Les principales sources de gaz non condensables tels que l’air dans les systèmes à vapeur sont les suivantes :
(1) Une fois le système de vapeur fermé, un vide est généré et de l'air est aspiré
(2) L'eau d'alimentation de la chaudière transporte de l'air
(3) L'eau d'alimentation et l'eau condensée entrent en contact avec l'air
(4) Espace d'alimentation et de déchargement des équipements de chauffage intermittent
Les gaz non condensables sont très nocifs pour les systèmes de vapeur et de condensation
(1) Produit une résistance thermique, affecte le transfert de chaleur, réduit le rendement de l'échangeur de chaleur, augmente le temps de chauffage et augmente les besoins en pression de vapeur
(2) En raison de la faible conductivité thermique de l'air, la présence d'air provoquera un chauffage inégal du produit.
(3) Étant donné que la température de la vapeur dans un gaz non condensable ne peut pas être déterminée à l'aide du manomètre, cela est inacceptable pour de nombreux processus.
(4) Le NO2 et le CO2 contenus dans l'air peuvent facilement corroder les vannes, les échangeurs de chaleur, etc.
(5) Du gaz non condensable pénètre dans le système d'eau de condensation, provoquant un coup de bélier.
(6) La présence de 20 % d'air dans l'espace de chauffage entraîne une baisse de la température de la vapeur de plus de 10 °C. Pour répondre à cette demande, la pression de vapeur doit être augmentée. De plus, la présence de gaz non condensables entraîne une baisse de la température de la vapeur et un blocage important du système hydrophobe.
Parmi les trois couches de résistance thermique de transfert de chaleur côté vapeur – film d’eau, film d’air et couche de tartre :
La plus grande résistance thermique provient de la couche d'air. La présence d'un film d'air sur la surface d'échange thermique peut provoquer des points froids, voire empêcher complètement le transfert de chaleur, ou du moins provoquer un chauffage irrégulier. En effet, la résistance thermique de l'air est plus de 1 500 fois supérieure à celle du fer et de l'acier, et 1 300 fois supérieure à celle du cuivre. Lorsque le taux d'air cumulé dans l'échangeur thermique atteint 25 %, la température de la vapeur chute considérablement, réduisant ainsi l'efficacité du transfert de chaleur et entraînant un échec de la stérilisation.
Par conséquent, les gaz non condensables présents dans le système de vapeur doivent être éliminés rapidement. La vanne thermostatique d'échappement d'air la plus couramment utilisée sur le marché contient actuellement un sac étanche rempli de liquide. Le point d'ébullition du liquide est légèrement inférieur à la température de saturation de la vapeur. Ainsi, lorsque de la vapeur pure entoure le sac étanche, le liquide interne s'évapore et sa pression provoque la fermeture de la vanne. Lorsque de l'air est présent dans la vapeur, sa température est inférieure à celle de la vapeur pure et la vanne s'ouvre automatiquement pour évacuer l'air. Lorsque le milieu environnant est de la vapeur pure, la vanne se referme et la vanne thermostatique évacue automatiquement l'air à tout moment pendant le fonctionnement du système de vapeur. L'élimination des gaz non condensables peut améliorer le transfert de chaleur, économiser de l'énergie et augmenter la productivité. Parallèlement, l'air est éliminé à temps pour maintenir les performances du procédé, essentielles au contrôle de la température, à l'homogénéité du chauffage et à l'amélioration de la qualité du produit. Cela réduit la corrosion et les coûts de maintenance. Accélérer le démarrage du système et minimiser la consommation au démarrage sont essentiels pour vider les systèmes de chauffage à vapeur de grands volumes.
Il est préférable d'installer la vanne d'échappement d'air du système de vapeur à l'extrémité de la canalisation, dans un angle mort de l'équipement ou dans la zone de rétention de l'échangeur de chaleur, ce qui favorise l'accumulation et l'élimination des gaz non condensables. Une vanne à boisseau sphérique manuelle doit être installée en amont de la vanne d'échappement thermostatique afin d'empêcher l'arrêt de la vapeur pendant son entretien. Lorsque le système de vapeur est à l'arrêt, la vanne d'échappement est ouverte. Si le flux d'air doit être isolé du milieu extérieur pendant l'arrêt, un clapet anti-retour à faible perte de charge et à étanchéité souple peut être installé en amont de la vanne d'échappement.
Date de publication : 18 janvier 2024
