Qu'est-ce que le phénomène de blocage?

Le phénomène blocage peut être décrit comme suit:

Problème qui survient lorsqu'un manque de pression différentielle à travers un appareil de drainage tel qu'un purgeur de vapeur empêche l'évacuation de condensât et cause l'accumulation de celui-ci dans un échangeur de chaleur.

Le phénomène de blocage est souvent lié à:

• Des réchauffeurs brisés
• Des coups de bélier
• Un chauffage inégal

Si vos installations sont sujets à ce genre de problèmes, il est fort probable que votre système souffre de problèmes de blocage.

Blocage dans des échangeurs de chaleur

L'accumulation de condensât dans un échangeur de chaleur peut non seulement engendrer des conséquences indésirables sur la production, mais aussi endommager les pièces d'équipement.

Les purgeurs de vapeur sont incapables d'évacuer le condensât tout seuls. L'évacuation de condensât à travers un purgeur a lieu grâce à une différence de pression entre le côté amont (entrée) et le côté aval (sortie) du purgeur. Pour une bonne évacuation du condensât, la pression amont doit donc être supérieure à la pression aval.

Bien que les systèmes vapeur sont originellement conçus de manière à évacuer le condensât en utilisant la pression différentielle, certains facteurs peuvent perturber ce mécanisme. Par exemple, l'utilisation d'une vanne de régulation de température en aval peut occasionner une inversion de la pression différentielle et causer un blocage.

En général, les problèmes de blocage surviennent en raison d'une vanne de régulation qui contrôle la chaleur fournie et qui cause l'une des trois situations suivantes:

• Vide toujours présent dans l'appareil utilisant la vapeur
• Pression différentielle négative continue
• Alternance entre un pression différentielle positive et négative

Mécanisme causant le blocage dans un système de chauffage à air chaud

Normalement, les échangeurs de chaleur sont conçus de manière à supporter le débit maximal attendu. La surface de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur est fixe, mais le débit de vapeur fluctue en fonction des conditions de fonctionnement. Par exemple, si le flux d'air dans un système de chauffage à air chaud est réduit, la seule façon de maintenir la température de l'air chaud est de réduire la température (pression) de la vapeur utilisée comme source de chaleur.

Si le degré d'ouverture de la vanne diminue pour se rapprocher d'une fermeture totale, la pression à l'intérieur de l'échangeur de chaleur diminue. Par conséquent, la pression amont baisse et devient inférieure à la pression aval. Le condensât n'est alors plus expulsé du purgeur, mais s'accumule dans l'échangeur de chaleur.

Blocage dans un système de chauffage à air chaud

Explications:

Dans un système de chauffage à air chaud utilisant la vapeur comme source de chaleur, la pression de la vapeur est régulée à l'aide de vannes de régulation, de capteurs de température et de régulateurs pour maintenir une température de chauffage constante. L'animation ci-haut représente un tel système: de la vapeur à 0,3 MPaG est utilisée afin d'obtenir de l'air chaud à 80°C. Les problèmes de blocage surviennent souvent dans des installations de ce genre.

• Au début, l'appareil est à température ambiante. Une vanne de régulation fournit la vapeur nécessaire pour monter la température de l'appareil jusqu'à la température désirée, soit 80ºC dans ce cas-ci.
• Lorsque la température s'approche de 80ºC, l'ouverture de la vanne de régulation est réduite, ce qui diminue la pression de la vapeur et le montant de chaleur fourni.
• À fur et à mesure que l'air se réchauffe, la pression de la vapeur et sa température diminuent. Réchauffer de l'air avec de la vapeur à basse pression cause une diminution encore plus prononcée de la pression à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Ceci peut mener à une pression différentielle insuffisante et causer une accumulation de condensât à l'intérieur de l'échangeur de chaleur.
• La vanne de régulation réagit en ouvrant l'ouverture de la vanne (ce qui augmente la pression de la vapeur fournie) et l'évacuation de condensât redevient possible.
• Par la suite, le cycle recommence, causant une accumulation de condensât chaque fois que la pression différentielle est insuffisante.

Problèmes résultant d'un blocage

Même si le rétablissement de la pression à l'entrée du purgeur (pression amont) élimine le blocage, certains problèmes peuvent toujours survenir durant le temps qu'il faut pour rétablir cette pression. Les problèmes de blocage peuvent salir l'intérieur des pièces d'équipement, avoir de mauvaises conséquences sur la qualité/quantité du produit et causer des coups de bélier qui pourraient endommager la tuyauterie et les joints d'étanchéité.

Coups de bélier

Des coups de bélier peuvent survenir lorsque de la vapeur entre en contact avec le condensât qui s'est accumulé et que la différence de température fait en sorte qu'une partie de la vapeur se condense instantanément. Dans les pièces d'équipement aux conduites étroites, comme l'échangeur thermique à calandre illustré ci-dessous, l'impact d'un coup de bélier sur la conduite peut briser celle-ci.

Animation d’un coup de bélier

Lorsque la condensation instantanée de la vapeur crée un coup de bélier, des zones de vide apparaissent. Des amas de condensât accumulé sont alors emportés par le flux, et la force avec laquelle ce condensât se fracasse contre les parois des conduites peut sérieusement endommager celles-ci, surtout lorsqu’elles sont fines.

Animation de dégâts aux conduites

Lorsque la condensation instantanée de la vapeur crée un coup de bélier, des zones de vide apparaissent. Des amas de condensât accumulé sont alors emportés par le flux, et la force avec laquelle ce condensât se fracasse contre les parois des conduites peut sérieusement endommager celles-ci, surtout lorsqu’elles sont fines.

Pour de plus amples détails, veuillez SVP consulter la série d'articles sur les coups de bélier.

Température inégale

Un blocage survenant dans un appareil comme une chaudière à double fond peut entraîner des problèmes sérieux, comme une température inégale du produit.

Une température inégale survient dans la source de chauffage (surface de transfert de la chaleur)

Lorsqu’un blocage survient, du condensât s’accumule. La température du condensât se trouvant au bas de cette flaque diminue. Les échangeurs de chaleur de ce type connaissent une température inégale au niveau de la surface de transfert de la chaleur. Ceci peut avoir un effet négatif sur la qualité du produit.

Simplement remplacer le purgeur n'empêche pas le blocage puisque cette méthode ne résout pas le manque de pression différentielle nécessaire au fonctionnement du purgeur.

Ainsi, on évite normalement les problèmes de blocage en adoptant l'une des deux méthodes suivantes:

• Augmenter la pression à l'entrée du purgeur, ou
• Réduire la pression à la sortie du purgeur

Température uniforme dans la source d’échauffement (Surface d’échauffement)

Si un blocage ne survient pas, l’intérieur du double fond demeure rempli de vapeur et le chauffage égal caractéristique de la vapeur saturée (‘si la pression reste la même, la température sera la même dans toutes les zones’), peut être utilisée à son plein avantage.

Pour plus d'informations sur ces méthodes, veuillez consulter l'article: Méthodes pour résoudre le blocage