Le purgeur de vapeur est un composant important d'un système de vapeur. Les purgeurs de vapeur ont un rôle important à jouer dans le maintien de la productivité et de la fiabilité du système de vapeur. Le rôle d'un purgeur de vapeur est d'éliminer le condensat, l'air et d'autres gaz incondensables d'un appareil à vapeur tout en empêchant la vapeur vive de s'échapper. Ce guide traite de la nécessité des purgeurs de vapeur, des exigences relatives à leur fonctionnement, des modes de fonctionnement standard, du dépannage et des exigences connexes.

Purgeur de vapeur

Qu'est-ce qu'un purgeur de vapeur ?

Un purgeur de vapeur fait partie de la famille des vannes d'évacuation automatiques qui déterminent la vapeur et le condensat. Les purgeurs retiennent la vapeur et évacuent le condensat sous différentes pressions ou charges. Les purgeurs de vapeur doivent avoir une capacité raisonnable pour expulser facilement l'air et d'autres gaz non condensables tout en maintenant la vapeur vive. Dans les industries, la vapeur est utilisée quotidiennement à des fins thérapeutiques ou comme force motrice pour le contrôle mécanique. Les purgeurs de vapeur sont utilisés pour s'assurer que la vapeur n'est pas perdue dans ces applications.

Dans une déclaration officielle, l'ANSI définit un purgeur de vapeur comme suit :

"Valve autonome qui évacue automatiquement le condensat d'une enceinte contenant de la vapeur tout en restant étanche à la vapeur vive ou, si nécessaire, en permettant à la vapeur de s'écouler à un débit contrôlé ou ajusté. La plupart des purgeurs de vapeur laissent également passer les gaz non condensables tout en restant étanches à la vapeur vive".

 

Pourquoi un purgeur de vapeur est-il nécessaire ?

En d'autres termes, les purgeurs de vapeur sont utilisés pour éliminer le condensat et les gaz non condensables du système de vapeur.

La vapeur est produite lorsque l'eau se vaporise et passe à l'état de gaz. Pour que le phénomène de vaporisation se produise, les molécules d'eau doivent disposer de suffisamment d'énergie pour rompre les liaisons entre les molécules. Cette énergie fournie pour transformer un liquide en gaz est appelée "chaleur latente".

La vapeur produite par la chaudière fournit l'énergie thermique nécessaire pour chauffer le produit. Une fois que la vapeur a perdu son énergie en chauffant le produit dans le processus, le condensat se forme. Une grande partie de l'énergie contenue dans la vapeur est souvent gaspillée en raison de fuites de rayonnement au niveau des vannes et des raccords. Comme cette chaleur est perdue, la vapeur est condensée et devient saturée. Si ce condensat n'est pas éliminé instantanément dès qu'il se forme, les performances opérationnelles de l'appareil peuvent être réduites en ralentissant le flux de chaleur vers la phase. Si du condensat est présent dans un système de vapeur, il causera des dommages physiques dus aux coups de bélier ou à la corrosion.

Au fond d'un conduit horizontal, le condensat est collecté avec la vapeur qui se déplace au-dessus de lui. Si le condensat s'accumule, il crée une masse dense d'eau incompressible qui se déplace à grande vitesse. Lorsqu'un coude, un raccord ou une vanne bloque brusquement la masse d'eau, cela peut causer des dommages mécaniques à la conduite ou au raccord.

Il est également important d'éliminer l'air et les autres gaz non condensables du système de vapeur pour quatre aspects critiques.

• Lorsque l'opération reprend, si de l'air est présent dans le système, la vapeur ne peut pas entrer, jusqu'à ce que l'air soit évacué.
• Un mélange air-vapeur a une température bien inférieure à celle de la vapeur, ce qui réduit la chaleur transmise.
• L'air ralentit le transfert de chaleur en s'accrochant à la surface intérieure du tuyau ou du récipient.
• Dissous dans les condensats, des gaz acides non condensables qui corrodent le système.

 

Comment fonctionne un purgeur de vapeur ?

Le fonctionnement de tous les purgeurs de vapeur peut être classé selon l'un des trois principes de fonctionnement fondamentaux suivants : vitesse, température ou densité. Au fil du temps, divers types de purgeurs de vapeur ont été construits pour répondre à différentes applications. La fonction principale d'un purgeur de vapeur est sa capacité à différencier la vapeur du condensat. Les différents types de purgeurs utilisent divers critères et méthodes de fonctionnement pour différencier la vapeur, le condensat et l'air. Lorsqu'ils sont classés en fonction de ces principes de fonctionnement, chaque type présente des avantages et des inconvénients qui doivent être pris en compte lors du choix d'un purgeur de vapeur pour une application particulière.

 

Combien existe-t-il de types différents de purgeurs de vapeur ?

Les purgeurs de vapeur peuvent être divisés en deux types principaux en raison de leurs principes de fonctionnement :

1. Purgeurs de vapeur mécaniques : Les purgeurs de vapeur mécaniques fonctionnent selon le concept de la gravité spécifique, contrairement à d'autres types de purgeurs de vapeur qui dépendent du changement de température ou du changement de vitesse/phase. Dans les cages mécaniques, la soupape s'ouvre et se ferme en raison du déplacement d'un flotteur qui monte et descend avec la montée du condensat.

Il existe deux grands types de pièges mécaniques : les pièges à flotteurs et les pièges à godets inversés. Les pièges à flotteurs utilisent généralement un flotteur sphérique fermé, tandis que les pièges à godets inversés utilisent une coupelle cylindrique flottante retournée.

La flottabilité est un élément clé qui fonctionne au cœur de tous les types de pièges mécaniques, mais les mécanismes et les concepts de fonctionnement sont légèrement différents.

• Purgeur de vapeur à flotteur fermé : Il intègre l'effet de la température et de la densité. Un flotteur à bille ouvre la vanne primaire lorsque suffisamment de condensat atteint le purgeur pour soulever le flotteur et évacuer le condensat. Lorsque la machine se vidange, la bille descend et la vanne se ferme. Un composant thermostatique séparé situé au sommet du purgeur s'ouvre pour permettre l'évacuation de l'air et des gaz non condensables, dès qu'ils induisent une légère baisse de température dans le purgeur.

Purgeur de vapeur à flotteur fermé

• Purgeur à flotteur inversé : Il utilise un seau renversé ou un flotteur ouvert, qui fonctionne sur la base de la différence de densité entre la vapeur et l'eau. La vapeur qui s'écoule sous le seau inversé et submergé permet à la vapeur de flotter et de fermer la soupape d'évacuation. Le condensat remplissant le purgeur, le seau s'enfonce, ce qui libère la vanne du purgeur pour évacuer le condensat. Un petit évent situé en haut du seau permet à l'air stocké de s'écouler pour évacuer le condensat.

Purgeur de vapeur à flotteur inversé

2. Purgeur thermodynamique : Les purgeurs thermodynamiques sont appréciés pour leur petite taille et leur flexibilité sur une large gamme de pressions. Ils peuvent avoir une construction de base et fonctionner horizontalement ou verticalement. Ces propriétés font des purgeurs thermodynamiques une alternative populaire pour une large gamme d'applications de traçage, de goutte-à-goutte et de vapeur à faible débit.

Il existe deux types de purgeurs thermodynamiques : le purgeur à disque thermodynamique et le purgeur à impulsion thermodynamique (purgeur thermostatique).

• Purgeur de vapeur thermostatique : La pression détermine la température de la vapeur saturée. Dans la chambre à vapeur, la vapeur perd l'enthalpie d'évaporation (chaleur), créant un condensat à la température de la vapeur. Si la perte de chaleur se poursuit, la température du condensat diminuera. Un purgeur thermostatique laisse passer le condensat lorsque cette température plus basse est observée. Lorsque la vapeur pénètre dans le purgeur, la température augmente et le purgeur se ferme.

Purgeur thermostatique

• Purgeur thermodynamique : Les purgeurs thermodynamiques sont le type de purgeurs le plus courant, ils sont construits sur la base de la théorie de la vitesse. Le condensat et l'air atteignent le purgeur et se déplacent vers la porte, le chauffage et la zone de contrôle. Lorsque la vapeur ou la vapeur de revaporisation pénètre dans l'entrée, la vitesse d'écoulement augmente et le disque est tiré vers le siège. Le disque se ferme lorsque la pression augmente dans la chambre de contrôle. Le gonflement contrôlé de la pression de la vapeur sur la face d'étanchéité du disque provoque la réouverture du purgeur et contrôle la vitesse du cycle.

Purgeur de vapeur thermodynamique

Pourquoi les purgeurs de vapeur sont-ils si importants ? 

La production et le stockage de la vapeur pour le chauffage des procédés et des locaux dans l'usine coûtent de l'argent. Ce coût est trop élevé pour être gaspillé. La vapeur est prélevée dans un four et acheminée vers des milliers ou des centaines d'embranchements. Le purgeur de vapeur empêche la vapeur de s'échapper du dispositif situé à l'extrémité de chaque branche.

Si le condensat n'est pas extrait, la vapeur qui s'écoule et les petites vagues à l'intérieur de la conduite peuvent être poussées par la vapeur qui se déplace plus rapidement. La force de la vapeur derrière le bouchon produit une accalmie de l'eau comme la force d'un bélier, si l'une des vagues frappe le haut de la conduite essentiellement le bouchon. Ce coup de bélier se répercute sur les thés, les genoux, les pompes, les flotteurs de certains siphons et d'autres équipements. Ce comportement peut être très dommageable et constitue l'un des types de coups de bélier.

La vapeur, le condensat et l'air partagent le même espace à l'intérieur d'une unité d'échange de chaleur. Comme le condensat, l'air et les gaz non condensables sont séparés dès leur création, la vapeur dispose d'une plus grande surface pour transmettre l'énergie thermique. La vapeur en présence d'eau ou d'air est un moyen de transfert d'énergie moins efficace que la vapeur sèche.

 

Que se passe-t-il si un purgeur de vapeur saute ?

Si le dysfonctionnement d'un seul purgeur est négligé, une partie de la vapeur peut s'échapper et être libérée dans l'atmosphère. La vapeur coûte en moyenne $5/1000 lb à produire, et des milliers de dollars peuvent être perdus chaque année. Les études actuelles sur les purgeurs ont révélé qu'un purgeur défectueux moyen perd 50 livres de vapeur par heure. La perte annuelle s'élève à plus de 400 000 Ib de vapeur à un taux de $2044. Multipliez ce chiffre par 100 pour estimer l'échelle d'une machine à vapeur standard, et les pertes de vapeur mineures commencent à s'additionner pour devenir de l'argent réel. Les petits purgeurs sont le secret pour économiser la vapeur, non pas parce qu'ils sont vulnérables à l'effondrement, mais parce qu'il y en a plusieurs.

D'un point de vue fonctionnel, un purgeur peut avoir des effets qui s'étendent à son système d'échange de chaleur. Si le purgeur défaillant est raccordé à la conduite de retour du condensat dans laquelle les autres purgeurs sont déchargés, la quantité inattendue de vapeur vive peut pressuriser la conduite de retour, provoquant une contre-pression pour les autres purgeurs. Tous les purgeurs de vapeur ne fonctionnent pas correctement en cas de contre-pression élevée. Dans les deux cas, la contre-pression élevée peut entraîner une remontée de condensat dans d'autres parties du système.

 

Que se passe-t-il si un purgeur se bloque et ne se décharge pas ?

Lorsque le purgeur de la conduite de vapeur ne se ferme pas, la vanne fermée ne permet pas à la vapeur et au condensat de s'écouler et s'accumule dans la conduite. Le condensat continue à se déplacer vers les points bas et à s'y accumuler, ce qui peut partiellement obstruer le flux de vapeur et provoquer un coup de bélier. Si la conduite est exposée à des températures inférieures à zéro, le condensat peut geler et la conduite peut se rompre.

Les principaux problèmes observés sont les suivants :

• Coups de bélier et coups de bélier.
• Enregistrement de l'eau dans le processus.
• Dommages aux tuyauteries et à l'équipement de traitement.
• Compromettre la sécurité.

Qu'est-ce qui fait qu'un type de piège est meilleur qu'un autre ?

Cela dépend totalement de l'application et des exigences de fonctionnement du purgeur à utiliser. Cela dépend également de ce que l'on attend d'un purgeur de vapeur. Les purgeurs de vapeur sont généralement utilisés pour les besoins suivants :

• Pour minimiser les pertes de vapeur.
• Tirer le maximum de rendement de l'équipement d'échange de chaleur utilisé.
• Pour un fonctionnement sans faille et sans problème.
• Augmenter la durée de vie des équipements présents dans le système.
• Pour une fiabilité de fonctionnement même dans des conditions de vapeur sale.

Où les pièges doivent-ils être placés ?

AccessibilitéTous les purgeurs sont susceptibles de s'effondrer et de tomber en panne. Les purgeurs doivent être testés périodiquement afin que le purgeur endommagé ne gaspille pas de vapeur pendant des mois ou des années. La méthode d'inspection est simplifiée si le purgeur peut être approché sans effort. Souvent, une liste des positions des purgeurs permet de localiser facilement tous les purgeurs.

Sous les machines est en cours d'évacuation. Bien que le serpentin et son purgeur fonctionnent à une pression de vapeur de 250 psi, le condensat doit être attiré dans le purgeur par gravité. Pour la plupart des échangeurs de chaleur, la règle empirique consiste à positionner l'entrée du purgeur à environ 10 à 12 pouces. En dessous de la relation de l'évacuation des condensats. Une poche de saleté de 6 pouces doit être prévue pour protéger le purgeur de la saleté et de la taille.

Les conduites de vapeur doivent faire l'objet d'une attention particulière, car la vapeur à haute vitesse rend difficile l'élimination des condensats. La jambe d'égouttement doit être conçue de manière adéquate, à la même hauteur que la canalisation principale, jusqu'à 4 pouces et plus, utiliser la moitié de la taille de la canalisation principale, mais pas moins de 4 pouces.

Près de l'installation en cours de vidange. Comme indiqué ci-dessus, le flux de gravité entraîne le condensat vers le purgeur. Dans le même temps, l'air et la vapeur sont poussés vers le haut dans la conduite. Pour atténuer les problèmes liés à ce contre-courant, il convient d'arrêter les longues conduites menant au purgeur de vapeur.

 

En résumé.

Les purgeurs de vapeur sont des équipements de sécurité utilisés pour augmenter la productivité tout en réduisant les coûts d'exploitation du processus. Cet article présente une brève introduction au purgeur de vapeur. Ntgd est un professionnel fabricant de purgeurs de vapeurSi vous avez des questions, n'hésitez pas à nous contacter.