Steam traps thermostatic

Les traps thermostatic fonctionnent en réponse à la température ambiante de la vapeur. Le fonctionnement et les avantages de 3 types différents sont examinés ici - les traps à expansion liquide, les traps bimétalliques et les traps thermostatic à pression équilibrée. Chacune fonctionne de manière différente et est adaptée à des types d’application spécifiques.

Trap à expansion liquide

C’est l’une des traps thermostatic les plus simples et est montrée à la figure 11.2.1. Un élément rempli d’huile se dilate lorsqu’il est chauffé pour fermer la vanne contre le siège. Le réglage permet de modifier la température d’évacuation de la trap entre 60°C et 100°C, ce qui en fait un dispositif idéal pour évacuer de grandes quantités d’air et de condensat froid au démarrage. Comme discuté dans le module 2.2, la température de la vapeur saturée varie avec la pression.

La figure 11.2.2 montre la courbe de saturation de la vapeur, ainsi que la ligne de réponse à température fixe (X - X) de la trap à expansion liquide, réglée à 90°C.

On peut voir de la figure 11.2.2 que lorsque la pression est à la pression P1, le condensat n’aurait à se refroidir que d’une petite quantité (ΔT1), et le piégeage serait acceptable. Cependant, si la pression augmente à P2, alors le condensat doit se refroidir davantage (ΔT2) pour traverser la steam trap. Ce refroidissement ne peut se produire que dans la conduite entre le processus et la trap, et si la température d’évacuation de la trap reste constante, le processus sera engorgé.

Application typique

En raison de sa caractéristique d’évacuation à température fixe, la trap à expansion liquide peut être utilement employée comme ‘trap de drainage à l’arrêt’. Ici, sa sortie doit toujours être orientée vers le haut, comme l’illustre la figure 11.2.3, pour permettre l’immersion continue de l’élément rempli d’huile. Comme la trap ne peut évacuer qu’entre 60°C et 100°C, elle ne s’ouvrira normalement qu’au démarrage. Elle peut être installée à côté d’une trap de drainage de conduite principale qui serait normalement raccordée à une ligne de retour de condensat. Avantages de la trap à expansion liquide :

• Les traps à expansion liquide peuvent être réglées pour évacuer à basses températures, offrant une excellente fonction de ‘drainage à froid’. • Comme la trap à pression équilibrée, la trap à expansion liquide est entièrement ouverte à froid, offrant une bonne évacuation de l’air et une capacité maximale de condensat sur les charges de ‘démarrage’. • La trap à expansion liquide peut être utilisée comme trap de drainage au démarrage sur des conduites principales de vapeur surchauffée à basse pression où une longue jambe de refroidissement est garantie d’être submergée par du condensat plus froid. Elle est capable de résister aux vibrations et aux conditions de coup de bélier.

Inconvénients de la trap à expansion liquide :

• Le tube flexible de l’élément peut être détruit par le condensat corrosif ou la surchauffe. • Comme la trap à expansion liquide évacue le condensat à une température de 100°C ou moins, elle ne doit jamais être utilisée sur des applications qui exigent l’élimination immédiate du condensat de l’espace vapeur. • Si la trap doit être soumise à des conditions de gel, la trap et sa tuyauterie associée doivent être bien isolées. • La trap à expansion liquide n’est généralement pas une solution de piégeage à elle seule, car elle nécessite généralement une autre steam trap pour fonctionner en parallèle. Cependant, elle peut souvent être utilisée lorsque le taux de démarrage n’est pas une considération importante, comme lors du drainage de petits serpentinages de chauffage de réservoir.

Trap à pression équilibrée

Une grande amélioration par rapport à la trap à expansion liquide est la trap à pression équilibrée, montrée à la figure 11.2.4. Sa température de fonctionnement est influencée par la pression de vapeur ambiante. L’élément de fonctionnement est une capsule contenant un mélange spécial de liquide et d’eau avec un point d’ébullition inférieur à celui de l’eau. Dans les conditions froides qui existent au démarrage, la capsule est détendue. La vanne est hors de son siège et est grande ouverte, permettant l’évacuation non restreinte de l’air. C’est une caractéristique de toutes les traps à pression équilibrée et explique pourquoi elles sont bien adaptées à la purge d’air. Lorsque le condensat traverse la trap à pression équilibrée, la chaleur est transférée au liquide dans la capsule. Le liquide se vaporise avant que la vapeur n’atteigne la trap. La pression de vapeur à l’intérieur de la capsule provoque sa dilatation et la vanne se ferme. La perte de chaleur de la trap refroidit alors l’eau entourant la capsule, la vapeur se condense et la capsule se contracte, ouvrant la vanne et libérant le condensat jusqu’à ce que la vapeur approche à nouveau et que le cycle se répète (figure 11.2.5).

Le différentiel en dessous de la température de vapeur auquel la trap fonctionne est déterminé par la concentration du mélange liquide dans la capsule. L’élément à ‘paroi mince’ donne une réponse rapide aux changements de pression et de température. Le résultat est la ligne de réponse illustrée à la figure 11.2.6. Les premiers éléments de type soufflet en construction non ferreux étaient sensibles aux dommages causés par les coups de bélier. L’introduction d’éléments en acier inoxydable a considérablement amélioré la fiabilité. La figure 11.2.7 montre une vue éclatée d’un arrangement de trap à pression équilibrée moderne qui a une résistance considérable aux dommages dus aux coups de bélier, à la surchauffe et à la corrosion. Avantages de la trap à pression équilibrée :

• Petite, légère et a une grande capacité pour sa taille. • La vanne est entièrement ouverte au démarrage, permettant à l’air et aux autres gaz non condensables d’être évacués librement et donnant une évacuation maximale du condensat lorsque la charge est la plus importante. • Ce type de trap est peu susceptible de geler lorsqu’il fonctionne en position exposée (à moins qu’il n’y ait une élévation de la conduite de condensat après la trap, ce qui permettrait à l’eau de refluer et de submerger la trap lorsque la vapeur est coupée). • La trap à pression équilibrée moderne s’ajuste automatiquement aux variations de pression de vapeur jusqu’à sa pression de fonctionnement maximale. Elle tolère également jusqu’à 70°C de surchauffe. • La maintenance de la trap est simple. La capsule et le siège de vanne sont facilement retirés, et les remplacements peuvent être installés en quelques minutes sans retirer la trap de la ligne. Inconvénients de la trap à pression équilibrée :

• Les anciennes traps à pression équilibrée avaient des soufflets sensibles aux dommages causés par les coups de bélier ou le condensat corrosif. Les capsules en acier inoxydable soudées, introduites plus récemment, sont mieux à même de tolérer de telles conditions. • En commun avec toutes les autres traps thermostatic, le type à pression équilibrée ne s’ouvre pas avant que la température du condensat n’ait chuté en dessous de la température de vapeur (la différence de température exacte étant déterminée par le fluide utilisé pour remplir l’élément). C’est clairement un inconvénient si la steam trap est choisie pour une application dans laquelle l’engorgement de l’espace vapeur ne peut pas être toléré, par exemple : drainage de conduites principales, échangeurs de chaleur, traçage critique.

Pour un modèle spécifique de trap à pression équilibrée, consultez la trap à pression équilibrée en acier inoxydable MST21.

Trap bimétallique

Comme son nom l’indique, les traps bimétalliques sont construites à l’aide de deux bandes de métaux différents soudées ensemble en un seul élément. L’élément se déforme lorsqu’il est chauffé. (figure 11.2.8) :