Steam traps thermodynamic

Les steam traps thermodynamic ont un principe de fonctionnement unique qui repose sur la dynamique de l’eau et du flash steam. Elles sont simples, robustes et fiables et peuvent fonctionner jusqu’à des températures et pressions très élevées. Leur construction, leur utilisation et leurs avantages sont détaillés ici.

Trap thermodynamic traditionnelle

La trap thermodynamic est une steam trap extrêmement robuste avec un mode de fonctionnement simple. La trap fonctionne grâce à l’effet dynamique du flash steam lorsqu’il traverse la trap, comme le montre la figure 11.4.1. La seule pièce mobile est le disque au-dessus de la face plate à l’intérieur de la chambre de contrôle ou du capuchon. Au démarrage, la pression entrante soulève le disque, et le condensat froid plus l’air sont immédiatement évacués de l’anneau intérieur, sous le disque, et sortent par trois sorties périphériques (seules 2 sont montrées, figure 11.4.1, i). Le condensat chaud circulant dans le passage d’entrée vers la chambre sous le disque subit une chute de pression et libère du flash steam se déplaçant à grande vitesse. Cette grande vitesse crée une zone de basse pression sous le disque, l’attirant vers son siège (figure 11.4.1, ii). Dans le même temps, la pression du flash steam augmente dans la chambre au-dessus du disque, le forçant vers le bas contre le condensat entrant jusqu’à ce qu’il se pose sur les anneaux intérieur et extérieur. À ce stade, le flash steam est piégé dans la chambre supérieure, et la pression au-dessus du disque est égale à la pression exercée sur la face inférieure du disque depuis l’anneau intérieur. Cependant, le dessus du disque est soumis à une force plus grande que la face inférieure, car il a une plus grande surface. Finalement, la pression piégée dans la chambre supérieure chute à mesure que le flash steam se condense. Le disque est soulevé par la pression de condensat maintenant plus élevée et le cycle se répète (figure 11.4.1, iv). La vitesse de fonctionnement dépend de la température de la vapeur et des conditions ambiantes. La plupart des traps resteront fermées entre 20 et 40 secondes. Si la trap s’ouvre trop fréquemment, peut-être en raison d’un emplacement froid, humide et venteux, la vitesse d’ouverture peut être ralentie en installant simplement un couvercle isolant sur le dessus de la trap. Avantages de la trap thermodynamic

• Les traps thermodynamic peuvent fonctionner sur toute leur plage de travail sans aucun réglage ni changement de pièces internes.
• Elles sont compactes, simples, légères et ont une grande capacité de condensat pour leur taille.
• Les traps thermodynamic peuvent être utilisées sur de la vapeur à haute pression et surchauffée et ne sont pas affectées par les coups de bélier ou les vibrations. La construction entièrement en acier inoxydable offre un haut degré de résistance au condensat corrosif.
• Les traps thermodynamic ne sont pas endommagées par le gel et ne gèleront probablement pas si elles sont installées avec le disque dans un plan vertical et évacuant librement à l’atmosphère. Cependant, le fonctionnement dans cette position peut entraîner une usure du bord du disque.
• Comme le disque est la seule pièce mobile, la maintenance peut être facilement effectuée sans retirer la trap de la ligne.
• Le ‘clic’ audible qui se produit lorsque la trap s’ouvre et se ferme rend l’essai de la trap très simple. Inconvénients de la trap thermodynamic
• Les steam traps thermodynamic ne fonctionneront pas de manière fiable sur des pressions différentielles très faibles, car la vitesse d’écoulement sous le disque est insuffisante pour qu’une basse pression se produise. Elles sont soumises à une pression d’entrée minimale (typiquement 0,25 bar g) mais peuvent supporter une contre-pression maximale de 80% de la pression d’entrée.
• Les traps thermodynamic peuvent évacuer une grande quantité d’air au ‘démarrage’ si la pression d’augmente lentement. Cependant, une montée en pression rapide provoquera la fermeture de la trap par l’air à grande vitesse de la même manière que la vapeur, et elle se ‘bloquera à l’air’. Dans ce cas, un purgeur d’air thermostatic séparé peut être installé en parallèle avec la trap. Les steam traps thermodynamic modernes peuvent avoir un disque anti-liage à l’air intégré qui empêche la pression de l’air de s’accumuler sur le dessus du disque et permet à l’air de s’échapper (figure 11.4.3).
• L’évacuation de la trap peut être bruyante et ce facteur peut interdire l’utilisation d’une trap thermodynamic dans certains emplacements, par exemple à l’extérieur d’une chambre d’hôpital ou d’un bloc opératoire. Si cela pose un problème, elle peut facilement être équipée d’un diffuseur qui réduit considérablement le bruit d’évacuation.
• Il faut veiller à ne pas surdimensionner une trap thermodynamic car cela peut augmenter les temps de cycle et induire de l’usure. Les applications de drainage de conduites principales n’ont souvent besoin que de versions à faible capacité, à condition qu’une considération appropriée soit donnée au positionnement correct des poches de drainage.****

Trap à impulsion

La trap à impulsion (comme le montre la figure 11.4.4) se compose dun piston creux (A) avec un disque de piston (B) travaillant à l'intérieur d'un piston conique (C) qui agit comme guide. Au 'démarrage, la vanne principale (D) repose sur le siège (E) laissant un passage de flux à travers le jeu entre le piston et le cylindre et le trou (F) en haut du piston. Un débit croissant d’air et de condensat agira sur le disque du piston et soulèvera la vanne principale de son siège pour donner un débit accru. Une partie du condensat circulera également à travers le jeu entre le piston et le disque, à travers E et vers la sortie de la trap. Lorsque le condensat approche la température de la vapeur, une partie se vaporise en passant par le jeu. Bien que cela soit évacué par le trou F, cela crée une pression intermédiaire au-dessus du piston, qui positionne effectivement la vanne principale pour répondre à la charge. La trap peut être ajustée en déplaçant la position du piston (B) par rapport au siège, mais la trap est affectée par une contre-pression significative. Elle a une capacité substantielle, compte tenu de sa petite taille. Inversement, la trap ne peut pas assurer une fermeture étanche et laissera passer de la vapeur sur des charges très légères. Le principal problème est cependant le jeu fin entre le piston et le cylindre. Celui-ci est facilement affecté par la saleté normalement présente dans un système vapeur. L’utilisation de traps à impulsion est relativement limitée, elles ne sont donc pas considérées dans certaines sections ultérieures de ce module. Avantages de la trap à impulsion

• Les traps à impulsion ont une capacité de gestion du condensat substantielle pour leur taille.
• Elles fonctionneront sur une large plage de pressions de vapeur sans changement de taille de vanne et peuvent être utilisées sur de la vapeur à haute pression et surchauffée.
• Elles sont bonnes pour la purge d’air et ne peuvent pas se ‘bloquer à l’air’. Inconvénients de la trap à impulsion
• Les traps à impulsion ne peuvent pas assurer une fermeture parfaitement étanche et laisseront passer de la vapeur sur des charges très légères.
• Elles sont facilement affectées par toute saleté qui pénètre dans le corps de la trap en raison de l’extrêmement faible jeu entre le piston et le cylindre.
• Les traps peuvent pulser sur charge légère causant du bruit, des coups de bélier et même des dommages mécaniques à la vanne elle-même.
• Elles ne fonctionneront pas contre une contre-pression qui dépasse 40% de la pression d’entrée.

Trap à labyrinthe

Une forme simple de trap à labyrinthe est montrée à la figure 11.4.5. Elle se compose d’une série de déflecteurs qui peuvent être ajustés au moyen d’une molette. Le condensat chaud passant entre le premier déflecteur et le corps de la trap subit une chute de pression et une partie se ‘vaporise’. L’espace autour du déflecteur suivant doit gérer un volume accru de condensat chaud et empêche l’échappement de la vapeur vive. Les plaques déflectrices peuvent être déplacées vers l’intérieur ou l’extérieur à l’aide de la molette, ce qui modifie leur position par rapport au corps, modifiant effectivement la taille globale de l’orifice. Avantages de la trap à labyrinthe

• Ce type de trap est relativement petit par rapport à sa capacité et il y a peu de risque de défaillance mécanique puisqu’il n’y a pas de pièces automatiques. Inconvénients de la trap à labyrinthe
• La trap à labyrinthe doit être ajustée manuellement chaque fois qu’il y a une variation significative de la pression de vapeur ou de la charge de condensat. Si le réglage n’est pas correct pour les conditions prévalentes, un gaspillage de vapeur ou un engorgement de l’espace vapeur se produira (comme une trap à orifice fixe).

Traps à orifice fixe

Ce sont des dispositifs contenant un trou de diamètre prédéterminé pour permettre à une quantité calculée de condensat de s’écouler dans des conditions de pression spécifiques. En pratique, les charges de condensat et les pressions de vapeur peuvent varier considérablement. Par exemple, les charges de démarrage et de fonctionnement peuvent différer considérablement ainsi que la pression de vapeur qui changera en raison des actions des régulateurs de température. Ces conditions variables peuvent entraîner soit la rétention du condensat dans le processus, soit le passage de vapeur vive, ce qui peut affecter les performances de l’installation et compromettre la sécurité. Les orifices fixes sont souvent dimensionnés sur les conditions de fonctionnement, de sorte qu’ils retiennent suffisamment de condensat et ne laissent pas passer la vapeur. Si c’est le cas, au démarrage, ils sont sous-dimensionnés dans une plus grande mesure et l’espace vapeur a de bonnes chances d’être engorgé. L’alternative est de les dimensionner pour ne pas engorger pendant le démarrage. Le trou est alors effectivement surdimensionné pour les conditions de fonctionnement, et le dispositif laissera passer la vapeur. La taille du trou est généralement un compromis entre les deux conditions, de sorte qu’à certains points intermédiaires, le trou est correctement dimensionné. Corrosion et durée de vie de l’installation L’engorgement continu augmente considérablement le risque de corrosion dans l’espace vapeur. Il n’est pas rare de constater qu’après l’installation de traps à orifice fixe, la durée de vie de l’installation est réduite en dessous de celle qui pourrait être attendue avec des steam traps correctes. Une steam trap correcte devrait être capable d’atteindre une capacité juste suffisante à toutes les pressions et débits présents dans l’application. Elle peut alors évacuer le condensat chaud sans fuite de vapeur dans toutes les conditions. Pour y parvenir, la taille du trou doit varier dans la trap. Il doit être suffisamment grand pour répondre à la pire condition, puis avoir un moyen de réduire la surface d’écoulement effective de l’orifice lorsque la capacité devient trop grande. Cela décrit exactement le fonctionnement d’une steam trap. Avantages d’une trap à orifice fixe

• Peut être utilisée avec succès lorsque les pressions et les charges sont constantes.
• Il n’y a pas de pièces mobiles. Inconvénients d’une trap à orifice fixe
• Si elle est dimensionnée sur la charge de fonctionnement, les traps à orifice fixe engorgeront au démarrage, réduisant les performances de l’installation pendant cette période, augmentant les temps de démarrage et le risque de corrosion.
• Si elle est dimensionnée sur la charge de démarrage, les traps à orifice fixe gaspilleront de la vapeur lorsque l’installation fonctionne, augmentant effectivement les coûts de fonctionnement.
• Les traps à orifice fixe se bouchent souvent avec la saleté en raison de la petite taille de l’orifice.
• Le coût de remplacement d’un échangeur de chaleur en raison de la corrosion sera bien supérieur au coût de remplacement de la trap à orifice fixe par une steam trap. Remarque : Les traps à orifice fixe ne sont pas recommandées pour drainer le condensat de toute application sujette à des conditions de charge variables.