Pertes d'énergie dans les steam traps

Une grande quantité d’informations inexactes et trompeuses a été écrite sur ce sujet. Ce tutoriel fournit des informations claires et précises sur la consommation énergétique des différents types de steam traps.

Beaucoup a été écrit sur ce sujet, dont une grande partie était inexacte ou délibérément trompeuse dans le but de promouvoir les purgeurs de certains fabricants.

Un argument est avancé en faveur du remplacement d’un type de purgeur par un autre, revendiquant une économie de vapeur qui peut être réelle ou imaginaire. La vérité est que le remplacement d’un groupe de purgeurs par des neufs réduira inévitablement la consommation de vapeur car tous les purgeurs défectueux sont ainsi éliminés. Cela ne dit rien sur les anciens ou les nouveaux purgeurs. Dans d’autres cas, des tests ont été réalisés pour établir le « gaspillage de vapeur ». Certains tests sont effectués dans des conditions irréalistes de non-charge et tentent de surestimator et de brouiller la quantité d’énergie perdue à travers le purgeur. La perte d’énergie due au rayonnement du purgeur, qui augmentera également la charge de condensat, est commodément ignorée. Cependant, ces pertes se produiront en permanence et sont directement liées à la taille et à la forme du corps du purgeur. Les utilisateurs de steam traps sont souvent désorientés par des informations subjectives destinées principalement à susciter l’intérêt pour un produit. Il est donc utile de revenir aux principes objectifs et d’examiner les besoins énergétiques inhérents aux principaux types de purgeurs.

Purgeurs thermostatiques

Dans des conditions de fonctionnement normales, le purgeur thermostatique retient le condensat jusqu’à ce qu’il ait refroidi à une certaine température. La vapeur n’atteint pas la vanne principale, il n’y a donc pas de gaspillage apparent de vapeur. Cependant, l’engorgement en eau de l’équipement peut entraîner une réduction de la production. Les temps de fonctionnement peuvent être prolongés ou des chauffages ou surfaces de chauffage supplémentaires peuvent être nécessaires. Plus de vapeur peut être requise, bien que cela n’apparaîtra pas comme une consommation d’énergie attribuable au steam trap. Dans certains cas, une patte de refroidissement peut être incorporée de sorte que l’espace vapeur soit maintenu exempt de condensat. L’énergie est ainsi perdue par rayonnement de la patte de refroidissement et du corps du purgeur. Cela crée en soi une charge de condensat supplémentaire, mais il n’y a aucun passage de vapeur vive à travers le purgeur. La situation peut changer en conditions de non-charge. La perte de chaleur par le corps du purgeur refroidit le condensat entourant l’élément, qui s’ouvre alors. La quantité minimale de condensat impliquée est évacuée, puis remplacée par de la vapeur. Cependant, l’hystérésis signifie que l’élément n’a pas encore réagi et de la vapeur vive est perdue. Les tests en laboratoire indiquent des pertes typiques allant jusqu’à 0,5 kg/h. Ironiquement, dans des conditions extérieures froides, la perte de chaleur du purgeur sera accrue et la perte de vapeur à travers le purgeur est moins probable. Toute tentative d’isoler un purgeur thermostatique entraînera un retard important dans l’ouverture du purgeur. Un engorgement sévère en résultera, c’est pourquoi l’isolation n’est pas recommandée pour les purgeurs thermostatiques.

Purgeurs mécaniques

Le purgeur flotteur-thermostatique est un autre exemple où la vanne et le siège sont normalement inondés et il n’y a aucune perte de vapeur à travers le purgeur. Inversement, le purgeur flotteur-thermostatique est relativement volumineux, et il peut y avoir une perte notable due au rayonnement du purgeur. Il convient de mentionner le purgeur d’air thermostatique installé dans ce type de purgeur. Il sera situé dans l’espace vapeur au-dessus du niveau d’eau dans le purgeur. Une fois l’air initial évacué, il restera normalement hermétiquement fermé et il n’y aura aucune perte de cette source. Le purgeur flotteur-thermostatique peut être calorifugé pour réduire les pertes de chaleur et cela n’affectera pas son fonctionnement. La calorifugation est généralement recommandée pour les applications extérieures afin de minimiser le risque de dommages dus au gel lorsque la vapeur peut être coupée. Le purgeur à seau inversé a étonnamment peu de points communs avec le purgeur à flotteur. Le purgeur se ferme lorsque la vapeur entre et barbotte dans le seau pour le rendre flottant. Il ne s’ouvrira pas tant que la vapeur n’aura pas été dissipée. Cela se produira lorsque la vapeur s’échappera à travers le trou dans le seau qui sert de purgeur d’air. La vapeur s’accumulera dans la partie supérieure du purgeur lui-même et lorsque la vanne principale s’ouvrira, cette vapeur sera évacuée. Les tests en laboratoire indiquent à nouveau des pertes d’environ 0,5 kg/h pour les purgeurs de ½ pouce dans ces conditions de faible charge. Cependant, il y a une perte de rayonnement supplémentaire provenant du corps, qui peut être assez importante. La calorifugation est parfois recommandée mais la perte de chaleur et le condensat qui en résulte seront sensiblement les mêmes que pour un purgeur à flotteur équivalent.

Purgeurs thermodynamiques

Ce type de purgeur a attiré le plus d’attention sous le thème du gaspillage de vapeur. Son fonctionnement dépend du condensat approchant la température de vapeur, produisant du flash steam à l’orifice et provoquant la fermeture du purgeur. Il le fait avec du condensat côté amont et là encore, la vanne inondée signifie qu’il ne peut y avoir de perte à travers le purgeur. Cependant, le purgeur s’ouvrira périodiquement à mesure que la chaleur est perdue par le capuchon. En conditions de non-charge, c’est-à-dire lorsque le condensat n’est produit que par la perte de chaleur de la conduite en amont, le condensat côté amont peut s’épuiser et le purgeur nécessitera alors une petite quantité de vapeur vive pour se fermer. Beaucoup dépendra des conditions ambiantes, mais la perte sera généralement d’environ 0,5 kg/h et cela pourrait être doublé par temps rigoureux. Inversement, ces pertes peuvent être réduites de moitié en installant simplement un couvercle isolant sur le capuchon supérieur. Il est important de se rappeler que ces pertes disparaissent à mesure que la charge de condensat augmente, tandis que les pertes par rayonnement du purgeur sont minimales en raison de sa petite taille. Des tests indépendants ont montré que les pertes par rayonnement ne dépassent pas 0,25 kg/h, ce qui représente au moins le quart de celles des purgeurs à seau inversé de taille équivalente. Il convient de mentionner les chiffres trompeurs cités par certaines sources. Ceux-ci ont leur origine dans des tests effectués simultanément sur un grand nombre de purgeurs thermodynamiques. Certains tests ont été réalisés à moins 45°C avec la mesure cumulative de la perte de vapeur. L’effet des tests à des températures inhabituellement basses et en conditions de non-charge a été de produire un test de vie accéléré. La perte à travers un petit nombre de défauts se moyenne pour produire une courbe montrant des pertes augmentant avec le temps. Comme indiqué précédemment, le purgeur thermodynamique a l’avantage d’une grande simplicité en ce sens qu’il fonctionne correctement ou tombe en panne. Suggérer une perte variable est totalement trompeur et fondamentalement erroné.

Comparaisons

Quantifier les besoins énergétiques des steam traps n’est pas chose aisée. L’énergie peut être perdue à travers le purgeur mais cela peut dépendre de la charge. L’énergie sera perdue par le purgeur en raison du rayonnement mais cela peut être considérablement réduit par la calorifugation. Le tableau 11.15.1 résume les besoins énergétiques d’une variété de purgeurs de ½ pouce à 5 bar g. Évidemment, les purgeurs varient en taille et en performance, donc les chiffres ne doivent servir que de guide. Le but du tableau 11.15.1 n’est pas d’établir le fait qu’un type de purgeur est légèrement plus efficace qu’un autre. Il s’agit simplement de souligner que les steam traps utilisent une quantité minimale d’énergie. Les pertes ne deviennent significatives que lorsque les purgeurs sont défectueux. Il est donc essentiel de combiner la sélection, la vérification et la maintenance pour atteindre la fiabilité. Correctement exécuté, les coûts et le gaspillage de vapeur seront minimisés.