Accessoires et équipements de chaudière

Un aperçu des accessoires, équipements et commandes nécessaires pour une chaudière, des plaques signalétiques et soupapes de sécurité aux niveaux et régulateurs de niveau.

Plaque signalétique de chaudière

Dans la seconde moitié du 19e siècle, les explosions de chaudières à vapeur étaient courantes. En conséquence, une société a été fondée à Manchester dans le but de réduire le nombre d’explosions en soumettant les chaudières à vapeur à des examens indépendants. Cette société était, en fait, le début de l’actuelle Safety Federation (SAFed), l’organisme dont l’approbation est requise pour les commandes et accessoires de chaudières au Royaume-Uni.

Après une période relativement courte, seulement huit des 11 000 chaudières examinées ont explosé. Cela comparé aux 260 explosions de chaudières à vapeur dans les chaudières non examinées par le programme. Ce succès a conduit au Boiler Explosions Act (1882) qui incluait une exigence d’une plaque signalétique de chaudière. Un exemple de plaque signalétique de chaudière est montré à la figure 3.7.1.

Le numéro de série et le numéro de modèle identifient de manière unique la chaudière et sont utilisés lors de la commande de pièces de rechange auprès du fabricant et dans le registre principal de la chaudière.

Le chiffre de production cité pour une chaudière peut être exprimé de plusieurs manières, comme discuté dans les modules précédents de ce bloc.

Soupapes de sécurité Un accessoire de chaudière important est la soupape de sécurité. Sa fonction est de protéger l’enveloppe de la chaudière contre la surpression et l’explosion subséquente. Au Royaume-Uni :

En Europe, les questions relatives à la conformité des soupapes de sécurité pour les chaudières à vapeur sont régies par la norme européenne EN 12953. Aux États-Unis et dans certaines autres parties du monde, ces questions sont couvertes par les normes ASME. De nombreux types différents de soupapes de sécurité sont installés sur les installations de chaudières à vapeur, mais en général elles doivent toutes répondre aux critères suivants :

• La capacité d’évacuation totale de la ou des soupapes de sécurité doit être au moins égale à la capacité ‘de et à 100°C de la chaudière. Si l'évaporation 'de et à est utilisée pour dimensionner la soupape de sécurité, la capacité de la soupape de sécurité sera toujours supérieure à la capacité évaporative réelle maximale de la chaudière.
• La capacité d’évacuation nominale complète de la ou des soupapes de sécurité doit être atteinte dans les 110% de la pression de conception de la chaudière.
• Le diamètre d’entrée minimum d’une soupape de sécurité raccordée à une chaudière doit être de 20 mm.
• La pression de consigne maximale de la soupape de sécurité doit être la pression de conception (ou la pression de travail maximale admissible) de la chaudière.
• Il doit y avoir une marge adéquate entre la pression de fonctionnement normale de la chaudière et la pression de consigne de la soupape de sécurité.

Réglementations des soupapes de sécurité (Royaume-Uni)

Une chaudière doit être équipée d’au moins une soupape de sécurité dimensionnée pour la production nominale de la chaudière - Se référer à l’EN 12953 pour les détails. La tuyauterie d’évacuation de la soupape de sécurité doit être dégagée et drainée à la base pour empêcher l’accumulation de condensat. C’est une bonne pratique de s’assurer que la tuyauterie d’évacuation est maintenue aussi courte que possible avec un minimum de coudes, de sorte que la contre-pression admissible indiquée par le fabricant de la vanne ne soit pas dépassée. Il sera tout à fait normal que le diamètre intérieur de la tuyauterie d’évacuation soit supérieur au diamètre intérieur de la connexion de sortie de la soupape de sécurité, mais en aucun cas il ne doit être inférieur.

Vannes d’arrêt de chaudière

Une chaudière à vapeur doit être équipée d’une vanne d’arrêt (également connue sous le nom de vanne principale) qui isole la chaudière à vapeur et sa pression du processus ou de l’installation. C’est généralement une vanne à coin de type coin à visser. La figure 3.7.3 montre une vanne d’arrêt typique de ce type. Par le passé, ces vannes ont souvent été fabriquées en fonte, l’acier et le bronze étant utilisés pour les applications à plus haute pression. Au Royaume-Uni, la BS 2790 (destinée à être remplacée par l’EN 12953) stipule que les vannes en fonte ne sont plus autorisées pour cette application sur les chaudières à vapeur. La fonte ductile ou graphite sphéroïdal (SG) ne doit pas être confondue avec la fonte grise car elle a des propriétés mécaniques approchant celles de l’acier. Pour cette raison, de nombreux fabricants de chaudières utilisent des vannes en fonte SG en standard. La vanne d’arrêt n’est pas conçue comme une vanne d’étranglement, et doit être complètement ouverte ou fermée. Elle doit toujours être ouverte lentement pour empêcher toute augmentation soudaine de la pression en aval et les coups de bélier associés, et pour aider à limiter la chute de pression de la chaudière et tout entraînement d’eau associé possible. Pour se conformer aux réglementations du Royaume-Uni, la vanne doit être du type ‘molette montante’. Cela permet à l’opérateur de chaudière de voir facilement la position de la vanne, même depuis le niveau du sol. La vanne montrée est équipée d’un indicateur qui rend cela encore plus facile pour l’opérateur. Sur les installations multi-chaudières, une vanne d’isolement supplémentaire doit être installée, en série avec la vanne principale. Au moins l’une de ces vannes doit pouvoir être verrouillée en position fermée. La vanne supplémentaire est généralement une vanne à coin du type anti-retour à visser qui empêche une chaudière d’en pressuriser une autre. Alternativement, il est possible d’utiliser une vanne à visser, avec un clapet anti-retour à disque pris en sandwich entre les brides de la vanne principale et elle-même.

Clapets anti-retour d’eau d’alimentation

Le clapet anti-retour d’eau d’alimentation (comme le montrent les figures 3.7.4 et 3.7.5) est installé dans la conduite d’eau d’alimentation de la chaudière entre la pompe d’alimentation et la chaudière. Une vanne d’arrêt d’alimentation de chaudière est installée sur l’enveloppe de la chaudière. Le clapet anti-retour comprend un ressort équivalent à la hauteur d’eau dans le réservoir d’alimentation surélevé lorsqu’il n’y a pas de pression dans la chaudière. Cela empêche la chaudière d’être inondée par la hauteur statique depuis le réservoir d’alimentation de la chaudière. Sous des conditions de fonctionnement normales, le clapet anti-retour fonctionne de manière conventionnelle pour empêcher le reflux depuis la chaudière d’entrer dans la conduite d’alimentation lorsque la pompe d’alimentation ne fonctionne pas. Lorsque la pompe d’alimentation fonctionne, sa pression surmonte le ressort pour alimenter la chaudière normalement. Parce qu’un bon joint est requis, et que les températures impliquées sont relativement basses (généralement inférieures à 100°C), un clapet anti-retour avec siège souple EPDM (Éthylène Propylène) est généralement la meilleure option.

Contrôle de la qualité de l’eau de chaudière

Le maintien de la qualité de l’eau est essentiel au fonctionnement sûr et efficace d’une chaudière à vapeur. La mesure et le contrôle des différents paramètres est un sujet complexe, qui est également couvert par un certain nombre de réglementations. Il est donc traité en détail plus loin dans ce bloc. L’objectif des prochaines sections est simplement d’identifier les accessoires visibles sur une chaudière.

Contrôle des TDS

Cela contrôle la quantité de solides dissous totaux (TDS) dans l’eau de chaudière, et est parfois aussi appelé ‘purge continue’. La connexion de chaudière est typiquement DN15 ou DN20. Le système peut être manuel ou automatique. Quel que soit le système utilisé, les TDS dans un échantillon d’eau de chaudière sont comparés à un point de consigne ; si le niveau de TDS est trop élevé, une quantité d’eau de chaudière est libérée pour être remplacée par de l’eau d’alimentation avec un niveau de TDS beaucoup plus bas. Cela a pour effet de diluer l’eau dans la chaudière et de réduire le niveau de TDS. Sur un système de contrôle TDS manuel, l’eau de chaudière serait échantillonnée à chaque quart de travail. Un système de contrôle TDS automatique typique est montré à la figure 3.7.6

Purge de fond

Cela évacue la boue ou les sédiments du fond de la chaudière. La commande est une grande vanne (généralement DN25 à DN50) à clé. Cette vanne peut normalement être ouverte pendant une période d’environ 5 secondes, une fois par quart de travail. La figure 3.7.7 illustre une vanne de purge de fond manuelle à clé tandis que la figure 3.7.8 illustre une vanne de purge de fond automatisée et sa position typique dans un système de purge.

Manomètre

Toutes les chaudières doivent être équipées d’au moins un indicateur de pression. Le type habituel est un simple manomètre construit selon l’EN 12953. Le cadran doit avoir au moins 150 mm de diamètre et être du type tube de Bourdon, il doit être marqué pour indiquer la pression de travail normale et la pression de travail maximale admissible / pression de conception. Les manomètres sont connectés à l’espace vapeur de la chaudière et ont généralement un tube siphon annulaire qui se remplit de vapeur condensée et protège le mécanisme du cadran des hautes températures. Des manomètres peuvent être installés sur d’autres récipients sous pression tels que les réservoirs de purge, et auront généralement des cadrans plus petits comme le montre la figure 3.7.9.

Niveaux et accessoires

Toutes les chaudières à vapeur sont équipées d’au moins un indicateur de niveau d’eau, mais celles d’une puissance de 100 kW ou plus doivent être équipées de deux indicateurs. Les indicateurs sont généralement appelés niveaux conformes à l’EN 12953. Un niveau montre le niveau actuel d’eau dans la chaudière, indépendamment des conditions de fonctionnement de la chaudière. Les niveaux doivent être installés de sorte que leur lecture la plus basse montre le niveau d’eau à 50 mm au-dessus du point où une surchauffe se produira. Ils doivent également être équipés d’un protecteur autour d’eux, mais cela ne doit pas gêner la visibilité du niveau d’eau. La figure 3.7.10 montre un niveau typique. Les niveaux sont sujets aux dommages provenant de nombreuses sources, telles que la corrosion des produits chimiques dans l’eau de chaudière et l’érosion pendant la purge, en particulier à l’extrémité vapeur. Tout signe de corrosion ou d’érosion indique qu’un nouveau verre est requis. Lors du test de la connexion vapeur du niveau, le robinet d’eau doit être fermé. Lors du test des connexions d’eau du niveau, le tube du robinet de vapeur doit être fermé. Pour tester un niveau, la procédure suivante doit être suivie :

1. Fermer le robinet d’eau et ouvrir le robinet de purge pendant environ 5 secondes.
2. Fermer le robinet de purge et ouvrir le robinet d’eau. L’eau doit revenir à son niveau de travail normal relativement rapidement. Si cela ne se produit pas, alors un blocage dans le robinet d’eau pourrait en être la raison, et une action corrective doit être prise dès que possible.
3. Fermer le robinet de vapeur et ouvrir le robinet de purge pendant environ 5 secondes.
4. Fermer le robinet de purge et ouvrir le robinet de vapeur. Si l’eau ne revient pas à son niveau de travail normal relativement rapidement, un blocage peut exister dans le robinet de vapeur. Une action corrective doit être prise dès que possible. Le préposé autorisé doit systématiquement tester les niveaux d’eau au moins une fois par jour et doit être muni d’une protection appropriée pour le visage et les mains, comme protection contre les brûlures en cas de bris du verre. Remarque : que toutes les poignées des robinets de niveau doivent être orientées vers le bas en condition de fonctionnement.

Protecteurs de niveau

Le protecteur de niveau doit être maintenu propre. Lorsque le protecteur est nettoyé en place, ou retiré pour nettoyage, le niveau doit être temporairement fermé. Assurez-vous qu’il y a un niveau d’eau satisfaisant avant de fermer le niveau et veillez à ne pas toucher ou heurter le verre du niveau. Après le nettoyage, et lorsque le protecteur a été remplacé, le niveau doit être testé et les robinets mis dans la position correcte.

Maintenance

Le niveau doit être entièrement révisé à chaque inspection annuelle. Le manque de maintenance peut entraîner le durcissement du garnissage et le grippage des robinets. Si une poignée de robinet est pliée ou déformée, un soin particulier est nécessaire pour s’assurer que le robinet est en position complètement ouverte. Un accessoire endommagé doit être renouvelé ou réparé immédiatement. Les niveaux deviennent souvent décolorés en raison des conditions de l’eau ; ils deviennent également fins et usés en raison de l’érosion. Les verres, par conséquent, doivent être renouvelés à intervalles réguliers. Un stock de verres de rechange et de garnissage conique doit toujours être disponible dans la salle de chaudière. N’oubliez pas :

• Si les passages vapeur sont obstrués, un faux niveau d’eau élevé peut être donné dans le niveau. Après que le niveau a été testé, un faux niveau d’eau élevé peut encore être indiqué.
• Si les passages d’eau sont obstrués, un niveau d’eau artificiellement élevé peut être observé en raison de la condensation de la vapeur dans le verre. Après le test, le verre aura tendance à rester vide à moins que le niveau d’eau dans la chaudière ne soit plus haut que la connexion supérieure, auquel cas l’eau pourrait couler dans le verre depuis cette connexion.
• Les niveaux d’eau indiqués par les niveaux doivent être traités avec le plus grand respect, car ils sont le seul indicateur visuel des conditions de niveau d’eau à l’intérieur de la chaudière. Tout niveau d’eau perçu comme anormal doit être investigué dès qu’il est observé, avec une action immédiate prise pour arrêter le brûleur de la chaudière si nécessaire.

Régulateurs de niveau d’eau

Le maintien du niveau d’eau correct dans une chaudière à vapeur est essentiel à son fonctionnement sûr et efficace. Les méthodes de détection du niveau d’eau, et la régulation subséquente du niveau d’eau est un sujet complexe qui est couvert par un certain nombre de réglementations. Les sections suivantes fourniront un bref aperçu, et le sujet sera discuté de manière beaucoup plus détaillée plus tard.

Chambres de régulation de niveau externes

Les chambres de régulation de niveau sont installées à l’extérieur des chaudières pour l’installation de régulateurs de niveau ou d’alarmes, comme le montre la figure 3.7.11. La fonction des régulateurs ou alarmes de niveau est vérifiée quotidiennement à l’aide des vannes de purge séquentielles. Avec la molette tournée complètement dans le sens antihoraire, la vanne est en position ‘fonctionnement normal’ et un siège arrière ferme la connexion de drainage. Le cadran de la molette peut ressembler à celui montré à la figure 3.7.12. Certaines molettes n’ont pas de cadran, mais reposent sur un mécanisme pour un fonctionnement correct.

La procédure suivante est une procédure typique qui peut être utilisée pour tester les commandes lorsque la chaudière est sous pression et que le brûleur fonctionne :

• Tourner lentement la molette dans le sens horaire jusqu’à ce que le pointeur indicate soit à la première position ‘pause’. La connexion de la chambre à flotteur est obstruée, la connexion de drainage est ouverte, et la connexion d’eau est purgée.
• Pause de 5 à 8 secondes.
• Déplacer lentement la molette plus loin dans le sens horaire sur toute la course. La connexion d’eau est fermée, la vanne de drainage reste ouverte, et les connexions de la chambre à flotteur et de vapeur sont purgées. Les commandes de chaudière doivent fonctionner comme pour un niveau d’eau abaissé dans la chaudière, c’est-à-dire pompe en marche et/ou alarme sonore et coupure du brûleur. Alternativement, si la chambre de régulation de niveau est équipée d’une seconde ou d’une alarme d’eau basse supplémentaire, la chaudière doit se verrouiller.
• Pause de 5 à 8 secondes.
• Tourner lentement la molette complètement dans le sens antihoraire pour fermer contre le siège arrière en position ‘fonctionnement normal’.
• Les vannes de purge séquentielles sont fournies par un certain nombre de fabricants différents. Chacun peut différer dans la procédure de fonctionnement. Il est essentiel que les instructions du fabricant soient suivies concernant cette opération.

Régulateurs de niveau montés en interne

Les systèmes de régulation de niveau avec des capteurs (ou sondes) qui se fixent à l’intérieur de l’enveloppe de la chaudière (ou du tambour de vapeur) sont également disponibles. Ceux-ci offrent un degré de sécurité plus élevé que ceux installés à l’extérieur. Les systèmes d’alarme de niveau peuvent également fournir une fonction de vérification automatique de l’intégrité du système. Parce quils sont montés en interne, ils ne sont pas soumis aux procédures requises pour purger les chambres externes. Le fonctionnement du système est testé par un test d'évaporation vers la '1ère position basse, suivi d’une purge vers la ‘2ème position basse’. Des tubes de protection sont installés pour décourager le mouvement de l’eau autour du capteur.

Purgeurs d’air et coupe-vides

Lorsqu’une chaudière est démarrée à froid, l’espace vapeur est plein d’air. Cet air n’a aucune valeur calorifique, et affectera négativement les performances de l’installation vapeur en raison de son effet de masquage des surfaces d’échange de chaleur. L’air peut également provoquer de la corrosion dans le système de condensat, s’il n’est pas correctement éliminé. L’air peut être purgé de l’espace vapeur en utilisant un simple robinet ; normalement celui-ci serait laissé ouvert jusqu’à ce qu’une pression d’environ 0,5 bar soit affichée sur le manomètre. Une alternative au robinet est un purgeur d’air à pression équilibrée qui non seulement libère l’opérateur de chaudière de la tâche de purger manuellement l’air (et assure donc que cela est réellement fait), il est aussi beaucoup plus précis et évacuera les gaz qui peuvent s’accumuler dans la chaudière. Des purgeurs d’air typiques sont montrés à la figure 3.7.14. Lorsqu’une chaudière est mise hors ligne, la vapeur dans l’espace vapeur se condense et laisse un vide. Ce vide provoque une pression exercée sur la chaudière depuis l’extérieur, et peut entraîner des fuites des portes d’inspection de la chaudière, des dommages aux plaques plates de la chaudière et le danger de sur-remplissage d’une chaudière à l’arrêt. Pour éviter cela, un coupe-vide (voir figure 3.7.14) est requis sur l’enveloppe de la chaudière.