Le problème des coups de bélier
Un échangeur de chaleur en PTFE fonctionnant avec une vapeur de 4 barg subit soudainement un fort claquement dans la conduite de retour des condensats. Les tubes flexibles en PTFE frémissent. Au fil des semaines, les coups se reproduisent avec une fréquence croissante. Finalement, un tube développe une fuite en trou d'épingle au niveau d'une pince de support, fatigué par des chocs hydrauliques répétés.
Les coups de bélier dans les systèmes à vapeur ne sont pas un bruit gênant. Il s'agit d'un pic de pression atteignant des centaines de psi, se propageant à la vitesse du son dans une tuyauterie remplie de condensat-. Le tube PTFE, flexible et résilient, résiste mieux à ces chocs que le métal rigide. Mais les événements de coups répétés accumulent des dommages par fatigue aux points de concentration des contraintes -pinces, raccords, connexions de collecteurs.
La cause profonde est liée au purgeur de vapeur. Un mauvais type de purgeur ou un purgeur correctement dimensionné et mal installé retient le condensat dans le serpentin PTFE. Lorsque ce bouchon de condensat est soudainement propulsé par la vapeur entrante, il en résulte un coup de bélier.
Comment les purgeurs de vapeur affectent les performances de l'échangeur de chaleur en PTFE
Un purgeur de vapeur a une fonction : évacuer les condensats tout en retenant la vapeur vive. L'exécution de cette fonction détermine si l'échangeur thermique en PTFE fonctionne de manière efficace ou destructrice.
Le condensat qui s'accumule à l'intérieur des tubes en PTFE crée deux problèmes. Premièrement, il recouvre la surface de transfert de chaleur. La section de tube remplie de condensats transfère beaucoup moins de chaleur que la section remplie de vapeur. La surface effective diminue. Le contrôleur de température du bain ouvre davantage la vanne de vapeur pour compenser, augmentant ainsi la pression et la vitesse de la vapeur.
Deuxièmement, le condensat accumulé forme une limace. Lorsque la pression de la vapeur s’accumule derrière la balle, elle accélère rapidement. Au premier virage ou restriction, la limace s’arrête brusquement. L'énergie cinétique se transforme en pic de pression. C'est un coup de bélier. Dans les systèmes PTFE, la pointe sollicite les parois des tubes et les points d'appui.
Tableau 1 : Adéquation du type de purgeur à vapeur pour le service d'échangeur thermique en PTFE
| Type de piège | Réponse au changement de charge | Capacité de ventilation | Risque de coup de bélier | Adéquation aux bobines PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Thermodynamique (disque) | Mauvais (décharge cyclique) | Pauvre | Élevé (décharge intermittente) | Non recommandé |
| Thermostatique (pression équilibrée) | Bon (continu) | Excellent | Faible | Convient aux petites bobines |
| Flotteur et thermostatique | Excellent (continu, modulant) | Excellent (ventilation séparée) | Très faible | Le meilleur choix pour toutes les applications PTFE |
| Godet inversé | Modéré | Nécessite une bouche d'aération séparée | Modéré (intermittent) | Acceptable avec une ventilation adéquate |
Adéquation basée sur les caractéristiques d’évacuation des condensats et l’expérience sur le terrain avec les échangeurs de chaleur à immersion en PTFE.
La logique de sélection des pièges
Les purgeurs à flotteur et thermostatiques offrent l'évacuation des condensats la plus stable pour les échangeurs de chaleur en PTFE. Le mécanisme à flotteur ouvre la vanne de décharge proportionnellement au débit de condensat. Il n’y a pas de cyclage, pas de décharge intermittente de bouchons, pas de coup de bélier. La grille d'aération thermostatique intégrée-élimine automatiquement les gaz non-condensables qui autrement recouvriraient la surface de transfert de chaleur.
Les pièges thermodynamiques sont les moins adaptés. Ils fonctionnent dans un cycle ouvert-à action instantanée-fermé. Les condensats s'accumulent jusqu'à l'ouverture du piège, puis s'évacuent en un éclair. Le débit intermittent favorise les coups de bélier. Le démarrage à froid génère d’importantes charges de condensats que les purgeurs thermodynamiques ne peuvent pas gérer en douceur.
Les purgeurs à godets inversés sont largement utilisés dans les systèmes de vapeur généraux, mais nécessitent une application minutieuse sur les serpentins en PTFE. Ils se déchargent par intermittence. Une bouche d’aération séparée est essentielle pour éviter la rétention d’air. Sans cela, l'air s'accumule dans le serpentin, bloquant l'entrée de la vapeur et le purgeur ne s'ouvre pas.
Détails d'installation qui évitent les problèmes
Même le bon type de piège échoue s’il est mal installé. Le siphon doit être situé sous la sortie de condensats la plus basse de la batterie PTFE. Le drainage gravitaire du serpentin au piège est essentiel. Un piège monté au-dessus de la sortie du serpentin permet au condensat de s'accumuler dans la tubulure.
Une crépine en amont du piège empêche les débris de PTFE ou le tartre de coincer le mécanisme. Un voyant en aval du siphon permet une vérification visuelle du débit de condensat. Un clapet anti-retour sur la conduite de retour des condensats empêche le reflux lorsque plusieurs serpentins partagent un collecteur de retour commun.
Pour les serpentins en PTFE avec plusieurs passages de tubes, chaque passage doit s'écouler individuellement vers un collecteur de condensats commun, puis vers le siphon. Le regroupement des entrées de vapeur et des sorties de condensats réduit le risque d'inondation d'un passage tandis qu'un autre s'écoule librement.
Résumé
Les spécifications correctes du purgeur de vapeur empêchent les coups de bélier dans les systèmes de condensats d'échangeur thermique en PTFE. Les purgeurs à flotteur et thermostatiques offrent l'évacuation des condensats la plus douce et la plus stable avec une décharge modulante continue et une ventilation d'air intégrée-. Les pièges thermodynamiques doivent être évités en raison des décharges cycliques et des risques de coups de bélier.
Une installation appropriée sous la sortie du serpentin, avec crépine, voyant et clapet anti-retour, garantit que le purgeur correctement spécifié fonctionne comme prévu. Les serpentins à passages multiples nécessitent un drainage à passage individuel pour éviter les inondations de condensats.
Les recommandations techniques pour la sélection de purgeurs de vapeur pour échangeurs de chaleur en PTFE sont disponibles sur soumission de la pression de vapeur, de la configuration du serpentin, de la charge de condensats et des détails du système de retour de condensats existant.
