Cavitation dans les pompes à condensât

Les pompes de condensât sont conçues spécifiquement pour les liquides. Par conséquent, elles ne sont pas efficaces pour les fluides de densité inférieure tels que la vapeur.

C'est le problème qui se pose lorsque la cavitation se produit dans les pompes à condensât. La cavitation est un phénomène de formation de bulles de vapeur à l'intérieur du liquide. Ce changement de phase diminue l'efficacité du pompage. Dans le monde de la vapeur, les problèmes de cavitation se rencontrent fréquemment dans les pompes électriques de récupération des condensats.

La cause de la cavitation

Il convient de bien distinguer le problème de cavitation et de la vapeur entrant dans la pompe. Ceci étant dit, cette section examinera de plus près le mécanisme de changement de phase du liquide à la vapeur à l'intérieur de la pompe, ses causes et les méthodes pratiques pour éviter la cavitation.

Lorsque l'eau approche de son point d'ébullition, elle se transforme en partie en vapeur. Dans une pompe, cela peut se produire dans des sections où la pression est la plus faible. Une dépression est générée par la rotation de la roue de la pompe. Plus la vitesse est élevée, plus la pression statique diminue et plus le flux de condensât est accéléré. Le condensât chaud passe sous la pression de saturation, formant des poches de vapeur ou des bulles.

Il y a plusieurs facteurs, tel que la hauteur de charge nette absolue, ou Net Positive Suction Head (NPSH) qui peuvent aggraver la vaporisation :

• Des températures élevées du condensât provoquent plus de vaporisation à l'intérieur de la pompe.
• Les pompes à vitesse de rotation plus élevée génèrent une vitesse d'écoulement du condensât plus importante au niveau de la roue, ce qui entraîne des pertes de charge localisées plus élevées (ex : 3500 tr/min par rapport à 1750 tr/min).
• Une certaine hauteur d'aspiration du condensât est nécessaire pour empêcher la vaporisation (pression d'aspiration minimum).
• Dans certains cas, une dimension trop faible du tuyau d'aspiration peut entraîner des pertes de charge importantes en amont de la pompe.

Dans de tels cas, le volume de vapeur de revaporisation locale est élevé, mais la teneur en chaleur latente par rapport à la masse totale du mélange est faible. Puis, à mesure que la vapeur de revaporisation continue de se mélanger au condensât, les bulles de vapeur de revaporisation formées dans le liquide implosent rapidement. Ces implosions rapides créent des ondes de choc qui produisent des sons audibles. Ces bruits sont souvent un premier indicateur pour le personnel de l'usine que la cavitation se produit.

Dommages causés par la cavitation

La cavitation se manifeste d'abord par des bruits caractéristiques. Ils sont souvent décrits comme étant similaires à ceux émis lors de l'agitation de cailloux dans un bocal. La cavitation peut endommager non seulement la pompe elle-même, mais aussi la tuyauterie et d'autres matériels connexes.

La formation rapide et l'implosion des bulles de vapeur endommagent les surfaces internes de la pompe et des tuyauteries, et provoquent l'érosion de la roue et du corps de pompe. De plus, avec la chute de performance de la pompe, le condensât va stagner et engendrer de la corrosion dans la tuyauterie et les équipements. Ces deux phénomènes ne peuvent pas toujours être détectés de l'extérieur de la pompe. Heureusement, des solutions existent pour éviter ces avaries.

Mécanisme et préventions

Comme vous le savez probablement déjà, des purgeurs d'air ou de gaz sont inutiles contre la cavitation. Ces appareils sont destinés à éliminer les gaz qui viennent de l'extérieur du circuit et ne s'attaqueront pas à la cause de la cavitation. Afin de prévenir la cavitation, il est essentiel d'éviter la formation de bulles de vapeur dans le corps de la pompe.

Même lorsque la température du condensât entrant dans la pompe est sous le point d'ébullition, le risque de cavitation n'est pas à exclure. La vaporisation peut se produire en raison d'une légère élévation de température ou une chute de pression, lorsque plusieurs équipements évacuent dans un collecteur de condensât partagé, lorsque les vannes de by-pass sont ouvertes ou lorsque les fuites de purgeur ne sont pas réparées.

Le calcul de la hauteur de charge nette disponible (NPSHd) et la sélection minutieuse des pompes avec une hauteur de charge nette absolue compatible (NPSHr) peuvent aider à réduire la survenue de cavitation. Mais il y a encore de nombreux cas avec des pompes électriques bon marché, où il n'y a tout simplement pas suffisamment de NPSH(d) pour l'empêcher. Il faut aussi prendre en compte des paramètres tels qu'une augmentation de la température du condensât. Cela peut provoquer la cavitation dans n'importe quelle pompe à force centrifuge si NPSH(d) < NPSH(r).

Cet article ne traite pas du relevage de condensats par les pompes électriques. Mais dans ce cas aussi, il est nécessaire de calculer la hauteur manométrique totale (HMT) pour le système afin de pouvoir sélectionner une pompe avec une pression de refoulement totale (TDP) adéquate. Fréquemment, la pompe qui possède une NPSH(d) adaptée n'est pas la meilleure pour la variabilité de la HMT. Ce sujet pourrait être abordé dans un nouvel article.

Heureusement, la cavitation peut être complètement éliminée en remplaçant une pompe électrique par une pompe mécanique à vapeur ou à air. La prévention de la cavitation dans les pompes de récupération de condensât est expliquée plus en détail dans la dernière partie de l'article de la théorie de la vapeur:

• Retour des condensats et quand il faut utiliser une pompe à condensât

Méthodes pour résoudre le blocage

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