Vannes de conditionnement de la vapeur

conditionnement de la vapeur

Les vannes de conditionnement de la vapeur représentent ce que l'on peut faire de mieux actuellement en matière de contrôle de la pression et de la température de la vapeur, en associant les deux fonctions dans une seule et unique unité de contrôle. Ces vannes répondent au besoin de mieux contrôler les conditions de la vapeur au vu de

l'augmentation du prix de l'énergie et des opérations plus rigoureuses dans les usines.

Les vannes de conditionnement de la vapeur fournissent également un meilleur contrôle de la température, un meilleur abattement du bruit, et elles nécessitent moins de

restrictions qu'un désurchauffeur et une station de réduction de la pression équivalents.

La vanne de conditionnement de la vapeur illustrée à la Figure 7.10 associe le contrôle de la pression et de la température dans une seule et unique vanne. Des outils d'analyse par éléments finis (FEA) et de calcul de la dynamique du fluide (CFD) ont été utilisés lors de son développement, afin de qualifier son intégrité structurelle et d'optimiser les performances opératoires de la vanne, ainsi que sa fiabilité générale. La conception robuste de cette vanne de conditionnement de la vapeur est en mesure de gérer les chutes de pression complètes de la vapeur

principale, tandis que sa conception à fluide en montée, associée à la technologie d'abattement du bruit, empêchent la génération de bruits et de vibrations excessifs.

Manuel de la vanne de régulation | Chapitre 7 : Conditionnement de la vapeur

154

La configuration simplifiée de l'équipement interne (Figure 7.10) utilisée dans la vanne de conditionnement de la vapeur s'adapte aux changements rapides de température, comme par exemple lors du déclenchement de la turbine. La cage est cémentée pour une durée de vie maximale et peut se développer pendant les excursions thermiques induites.

Le clapet de vanne est continuellement guidé, il utilise des recouvrements à base de cobalt pour les bandes de guidage et un obturateur métallique étanche contre le siège.

Figure 7.10 Vue de la section transversale d'une vanne de conditionnement de la vapeur

La vanne de conditionnement de la vapeur incorpore un collecteur d'eau de pulvérisation en aval de son étage de réduction de la pression. Le collecteur est équipé de buses de pulvérisation activées par la contre-pression, afin de maximiser le mélange et la

vaporisation rapide de l'eau.

À l'origine, la buse de pulvérisation (Figure 7.11) a été développée pour les systèmes de décharge des condenseurs, où la pression de la vapeur en aval peut baisser sous le niveau de saturation. Les buses de ce type permettent d'assurer la meilleure variation de l'équipement en réduisant le débit minimum. Ce résultat est obtenu par la contre-pression de la buse à une valeur dP inférieure. L'autre avantage est que la plus grande valeur dP de la buse aux ouvertures inférieures permet à l'eau de se détendre à la sortie de la buse et non pas dans l'équipement interne qui contient l'eau de pulvérisation.

Le chargement par ressort du clapet de buse dans la buse de pulvérisation évite ces changements en forçant le clapet à se fermer lorsque la détente se produit. Avec la détente, la compressibilité du fluide change et le ressort de la buse forcera la fermeture et la re-pressurisation du fluide. Lorsque cela est

effectué, le fluide retrouve ses propriété liquides et ramène le débit vers le condenseur.

Figure 7.11 Buse de vaporisation à géométrie variable actionnée par la contre-pression

La vanne de conditionnement de la vapeur injecte l'eau à pulvériser vers le centre du conduit et l'éloigne de la paroi du conduit. Le nombre de points d'injection varie en fonction de l'application. Lorsque les différentiels de pression de la vapeur sont élevés, la taille de la sortie de la vanne augmente brusquement pour recevoir de plus grands volumes spécifiques. De même, un plus grand nombre de buses est prévu sur la circonférence de la sortie, ce qui permet d'obtenir une répartition plus homogène et complète de l'eau pulvérisée.

La disposition simplifiée de l'équipement interne dans la vanne de conditionnement de la vapeur permet de l'utiliser également dans les classes de pression plus élevée (jusqu'à la classe ANSI 2500 ou plus) et à des

températures de fonctionnement plus élevées. La configuration équilibrée du clapet fournit une fermeture de classe V et une caractéristique du débit linéaire.

La vanne de conditionnement de la vapeur utilise généralement des actionneurs pneumatiques à piston hautes performances associés à un contrôleur numérique de vanne pour effectuer la course complète en moins de deux secondes, tout en assurant une réponse extrêmement précise de la phase.

Lorsque le conduit le demande, la vanne de conditionnement de la vapeur peut être équipée de composants séparés, ce qui permet de contrôler la pression dans le corps de la vanne et de réduire la température dans un refroidisseur de vapeur en aval. Des corps de robinets à soupape moulés peuvent également être fournis et utilisés en association avec les désurchauffeurs insérés, ce qui constitue une solution plus

économique.

7.4.1 Désurchauffeur à vapeur

Le désurchauffeur à vapeur (Figure 7.12) est normalement utilisé lorsque les fonctions de réduction de la pression et de désurchauffage doivent être séparées dans une application.

Le refroidisseur à vapeur est équipé d'un collecteur d'alimentation en eau. Le collecteur (il est également possible de disposer plusieurs collecteurs) assure un débit d'eau de refroidissement vers différentes buses de pulvérisation disposées sur la paroi du conduit, dans la section de sortie. Cela génère un jet fin, injecté de manière radiale dans les grandes turbulences du débit de vapeur axial. L'association de la grande surface de contact de l'eau et des grandes turbulences du débit permet d'assurer un mélange efficace et une vaporisation rapide.

Figure 7.12 Désurchauffeur en anneau avec chemise

7.4.2 Arroseur de vapeur

Les arroseurs de vapeur (Figure 7.13) sont des dispositifs de réduction de la pression utilisés pour évacuer en toute sécurité la vapeur dans un condenseur ou dans un conduit

d'évacuation de la turbine. De plus, l'arroseur de vapeur fournit la contre-pression à la vanne de contournement de la turbine, limite la vitesse de la vapeur et permet de diminuer la taille du conduit entre la vanne de contournement et l'arroseur. La conception et l'installation de l'arroseur sont deux éléments clé dans l'évaluation du bruit total du système. La conception de l'arroseur est essentielle au bon fonctionnement du système de contournement de la turbine.

Pour pallier au bruit provoqué par le débit, les arroseurs de vapeur peuvent employer différentes technologies d'abattement du bruit. n

Figure 7.13 Arroseur de vapeur avec technologie de contrôle du bruit par orifices percés

7.5 Comprendre les systèmes de contournement de la turbine

Le système de contournement de la turbine a évolué ces dernières décennies suite au changement du mode de fonctionnement des centrales électriques. Il est

communément utilisé dans les centrales électriques où les opérations nécessitent une réponse rapide aux grandes variations de la demande d'énergie. La journée type d'une centrale électrique peut commencer à une charge minimum, tourner à la capacité maximum pendant la plus grande partie de la journée, revenir rapidement à la production minimum, puis remonter à pleine charge, et ce sur une période de 24 heures. Les chaudières, les turbines, les condenseurs et d'autres équipements associés ne peuvent pas répondre de manière adéquate à des changements aussi rapides sans une forme quelconque de contournement de la turbine.

Le système de contournement de la turbine permet d'utiliser la chaudière

indépendamment de la turbine. En mode démarrage, ou lorsque la génération de puissance doit baisser rapidement, le contournement de la turbine fournit un autre chemin à la vapeur, mais il conditionne également la vapeur à la même pression et à la même température que celles qui sont généralement produites par le processus d'expansion de la turbine. En fournissant un autre chemin à la vapeur, le système de contournement de la turbine protège la turbine, la chaudière et le condenseur contre les dommages qui peuvent se produire sous l'effet des écarts de température et de pression. C'est la raison pour laquelle de

Manuel de la vanne de régulation | Chapitre 7 : Conditionnement de la vapeur

156

nombreux systèmes de contournement de la turbine requièrent un temps de réponse ouverture/fermeture extrêmement rapide afin d'assurer la meilleure protection de l'équipement. Ce résultat est obtenu via un système d'actionnement qui fournit à la fois la force et les contrôles pour cette opération.

De plus, lors de la mise en route d'une nouvelle centrale, le système de