Dimensionnement des conduites de condensats de vapeur

Vue d'ensemble

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Le dimensionnement des tuyaux de condensat de vapeur garantit que le condensat liquide retourne en toute sécurité de l'équipement de process à la chaufferie ou au récepteur. Les lignes sous-dimensionnées provoquent une contre-pression, des coups de bélier et des équipements inondés ; les lignes surdimensionnées ajoutent un coût inutile. La conception doit prendre en compte le débit massique de condensat, la génération de vapeur flash, le frottement dans les tuyaux, la dilatation thermique et la hauteur de levage vertical.

Formules clés

Débit massique de condensat

$\dot{m} = \frac{\dot{Q}}{h_{fg}}$

La charge thermique divisée par la chaleur latente de vaporisation donne la masse de condensat produite.

Chute de pression Darcy–Weisbach

$\Delta P = f \frac{L}{D} \frac{\rho v^2}{2}$

Chute de pression par frottement le long d'une conduite droite.

Section transversale

$A = \frac{\pi D^2}{4}$

Continuité

$\dot{m} = \rho \, A \, v$

Fraction de vapeur flash

$x_{flash} = \frac{h_{f,1} - h_{f,2}}{h_{fg,2}}$

Où $h_{f,1}$ est l'enthalpie du liquide à la pression amont (haute) et $h_{f,2}$, $h_{fg,2}$ sont évalués à la pression aval (basse).

Variables

Vitesses recommandées

Des vitesses plus élevées augmentent le bruit, l'érosion et la chute de pression ; des vitesses plus basses risquent de provoquer l'accumulation de condensat et des coups de bélier dans les conduites de vapeur.

Dimensionnement des tuyaux de condensat — Capacités

Génération de vapeur flash

Lorsque le condensat haute pression est déchargé dans un récupérateur basse pression, une partie se transforme en vapeur flash. Le volume de vapeur flash doit être pris en compte dans la ligne de retour du condensat.

Calculateur — Débit de condensat à partir de la charge thermique

Convertisseur d'unités

Notes d'ingénierie

• Gravité vs. retour pompé. Les lignes de condensat par gravité sont surdimensionnées par rapport aux lignes pompées parce que la tête motrice disponible est faible — souvent seulement la hauteur statique de la colonne de condensat moins les pertes par friction. Maintenez la vitesse en dessous de 0,5 m/s.
• Volume de vapeur flash. Une conduite de condensat transportant de la vapeur flash doit être dimensionnée pour le volume combiné des deux phases. Le volume spécifique de la vapeur est des ordres de grandeur supérieur à celui du liquide, donc même quelques pour cent de flash en masse peuvent dominer la surface de tuyau requise.
• Coups de bélier. Les conduites de condensat sont sensibles aux coups de bélier lorsque des poches de vapeur s'effondrent ou lorsque le condensat est accéléré par des changements de pression brusques. Inclinez toutes les lignes horizontales vers le bas dans le sens du flux (minimum 1:100) et prévoyez des draineurs aux points bas.
• Dilatation thermique. L'acier au carbone se dilate d'environ 12 mm par 100 m de tuyau par augmentation de 100 °C. Les conduites de condensat de vapeur fonctionnent à haute température — prévoyez des boucles de dilatation, des décalages ou des soufflets à des intervalles appropriés.
• Matériau de tuyauterie. L'acier au carbone (Schedule 40) est standard pour les conduites de condensat. Le cuivre ou l'acier inoxydable peuvent être utilisés pour des diamètres plus petits ou lorsque la qualité de l'eau est critique. Évitez les joints de métaux dissemblables sans raccords isolants pour prévenir la corrosion galvanique.
• Facteur de sécurité sur la capacité des pièges à vapeur. Sélectionnez des pièges à vapeur avec une capacité 2 à 3 fois la charge de condensat calculée pour gérer les pics de démarrage et les variations de pression.
• Isolation. Isolez toutes les conduites de condensat pour réduire les pertes de chaleur et protéger le personnel des brûlures. Les conduites de condensat non isolées refroidissent également le condensat, réduisant la quantité de vapeur flash récupérée et pouvant potentiellement provoquer un effondrement induit par le vide dans les conduites de retour.

Références

• Source originale — Engineering ToolBox