Revaporisation des condensats
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Revaporisation des condensats

Les condensats de vapeur sont généralement évacués vers un réseau à une pression inférieure à la pression du réseau dont ils sont issus.
Lors de cette détente il se produit une libération de vapeur qui, après séparation du liquide dans un ballon, est récupéré dans un autre réseau de vapeur.
La quantité de vapeur libérée est d'autant plus importante qu'est grande la différence entre la tension de vapeur du condensat et la pression à laquelle les condensats sont détendus.

Les condensats de vapeur extraits d'un équipement sont généralement en équilibre avec la vapeur qui les a généré. Leur tension de vapeur est donc égale à la pression de la vapeur. Cependant dans certains cas les condensats peuvent être refroidis avant revaporisation. Leur tension de vapeur (ou pression de saturation) sera alors fonction de la température effective.

Calcul du taux de vaporisation

Avec les valeurs d'enthalpie

La revaporisation de condensats est une opération se produisant à enthalpie constante:
M0×H0 = Ml×Hl + Mv×Hv Eau liquide et vapeur ont des enthalpies différentes. La proportion de vapeur formée est définie par le bilan enthalpique:
Mv = (M0×H0 - Ml×Hl) ⁄ Hv Mv M0 = H0  Hv - ((1 - Mv) M0)×Hl ⁄ Hv
La résolution de cette  relation nécessite un calcul itératif, mais une approximation satisfaisante est fournie par:
Mv M0  = (H0 - Hl (Hv - Hl)
avec:
M0: Masse de condensat avant revaporisation
Ml , Mv: Masse de liquide et de vapeur après revaporisation
H0: Enthalpie du condensat avant revaporisation
Hl , Hv: Enthalpie du liquide et de la vapeur après revaporisation

Les enthalpies liquide et vapeur sont disponibles dans les tables de propriétés de l'eau et la vapeur saturés.

Le tableau suivant donne la quantité de vapeur générée (kg de vap / tonne de condensat):

Pression de condensation (bars eff)
100 50 20 10 5 3
Press
déten
(bars)
Température des condensats (°C)
311 265 215 185 160 145
quantité de vapeur générée
(kg de vap / tonne de condensat)
50 151 - - - - -
20 260 128 - - - -
10 313 189 70 - - -
5 354 234 120 55 - -
3 376 260 148 85 33 -
atm 439 329 223 163 114 86

Avec les diagrammes enthalpiques

Comme pour de nombreuses autres substances, les diagrammes enthalpiques pour l'eau sont facilement disponibles. Ils représentent les relations entre les fonctions d'état (enthalpie et entropie) et les variables d'état (pression, température, volume). On les trouve sous différentes présentations, en coordonnées:
  • enthalpie - entropie (H-S)
  • température - entropie (T-S)
  • pression - enthalpie (P-H)
Zoom sur le diagramme enthalpique P-H de l'eauCe dernier est sans doute le plus courant. Il est parfois appelé improprement "diagramme de Mollier".

Pour déterminer la proportion de vapeur générée par le flash des condensats, on utilisera la zone du diagramme représentant le mélange liquide vapeur, entre la courbe de saturation du liquide et celle pour la vapeur.
Il est parcouru par une série de courbes représentant la "qualité Q" du mélange, c'est-à-dire la proportion de vapeur dans le mélange.

Exemple:

Une tonne de condensat à 215°C, c'est-à-dire condensés sous une pression de 20 bars eff, est détendue à 10bars eff, puis à pression atmosphérique.
Les tables de valeurs enthalpiques donnent les valeurs suivantes:

H eau saturée à 215°C = 920 kJ/kg
H eau saturée à 11 bars abs = 781 kJ/kg
H eau saturée à 1 bar abs = 417,5 kJ/kg
H vapeur saturée à 11 bars abs = 2780,7 kJ/kg
H vapeur saturée à 1 bar abs = 2675 kJ/kg

La masse de vapeur générée à 10 bars eff est:

(920 - 781)  (2780,7 - 781) = 0,0695 soit près de 7%

La masse supplémentaire générée à pression atmosphèrique est:

(781 - 417,5)  (2675 - 417,5) = 0,161 soit 16% de ce qui restait du précédent flash

Au total, c'est:

0,0695 + 0,161 × (1 - 0,0695) = 0,219 soit près de 22% de vapeur qui sera produite.


Le diagramme enthalpique est naturellement plus rapide à utiliser, mais plus imprécis. Nous voyons que:

  • le condensat initial qui est saturé à 21 bars eff à une température de 210-220°C et une enthalpie d'un peu plus que 900kJ/kg.
  • détendu il conserve son enthalpie qui se répartie entre le liquide et la vapeur; à 10 bars eff la température du mélange est de 185°C environ
  • la qualité du mélange est de 7% environ
  • détendu à pression atmosphérique, le mélange initial conserve son enthalpie initiale; sa empérature chute à 100°C; la qualité du mélange devient alors 22% d'eau vaporisée.
  • si la vapeur est extraite du premier flash, le liquide restant à 185°C possède une enthalpie de 780 kJ/kg environ
  • détendu à pression atmosphèrique, il produit un mélange à  environ 16% de vapeur.

Installation d'un ballon de revaporisation

Installation d'un ballon de revaporisationLes condensats provenant de plusieurs équipements peuvent être conduits vers un ballon de revaporisation unique.
La vapeur générée est saturée à la pression du ballon.
La pression dans le ballon sera au moins égale à celle du réseau dans lequel la vapeur se déverse. Elle pourra être supérieure si une vanne de détente de la vapeur est installée.
La pression du ballon s'appliquera au réseau de condensats qui l'alimente. On doit en tenir compte pour le dimensionnement de l'évacuation des condensats.
Le ballon doit permettre la séparation de la vapeur générée et du liquide restant:
Un entraînement de goutelettes liquide dans la vapeur peut être le signe d'une section de désengagement insuffisante.
Un entrainement d'un grand volume de liquide peut être le signe d'un soutirage insuffisant du liquide restant.

Table des propriétés de la vapeur et des condensats

Press
absolue
(bar)
Temp
à
saturat
(°C)
Enthalpie (kJ/kg) Volume
spécif
vapeur
(m3/kg)
Liquide Vaporis Vapeur
0,01 6,97 29,30 2484,37 2513,67 129,178
0,012 9,65 40,57 2478,01 2518,58 108,670
0,015 13,02 54,68 2470,04 2524,72 87,959
0,02 17,49 73,43 2459,45 2532,88 66,987
0,025 21,08 88,42 2450,97 2539,39 54,240
0,03 24,08 100,98 2443,86 2544,84 45,653
0,035 26,67 111,82 2437,71 2549,53 39,466
0,04 28,96 121,39 2432,28 2553,67 34,791
0,045 31,01 129,96 2427,41 2557,37 31,131
0,05 32,87 137,75 2422,98 2560,73 28,185
0,06 36,16 151,48 2415,15 2566,63 23,733
0,07 39,00 163,35 2408,37 2571,72 20,524
0,08 41,51 173,84 2402,37 2576,21 18,099
0,09 43,76 183,25 2396,97 2580,22 16,199
0,1 45,81 191,81 2392,05 2583,86 14,670
0,2 60,06 251,42 2357,51 2608,94 7,648
0,3 69,10 289,27 2335,27 2624,55 5,228
0,4 75,86 317,62 2318,43 2636,05 3,993
0,5 81,32 340,54 2304,67 2645,22 3,240
0,6 85,93 359,91 2292,95 2652,86 2,732
0,7 89,93 376,75 2282,67 2659,42 2,365
0,8 93,49 391,71 2273,47 2665,18 2,087
0,9 96,69 405,20 2265,12 2670,31 1,869
1 99,61 417,50 2257,44 2674,95 1,694
1,1 102,29 428,84 2250,33 2679,17 1,549
1,2 104,78 439,36 2243,69 2683,05 1,428
1,3 107,11 449,19 2237,46 2686,64 1,325
1,4 109,29 458,42 2231,57 2689,98 1,237
1,5 111,35 467,13 2225,98 2693,11 1,159
1,6 113,30 475,38 2220,66 2696,04 1,091
1,7 115,15 483,22 2215,58 2698,80 1,031
1,8 116,91 490,70 2210,71 2701,41 0,977
1,9 118,60 497,85 2206,03 2703,88 0,929
2 120,21 504,70 2201,53 2706,23 0,886
2,1 121,76 511,29 2197,18 2708,47 0,846
2,2 123,25 517,63 2192,98 2710,61 0,810
2,3 124,69 523,74 2188,92 2712,65 0,777
2,4 126,07 529,64 2184,97 2714,61 0,747
2,5 127,41 535,34 2181,14 2716,49 0,719
2,6 128,71 540,87 2177,42 2718,30 0,693
2,7 129,97 546,24 2173,80 2720,03 0,669
2,8 131,19 551,44 2170,27 2721,71 0,646
2,9 132,37 556,50 2166,82 2723,32 0,625
3 133,52 561,43 2163,46 2724,88 0,606
3,2 135,74 570,90 2156,95 2727,85 0,570
3,4 137,84 579,91 2150,72 2730,63 0,539
3,6 139,85 588,52 2144,73 2733,25 0,510
3,8 141,77 596,75 2138,97 2735,72 0,485
4 143,61 604,65 2133,40 2738,05 0,462
4,2 145,38 612,25 2128,01 2740,27 0,442
4,4 147,08 619,58 2122,80 2742,37 0,423
4,6 148,72 626,64 2117,73 2744,37 0,405
4,8 150,30 633,47 2112,81 2746,28 0,389
5 151,83 640,09 2108,02 2748,11 0,375
5,2 153,31 646,50 2103,36 2749,85 0,361
5,4 154,75 652,72 2098,81 2751,52 0,349
5,6 156,15 658,77 2094,36 2753,13 0,337
5,8 157,51 664,65 2090,02 2754,66 0,326
6 158,83 670,38 2085,77 2756,14 0,316
6,5 161,98 684,08 2075,52 2759,60 0,293
7 164,95 697,00 2065,75 2762,75 0,273
7,5 167,75 709,24 2056,41 2765,64 0,256
8 170,41 720,86 2047,44 2768,30 0,240
8,5 172,94 731,95 2038,81 2770,76 0,227
9 175,35 742,56 2030,47 2773,03 0,215
9,5 177,66 752,74 2022,41 2775,14 0,204
10 179,88 762,52 2014,59 2777,11 0,194
10,5 182,01 771,94 2007,00 2778,94 0,186
11 184,06 781,03 1999,62 2780,65 0,177
11,5 186,04 789,82 1992,43 2782,25 0,170
12 187,96 798,33 1985,41 2783,74 0,163
12,5 189,81 806,58 1978,56 2785,14 0,157
13 191,60 814,60 1971,86 2786,46 0,151
13,5 193,35 822,39 1965,30 2787,69 0,146
14 195,04 829,97 1958,88 2788,85 0,141
14,5 196,69 837,35 1952,58 2789,93 0,136
15 198,29 844,56 1946,40 2790,96 0,132
16 201,37 858,46 1934,36 2792,82 0,124
17 204,31 871,74 1922,72 2794,46 0,117
18 207,11 884,47 1911,43 2795,91 0,110
19 209,80 896,71 1900,47 2797,18 0,105
20 212,38 908,50 1889,79 2798,29 0,100
21 214,86 919,87 1879,39 2799,26 0,095
22 217,25 930,87 1869,23 2800,10 0,091
23 219,56 941,53 1859,29 2800,82 0,087
24 221,79 951,87 1849,56 2801,43 0,083
25 223,95 961,91 1840,03 2801,93 0,080
26 226,05 971,67 1830,67 2802,34 0,077
27 228,08 981,18 1821,48 2802,66 0,074
28 230,06 990,46 1812,45 2802,90 0,071
29 231,98 999,51 1803,56 2803,06 0,069
30 233,85 1008,34 1794,81 2803,15 0,067
31 235,68 1016,99 1786,19 2803,17 0,065
32 237,46 1025,44 1777,69 2803,13 0,062
33 239,20 1033,72 1769,30 2803,02 0,061
34 240,90 1041,84 1761,02 2802,86 0,059
35 242,56 1049,80 1752,85 2802,64 0,057
36 244,18 1057,61 1744,77 2802,38 0,055
37 245,77 1065,27 1736,78 2802,06 0,054
38 247,33 1072,81 1728,88 2801,69 0,052
39 248,86 1080,21 1721,07 2801,28 0,051
40 250,35 1087,49 1713,33 2800,82 0,050
42 253,26 1101,71 1698,08 2799,79 0,047
44 256,07 1115,50 1683,09 2798,60 0,045
46 258,78 1128,90 1668,36 2797,26 0,043
48 261,40 1141,94 1653,86 2795,80 0,041
50 263,94 1154,64 1639,56 2794,21 0,039
52 266,40 1167,04 1625,46 2792,50 0,038
54 268,79 1179,14 1611,53 2790,67 0,036
56 271,12 1190,98 1597,76 2788,75 0,035
58 273,38 1202,57 1584,15 2786,72 0,034
60 275,58 1213,92 1570,67 2784,59 0,032
62 277,73 1225,06 1557,31 2782,37 0,031
64 279,83 1235,99 1544,07 2780,06 0,030
66 281,87 1246,72 1530,94 2777,67 0,029
68 283,87 1257,28 1517,91 2775,19 0,028
70 285,83 1267,66 1504,97 2772,63 0,027
72 287,74 1277,88 1492,11 2769,99 0,027
74 289,61 1287,95 1479,33 2767,28 0,026
76 291,45 1297,87 1466,62 2764,49 0,025
78 293,25 1307,65 1453,97 2761,62 0,024
80 295,01 1317,31 1441,37 2758,68 0,024
82 296,74 1326,84 1428,83 2755,67 0,023
84 298,43 1336,26 1416,33 2752,60 0,022
86 300,10 1345,57 1403,88 2749,45 0,022
88 301,74 1354,77 1391,46 2746,23 0,021
90 303,34 1363,87 1379,07 2742,94 0,020
95 307,25 1386,23 1348,20 2734,43 0,019
100 311,00 1408,06 1317,43 2725,49 0,018
105 314,60 1429,45 1286,68 2716,13 0,017
110 318,08 1450,44 1255,90 2706,35 0,016
115 321,43 1471,10 1225,03 2696,12 0,015
120 324,68 1491,46 1193,99 2685,45 0,014
125 327,81 1511,58 1162,72 2674,31 0,013
130 330,85 1531,51 1131,17 2662,68 0,013
135 333,80 1551,29 1099,25 2650,54 0,012
140 336,67 1570,96 1066,90 2637,86 0,011
145 339,45 1590,58 1034,01 2624,59 0,011
150 342,16 1610,20 1000,50 2610,70 0,010
155 344,79 1629,88 966,24 2596,12 0,010
160 347,35 1649,69 931,10 2580,79 0,009
170 352,29 1690,03 857,47 2547,50 0,008
180 356,99 1732,09 777,74 2509,83 0,008
190 361,47 1777,15 688,85 2466,01 0,007
200 365,75 1827,21 585,13 2412,35 0,006
210 369,83 1887,56 451,04 2338,59 0,005
220 373,71 2011,34 161,75 2173,09 0,004
220,64 373,95 2084,26 0,00 2084,26 0,003


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