FONCTIONNEMENT DES DIVERS TYPES DE PURGEURS
Les purgeurs en quelques lignes (et en images).
Les purgeurs sont des systèmes de séparation des condensats de la vapeur. Ils permettent d’évacuer ces condensats des conduites pour conserver la qualité de vapeur requise par l’installation. Nous en distinguons trois grandes familles suivant leur mode de fonctionnement:
• Les purgeurs mécaniques ou à flotteur dont les cycles d’ouverture fermeture sont liés au niveau des condensats ou à la différence de densité entre condensats et vapeur.
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DEMARRAGE :
L’orifice d’évacuation est obturé par le flotteur en position basse et l’évent thermostatique froid est ouvert.
A l’arrivée des fluides en mouvement, l’air et les incondensables sont évacués par l’évent thermostatique. La montée du niveau des condensats entraîne le flotteur vers le haut, libérant ainsi l’orifice d’évacuation à travers lequel les condensats trouvent un passage.
REGIME ETABLI :
Le niveau d’eau dans le purgeur varie en fonction du débit des condensats et pilote par l’intermédiaire du flotteur le débit à travers l’orifice d’évacuation. La section de passage est donc proportionnelle au débit des condensats : le purgeur travaille en régulateur de niveau gràce â un laminage continu du flotteur sur le siège.
L’air peut s’accumuler dans le purgeur. Plus la proportion d’air dans le mélange air/vapeur augmente, plus la température de ce mélange diminue par rapport à la température de saturation à la pression de service. L’évent thermostatique s’ouvre lorsque cet écart est au moins égal à sa valeur de réglage. Il évacue les incondensables d’où augmentation de la température du mélange et fermeture à nouveau de l’évent.
• Les purgeurs thermostatiques (purgeurs bimétalliques, à soufflets, à dilatation) qui réagissent aux variations de température des fluides présents.
> En savoir plus sur les purgeurs thermostatiques:
DEMARRAGE :
Au démarrage, le dispositif bimétallique froid est complètement détendu. Le clapet est grand ouvert et permet l’évacuation de l’air et des incondensables.
L’arrivée de condensats froids n’a pas d’effet sur les bilames. C’est l’augmentation progressive de la température des condensats vers la température de saturation à la pression de service qui entraîne une déformation progressive de l’élément bimétallique. La traction engendrée sur la tige tend à fermer le clapet inversé.
REGIME ETABLI :
Lorsque la traction du dispositif bimétallique sur la tige du clapet devient supérieure à la poussée qu’exerce la pression sur le clapet inversé, celui-ci se referme.
La fermeture du clapet provoque une stagnation des condensats dans le corps du purgeur et une retenue d’eau en amont de celui-ci. Le refroidissement des condensats dans le corps du purgeur engendre une diminution de la traction du dispositif bimétallique. La force d’ouverture qu’exerce la pression sur le clapet inversé devient prédominante et le clapet s’ouvre.
• Les purgeurs thermodynamiques (purgeurs à disque) dont les mouvements d’ouverture / fermeture sont provoqués par les variations de pression des fluides (dynamique des fluides) ou par la différence d’énergie entre la vapeur et les condensats.
> En savoir plus sur les purgeurs thermodynamiques:
DEMARRAGE :
Le disque repose sur ses sièges et est bloqué en position fermée par l’air accumulé dans la chambre de pression. L’air agit alors de la même façon que la vapeur en régime établi. L’arrivée provoque l’évacuation de l’air et l’ouverture du disque.
REGIME ETABLI :
Le purgeur ouvert évacue les condensats. L’arrivée de la vapeur vive sous le disque augmente la vitesse d’écoulement entre disque et sièges et crée une dépression qui entraîne la fermeture du purgeur.
La vapeur retenue dans la chambre de pression développe sur le disque une force supérieure à la résultante des forces engendrées par les fluides en amont et en aval du purgeur. Le disque est maintenu appliqué sur les sièges.
Une diminution de pression de la vapeur dans la chambre de pression résultant d’une condensation provoquée par un échange thermique avec l’extérieur supprime la prédominance de la force maintenant le disque fermé. Le disque se soulève ; le purgeur reste ouvert si des condensats ont été accumulés en amont. La présence ou l’arrivée de vapeur provoque aussitôt la fermeture du disque et un nouveau cycle. Dans certains cas, la détente résultant de l’écoulement des condensats à grande vitesse dans le purgeur engendre un effet de revaporisation partielle qui peut provoquer une fermeture prématurée du disque avant l’évacuation totale des condensats.
Le Phénomène de revaporisation
Une partie des condensats évacués se transforme en vapeur. Cette revaporiation peut parfois être confondue avec une fuite vapeur, pourtant ce n’est pas le cas. Il s’agit là d’un phénomène inhérent au fonctionnement normal du purgeur.
Comment s’explique ce phénomène ?
La température de saturation en amont est supérieure à la température de saturation en aval. Les condensats chauds évacués par le purgeur connaissent une chute rapide de température et il y a échange de calories avec le milieu ambiant. Les condensats se transforment en vapeur en consommant les calories disponibles.
Dans le cas d’un purgeur qui évacue à l’atmosphère le phénomène peut prêter à confusion car la vapeur à pression atmosphérique occupe 1600 fois le volume occupé par l’eau liquide.
Phénomènes de blocage (bloqué fermé / bloqué ouvert) et problèmes engendrés
a. Bloqué fermé
En fonctionnement normal, la pression amont est supérieure à la pression aval. C’est ce qui permet l’évacuation du condensat. Quand le ΔP devient insuffisant, le purgeur ne peut plus évacuer. Le blocage peut aussi subvenir d’une mauvaise position de la vis de réglage ou de l’obturation par des corps étrangers (p.ex. calamine).
Problèmes engendrés :
- Coups de bélier pouvant endommager gravement les canalisations et mettre à risque les personnes travaillant à proximité
- Températures inégales
b. Bloqué ouvert
Une mauvaise position de la vis de réglage peut maintenir le purgeur en permanence en position ouverte, laissant ainsi perdre la vapeur.
Problèmes engendrés :
- Pertes de rendement
- Effluents excessifs
- Réchauffement tuyauterie
- Energie gaspillée
D’une manière plus générale des purgeurs défectueux ou mal réglés sont susceptibles de réduire l’efficacité de la production, d’accroître les coûts d’entretien et de faire obstacle à la conformité aux normes environnementales (ISO 14001, réduction des émissions de CO2, etc…).
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