Réponses aux questions des visiteurs

Certains d'entre vous écrivent pour demander quelques compléments sur un sujet traité dans ces pages, ou pour soumettre une question non encore traitée. Les réponses à ces questions peuvent aussi être utiles à d'autres visiteurs. C'est pourquoi une sélection des sujets abordés est rassemblée ici. Leur rédaction est bien sûr adaptée afin de préserver l'anonymat des questionneurs et la confidentialité des informations techniques échangées.

Opérations sur les liquides

Pour le dimensionnement d'un circuit de transfert, comment faire le choix entre faible diamètre et forte perte de charge ou gros diamètre et faible perte de charge?

Lors du dimensionnement d'un circuit de transfert par pompe, si seul le débit est imposé, le choix existe entre faire des économies sur la taille de la tuyauterie au détriment de la puissance de la pompe ou l'inverse. Le choix optimum pourrait être fait sur la base des coûts des éléments et de la dépense énergétique de pompage. Si le coût de l'énergie est bas, le choix peut être orienté vers une forte perte de charge en ligne dans une tuyauterie de faible diamètre. Ce choix, pour être pertinent demande des calculs très précis de la perte de charge en ligne. Malheureusement les données sont généralement insufisantes. Les calculs sont le plus souvent fondés sur des valeurs standard de coefficients de perte de charge. Les valeurs réelles pour les accessoires de tuyauterie (vannes, clapets) sont rarement disponibles, la rugosité des tubes varie dans le temps, l'effet des cordons de soudure est négligé, ....La perte de charge évolue comme le carré de la vitesse, et 10% d'erreur sur le coefficient de perte de charge conduira à une erreur sur le relevage de la pompe 4 fois supérieure à 2 m/s qu'à 1 m/s. Le risque est, de ne pas obtenir le débit attendu. Rappelons les bonnes pratiques éprouvées:

• vitesse optimum dans les tuyauteries entre 1 et 1,5 m/s
• ne pas choisir le diamètre maximum d'impulseur de la pompe (pour permettre un dégoulottage ou corriger une erreur)
• dimensionner l'alimentation électrique (à défaut du moteur) pour la puissance demandée par l'impulseur maxi

Ecoulement des fluides; facteur de frottement: Pourquoi trouve-t-on dans la littérature des expressions différentes pour calculer le facteur de frottement donnant des valeurs dans un rapport de 1 à 4?

Le facteur de frottement peut être défini: soit comme paramètre de l'équation de Darcy (c'est ce que j'ai choisi sur les pages du site Process's), soit comme paramètre de l'équation de Fanning (Fanning factor chez les anglo-saxons). Les équations de Darcy et de Fanning sont très similaires mais diffèrent d'un facteur 4. Le facteur de Darcy est donc quatre fois plus grand que le facteur de Fanning. On peut utiliser l'un ou l'autre à condition d'utiliser la relation adéquate. Si on utilise le facteur de Darcy dans la relation de Fanning ou inversement, la perte de charge calculée sera quatre fois trop grande ou quatre fois trop petite. S'il n'est pas précisé qu'il s'agit de Darcy ou de Fanning, on peut chercher la valeur en régime laminaire (Re=1000 par exemple); on doit trouver approximativement 64/Re pour le facteur de Darcy et 16/Re pour le facteur de Fanning.

Opérations sur les solides

Opérations sur les gaz

Où trouver des données sur l'air humide?

Les valeurs de teneur en eau de l'air humide en fonction de sa température qui font référence dans la profession sont publiées et régulièrement mises à jour par l'ASHRAE, une association professionnelle nord américaine. On les trouve dans un ouvrage titré ASHRAE Handbook-Fundamentals.

Quelle est la différence entre une détente réversible et une détente irréversible ?

Il est fréquent de dénommer ainsi deux processus limite de détente d’un fluide :

• Une détente réversible dans une machine produisant un travail
• Une détente irréversible ne produisant aucun travail

Dans le premier cas, on peut imaginer que grâce à un apport de travail à la machine, on puisse inverser le processus. Dans la réalité ce n’est possible qu'avec un apport d’énergie supplémentaire ; la détente n’est jamais parfaitement réversible.

Par contre les détentes irréversibles sont courantes; toute détente au travers d’une restriction est une détente irréversible.

Il est plus réaliste de différencier les détentes produisant un travail de celles n’en produisant pas:

• Une détente ne produisant aucun travail conserve intacte son enthalpie; c’est une détente isenthalpique. Elle est spontanée ; il y a augmentation de l’entropie
• Une détente produisant un travail pourrait, avec une machine idéale, se produire sans augmentation de l’entropie ; ce serait une détente réversible ; la quantité de travail produit serait maximale. Cette machine idéale n’existe pas.

La détente réelle se produit avec augmentation de l’entropie; elle est moindre lorsqu'un travail est produit. Le travail est obtenu par conversion d’une partie de l’enthalpie initiale du fluide; la diminution de l'enthalpie du fluide abaisse sa température.

Doit-on tenir compte de l'effet Joule-Thomson lors d'une détente non isenthalpique d'un gaz?

On parle souvent d'effet Joule-Thomson lors d'une détente isenthalpique parce que dans ce cas il y a un effet sur la température avec un gaz réel, non prévu par la théorie des gaz parfaits. Par contre dans une détente isentropique l'effet sur la température est normalement attendu et lors d'une détente isotherme par définition il n'y a pas de variation de température. L'effet Joule-Thomson n'est pas un phénomène physique particulier; il résulte de la non idéalité des gaz réels; dans un certain domaine de pression et température l'évolution de l'enthalpie a un comportement singulier. Ce comportement ne dépend pas de la manière d'effectuer la détente; l'enthalpie est une fonction d'état, qui ne dépend pas du chemin suivi entre l'état initial et l'état final. C'est pourquoi, pour l'évaluation d'une transformation quelconque impliquant un bilan enthalpique, il peut être inutile de décomposer l'opération en phénomènes élémentaires (abaissement de température due à la perte de pression + augmentation de température due à l'échange thermique par exemple),  si un bilan enthalpique globalpeut suffir pour définir les conditions de sortie. L'effet Joule-Thomson sera automatiquement inclu ainsi.

Transfert de matière

Parmis plusieurs estimations de la diffusivité, quelle valeur retenir pour un dimensionnement?

Tout d'abord, il est important d'avoir un ordre de grandeur de la valeur attendue; cela permet de vérifier que la méthode est adaptée, qu'elle a été correctement appliquée. On peut aussi être trompé par une erreur typographique dans le document qui nous sert de référence. Ensuite, éliminer la valeur qui s'écarte manifestement trop des autres. Enfin retenir la valeur la plus défavorable pour le dimensionnement. Ainsi l'équipement sera peut-être un peu surdimensionné. Cela laissera un peu de marge pour une future augmentation de capacité ou pour des fonctionnements dégradés dus par exemple à des encrassements, une pression trop faible, .... La situation inverse serait catastrophique. Un équipement sous dimensionné ne fera pas le travail attendu. Il limitera sûrement la production de toute une unité, et le remède sera sans doute le remplacement de l'équipement incriminé. Les conséquences (coût et délais) d'une telle opération sont sans comparaison avec le bénéfice attendu d'un dimensionnement "optimiste".

Transfert de chaleur

Quelle qualité d'eau utiliser pour désurchauffer de la vapeur?

Lors de la désurchauffe, la quasi totalité de l'eau sera vaporisée; si cette eau contient des sels dissous, ceux-ci formeront un dépôt qui ne pourra être purgé. Il est donc recommandé d'utiliser une eau contenant le moins possible de sel. L'eau à utiliser en priorité sera les condensats de vapeur recyclés. Outre l'absence de sel dissous, leur température élevée favorisera leur vaporisation et optimisera l'efficacité du désurchauffeur; il est donc inutile de les refroidir. A défaut une eau déminéralisée pourra être utilisée. Une eau seulement adoucie ne conviendra pas, l'adoucissement consistant seulement à remplacer les ions calcium et magnésium par des ions sodium sans réduire la quantité globale de sel contenu.

Comment détecter une fuite d'eau de mer sur un condenseur?

On peut rechercher les ions chlorure dans le condensat procédé en sortie de l'échangeur ou dans l'eau décantée du condensat procédé si celui-ci n'est pas miscible à l'eau. Les ions chlorure sont aisément détectables, à de très faibles teneurs.

Le calcul de la résistance due à l'encrassement permet-elle de suivre l'évolution de l'encrassement d'un échangeur et prédire la date à laquelle il ne sera plus efficace?

Oui le calcul de la résistance due à l'encrassement permet de surveiller l'évolution d'un échangeur, et ainsi anticiper un remplacement, un nettoyage, ou évaluer l'efficacité d'un traitement ou d'un additif.
Cependant ce calcul n'est pas simple. Dans la plupart des cas, on ne dispose que d'une évaluation globale de la performance.
La variation de la performance d'un échangeur a plusieurs causes:
- la variation du coefficient de film, ou coefficient de transfert propre dû à la variation des débits ou de la composition des fluides
- la variation du coefficient de correction de la DTLM, en raison de variations du profil de température dans l'échangeur
- enfin l'évolution de l'encrassement
Pour isoler l'effet de l'encrassement des autres causes, il faut pour chaque jeu de mesures:
- recalculer le coefficient de correction de la DTLM
- calculer une correction du coefficient de film en utilisant une corrélation pertinente pour le nombre de Nusselt.

Quel est l'utilité du calcul de la résistance due à l'encrassement, en dehors du dimensionnement de l'échangeur?

Outre le dimensionnement de l'échangeur, le calcul de la résistance due à l'encrassement permet de mesurer l'influence de conditions opératoires particulières sur l'encrassement, mais aussi de calculer une température de paroi. Ceci peut être important pour, par exemple, limiter des phénomènes de corrosion (température trop chaude) ou des condensations indésirables (température trop froide).

Traitements de l'eau

Comment expliquer la corrosion d'un condenseur de vapeur en acier, alors que le pH des condensats est régulièrement mesuré >8?

Ce type de corrosion en condensation trouve souvent son explication dans la différence de partage entre les phases vapeur et liquide des substances acides et basiques. Concrètement, il est possible qu'en début de condensation les substances acides se dissolvent préférentiellement dans les premières gouttes de liquide provoquant localement des pH potentiellement très acides et les corrosions qui en découlent. Les substances neutralisantes contenues dans la vapeur, si elles sont mal choisies, peuvent se condenser plus loin dans l'échangeur et ne jouer que partiellement leur rôle.
Si la corrosion se produit dans une zone relativement froide de l'échangeur elle pourrait être due à la présence d'oxygène dans la vapeur qui peut s'accumuler dans le condenseur. Dans ce cas la corrosion serait sous forme de piqûres et crevasses.
La localisation et l'aspect de la corrosion peuvent aider à orienter l'analyse.

Traitement des effluents et des déchets

Quelles sont les teneurs limites en hydrocarbure des sols décontaminés, acceptables par la réglementation française?

Contrairement à d'autres pays, la réglementation française ne fixe pas de seuil d'acceptabilité pour la dépollution des sols. La procédure de dépollution est définie au cas par cas avec l'administration des installations classées en fonction des résultats d'une analyse des risques résiduels qui tient compte de la situation et de l'usage du sol.
Cette procédure est décrite dans la circulaire du 8 fevrier 2007 du ministère de l'environnement (https://aida.ineris.fr/consultation_document/7323).

De plus la norme NF X 31-620 : qualité du sol – prestations de services relatives aux sites et sols pollués (études, ingénierie, réhabilitation des sites pollués et travaux de dépollution), permet de clarifier les relations contractuelles entre professionnels de la dépollution des sols et donneurs d’ordre, de valoriser les prestations de service et de faciliter l’évaluation de la qualité des prestations réalisées.
Par contre sur un sujet connexe qui est la réutilisation hors site de terres excavées, des valeurs guide sont proposées en fonction de l'usage du sol, sous bâtiment industriel ou sous couvert. Ces valeurs sont disponibles entre autre dans un document du BRGM (BRGM/RP-60013-FR) (http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/Guide_Terres_Excavees_V4-3.pdf).
Il est tentant de considérer ces valeurs guide comme valeur acceptables pour un sol dépollué, mais ce n'est apparemment pas la position de l'administration.

Hygiène, Sécurité et Maîtrise des opérations

Soupapes: Les règles de dimensionnement limitant la perte de charge amont à 3% de la pression de réglage, ou imposant un diamètre minimum des tuyauteries de raccordement, ont-elles un caractère réglementaire?

La réglementation fixe un objectif de résultat, soit: limiter la pression d'un équipement à sa pression de conception, avec une possibilité de dépassement limitée pendant une courte durée, seulement pendant la décharge de la soupape. Le concepteur de l'installation puis son exploitant, avec le concours du fabricant de la soupape doit démontrer que la soupape est adaptée. Pour sa part, le fabricant de la soupape s'appuie généralement sur une norme de construction. La norme ISO 4126-1 prévoie que "les sections des tuyauteries amont et aval doivent être au moins égales aux sections des connections de la soupape". Cela signifie qu'un constructeur de soupapes s'appuyant sur cette norme, ne pourra garantir sa capacité que si cette prescription est respectée.

Equipements sous pression: Des cuves datant d'avant 2001, calculées pour des pressions supérieures à 0.5bar, régulièrement traitées à la vapeur à 120°C avant de stocker des produits alimentaires, sont-elles soumises à la DESP?

Seul un organisme habilité (agréé par l'administration) pourra donner une réponse définitive et circonstanciée. Cependant votre question m'inspire les commentaires suivants:
Sont soumis à la DESP les équipements dont la pression de service (PS) est supérieure à 0,5 bars. La pression de service est la pression maximale que l'équipement peut atteindre en service; cette pression est le plus souvent définie par la pression de réglage d'un organe limiteur (évent, soupape, disque de rupture). Cet organe limiteur est le plus souvent sur l'appareil lui-même, mais peut aussi se trouver sur la source de pression (alimentation en gaz par exemple). Cette pression de service (autrefois appelée pression maximale en service PMS) n'est pas nécessairement égale à la pression de calcul de l'équipement; elle ne peut pas être supérieure, mais peut être inférieure à la pression de calcul.
Pour une installation neuve, il est rare de concevoir un équipement pour une pression supérieure à la pression maximale nécessaire; pression de calcul et PS sont alors souvent identiques. Mais en cas de réutilisation d'un équipement existant pour un nouveau service moins contraignant, il est tout à fait possible d'installer une protection réglée à une pression inférieure à la pression de calcul. Seul le réglage de cette protection sera à prendre en compte pour définir la PS.
Si l'équipement est relié à l'atmosphère directement ou au travers d'une protection réglée à une pression <0,5 bars, il n'est probablement pas soumis à la DESP quelle que soit la température de travail.
Attention toutefois: 120°C est une température qui peut potentiellement générer une pression supérieure à 0,5 bars; pas dans la capacité protégée, mais dans un accessoire fermé; si par exemple cet équipement est équipé d'un circuit de refroidissement ou tout autre circuit non protégé contre les surpressions par l'équipement principal, mais exposé à une température de 120°C pendant certaines phases de fonctionnement, ce circuit annexe pourra être soumis à la DESP s'il n'est pas protégé à 0,5 bars.

Mesures et analyses

Comment évaluer le pH de condensats de vapeur chauds?

Les mesures de pH sont toujours réalisées à une température proche de l'ambiante. Les sondes de mesure de pH ne supportent pas les conditions habituelles de température et pression des générateurs de vapeur. Les mesures en ligne sont donc réalisées sur une boucle d'échantillonnage refroidie. Les instruments de mesure réalisent automatiquement une correction si la température effective s'écarte des 25°C de référence.
Les mesures en laboratoire sont plus délicates; l'absence de minéralisation de l'eau condensée fait que le pH est facilement perturbé par de très faibles traces de CO₂ atmosphérique qui peut se dissoudre lors des manipulations de l'échantillon.

Matériaux et construction

Brides à double emboîtement: Existe-t-il un sens de montage de ces brides par rapport à la circulation du fluide dans la tuyauterie?

Non, il n'y a pas de recommandation particulière pour le sens de circulation du fluide dans les tuyauteries équipées de brides à double emboîtement. Par contre ces brides n'étant pas symétriques, il convient de définir, dans le cadre d'un projet de construction, une convention d'ingénierie stricte afin de ne pas se retrouver à devoir raccorder deux éléments ayant des brides de même type (mâle-mâle ou femelle-femelle). Si les éléments de tuyauterie peuvent être modifiés pour être adaptés, ce n'est pas le cas des accessoires tels que vannes, clapets, ....