Applications de purge d'air

Certaines des nombreuses applications différentes des purgeurs d’air sont décrites dans ce tutoriel, y compris les conduites principales de vapeur, les by-pass, les récipients à chemise et les cylindres rotatifs. D’autres problématiques telles que la purge de grands volumes d’air, la purge d’air groupée et la substitution des steam traps thermostats sont également examinées.

Purgeurs d’air en général

Le purgeur d’air automatique est une vanne, à commande thermostatique, installée à un endroit où la vapeur et l’air, plutôt que le condensat, l’atteindront. Si le purgeur d’air est directement accouplé à un chauffage de masse importante, et qui fonctionne à une température proche de celle de la vapeur, alors la chaleur par conduction peut maintenir le purgeur d’air fermé, ou au moins ralentir son fonctionnement. Il est donc recommandé que tout purgeur d’air et sa tuyauterie de raccordement soient installés non calorifugés pour qu’il fonctionne correctement.

Dans ces circonstances, le purgeur d’air est mieux installé à l’extrémité d’une longueur d’environ 300 mm de tuyau qui peut agir comme un flacon collecteur, et qui permet un gradient de température de l’espace vapeur du chauffage vers le purgeur. Les « flacons » mentionnés dans « Cylindres rotatifs » peuvent être utilisés de cette manière comme des unités de collecte d’air.

Lorsque les purgeurs d’air se déchargent, ils le font invariablement avec un mélange air/vapeur. C’est souvent perçu comme de la vapeur pure, et la conclusion logique est de croire que le purgeur d’air fuit. S’il fonctionne normalement, le degré de décharge devrait finalement diminuer et cesser. Si le purgeur d’air continue à se décharger sur une longue période sans aucun signe de fermeture, il pourrait bien être défectueux et bénéficierait d’une inspection et d’une réparation.

By-pass des steam traps

Il semble naturel d’installer des by-pass manuels autour des steam traps, généralement pour être ouverts au démarrage. Puisque les charges de condensat au démarrage sont rarement beaucoup plus du double de la charge de fonctionnement, et que les purgeurs ont généralement des capacités de condensat donnant des facteurs de sécurité considérablement supérieurs, il semble que la véritable fonction des by-pass soit de décharger l’air. Cela permet au condensat d’atteindre le purgeur.

Les by-pass sont souvent trouvés autour des purgeurs à seau, qui sont intrinsèquement lents à purger l’air. L’ensemble peut être rendu à la fois automatique et efficace en remplaçant simplement la vanne de by-pass manuelle par un purgeur d’air automatique. Les by-pass manuels sont facilement oubliés et laissés ouverts, et sont donc une source potentielle de gaspillage de vapeur.

Destructeurs de vide

Les destructeurs de vide peuvent être utilisés avec un bon effet lors de l’arrêt du système lorsque des pressions sous-atmosphériques peuvent être rencontrées dans les conduites et appareils de vapeur. Stratégiquement placés, ils permettront au condensat de graviter vers le point de purge de drainage. En permettant l’élimination complète du condensat de tout système de vapeur, la peur du coup de bélier hydraulique sera éliminée au prochain démarrage du système.

Conduites principales de vapeur saturée

La conduite principale de vapeur est en fait un long espace vapeur avec une petite section transversale. Lorsque la vapeur est mise en marche à l’extrémité d’alimentation, elle se déplace le long du tuyau comme un piston, poussant l’air devant elle. Un purgeur d’air installé à l’extrémité de la ligne comme dans la figure 11.10.13, Module 10, évacuera la majeure partie de l’air. Le purgeur est connecté au sommet du tuyau, ou au moins à un point au-dessus du niveau attendu du condensat.

Conduites principales de vapeur surchauffée

Les conduites principales de vapeur surchauffée ne nécessitent généralement une purge d’air qu’au démarrage. Un purgeur d’air capable de résister à des températures élevées est requis, par conséquent un type bimétallique serait le meilleur choix.

Cuves à chemise

La sélection de l’emplacement du purgeur d’air pour ces applications peut être difficile. L’air dissous dans le produit froid est chassé de la solution à mesure que la cuve se réchauffe, et des bulles apparaissent côté produit de la chemise. L’absence de bouillonnement à l’intérieur de la paroi de la cuve révèle des points froids, indiquant où l’air s’accumule à l’intérieur de la chemise.

Avec la combinaison d’un mauvais type de steam trap et l’absence de purgeur d’air, il est probable que le bouillonnement se produise en dernier au fond de la chemise près de la sortie du condensat, et au sommet à l’opposé du point d’entrée de la vapeur. Le meilleur steam trap sera un type à flotteur avec purgeur d’air, placé sous la cuve, permettant au condensat et à l’air de graviter vers le sol, ou vers un réservoir de collecte et une pompe. Le purgeur d’air est mieux placé à l’opposé du point d’entrée de vapeur en position haute, et un fabricant reconnu placera un piquage à cet effet (figure 11.9.1, Module 9).

Une cuve basculante nécessite un purgeur à flotteur avec dispositif de libération du verrouillage par vapeur car le condensat est évacué par un tube plongeur passant par un joint rotatif. Si cela n’inclut pas un purgeur d’air, alors un purgeur d’air séparé contournant le purgeur améliorera les performances. De même, le steam trap doit être placé sous la sortie (figure 11.9.2, Module 9).

Cylindres rotatifs

Un cas spécial d’intérêt est le cylindre de séchage utilisé dans de nombreuses industries de transformation. Un cylindre horizontal est alimenté en vapeur par un joint rotatif à une extrémité, et le matériau traité est en contact avec la surface extérieure du cylindre. Le condensat est évacué par un tube plongeur passant soit par le même joint rotatif, soit par un joint similaire à l’extrémité opposée du cylindre.

Avec des cylindres de taille appréciable, le volume d’air à évacuer au « démarrage » est important. L’air s’accumulant dans le cylindre pendant le fonctionnement normal entraîne des points froids sur la surface extérieure, et un matériau incorrectement traité est produit. La purge d’air automatique est primordiale, et doit être réalisée systématiquement si de bons résultats sont attendus.

Le meilleur steam trap à cet effet est un type flotteur-thermostatique avec libération du verrouillage par vapeur, mais un purgeur d’air séparé est souvent encore nécessaire en raison de la grande quantité d’air à purger.

L’expérience montre qu’un purgeur d’air et un flacon collecteur d’air à la sortie du condensat donneront un excellent résultat s’ils sont installés comme montré dans la figure 11.13.1.

Purge d’air groupée

Les concepteurs d’équipements à vapeur réduisent parfois les dépenses en connectant les points éloignés de deux ou plusieurs espaces vapeur, et en installant un seul purgeur d’air, plutôt que d’utiliser des purgeurs d’air individuels pour chaque espace vapeur. Malheureusement, un tel arrangement est souvent infructueux. Un aérotherme multi-serpentins peut avoir chacun des serpentins alimentés par un collecteur de vapeur commun qui est alimenté par un seul clapet de régulation. Ici, le purgeur d’air se fermera lorsque la vapeur d’une section l’atteint. L’air, présent dans les autres sections, n’atteindrait tout simplement pas le purgeur pour l’ouvrir. Plus tard, la vapeur dans le corps du purgeur d’air se condense et est remplacée à nouveau. Encore une fois, lorsque la vapeur entrante provient du serpentin contenant le moins d’air, le purgeur tend à se fermer rapidement. Les mélanges air/vapeur dans les autres serpentins ne sont pas incités à s’écouler vers la position du purgeur. La purge d’air groupée n’est pas couronnée de succès et doit être évitée, de la même manière que la purge groupée de condensat des lignes de drainage.

Purgeurs d’air extra-larges

La capacité d’un purgeur d’air dépend de la taille de l’orifice, de la différence de pression à travers le siège, et des propriétés du gaz évacué. Dans certains cas, les espaces vapeur à purger sont très grands, comme dans les grands stériliseurs et autoclaves dans l’industrie alimentaire, les grands autoclaves, les récipients de vulcanisation du caoutchouc, etc. La quantité d’air à purger peut alors être si grande qu’elle nécessite l’installation d’un grand nombre de purgeurs d’air en parallèle. Une réponse alternative est d’utiliser un contrôle de température auto-agissant, installé de manière similaire à celle de la figure 11.13.2. La vanne doit être d’un modèle adapté à l’utilisation sur la vapeur. La vanne est positionnée par le système de contrôle, et le capteur de température est situé côté aval de la vanne. Le réglage de la température est ajusté à 100°C, ou juste en dessous de cette valeur. Puisque la pression dans la tuyauterie de queue au niveau du capteur de température est atmosphérique, la température à ce point serait de 100°C si de la vapeur exempte d’air avait atteint le capteur après avoir traversé la vanne. À cette température, la vanne devrait être juste fermée. Toute température plus basse à l’emplacement du capteur signifie que de l’air est présent, et la vanne sera légèrement ouverte.

Le positionnement du capteur de température de cette manière, en aval de la vanne où la pression de la ligne est atmosphérique, neutralise l’effet de la pression en amont de la vanne. Le système de contrôle n’a qu’à fermer la vanne lorsque la température du capteur atteint 100°C et l’ouvrir à des températures plus basses. Cet arrangement rend tout à fait pratique l’utilisation de vannes de purge d’air aussi grandes que le DN50, ce qui permet d’évacuer de grands volumes d’air.

Purge d’air à travers les steam traps thermostats

Tout steam trap thermostatique, tel que le soufflet ou la capsule à pression équilibrée, ou le type bimétallique, peut être utilisé comme purgeur d’air. Évidemment, l’unité de fonctionnement doit être une qui réagit rapidement aux changements de température, et les purgeurs incorporant des lames bimétalliques de grandes dimensions sont probablement moins adaptés. Mais, si un steam trap thermostatique est utilisé principalement pour drainer le condensat, dans quelle mesure purgera-t-il l’air efficacement ?

Puisque le purgeur sera ouvert au démarrage lorsque la vapeur est mise en marche, il évacuera l’air poussé vers lui.

Cependant, pendant le fonctionnement normal, le purgeur peut ne pas être aussi efficace en tant que purgeur d’air. En tant que steam trap, il se fermera au condensat juste en dessous de la température de saturation. Il s’ensuit qu’avec un joint hydraulique présent côté entrée du purgeur, l’air et tout autre non-condensable seront emprisonnés dans l’espace vapeur du processus pendant un certain temps par le condensat.

Lorsque le condensat au steam trap finit par perdre une partie de sa chaleur, c’est seulement alors que le purgeur s’ouvrira et évacuera à la fois le condensat et le mélange air/vapeur froid.

Le moyen le plus efficace de libérer l’air par un steam trap d’un espace vapeur est d’utiliser un steam trap de type flotteur avec un purgeur d’air intégré. Puisque le condensat doit toujours atteindre le purgeur, le passage des non-condensables vers le purgeur d’air intégré n’est pas retardé pendant le fonctionnement normal.

Il doit être clair que le dispositif automatique utilisé pour évacuer les mélanges air/vapeur, qu’il soit décrit comme un steam trap ou comme un purgeur d’air, est mieux positionné au-dessus du niveau d’eau dans le purgeur. Dans tous les autres cas, l’ajout de purgeurs d’air (à des positions où le mélange air/vapeur peut les atteindre dans toutes les conditions) peut avoir des résultats bénéfiques hors de proportion avec les coûts supplémentaires impliqués.