Les purgeurs de vapeur mécaniques fonctionnent en tenant compte de la différence de densité entre la vapeur et le condensat. Ils traversent de grands volumes de condensat en continu et conviennent à une large gamme d'applications de procédé. Il existe différents types de purgeurs : à flotteur fermé et à flotteur inversé.

Purgeurs de vapeur à flotteur sphérique (purgeurs de vapeur mécaniques)

Les purgeurs à flotteur fonctionnent en détectant la différence de densité entre la vapeur et le condensat. Dans le cas du purgeur illustré à droite (un purgeur à flotteur avec soupape d'air), l'arrivée du condensat dans le purgeur provoque la remontée du flotteur, ce qui soulève la soupape de son siège et provoque le dégonflage.

Les purgeurs modernes utilisent des évents régulateurs, comme illustré sur la photo de droite (Purgeurs à flotteur avec évents régulateurs). Cela permet à l'air initial de circuler tandis que le purgeur gère également les condensats.

L'évent automatique utilise un ensemble de vessie à pression équilibrée similaire à un purgeur de vapeur régulateur, situé dans la zone de vapeur au-dessus du niveau de condensat.

Lorsque l'air initial est libéré, il reste fermé jusqu'à ce que de l'air ou d'autres gaz non condensables s'accumulent pendant le fonctionnement conventionnel et soient ouverts en abaissant la température du mélange air/vapeur.

L'évent du régulateur offre l'avantage supplémentaire d'améliorer considérablement la capacité de condensation lors des démarrages à froid.

Auparavant, en cas de coup de bélier dans le système, l'évent du régulateur présentait une certaine faiblesse. En cas de coup de bélier violent, même la bille pouvait se briser. Cependant, dans les purgeurs à flotteur modernes, l'évent peut être une capsule compacte et très résistante entièrement en acier inoxydable, et les techniques de soudage modernes utilisées sur la bille rendent l'ensemble du flotteur très résistant et fiable en cas de coup de bélier.

À certains égards, le purgeur thermostatique à flotteur est ce qui se rapproche le plus d'un purgeur de vapeur parfait. Quelle que soit la variation de pression de la vapeur, celle-ci sera évacuée dès que possible après la production de condensats.

Avantages des purgeurs de vapeur thermostatiques à flotteur

Le purgeur évacue en continu les condensats à la température de la vapeur. Il est donc idéal pour les applications où le taux de transfert thermique de la surface chauffée est élevé.

Il gère aussi bien les charges de condensats importantes que légères et n'est pas affecté par les fluctuations importantes et inattendues de pression ou de débit.

Tant qu'un évent automatique est installé, le siphon est libre d'évacuer l'air.

Pour sa taille, c'est une capacité démesurée.

La version avec soupape de déblocage de vapeur est le seul purgeur entièrement adapté à tout blocage de vapeur résistant aux coups de bélier.

Inconvénients des purgeurs de vapeur thermostatiques à flotteur

Bien que moins sensibles que les purgeurs à godets inversés, les purgeurs à flotteur peuvent être endommagés par des changements de phase violents, et s'ils doivent être installés dans un endroit exposé, le corps principal doit être décalé et/ou complété par un petit purgeur de réglage secondaire.

Comme tous les purgeurs mécaniques, une structure interne complètement différente est nécessaire pour fonctionner sur une plage de pression variable. Les purgeurs conçus pour fonctionner à des pressions différentielles plus élevées ont des orifices plus petits pour équilibrer la flottabilité du flotteur. Si le purgeur est soumis à une pression différentielle plus élevée que prévu, il se fermera et ne laissera pas passer les condensats.

Purgeurs de vapeur à flotteur inversé (purgeurs de vapeur mécaniques)

(i) Le canon s'affaisse, ce qui retire la soupape de son siège. Le condensat s'écoule sous le fond du seau, le remplit et s'écoule par la sortie.

(ii) L'arrivée de la vapeur fait flotter le canon, qui monte alors et ferme la sortie.

(iii) Le purgeur reste fermé jusqu'à ce que la vapeur contenue dans le seau se condense ou bouillonne par l'orifice d'aération jusqu'au sommet du corps du purgeur. Il s'enfonce alors, arrachant la majeure partie de la soupape de son siège. Le condensat accumulé est évacué et le cycle reprend.

Dans le cas (ii), l'air atteignant le purgeur au démarrage assure la flottabilité du godet et ferme la vanne. L'évent du godet est important pour permettre à l'air de s'échapper vers le haut du purgeur et d'être finalement évacué par la plupart des sièges de vanne. Avec de petits orifices et de faibles différentiels de pression, les purgeurs évacuent l'air relativement lentement. Parallèlement, une certaine quantité de vapeur doit passer (et donc gaspiller) pour que le purgeur fonctionne une fois l'air purgé. Des évents parallèles installés à l'extérieur du purgeur réduisent le temps de démarrage.

Avantages dePurgeurs de vapeur à flotteur inversé

Le purgeur de vapeur à godet inversé a été créé pour résister à une pression élevée.

Un peu comme un appât à vapeur thermostatique flottant, il est très tolérant aux coups de bélier.

Il peut être utilisé sur la conduite de vapeur surchauffée, en ajoutant un clapet anti-retour sur la rainure.

Le mode de défaillance est parfois ouvert, il est donc plus sûr pour les applications qui nécessitent cette fonctionnalité, comme le drainage des turbines.

Inconvénients des purgeurs de vapeur à flotteur inversé

La petite taille de l'ouverture en haut du seau signifie que ce purgeur n'évacue l'air que très lentement. L'ouverture ne peut pas être agrandie, car la vapeur passerait trop rapidement en fonctionnement normal.

Le corps du purgeur doit contenir suffisamment d'eau pour assurer l'étanchéité autour du bord du seau. Si le purgeur perd son étanchéité, de la vapeur est gaspillée par la vanne de sortie. Ce phénomène se produit souvent lors d'une chute soudaine de pression de vapeur, provoquant la vaporisation d'une partie du condensat présent dans le corps du purgeur. Le corps perd sa flottabilité et coule, laissant passer de la vapeur fraîche par les orifices de purge. Ce n'est que lorsque suffisamment de condensat atteint le purgeur que celui-ci peut être à nouveau étanche à l'eau pour éviter tout gaspillage de vapeur.

Si un purgeur à flotteur inversé est utilisé dans une application où des fluctuations de pression sont attendues, un clapet anti-retour doit être installé sur la conduite d'admission en amont du purgeur. La vapeur et l'eau peuvent circuler librement dans le sens indiqué, tandis que le flux inverse est impossible car le clapet anti-retour est plaqué contre son siège.

La température élevée de la vapeur surchauffée peut entraîner la perte de l'étanchéité d'un purgeur à flotteur inversé. Dans ce cas, un clapet anti-retour en amont du purgeur est indispensable. Très peu de purgeurs à flotteur inversé sont équipés d'un clapet anti-retour intégré en standard.

Si un siphon à flotteur inversé est exposé à des températures proches de zéro, il peut être endommagé par un changement de phase. Comme pour les autres types de siphons mécaniques, une isolation adéquate permettra de pallier ce défaut si les conditions ne sont pas trop rigoureuses. Si les conditions environnementales prévues sont bien inférieures à zéro, de nombreux siphons puissants sont à considérer avec soin. Dans le cas d'un drain principal, un siphon thermodynamique constitue le choix privilégié.

Comme le purgeur à flotteur, l'ouverture du purgeur à flotteur inversé est conçue pour absorber la différence de pression maximale. Si le purgeur est soumis à une pression différentielle supérieure à celle prévue, il se fermera et ne laissera pas passer les condensats. Disponible en plusieurs tailles d'orifice pour couvrir une large plage de pressions.