Désurchauffeur Heavy Duty A.T.-Temp

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1 Yarway propose une gamme complète de désurchauffeurs, d actionneurs pneumatiques et de filtres pour satisfaire les spécifications des industries de production d énergie, de fabrication du papier et de la pétrochimie Caractéristiques Construction forgée Garniture de presse-étoupe de haute qualité ne contenant pas d amiante. Buses de pulvérisation variable. Grande variété de C v (facteur de débit) disponible. Combinaisons spéciales de buses disponibles. Internes semi-équilibrés ou non pour sélection d actionneurs plus économiques. Actionneur pneumatique Yarway disponible. Classes de pressions et connections : - ASME B16.34 classe 900 à 2500 EN 1092 PN Matériaux - ASTM SA 182 F22 ou ASTM SA 182 F347H ou ASTM SA 182 F91 ou Autres matériaux sur demande. Principales applications Refroidissement de vapeur ou de gaz, Surchauffeur de chaudière, Réchauffeur de chaudière, Alimentation de turbine et Vanne de détente Données techniques Taille : Vapeur NPS 3 (DN 80) Eau NPS 1-1½ (DN 25-40) Vapeur NPS 4 (DN 100) Eau NPS 1½ -2-3 (DN ) Emerson. All rights reserved. VCTDS FR 14/09

2 Fig. 1 Adaptation possible de nombreux types d actionneurs. Presse-étoupe sans amiante. Adaptation possible de nombreux types d arcades via l utilisation d un bossage adaptateur d actionneur universel. Les plans de détail sont disponibles sur demande. La tige est en acier traité pour obtenir un état de surface compatible avec la tresse graphite. Bride d entrée d eau disponible suivant nombreuses normes. Modèle 18 : NPS 1-1½ (DN 25-40) Modèle 28 : NPS 1½ -2-3 (DN ) Le modèle 54/64 possède une bride à eau boulonnée. Bride de vapeur disponible suivant nombreuses normes. Modèle 18 : NPS 3 (DN 80) Modèle 28 : NPS 4 (DN 100) Le corps forgé est disponible dans différents matériaux en conformité avec les codes de construction ASME B16.34 et EN. Marquage CE, si nécessaire. Tube d extension du corps de longueur variable suivant les installations. Construction avec tige et clapet : semi - équilibrés, pour réduire les efforts sur la tige. Construction avec siège stéllité. Le siège est usiné après soudage pour permettre le meilleur alignement et ajustement avec le clapet. Buse à haute performance pour obtenir une fine atomisation de l eau injectée. 2

3 Le désurchauffeur Heavy Duty A.T.-Temp de Yarway a été conçu particulièrement pour les circuits vapeur moyenne et haute pression. Son procédé de fabrication permet toute adaptation aux exigences les plus diverses des codes de construction des chaudières et de matériaux. Cet appareil peut aussi être utilisé comme injecteur de liquide dans un gaz pour lequel des aciers alliés tels que les aciers inoxydables sont souvent spécifiés. Les internes sont identiques à ceux utilisés dans le désurchauffeur Standard Duty A.T.-Temp. Plus de 3800 désurchauffeurs Heavy et Standard Duty A.T.-Temp sont en service aujourd hui. La tige de manoeuvre est usinée pour obtenir un état de surface Ra < 0.1 µ. Une dureté > 1000 Vickers est ensuite obtenue par nitruration. La combinaison de ces traitements de surface améliore l étanchéité tout en réduisant les frottements. Les segments de piston sont spécialement durcis et nitrurés. L assemblage de ces segments donne une parfaite étanchéité aux gaz. Ces segments ont des propriétés de fonctionnement remarquables et permettent d obtenir des valeurs de K v (C v ) aussi faibles que (0.005). Comparaison des systèmes Conventionnel Les systèmes conventionnels d injection d eau comprennent : Une buse de dimension fixe Une vanne de contrôle Une section de la tuyauterie principale de la vapeur Fig. 2 La quantité d eau injectée est contrôlée par la vanne de régulation. Par conséquent, la pression aval de l eau P2 varie avec l ouverture de la vanne. A faible débit, la vanne de régulation est presque fermée, diminuant la pression P2 et la pression différentielle entre l eau et la vapeur. L eau est faiblement atomisée. Le taux d évaporation diminue et le contrôle de la température devient problématique. En général les buses et vannes de contrôle sont dimensionnées pour les conditions normales de fonctionnement. Ce type de dysfonctionnement est aggravé quand les conditions normales de fonctionnement se trouvent être sensiblement en dessous de conditions nominales. La vanne de contrôle est alors en position semi-ouverte en fonctionnement normal. Le débit réduit et la faible pression aval P2 ne permettent plus une bonne pulvérisation de l eau dans le système. Les systèmes conventionnels assurent de bonnes performances uniquement sous des conditions stables de débit. On peut les améliorer en réalisant un profil d écoulement de type Venturi dans la tuyauterie. Yarway propose un désurchauffeur type Venturi pour ce type d application. Une brochure séparée est disponible pour toute information complémentaire. Désurchauffeur A.T.-Temp Le désurchauffeur A.T.-Temp contrôle la quantité d eau injectée en faisant varier le nombre de buses d injection. Cela permet d avoir une pression d eau constante, indépendante du nombre de buses d injection en service. Cela permet d obtenir une atomisation excellente et presque uniforme sur la totalité de la plage de fonctionnement. Le contrôle de l ouverture des buses est obtenu en déplaçant linéairement un piston qui est commandé par un actionneur fixé sur la vanne. La simplicité de cette conception élimine la vanne de contrôle d eau. Fig. 3 P1 P2 Utilisations Les désurchauffeurs A.T.-Temp de Yarway sont utilisés pour le contrôle de la température dans les applications suivantes : Surchauffeurs de chaudière Réchauffeurs de chaudière Extraction de la vapeur (Turbine) Vannes de conditionnement de la vapeur (en association avec une vanne de régulation) Vapeur de procédés Gaz de procédés 3

4 Buses d injection performantes La conception des buses d injection Yarway fait appel aux dernières technologies. La haute qualité de la finition des états de surface minimise les pertes de charge par frottement et garantit que toute la pression différentielle entre l eau et la vapeur est utilisée pour l atomisation de l eau (voir Fig. 4). La buse comporte 2 éléments : A) les orifices et B) le corps de la buse. Chaque buse est alimentée par un trou individuel dans la paroi du cylindre. L eau entre dans la chambre derrière la plaque des orifices par ces ouvertures. Le volume de la chambre relativement important permet d avoir une répartition égale de l eau dans chaque orifice. La pression différentielle créée par la plaque d orifice augmente la vitesse d écoulement. L eau est ensuite centrifugée dans la chambre avant d être expulsée par le trou central. La combinaison de la veine fluide divisée, puis accélérée et centrifugée permet d injecter l eau dans le système en un cône étroit et symétrique. Les buses sont assemblées sur le cylindre et brasées sous vide. Cela maintient l intégrité de l ensemble, même dans les conditions les plus extrêmes. La compatibilité des matériaux du cylindre, du piston et des segments est vérifiée dans les conditions de hautes et basses températures, auxquelles sont soumis les désurchauffeurs de vapeur. Ces appareils peuvent fonctionner sans défaillance sur de longues périodes. Les états de surface sont soigneusement finis pour réduire les pertes de charge par frottement et les profils d écoulement sont conçus pour optimiser l effet de rotation, permettant la formation de gouttelettes de dimension uniforme et constante. La pression différentielle minimum entre la bride d entrée du désurchauffeur A.T.-Temp et la pression de vapeur doit être : Buses de A à Dx : 1 bar Buses de E à K : 2 bar Codes et standards Le désurchauffeur Heavy Duty A.T.-Temp est dessiné et fabriqué de façon à couvrir une grande variété internationale de codes et de standards. Les documents et certificats sont disponibles sur demande. Si des codes et standards spéciaux sont demandés par les autorités locales, Yarway peut discuter avec celles-ci. Fig. 4 A B A B Injecteur à têtes multiples Le désurchauffeur Heavy Duty A.T.-Temp peut être équipé avec une grande variété de têtes de buse. Le filetage uniforme du corps accepte des têtes de buse avec un grand choix de coefficient de débit K v (C v ) pour les vannes. La disposition standard comporte 6 ou 9 buses de dimensions identiques. Mais d autres combinaisons sont possibles. Les caractéristiques du désurchauffeur Heavy Duty A.T.-Temp permettent de fournir un système spécifique sur demande. Consultez Yarway ou votre agent local pour plus d informations. 4

5 Taille Facteur de débit standard A.T.-Temp : 16 6A C v = K v = A C v = K v = B C v = K v = B C v = K v = C C v = K v = C C v = K v = D C v = K v = D C v = K v = Dx C v = K v = Dx C v = K v = E C v = K v = E C v = K v = F C v = K v = F C v = K v = G C v = K v = G C v = K v = H C v = K v = H C v = K v = K C v = K v = K C v = K v = Définition Q = m 3 /h S.G. = kg/dm 3 Δp = bar Valeurs de débit maximum : - Modèle 18/54 avec un débit d eau maximum de 25 m³/h en service continu. - Modèle 28/64 avec un débit d eau maximum de 50 m³/h en service continu. H W G W Fig. 5 H 1 G ST H 2 G ST + G W Dimensionnement Tout désurchauffeur est le lieu de changements thermodynamiques où s applique la conservation des masses et de l énergie. La formule universelle est : Cette formule permet de calculer la quantité d eau nécessaire pour abaisser la température d entrée de la vapeur à la valeur prédéterminée de la température de sortie. G W = G ST ( H 1 -H 2 ) : ( H 2 -H W ) Avec: G W = G ST = H 1 = H 2 = H W = Quantité d eau injectée Quantité de vapeur surchauffée Enthalpie de la vapeur d entrée Enthalpie de la vapeur de sortie Enthalpie de l eau de pulvérisation Paramètres importants du système Mise à part la qualité du système d injection (atomisation primaire), d autres paramètres influencent les performances du désurchauffeur. Ils sont : Vitesse d entrée de la vapeur Quand la vapeur arrive à l entrée avec une grande vitesse, les gouttelettes d eau sont facilement désintégrées. La vitesse de la vapeur est un facteur important pour obtenir une atomisation complète (atomisation secondaire). La vitesse de vapeur minimum acceptable dépend du dimensionnement de la buse et du diamètre de la tuyauterie. Dans le doute, consultez Yarway. Rapport eau sur vapeur La proportion est déterminée en divisant G W par G ST. Pour les systèmes avec une pression de vapeur inférieure à 15 bar, le ratio ne doit pas dépasser 10 % dans des conditions normales d opération. Si le système fonctionne entre 15 et 25 bar, ce ratio peut monter à 15 %. Pour des pressions de fonctionnement supérieures, consultez Yarway. Position des capteurs La distance du point d injection au capteur de température est d environ 12 à 15 mètres. Cette distance peut être sensiblement réduite pour les systèmes fonctionnant à des pressions supérieures à 25 bar. Consultez Yarway. Longueur de tuyauterie droite requise La distance du point d injection au premier coude est fonction de la pression de vapeur, de la température et de la dimension des buses. L expérience montre qu une distance de 4 à 6 mètres est acceptable pour des pressions inférieures à 25 bar. 5

6 Actionneur pneumatique Les actionneurs pneumatiques Yarway sont conçus spécialement pour les désurchauffeurs Yarway utilisés sur les circuits de vapeur basse, moyenne et haute pression. Les modèles (voir Fig. 7) pour une course de 55 mm et (voir Fig. 8) pour une course de 90 mm sont compatibles avec des conditions d utilisation extrêmes : basses et hautes températures ou taux d humidité. L actionneur place le désurchauffeur en position fermée par manque d air. D autres marques avec ou sans sécurité sont disponibles sur demande. Les positionneurs sont disponibles en fonctionnement pneumatique ou électropneumatique, suivant la préférence du client. Les options supplémentaires sont, par exemple, les transmetteurs de position et les fins de course. Fig. 6 Fig. 7 Actionneur électrique Du fait de son système de contre-pression le désurchauffeur A.T.-Temp peut être équipé avec un actionneur électrique de faible puissance (voir Fig. 10). Fig. 8 Fig. 9 Les ensembles actionneur-vanne sont systématiquement essayés à l usine Yarway. Un certificat d essai est fourni avec la vanne motorisée. Système de contrôle La quantité d eau d injection est déterminée par la température de sortie de la vapeur. Le servo-moteur A.T.-Temp est compatible avec tout système conventionnel de régulation fonctionnant à partir de transmetteurs de température, de régulateurs de température ou de positionneurs. Les systèmes entièrement pneumatiques ou entièrement électriques sont compatibles, et aussi une combinaison des deux. Les spécifications exactes doivent être complétées lors du dimensionnement et de la commande. Fig. 10 6

7 Efforts sur la tige de l actionneur Les efforts sur la tige du sont déterminés par la formule suivante : Modèle 18/54: P eau x = Newton (P eau en bar) L effort sur la tige doit être limitée à 15 kn maximum. Modèle 28/64: P eau x = Newton (P eau en bar) L effort sur la tige doit être limité à 50 kn maximum. Une attention particulière doit être prise lorsqu un actionneur électrique est choisi. De par leurs moments d inertie, ces actionneurs peuvent générer des efforts sur les tiges excédant l effort nominal spécifié pendant de courts instants. Yarway recommande d utiliser des accouplements spéciaux à ressort pour de telles applications. Calcul de l actionneur Unités : D siège en cm d tige en cm D clapet en cm P eau en bar F1 = π / 4 (D siège² - d tige²) x P eau F2 = π / 4 (D clapet² - d tige²) x P eau F3 = P eau x F frottement (+ ou -). Fig. 11 D clapet F1 D d F3 F2 F actionneur P eau Informations nécessaires au dimensionnement et à la commande Les désurchauffeurs de vapeur sont dimensionnés spécialement pour une application donnée. Toutes les informations suivantes sont nécessaires pour optimiser la sélection de l appareil. Données vapeur Pression d entrée bar Température d entrée C Température de sortie C (point de consigne) Débit vapeur max. t / h Débit vapeur normal t / h Débit vapeur min. t / h Données eau Pression de l eau bar Température de l eau C Données générales Diamètre tuyauterie mm Schedule tuyauterie Position buse requise (9) (12) (3) (6) Il est essentiel de ne pas surdimensionner le ratio : Débit de vapeur max. Débit de vapeur min. Un ratio trop élevé rendrait nécessaire des injecteurs spéciaux qui ne sont pas en stock. Le stock standard est constitué d injecteurs avec 6 ou 9 buses de même dimension donnant des rendements respectivement de 18 : 1 et 27 : 1, sur le débit de l eau. Notre expérience montre que la majorité des applications se situent dans la proportion indiquée. Fig. 12 Positions des buses d injection Ligne de vapeur Sens d écoulement de la vapeur FP9 FP12 FP3 FP6 L injection de l eau doit s effectuer dans la direction d écoulement de la vapeur. Pour faciliter le raccordement à l alimentation d eau, 4 positions différentes de têtes de buses sont possibles en fonction de la position de la bride d arrivée d eau. La spécification de positionnement des têtes de buses est demandée lors de la commande. Yarway recommande toujours l utilisation d un filtre avec une dimension de tamis de 100 µ (400 µ sur demande) sur la ligne d eau pour prévenir tout encrassement du désurchauffeur Heavy Duty A.T-Temp. 7

8 Tableau 1 - Matériel standard Rep Désignation Standard Standard Cylindre de pulvérisation AISI Inconel 718 Inconel Segment de piston AISI 431 * * 4 Piston AISI 431 * * 5 Bague de fixation SA182 F Siège Stellite 6 Stellite 6 7 Tige AISI 431 * * 9 Corps SA182 F SA182 F347H SA182 F Bride entrée d eau SA182 F SA182 F347H SA182 F Bague AISI 431 * * 14 Ecrou A194 4H Garniture Graphite Graphite 16 Lacet A193 B Fouloir AISI 431 * * 18 Bride de fouloir AISI Plaque du constructeur Acier inox. Acier inox. 20 Ecrou Acier au carbone Acier au carbone 21 Accouplement (Zingué) Acier au carbone Acier au carbone 23 Rondelle de sécurité Acier Acier 24 Ecrou A194 B8C Joint d étanchéité Acier inox./graphite Acier inox./graphite 26 Lacet A193 B8C Fig Détail B Remarque * Nitruré Autres matières disponibles sur demande. 9 Certification : Les désurchauffeurs A.T.-Temp sont certifiés conformes aux codes EN et ASME B16.34 par les organismes compétents. Toutes les données peuvent être sujettes à modifications. Les matériaux et données des désurchauffeurs fournis peuvent varier par rapport à cette brochure. Merci de consulter d autres documents en cas de doute. 7 Détail A ** Détail B raccordement à bride du modèle 54/ Détail A 2 1 Pièces de rechange recommandées 5 4 8

9 Tableau 2 - Dimensions (mm) Longueur standard pour dimensions de ligne vapeur jusqu à DN 300 Fig. 14 G Modèle 18/54 Modèle 28/64 Qmax = 25 m 3 /h. Qmax = 50 m 3 /h. A A à Dx E à K 399 B A à Dx E à K 476 C D E F G M12 x 1.75 M16 x 2.00 H M80 x 2.00 M90 x 2.00 K / / -0.2 L Variable en fonction de la dimension et la classe 150 Variable en fonction de la dimension et la classe 200 M min N 60.3 x 12.6 * 73.0 x 14.0 ** P Vanne ouverte Bride eau Tableau 3 K Vanne fermée Course H F E Remarque Les dimensions peuvent être modifiées sans avis préalable. Yarway fournit un plan dimensionnel certifié sur demande. D * Modèle 54 : 61 mm ** Modèle 64 : 77 mm C Bride vapeur Tableau 3 Tableau 3 - Connexions de bride Modèle 18/54 Modèle 28/64 Qmax = 25 m 3 /h. Qmax = 50 m 3 /h. Bride vapeur NPS 3 classe 900 NPS 4 classe 900 classe 1500 clases 1500 classe 2500 classe 2500 DN 80 PN 160 DN 100 PN 160 PN 250 PN 250 PN 320 PN 320 PN 400 PN 400 Bride eau NPS 1-1½ NPS 1½ -2-3 DN DN Classes de pression selon bride eau Classes de pression selon bride eau L M N A B Remarque Autres classes de pression sur demande. Course : - 55 mm pour buses A - B - C - D - Dx diamètre de ligne vapeur mini : 6 (DN 150) - 90 mm pour buses E - F - G - H - K diamètre de ligne vapeur mini : 8 (DN 200) Point de soudure P Buses 9

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