Purgeurs de vapeur : Définition, types, sélection, caractéristiques, codes et normes – Qu’est-ce que la tuyauterie

Un purgeur de vapeur est une vanne automatique qui permet d’évacuer le condensat, l’air et d’autres gaz non condensables (CO2) du système de vapeur tout en retenant ou en piégeant la vapeur dans le système. Les purgeurs de vapeur séparent donc le condensat du mélange. Pour tout système à vapeur dans les centrales électriques ou les usines de transformation, le purgeur de vapeur est un composant essentiel. Il retient la vapeur dans le processus, ce qui permet une utilisation maximale de la chaleur. Essayons d’abord de comprendre comment se forme ce mélange :

• Condensat : Le condensat se forme chaque fois que la vapeur libère son énergie thermique pour une raison quelconque.
• Air : L’air existe dans tous les tuyaux de vapeur avant le démarrage du système lorsque celui-ci est froid. L’air peut pénétrer dans le système par les systèmes d’appoint d’eau de chaudière et les casse-vide.
• Gaz non condensables : Des gaz autres que l’air, tels que le dioxyde de carbone, existent à l’intérieur des systèmes de vapeur.

Donc, la fonction principale des purgeurs de vapeur est de retirer le condensat liquide du mélange pour éviter la formation d’un écoulement diphasique. Les purgeurs de vapeur industriels peuvent fonctionner sur une large gamme de températures et de pressions selon les besoins du système.

Types de purgeurs de vapeur / Types de purgeurs de vapeur

Selon la classification de la norme internationale ISO 6704, il existe trois principaux types de purgeurs de vapeur, comme indiqué ci-dessous :

• Purgeurs de vapeur thermodynamiques
• Purgeurs de vapeur mécaniques et
• Purgeurs de vapeur thermostatiques

Fig. 1 explique clairement les types de purgeurs de vapeur.

Purgeurs de vapeur à disque thermodynamique

Les purgeurs de vapeur thermodynamiques détectent la différence de vitesse des fluides entrants. Lorsque le condensat entre dans le corps du purgeur, il se déplace lentement par rapport à la vapeur et est évacué librement. Lorsque la vapeur de revaporisation ou la vapeur vive se déplace sur la face inférieure du disque, sa vitesse est beaucoup plus élevée que celle de l’eau et cette vitesse élevée crée une chute de pression qui ferme la tête de la soupape. La soupape reste fermée jusqu’à ce que la pression de la vapeur de la chambre de contrôle au-dessus de la tête de soupape diminue, permettant ainsi à la soupape de s’ouvrir.

Types : Disque thermodynamique et Piston thermodynamique.

Comme l’air se déplace beaucoup plus rapidement que le condensat ; les purgeurs à disque thermodynamique ont tendance à se fermer en présence d’air et ne sont généralement pas adaptés à l’évacuation de grandes quantités d’air.

Disque thermodynamique & Purgeurs thermostatiques : Pour traiter l’air, on peut utiliser une combinaison de purgeurs à disque thermodynamiques et de purgeurs d’air thermostatiques.

Fonctionnement du purgeur à disque

• Les purgeurs à disque fonctionnent en fonction de la vitesse. Dans des conditions normales de fonctionnement, les condensats et l’air entrent dans le purgeur et traversent un orifice d’entrée, une chambre de contrôle, une chambre isolante (pour isoler le purgeur des effets de l’environnement).
• Désigné pour fonctionner de 10 à 600 psig.
• Petit et léger donc facile à installer.
• Inspection fréquente requise, pas économe en énergie en raison de la courte durée de vie.
• Non adapté lorsque la contre-pression est élevée.

Pompes à vapeur hermétiques

Les purgeurs hermétiques détectent la différence de température des fluides entrants. La fermeture se produit lorsque le fluide, généralement du condensat chaud, a une température supérieure ou égale à une certaine valeur seuil. La température chaude provoque le déplacement d’un élément thermostatique de manière à fermer une vanne. Cette valeur seuil de température est inférieure à celle de la vapeur saturée.

• Puisque l’air a une température nettement inférieure à celle de la vapeur, les purgeurs thermostatiques sont généralement très performants pour évacuer de grandes quantités d’air. Les purgeurs thermostatiques sont classés pour fonctionner de 0 à 300 psig.
• Fabriqués avec des boîtiers en SS, CS et en fonte.
• Non efficaces en présence de saleté et de tartre

Types de base : Expansion, pression équilibrée et bi-métal.

Les purgeurs de vapeur de type expansion :

• Les éléments de purgeurs de vapeur à expansion ont un remplissage interne qui se dilate et se contracte avec le changement de température pour actionner la soupape, mais le remplissage ne se vaporise pas.
• Les éléments en cire sont dans un état congelé lorsqu’ils sont froids, et se dilatent lorsqu’ils sont chauffés.
• Les éléments à base de pétrole sont dans un état liquide contracté lorsqu’ils sont froids, et se dilatent lorsqu’ils sont chauffés

Les purgeurs de vapeur de type Pression équilibrée :

Les éléments des purgeurs de vapeur à pression équilibrée ont un remplissage qui est un mélange d’eau et d’essence minérale qui se vaporise ou se condense généralement à une température proche de celle de la vapeur pour actionner la soupape.

Purgeur de vapeur bi-métal :

Les éléments des purgeurs de vapeur Bi-Métal sont composés de deux bandes métalliques dissemblables collées ensemble de sorte que le changement de température provoque une déviation dans une direction ou son opposé pour actionner la soupape.

Les purgeurs de vapeur de type soufflet à pression équilibrée (Fig. 3) sont adaptés à une capacité élevée tandis que les purgeurs à pression équilibrée Wafer/Diaphragme sont adaptés à une capacité faible. D’autre part, les purgeurs de vapeur Bi-métalliques peuvent être utilisés à la fois pour une capacité élevée ou faible.

Purgeur de vapeur de type mécanique

Les purgeurs de vapeur mécaniques sont conçus pour s’ouvrir pour les fluides plus denses et se fermer pour les fluides moins denses. Il existe deux catégories de base de purgeurs de vapeur mécaniques qui fonctionnent selon le principe de la densité :

• Type flotteur et
• Type godet

Dans ces catégories, il existe deux types chacun de purgeurs à densité : Flotteur à levier, Flotteur libre, Godet inversé et Godet ouvert.

L’air est moins dense que l’eau. Par conséquent, les purgeurs de densité ont tendance à se fermer en présence d’air et ne sont généralement pas adaptés pour évacuer de grandes quantités d’air. Pour cette raison, les purgeurs de densité peuvent contenir un mécanisme d’évacuation d’air thermostatique séparé pour gérer des quantités importantes d’air.

• Float & Thermostatique,
• Bucket & Thermostatique.

Pièges à vapeur flottants et thermostatiques

• Flottant & Les purgeurs thermostatiques combinent l’action de deux principes : thermostatique et densité. Chaque purgeur possède son propre orifice de décharge. Une vanne avec un actionneur à flotteur à bille évacue le condensat lorsque le liquide atteint un niveau prédéterminé dans le purgeur. Lorsque le débit de condensat diminue’ le flotteur s’abaisse, fermant partiellement la vanne pour s’adapter au débit.
• Au sommet du purgeur se trouve un élément thermostatique qui s’ouvre pour évacuer tout l’air et les gaz non condensables dès qu’ils provoquent une petite baisse de température à l’intérieur du purgeur.
• Fonctionne entre 0 et 250 psig de pression,
• La vanne de condensat est située au fond et est sujette au colmatage en cas de présence de saletés et de tartre.
• Si les particules de saleté empêchent la vanne de se fermer, l’énergie de la vapeur sera gaspillée jusqu’à ce que la condition soit détectée et corrigée.

Des purgeurs de vapeur à flotteur inversé

Les purgeurs de vapeur à flotteur inversé (Fig. 4) utilisent un flotteur inversé qui est normalement immergé et qui flotte uniquement lorsque de la vapeur est présente. Le flotteur s’abaisse lorsque le volume de condensat dépasse un niveau de liquide prédéterminé. Lorsque le seau s’enfonce, la vanne située au sommet s’ouvre.

Lignes directrices pour la sélection des purgeurs de vapeur

La sélection des purgeurs de vapeur doit être conforme à ce qui suit :

• Les purgeurs de vapeur en service d’égouttement de vapeur à basse pression doivent être de type à godet inversé, de type mécanique ou de type thermostatique bimétallique.
• Les purgeurs de vapeur dans le service d’égouttage de vapeur à moyenne pression seront de préférence des purgeurs mécaniques à flotteur inversé ; en alternative, des purgeurs thermodynamiques à disque peuvent être utilisés.
• Les purgeurs de vapeur en service d’égouttage de vapeur à haute pression seront de préférence des purgeurs mécaniques à flotteur inversé.
• Les purgeurs de vapeur prévus pour le service d’égouttage à l’entrée des turbines à vapeur seront des purgeurs thermodynamiques à piston.

Une pratique communément acceptée consiste à utiliser des purgeurs à flotteur & thermostatique (F&T) pour les systèmes de vapeur à basse pression jusqu’à 30 PSIG, et des purgeurs thermodynamiques pour les pressions de vapeur supérieures à 30 PSIG.

Codes et normes internationaux pour les purgeurs de vapeur

Les codes et normes internationaux qui régissent la conception des purgeurs de vapeur sont énumérés ci-dessous :

• ISO 6552 : 1980/ (BS 6023 : 1981) : Glossaire des termes techniques relatifs aux purgeurs de vapeur automatiques.
• ISO 6553 : 1980/CEN 26553 : 1991 (remplace BS 6024 : 1981) Marquage des purgeurs de vapeur automatiques.
• ISO 6554 : 1980/CEN 26554 : 1991 (Remplace BS 6026 : 1981) Dimensions face à face pour un purgeur automatique de vapeur à brides.
• ISO 6704 : 1982/CEN 26704 : 1991 (Remplace BS 6022 : 1983) Classification des purgeurs automatiques de vapeur
• ISO 6948:1981/ CEN 26948 : 1991 (Remplace la BS 6025 : 1982) Essais des caractéristiques de production et de performance des purgeurs automatiques de vapeur d’eau.
• ISO 7841 : 1988/CEN 27841 : 1991 (Remplace BS 6027 : 1990) Méthodes de détermination de la perte de vapeur des purgeurs automatiques de vapeur.
• ISO 7842 : 1988/CEN 27842 : 1991 (Remplace BS 6028 : 1990) Méthodes de détermination de la capacité de décharge des purgeurs de vapeur automatiques.

Causes de défaillance des purgeurs de vapeur

Les causes courantes de défaillance des purgeurs de vapeur sont :

• Corrosion, due à l’état du condensat. Ceci peut être contré par l’utilisation de matériaux de construction particuliers, un bon conditionnement de l’eau d’alimentation.
• Boups de bélier, souvent dus à un soulèvement après le purgeur de vapeur, des pièges.
• Saleté, s’accumulant à partir d’un système où le composé de traitement de l’eau est transporté depuis la chaudière, ou lorsque des débris de tuyaux sont autorisés à interférer avec le fonctionnement du purgeur.

La défaillance d’un purgeur de vapeur ont des implications graves sur les performances du système de vapeur. Si le purgeur de vapeur tombe en panne en condition ouverte, il fuira complètement la vapeur et le condensat, ce qui entraînera une augmentation de la consommation de vapeur qui, à son tour, ajoutera une charge accrue à la chaudière. En revanche, lorsqu’il est fermé, ni la vapeur ni le condensat ne le traversent. Ainsi, la fonction du purgeur de vapeur sera arrêtée, ce qui pourrait conduire à l’un des problèmes suivants :

• Surge ou coup de bélier
• Engorgement du processus
• La présence d’eau (Condensat) dans le système de vapeur est un risque pour la sécurité.

Il est donc essentiel de surveiller régulièrement les performances du purgeur de vapeur et de réparer les purgeurs de vapeur défaillants.

Évaluation de la performance des purgeurs de vapeur

La performance des purgeurs de vapeur est évaluée à l’aide de l’une des trois méthodes mentionnées ci-dessous :

• Méthode visuelle-L’inspection visuelle est effectuée à l’aide de voyants.
• Méthode sonore-Il s’agit de distinguer les fréquences sonores à l’aide d’un équipement auditif.
• Méthodes de température-Fonctionne sur le principe de la différence de température. Cependant, méthode la moins fiable et donc normalement non utilisée.

Normalement, une maintenance préventive est effectuée pour les purgeurs de vapeur et le calendrier de maintenance dépend de la pression nominale du purgeur de vapeur. En règle générale, les purgeurs de vapeur haute pression dont la pression nominale est supérieure à 250 psig doivent être testés quotidiennement. D’autre part, les purgeurs de vapeur à basse pression, dont la pression nominale est inférieure à 30 psig, peuvent être contrôlés annuellement. Les purgeurs intermédiaires doivent être contrôlés tous les mois. En règle générale, les purgeurs de vapeur doivent être remplacés après tous les trois ou quatre ans.

Les caractéristiques requises dans les purgeurs de vapeur

Les purgeurs de vapeur idéaux doivent posséder les caractéristiques suivantes pour leur meilleure performance :

• Le purgeur de vapeur doit permettre le passage du condensat et le piégeage de la vapeur.
• Les purgeurs de vapeur doivent être économes en énergie et avoir une consommation de vapeur négligeable. Le purgeur de vapeur doit garantir que l’espace vapeur doit être rempli de vapeur propre et sèche. Le type de purgeur de vapeur influencera cela.
• Les purgeurs de vapeur doivent posséder une bonne capacité d’évacuation de l’air. Si l’air se mélange à la vapeur, cela réduira la température de la vapeur.
• Il est préférable que les purgeurs de vapeur ne provoquent pas de flashs de vapeur.
• Les purgeurs de vapeur doivent avoir une fiabilité élevée. Parfois, divers facteurs externes peuvent causer un manque de fiabilité dans l’utilisation des purgeurs de vapeur comme
  • Corrosion
  • Coup de bélier et
  • Accumulation de saletés ou de débris.

Installation du purgeur de vapeur

Cliquez ici pour connaître les meilleures pratiques d’installation du purgeur de vapeur.

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