Détendeurs-régulateurs de pression pour vapeur

Dans une usine, la vapeur est normalement générée à haute pression. Sa pression est ensuite réduite au point d'utilisation. Cette pratique permet de réduire le diamètre des conduites de transport de la vapeur et rendre le transport de la vapeur plus économique.

Réduire la pression de la vapeur

Le processus de réduction de pression se fait généralement en rapetissant l'espace à travers lequel passe la vapeur. Pour une réduction simple de la pression, il est possible d'utiliser une vanne à soupape dans une position entrouverte fixe ou d'insérer un diaphragme à orifice à travers le courant de vapeur. Cependant, l'utilisation de ces méthodes cause une déviation de la pression aval chaque fois qu'il y a une fluctuation de débit. L'emploi d'un détendeur-régulateur de pression limite ces variations de pressions et permet un contrôle précis de la pression aval. L'appareil est conçu de manière à ce que l'ouverture de la vanne s'ajuste automatiquement afin de maintenir une pression constante, même lorsque le débit fluctue.

Avantages d'un détendeur-régulateur de pression

Bien qu'il soit possible de réduire la pression de manière constante par l'utilisation combinée d'une vanne de régulation, d'un capteur de pression et d'un régulateur, un détendeur-régulateur de pression permet de réguler la pression par un mécanisme pleinement automatisé qui ne nécessite aucune force motrice. Il permet en outre une très grande réactivité étant donné que son mode de fonctionnement détecte automatiquement la pression.

Types de détendeurs-régulateurs de pression pour vapeur

Le mécanisme qui ajuste automatiquement la pression dans les détendeurs-régulateurs de pression est basé sur l'équilibre établi entre la pression de la vapeur et la force du ressort de réglage. Ce mécanisme est présent sur presque tous les détendeurs-régulateurs de pression fabriqués aujourd'hui. Il existe toutefois deux types de mécanismes pour réguler l'ouverture de la vanne:

• À action directe: Transfert de force direct du ressort de réglage à la vanne principale
• À fonctionnement piloté: Transfert de force direct du ressort de réglage à une vanne pilote qui est plus petite et n'agit pas comme vanne principale

Voici un aperçu des caractéristiques de chaque type de mécanisme d'ouverture de la vanne.

À action directe

Pour les procédés qui ne demandent pas un contrôle précis de la pression aval

• Pour: compact, prix plus bas, facile à installer
• Contre: plus grosses déviations de la pression aval qu'avec un détendeur-régulateur à fonctionnement piloté

Détendeur-régulateur à action directe

Fig. 2 La pression aval est régulée par un équilibre de forces qui agit directement sur la vanne principale: une force vers le bas déployée par le ressort de réglage et une force vers le haut déployée par la pression aval.

Avis: Les mouvements dans l'illustration animée ont été volontairement ralentis et exagérés afin de clairement illustrer l'ouverture et la fermeture de la vanne.

Dans les détendeurs-régulateurs de pression à action directe, la détente et la compression du ressort de réglage ajuste directement l'ouverture de la vanne principale. Le ressort comprimé déploie une force vers le bas pour ouvrir la vanne principale. La pression aval déploie une force vers le haut (en général contre un soufflet ou un diaphragme) pour fermer cette même vanne. La tension du ressort est ajustée de manière à ce que la compression du ressort puisse contrebalancer les changements de la pression aval. Cette méthode offre une réduction de pression simple. Plus le débit augmente, plus la pression aval dévie du point de réglage.

À fonctionnement piloté

Pour les procédés qui demandent un contrôle précis de la pression aval

• Pour: meilleur contrôle, la pression aval n'a pas tendance à s'écarter de la pression de réglage (déviation) lorsque le débit ou la pression amont fluctue, peut être utilisé avec une plage de débits plus large que les modèles à action directe,
• Contre: plus grand et plus cher

Détendeur-régulateur à fonctionnement piloté

Fig. 3 La pression aval est régulée d'une manière semblable à celle des détendeurs-régulateurs à action directe, mais indirectement à travers une vanne pilote. L'actionnement de la vanne pilote produit un flux de vapeur qui agit sur un piston, ce qui permet de réguler un débit de vapeur plus gros à travers la vanne principale.

Avis: Les mouvements dans l'illustration animée ont été volontairement ralentis et exagérés afin de clairement illustrer l'ouverture et la fermeture de la vanne.

Les détendeurs-régulateurs de pression à fonctionnement piloté sont munis d'une vanne pilote qui fournit un flux de vapeur qui augmente la force verticale agissant pour ouvrir la vanne principale. Ce mécanisme permet de minimiser les variations de la pression aval tout en régulant un plus gros débit de vapeur. L'ouverture de la vanne pilote s'ajuste selon l'équilibre établi entre le ressort de réglage et la pression secondaire. En s'ouvrant, la vanne pilote déploie une pression verticale agissant sur la surface d'un piston ou d'un diaphragme. Plus la surface du piston ou du diaphragme est large, plus la force déployée est puissante. L'amplification de cette force permet l'ouverture de la vanne principale (beaucoup plus grosse), ce qui permet la régulation d'un plus gros débit de fluide.

Un petit changement dans l'ouverture de la vanne pilote pourrait occasionner un gros changement dans l'ouverture de la vanne principale. Grâce à ce mécanisme, la tension du ressort de réglage ne change que légèrement et la pression secondaire peut demeurer stable pour une large plage de débits. Les avantages que présentent les détendeurs-régulateurs à fonctionnement piloté face à ceux à action directe sont la vitesse d'actionnement du mécanisme, leur précision et une pression aval stable pour une large plage de débit.

Résumé

On peut conclure que les détendeurs-régulateurs de pression à action directe et ceux à fonctionnement piloté conviennent à des applications et des fins d'utilisation différentes.

En somme:

• Les détendeurs-régulateurs de pression à action directe devraient surtout être utilisés pour les procédés à charges légères et lorsque les variations de la pression aval n'affectent pas la production.
• Les détendeurs-régulateurs de pression à fonctionnement piloté agissent rapidement même lorsqu'il y a beaucoup de variation de charge pour garder la pression aval stable. Ils sont généralement conseillés pour les procédés à charges lourdes et lorsque le contrôle de la pression doit être précis.

Applications dans les usines utilisant la vapeur:

• Un détendeur-régulateur de pression à action directe peut généralement être utilisé dans les applications à charges plus légères comme les stérilisateurs, aérothermes ou humidificateurs.
• L'utilisation de détendeurs-régulateurs de pression à fonctionnement piloté est toutefois conseillée pour les procédés demandant un plus gros débit, comme les conduites de transport de la vapeurs, puisque le débit de vapeur dans les conduites peut beaucoup fluctuer en raison des différents états de fonctionnement des pièces d'équipement.
• De plus, dans bien des systèmes la quantité de vapeur utilisée par chaque pièce d'équipement lors de la mise en route diffère grandement de la quantité utilisée par l'équipement en cours de fonctionnement régulier. L'utilisation de détendeurs-régulateurs de pression à fonctionnement piloté est aussi conseillée dans ces systèmes en raison des variations de débit.