Steam traps mécaniques

Les steam traps mécaniques reposent sur la différence de densité entre la vapeur et le condensat pour fonctionner. Elles peuvent évacuer en continu de grands volumes de condensat et sont adaptées à un large éventail d’applications de process. Les types comprennent les traps à flotteur et les traps à seau inversé. Ce tutoriel examine le fonctionnement et les avantages de ces deux types.

Trap à flotteur

La trap à flotteur fonctionne en détectant la différence de densité entre la vapeur et le condensat. Dans le cas de la trap illustrée à la figure 11.3.1, le condensat atteignant la trap fera monter la boule, soulevant la vanne de son siège et libérant le condensat. Comme on peut le voir, la vanne est toujours noyée et ni la vapeur ni l’air ne peuvent la traverser, c’est pourquoi les premières traps de ce type étaient équipées d’un robinet manuel en haut du corps. Les traps modernes utilisent un purgeur d’air thermostatic, comme le montre la figure 11.3.2. Cela permet à l’air initial de s’échapper pendant que la trap traite également le condensat. Le purgeur d’air automatique utilise le même élément capsule à pression équilibrée qu’une steam trap thermostatic, et est situé dans l’espace vapeur au-dessus du niveau de condensat. Après avoir libéré l’air initial, il reste fermé jusqu’à ce que l’air ou d’autres gaz non condensables s’accumulent pendant le fonctionnement normal et provoquent son ouverture en réduisant la température du mélange air/vapeur. Le purgeur d’air thermostatic offre l’avantage supplémentaire d’augmenter considérablement la capacité de condensat lors du démarrage à froid.

Par le passé, le purgeur d’air thermostatic était un point faible en présence de coups de bélier dans le système. La boule elle-même pouvait être endommagée si le coup de bélier était sévère. Cependant, dans les traps à flotteur modernes, le purgeur d’air est une capsule compacte, très robuste, entièrement en acier inoxydable, et les techniques de soudage modernes utilisées sur la boule rendent la trap thermostatic à flotteur complète très robuste et fiable en cas de coups de bélier.

À bien des égards, la trap thermostatic à flotteur est la plus proche d’une steam trap idéale. Elle évacue le condensat dès sa formation, quelles que soient les variations de pression de vapeur. Avantages de la trap thermostatic à flotteur

• La trap évacue continuellement le condensat à la température de la vapeur. Cela en fait le premier choix pour les applications où le taux de transfert de chaleur est élevé par rapport à la surface de chauffe disponible.
• Elle est capable de traiter aussi bien des charges de condensat lourdes que légères et n’est pas affectée par des fluctuations larges et soudaines de pression ou de débit.
• Tant qu’un purgeur d’air automatique est installé, la trap est capable d’évacuer l’air librement.
• Elle a une grande capacité pour sa taille.
• Les versions équipées d’une vanne de libération de verrouillage vapeur sont le seul type de trap entièrement adapté aux situations où un verrouillage vapeur peut se produire.
• Elle est résistante aux coups de bélier. Inconvénients de la trap thermostatic à flotteur
• Bien que moins sensible que la trap à seau inversé, la trap à flotteur peut être endommagée par un gel sévère et le corps doit être bien calorifugé et/ou complété par une petite trap de drainage thermostatic supplémentaire, si elle doit être installée en position exposée.
• Comme pour toutes les traps de type mécanique, des éléments internes différents sont nécessaires pour permettre le fonctionnement sur des plages de pression variables. Les traps conçues pour fonctionner sur des pressions différentielles plus élevées ont des orifices plus petits pour équilibrer la flottabilité du flotteur. Si une trap est soumise à une pression différentielle plus élevée que prévue, elle se fermera et ne laissera pas passer le condensat.

Trap à seau inversé

La trap à seau inversé est illustrée à la figure 11.3.3. Comme son nom l’indique, le mécanisme se compose d’un seau inversé relié par un levier à une vanne. Une partie essentielle de la trap est le petit trou de purge d’air dans le haut du seau. La figure 11.3.3 montre le mode de fonctionnement. En (i) le seau pend vers le bas, tirant la vanne de son siège. Le condensat coule sous le fond du seau, remplit le corps et s’écoule par la sortie. En (ii) l’arrivée de vapeur rend le seau flottant, il monte alors et ferme la sortie. En (iii) la trap reste fermée jusqu’à ce que la vapeur dans le seau se soit condensée ou se soit échappée par le trou de purge vers le haut du corps de la trap. Il coulera alors, tirant la vanne principale de son siège. Le condensat accumulé est libéré et le cycle se répète. En (ii), l’air atteignant la trap au démarrage donnera également de la flottabilité au seau et fermera la vanne. Le trou de purge du seau est essentiel pour permettre à l’air de s’échapper vers le haut de la trap pour une évacuation ultérieure à travers le siège de la vanne principale. Le trou et la pression différentielle sont petits, la trap est donc relativement lente pour purger l’air. Dans le même temps, elle doit laisser passer (et donc gaspiller) une certaine quantité de vapeur pour que la trap fonctionne une fois l’air évacué. Un purgeur d’air parallèle installé à l’extérieur de la trap réduira les temps de démarrage. Avantages de la trap à seau inversé

• La trap à seau inversé peut être fabriquée pour résister à des pressions élevées.
• Comme la trap thermostatic à flotteur, elle a une bonne tolérance aux conditions de coup de bélier.
• Peut être utilisée sur des lignes de vapeur surchauffée avec l’ajout d’un clapet anti-retour à l’entrée.
• Le mode de défaillance est généralement ouvert, ce qui la rend plus sûre pour les applications nécessitant cette caractéristique, par exemple les drains de turbine. Inconvénients de la trap à seau inversé
• La petite taille du trou dans le haut du seau signifie que ce type de trap ne peut évacuer l’air que très lentement. Le trou ne peut pas être agrandi, car la vapeur passerait trop rapidement pendant le fonctionnement normal.
• Il doit toujours y avoir suffisamment deau dans le corps de la trap pour agir comme un joint autour du bord du seau. Si la trap perd ce joint d'eau, de la vapeur peut être gaspillée par la vanne de sortie. Cela peut souvent se produire sur les applications où il y a une chute soudaine de la pression de vapeur, provoquant la 'vaporisation flash d’une partie du condensat dans le corps de la trap. Le seau perd sa flottabilité et coule, permettant à la vapeur vive de passer par l’orifice de la trap. C’est seulement si suffisamment de condensat atteint la trap que le joint d’eau se reformera et empêchera le gaspillage de vapeur.
• Si une trap à seau inversé est utilisée sur une application où des fluctuations de pression de l’installation sont prévisibles, un clapet anti-retour doit être installé sur la ligne d’entrée devant la trap. La vapeur et l’eau peuvent circuler librement dans la direction indiquée, tandis que le flux inverse est impossible car le clapet anti-retour serait forcé sur son siège.
• La température plus élevée de la vapeur surchauffée risque de faire perdre à une trap à seau inversé son joint d’eau. Un clapet anti-retour devant la trap doit être considéré comme essentiel dans de telles conditions. Certaines traps à seau inversé sont fabriquées avec un clapet anti-retour intégré en standard.
• La trap à seau inversé risque de subir des dommages dus au gel si elle est installée en position exposée dans des conditions ambiantes en dessous de zéro. Comme pour les autres types de traps mécaniques, un calorifugeage approprié peut résoudre ce problème si les conditions ne sont pas trop sévères. Si des conditions ambiantes bien en dessous de zéro sont à prévoir, il peut être prudent de considérer un type de trap plus robuste pour le travail. En cas de drainage de conduites principales, une trap thermodynamic serait le premier choix.
• Comme la trap à flotteur, l’orifice d’une trap à seau inversé est conçu pour fonctionner jusqu’à une pression différentielle maximale. Si la trap est soumise à une pression différentielle plus élevée que prévue, elle se fermera et ne laissera pas passer le condensat. Une gamme de tailles d’orifices est disponible pour couvrir une large plage de pressions.