l’espace vapeur ne peut jamais descendre en dessous de la pression atmosphérique, et que le condensat peut s’écouler par gravité vers et depuis un steam trap à flotteur sphérique.
2. Accepter que la pression dans l’espace vapeur puisse être inférieure à la contre-pression, et prévoir un moyen alternatif d’évacuer le condensat, en installant un pump-trap.
3. S’assurer que la pression dans l’espace vapeur est stable et supérieure à la contre-pression. Cela nécessitera que le système de régulation de température soit du côté secondaire du système. En examinant ces trois options à tour de rôle :
4. Installations garantissant que les conditions dans l’espace vapeur ne peuvent jamais descendre en dessous de la pression atmosphérique, et que le condensat peut s’écouler par gravité vers et depuis un steam trap : 1a) Évacuation du condensat par méthode de rupture de vide (voir Figure 13.8.1) Le steam trap ne peut être soumis à aucune contre-pression supérieure à la pression atmosphérique, et doit évacuer le condensat soit vers une extrémité ouverte (ce qui peut être gaspilleur), soit vers un récepteur de condensat ventilé à proximité et une pompe, permettant ainsi de récupérer l’énergie contenue dans le condensat.

1b) Méthode du purgeur auxiliaire (voir Figure 13.8.2) Un ensemble de purgeur à flotteur standard est installé avec retour du condensat vers un système de condensat, qui est soit sous pression et/ou surélevé au-dessus du purgeur. Un purgeur à flotteur auxiliaire peut être monté, évacuant le condensat via une extrémité ouverte vers une évacuation.

Lorsqu’il y a suffisamment de pression de vapeur pour vaincre la contre-pression, le purgeur à flotteur principal fonctionnera, mais lorsque le stall se produit, le condensat se réfoulera et s’écoulera à travers le purgeur à flotteur auxiliaire, empêchant ainsi le condensat de refluer dans l’échangeur de chaleur.

Comme ce condensat sera évacué à l’égout, cette méthode ne doit être utilisée que si le stall se produit rarement. Le purgeur auxiliaire doit être dimensionné sur la charge statique pour débiter la charge de stall comme dans la méthode 1a, et le purgeur « principal » doit être de la même taille, mais installé au moins 150 mm en dessous du tés de prise auxiliaire.

Outre l’inconvénient évident de perte d’énergie, cette méthode nécessite également une hauteur disponible entre les entrées du purgeur et la sortie de l’échangeur de chaleur. 2. Installations permettant à la pression de vapeur dans l’espace vapeur de descendre en dessous de la contre-pression, mais où le condensat peut s’écouler par gravité vers un arrangement pump-trap : ****2a) Une pompe et un purgeur à flotteur installés en combinaison (voir Figure 13.8.3) Cette méthode utilise une pompe et un purgeur à flotteur installés en combinaison. Elle est mieux adaptée aux échangeurs de chaleur avec des capacités de chauffage nominales supérieures à 1,5 MW (nominale de 2 500 kg/h de vapeur).

La pression de vapeur varie en fonction des changements de charge thermique. À forte charge, la pression de vapeur sera supérieure à la contre-pression, mais à faible charge, elle sera inférieure.

La pompe est du type mécanique à pression, dans laquelle un approvisionnement en vapeur auxiliaire prend automatiquement le relais pour fournir la force motrice pour évacuer le condensat lorsque le stall se produit. Si la pression de l’espace vapeur est supérieure à la contre-pression, le condensat passe à travers le corps de la pompe vers le purgeur à flotteur, qui permet au condensat d’être évacué.

Cette méthode est plus pratique et économique sur les installations plus grandes ; par exemple, celles utilisant des conduites d’évacuation du condensat de 40 mm ou plus. 2b) Un pump-trap avec échangeur de chaleur à débit constant (voir Figure 13.8.4) Le débit secondaire ne change pas en traversant l’échangeur de chaleur, par conséquent la pression de vapeur varie en fonction des changements de la température d’entrée du fluide secondaire. À forte charge, la pression de vapeur sera supérieure à la contre-pression, mais à faible charge, elle sera inférieure.

Cette méthode utilise un dispositif pump-trap, qui offre les fonctions d’une pompe, d’un steam trap et de clapets anti-retour dans un seul corps.

Le Spirax Sarco APT14 pump-trap automatique est conçu pour occuper un minimum d’espace, et peut être monté sur des échangeurs de chaleur avec une capacité de chauffage nominale allant jusqu’à 1,5 MW.

Il est le mieux adapté aux installations avec des conduites d’évacuation du condensat jusqu’à 25 mm, mais peut être utilisé sur des conduites d’évacuation jusqu’à 40 mm dans certaines circonstances.

Une installation typique est illustrée à la Figure 13.8.4. 2c) Un dispositif pump-trap avec échangeur de chaleur à débit variable (voir Figure 13.8.5) Cette méthode est similaire à 2b), mais le débit secondaire à travers l’échangeur de chaleur varie avec la charge thermique, en raison de l’action de la vanne de mélange secondaire.

L’échangeur de chaleur délivre un débit d’eau à température constante qui est mélangé par la vanne de mélange secondaire en fonction de la charge. Comme le débit secondaire varie, la pression de vapeur change pour maintenir une température de sortie constante, de sorte qu’à forte charge, elle est supérieure à la contre-pression, et à faible charge, elle est inférieure. 3. Installations garantissant que la pression de vapeur est maintenue constante et ne peut jamais descendre en dessous de la contre-pression, et que le condensat peut s’écouler vers et depuis un steam trap : 3a) Steam trap avec vanne de régulation de température dans le circuit secondaire (voir Figure 13.8.6) Cette méthode nécessite que la régulation de température soit effectuée avec une vanne de mélange ou de dérivation à 3 voies dans le circuit secondaire. L’alimentation en vapeur de l’échangeur de chaleur est maintenue à une pression constante (généralement inférieure à 1 bar g) avec une vanne de régulation de pression, et en tant que tel, le condensat peut toujours être évacué de l’échangeur de chaleur contre une contre-pression inférieure.

Cette méthode n’est pas toujours pratique ou possible. Elle est inadaptée sur les batteries de chauffage vapeur/air ou les systèmes liquides où le système secondaire est à une pression si basse qu’il ne peut empêcher le liquide de bouillir.

Comme toutes les méthodes, elle a des avantages et des inconvénients qui doivent être évalués avant de choisir une option.

La régulation tout ou rien ne doit pas être utilisée avec les échangeurs de chaleur Une vanne de régulation de température tout ou rien ne module pas en fonction de la charge thermique, mais est soit entièrement ouverte, soit entièrement fermée. Un exemple serait une vanne solénoïde. Lorsqu’elle est ouverte, la pleine pression de vapeur sera maintenue dans l’échangeur de chaleur pour évacuer le condensat contre la contre-pression. À première vue, cette méthode de régulation semblerait surmonter tous les problèmes de contre-pression, mais elle n’est pas recommandée sur les processus tels que les échangeurs de chaleur, où le fluide secondaire doit être chauffé à sa température requise en le traversant. Il y a trois raisons principales à cela :

• Un système de régulation « tout ou rien » est activé par un thermostat qui repose sur une surtempérature du produit pour assurer la régulation. Comme la vapeur a un contenu calorifique élevé, une quantité significative de chaleur peut être retenue dans l’espace vapeur après la fermeture de la vanne solénoïde. L’effet global est une température de produit plus élevée que nécessaire. Si le réglage du thermostat est abaissé pour contrer cet effet, la température de « marche » peut être inférieure à ce que les paramètres du système peuvent exiger. Cela peut entraîner une mauvaise régulation de la température du système et un risque de détérioration du produit.
• Les changements continus et rapides de pression et de température imposeront des contraintes thermiques et mécaniques à l’échangeur de chaleur qui réduiront probablement sa durée de vie.
• Ce n’est jamais une bonne idée de soumettre les systèmes de vapeur à une augmentation instantanée de la pression. Tout condensat présent dans l’espace vapeur et la conduite de condensat est instantanément poussé, par l’afflux soudain de vapeur, à travers le système vers le steam trap. Cela peut provoquer des coups de bélier et endommager l’échangeur de chaleur et le steam trap. La régulation tout ou rien n’est normalement adaptée qu’aux processus d’échange de chaleur de type « sans écoulement » ou « par lots », notamment les cuves avec des serpentins de chauffage robustes, ou les bacs à double enveloppe, où la pression de vapeur désirée est appliquée sur une longue période de chauffe (généralement sur de nombreuses minutes ou même des heures). La montée en température du produit est beaucoup plus lente que celle des systèmes à écoulement qui doivent chauffer le produit dans le court laps de temps nécessaire pour traverser un échangeur de chaleur. Conclusion Le type de steam trap le plus adapté pour les équipements d’échange de chaleur en général, et en particulier si le stall est probable, est un steam trap à flotteur sphérique avec purgeur d’air à pression équilibrée intégré.

S’il y a une probabilité de stall, un pump-trap est généralement le moyen le plus efficace de le gérer, car il bénéficie des avantages suivants :

• Simple.
• Économique.
• Compact. Remarque : Les schémas dans ce Module sont uniquement schématiques, et pour des raisons de simplicité ne contiennent pas tous les équipements auxiliaires qui seraient nécessaires ou conseillés pour une installation spécifique. L’exception est la Figure 13.8.8, qui montre une installation détaillée et réelle d’un pump-trap automatique APT14.