Aérocondenseur, mise et tenue du vide, éjecteurs, et retour des purges au cycle — comment la vapeur détendue redevient de l'eau et pourquoi le vide compte.
AérocondenseurMise sous videÉjecteursRetour purges
Condensation, mise sous vide & retour des purges
De l'échappement turbine au retour vers le dégazeur, avec le circuit de refroidissement et toute la chaîne des purges.
crème = vapeur · bleu = condensats ·
cyan = eau de refroidissement froide · orange = eau chaude / purges ·
violet = incondensables.
Sélectionne un équipement
Chaque bloc donne son rôle, les grandeurs à surveiller et les dérives qui doivent alerter en quart.
Pourquoi met-on le condenseur sous vide ?
On ne fait pas le vide pour « aspirer » la vapeur. On le fait parce que la pression d'échappement fixe la
température à laquelle la vapeur peut encore condenser, donc le point bas du cycle. À la pression atmosphérique,
la vapeur condense à 100 °C ; à 60 mbar absolus, elle condense à 36 °C. Ces 64 degrés gagnés, c'est de la chute
d'enthalpie supplémentaire récupérée dans les derniers étages de la turbine — sans un gramme de déchet en plus.
Carnot : η = 1 − Tfroide/Tchaude — le vide agit sur Tfroide
L'ordre de grandeur. Une dégradation de 10 mbar au condenseur coûte typiquement 1 à 1,5 % de la
puissance électrique. Sur une machine qui tourne 8 000 h/an, c'est un poste économique majeur, entièrement
dépendant de la conduite.
Le volume massique. À 60 mbar, un kilo de vapeur occupe environ 23 m³ — contre 1,7 m³ à la pression
atmosphérique. C'est pour cela que la dernière roue de turbine et l'entrée du condenseur sont énormes :
il faut laisser passer ce volume sans perte de charge.
La limite basse. On ne descend pas indéfiniment : le vide atteignable est fixé par la température de
l'eau de refroidissement, donc par l'air ambiant sur un aéroréfrigérant. En été, le vide se dégrade
naturellement — ce n'est pas un défaut, c'est la physique.
Le risque en dessous. Un vide « trop bon » avec un débit vapeur faible fait travailler les derniers étages
en ventilation : la vapeur ne produit plus de travail mais chauffe l'échappement. D'où les limites de débit minimal
et les aspersions de l'échappement.
Le condenseur
Un échangeur, mais dont la performance se lit sur un manomètre de vide.
Principe
Condensation par surface
La vapeur d'échappement circule dans la calandre autour d'un faisceau de tubes parcourus par l'eau de
refroidissement. Elle cède sa chaleur latente — environ 2 250 kJ par kilo — et se rassemble en condensat dans
le puits en partie basse. Le vide s'établit tout seul : condenser 1 kg de vapeur, c'est faire disparaître 23 m³ de gaz.
Sous-refroidissement
Le défaut à traquer
Le condensat doit rester à la température de saturation correspondant au vide. S'il est plus froid, c'est qu'il
stagne au contact des tubes : on perd de l'énergie qu'il faudra rendre au dégazeur, et l'eau sous-refroidie
redissout de l'oxygène. Quelques degrés d'écart suffisent à alerter.
Pincement
La signature de l'encrassement
L'écart entre la température de saturation et la sortie d'eau de refroidissement — le pincement — ne dépend que
de la propreté du faisceau. Il augmente lentement avec le dépôt côté eau. C'est l'indicateur qui décide d'un
nettoyage, bien avant que le vide ne devienne inacceptable.
Incondensables
L'ennemi silencieux
L'air qui rentre par les garnitures et les brides sous vide ne condense pas. Il forme un film isolant sur les
tubes et fait chuter le coefficient d'échange. Quelques kilos d'air par heure suffisent à dégrader le vide de
plusieurs mbar : d'où le groupe de mise sous vide, qui tourne en permanence.
Diagnostic en trois questions. Le vide se dégrade : la température d'eau de refroidissement a-t-elle monté
(cause externe, aéro ou météo) ? Le pincement a-t-il augmenté (encrassement du faisceau) ? Ou l'écart
saturation/eau est-il inchangé alors que le vide est mauvais (alors c'est de l'air : entrée d'air ou groupe de
vide défaillant) ? Ces trois questions séparent les trois familles de cause, et elles se posent dans cet ordre.
Le groupe de mise sous vide
Il ne fait pas le vide — il l'entretient.
Le vide est créé par la condensation elle-même. Le rôle du groupe est d'extraire en permanence ce qui ne
condense pas : l'air entré par les inétanchéités, les gaz dissous apportés par le condensat, l'air des garnitures
de turbine. Sans lui, ces incondensables s'accumuleraient en quelques minutes et le vide s'effondrerait.
Deux technologies
Éjecteurs à vapeur. Une tuyère détend de la vapeur motrice à grande vitesse ; la dépression créée entraîne
le mélange air-vapeur du condenseur. Généralement deux étages en série avec un condenseur intermédiaire, ce qui
permet de descendre très bas. Aucune pièce mobile, robustesse maximale — mais la consommation de vapeur motrice
est permanente, et la performance s'écroule si la pression de vapeur motrice baisse.
Pompes à vide à anneau liquide. Un rotor excentré dans un anneau d'eau en rotation crée des chambres de
volume variable. Consommation électrique au lieu de vapeur, meilleur rendement en maintien, mais sensible à la
température de l'eau de service : une eau d'anneau trop chaude limite mécaniquement le vide atteignable.
Deux régimes à ne pas confondre
Démarrage
Tirage au vide (hogging)
Au démarrage, le condenseur est plein d'air à la pression atmosphérique. On utilise un étage de forte capacité
pour évacuer ce volume et atteindre rapidement un vide grossier, avant d'admettre la vapeur. Tant que le vide
n'est pas établi, on n'ouvre pas l'admission turbine.
Marche normale
Maintien (holding)
En régime, le débit à extraire est faible : seulement les entrées d'air résiduelles. Un étage de faible capacité
suffit. La consommation du groupe devient alors le meilleur indicateur d'étanchéité de l'ensemble du circuit sous vide.
Chercher une entrée d'air. Tout ce qui est sous vide est suspect : garnitures de pompes d'extraction,
presse-étoupe de vannes, brides de la ligne d'échappement, joints de trous d'homme, et surtout les lignes de purge
raccordées au condenseur. Le test classique reste la mesure du débit d'air extrait : s'il augmente à vide de turbine
constant, on a une fuite, et la recherche se fait au gaz traceur ou à la mousse.
L'aéroréfrigérant et le circuit d'eau de refroidissement
Le condenseur doit évacuer vers l'extérieur toute la chaleur non transformée en électricité — de loin le plus gros
flux thermique du site. Sur une installation sans source d'eau froide, c'est l'air ambiant qui sert de puits froid.
L'eau du circuit fermé se réchauffe au condenseur, passe dans les échangeurs
2650E310/320/330/340, est refroidie dans les batteries de l'aéroréfrigérant balayées par
les ventilateurs, puis renvoyée par les pompes 2650P370 A/B.
L'approche. Un aéro ne peut jamais refroidir l'eau en dessous de la température de l'air : il reste
toujours un écart de quelques degrés. La température d'eau froide disponible suit donc directement la météo —
et le vide au condenseur avec elle. Une canicule dégrade le vide et fait perdre des kilowatts : c'est normal,
et c'est prévu dans les courbes de garantie.
Circuit fermé. L'eau ne voit jamais l'air : pas d'évaporation, pas de concentration de sels, pas de
panache, pas de risque légionelle contrairement à une tour aéroréfrigérante ouverte. En contrepartie, la
performance est moindre et le circuit doit être conditionné et protégé du gel.
Conduite des ventilateurs. On module par échelonnement ou par variation de vitesse selon la température
de retour. En hiver on en arrête : trop refroidir le circuit ne sert à rien une fois le vide limité par ailleurs,
et consomme des auxiliaires. Attention au gel des batteries à l'arrêt.
Encrassement des ailettes. Poussières, peluches, végétation : la surface d'échange se bouche
progressivement côté air. Le symptôme est un écart eau/air qui grandit à charge égale. C'est un nettoyage de
maintenance préventive, pas une fatalité d'été.
La bâche à condensats 2660D500 et le siphon
La bâche rassemble tous les retours d'eau propre : condensat du puits de condenseur, purges valorisées, retours
divers. Elle est le tampon entre des arrivées irrégulières et une demande d'alimentation continue, et le dernier
point où l'on peut détecter une pollution avant que l'eau ne parte au dégazeur puis à la chaudière.
Conductivité et pH — la sentinelle. Une conductivité qui grimpe signale une entrée d'eau brute :
fuite de faisceau d'échangeur, retour pollué, appoint mal contrôlé. Un pH qui baisse trahit du CO₂ dissous,
qui attaque le circuit condensats. La mesure en continu déclenche, selon les cas, une mise à l'égout automatique.
Niveau — il commande l'appoint déminéralisé et le débit de reprise vers le dégazeur. Un niveau bas fait
caviter les pompes de reprise ; un niveau haut déborde vers le trop-plein et gaspille de l'eau traitée.
Température — elle conditionne la charge du dégazeur en aval. Plus les condensats reviennent chauds,
moins il faut de vapeur de barbotage.
Le siphon vers le ballon d'éclatement
Entre la bâche à condensats et le ballon d'éclatement des purges, la liaison n'est jamais une simple tuyauterie
droite : c'est un siphon, une boucle en U remplie d'eau. Sa fonction est celle d'une garde hydraulique :
le bouchon d'eau laisse passer le liquide dans un sens et interdit tout passage de gaz ou de vapeur entre
les deux capacités.
Ce qu'il empêche. Les deux capacités ne sont pas à la même pression. Sans garde, la vapeur de
revaporisation du ballon d'éclatement remonterait vers la bâche à condensats : mise en pression indue, coups de
bélier thermiques, entraînement de vapeur là où on veut de l'eau. Dans l'autre sens, l'air de la bâche partirait
vers le ballon.
Le dimensionnement. La hauteur d'eau du siphon doit équilibrer l'écart de pression maximal entre les
deux capacités : h = ΔP / (ρ·g). Un siphon trop court se « désamorce » : le bouchon est chassé et la
communication gazeuse s'établit — le calculateur plus bas donne la hauteur nécessaire.
Le désamorçage par vidange. Un siphon peut aussi se vider par évaporation ou par aspiration lors d'un
transitoire. C'est le défaut sournois : rien ne se voit, jusqu'au jour où la vapeur remonte. Sur les installations
sensibles, la garde est réalimentée ou surveillée.
En consignation. Un siphon n'est pas un organe de sectionnement. Il ne remplace jamais une vanne
d'isolement plombée sur une consignation : la garde peut se rompre à tout instant.
Les ballons d'éclatement des purges
Détendre, revaloriser la vapeur, refroidir le liquide — dans cet ordre.
Une purge quitte le ballon chaudière ou le corps turbine à haute pression et à sa température de saturation.
En la détendant vers la pression atmosphérique, une partie se revaporise instantanément : c'est la
détente isenthalpique. L'enthalpie totale se conserve, mais l'eau ne peut plus rester liquide au-delà de
100 °C : l'excédent d'énergie sert à vaporiser une fraction du débit.
taux de revaporisation : x = [hf(P₁) − hf(P₂)] / hfg(P₂)
Ce que fait le ballon d'éclatement
Il sépare. La vapeur de revaporisation part en partie haute — vers l'évent ou, quand c'est valorisable,
vers le dégazeur. Le liquide résiduel reste en partie basse, à 100 °C.
Il calme. Un rejet direct de purge sous pression dans une canalisation, ce sont des coups de bélier et
un bruit considérable. Le ballon casse l'énergie du jet.
Il refroidit. Le liquide résiduel est encore à 100 °C : ni la canalisation aval, ni le milieu récepteur
ne l'acceptent. Un serpentin de refroidissement interne — 2660E660 pour le ballon
GTA, 2660E760 pour le ballon chaudières — parcouru par de l'eau industrielle
(3120P530 A/B/C, vannes 3120XV583 et
3120XV593) ramène la température sous le seuil de rejet.
Il dispose d'un secours. Chaque ballon possède, en plus du serpentin, une rampe d'aspersion qui
injecte directement de l'eau froide dans la capacité. Elle intervient sur température haute quand le serpentin
ne suffit plus — arrivée massive de purges ou serpentin encrassé. Elle est efficace mais consomme de l'eau
industrielle et dilue : c'est un secours, pas un mode de conduite.
Routage des rejets
Origine
Ballon
Serpentin
Destination
Purges GTA / corps turbine
2660D650
2660E660
Fosse eaux chargées — local GTA
Purges chaudières (déconcentration, purges de fond)
2660D750
2660E760
Fosse eaux claires — hall four
À retenir en quart : une température haute au ballon d'éclatement n'est pas un défaut du ballon. C'est soit
un débit de purge anormal en amont (vanne de déconcentration ouverte au-delà du besoin, purge de fond restée
ouverte), soit un manque d'eau de refroidissement (vanne fermée, serpentin entartré, pompe d'eau industrielle
indisponible). On cherche la cause des deux côtés avant de compter sur l'aspersion.
Calculateurs
1 · Vide au condenseur — température de saturation et impact sur la puissance
2 · Détente des purges — taux de revaporisation
3 · Refroidissement du liquide résiduel avant rejet
4 · Hauteur de garde du siphon
Index KKS — condensation, vide & purges
Repère
Désignation
Rôle
2660D500
Bâche à condensats
Collecte des retours, tampon avant dégazeur, surveillance conductivité / pH
2650D500
Ballon purges turbine
Collecte des purges du corps turbine et des lignes vapeur
2660D600
Bâche de récupération des purges
Tampon des purges avant relevage
2660P610 A/B
Pompes de reprise des purges (2660PM610 A/B)
Relevage vers les ballons d'éclatement
2660HS615
Commande locale associée
Organe de commande de la reprise des purges
2660XV620
Vanne automatique de refoulement
Isolement / mise en service de la ligne de reprise
2660D650
Ballon d'éclatement purges GTA
Détente, séparation, refroidissement — rejet fosse eaux chargées local GTA
2660E660
Serpentin de refroidissement du 2660D650
Refroidissement du liquide résiduel par eau industrielle
2660D750
Ballon d'éclatement purges chaudières
Détente, séparation, refroidissement — rejet fosse eaux claires hall four
2660E760
Serpentin de refroidissement du 2660D750
Refroidissement du liquide résiduel par eau industrielle
3120P530 A/B/C
Pompes eau industrielle
Alimentation des serpentins et des rampes d'aspersion
3120XV583
Vanne eau industrielle — ballon GTA
Régulation du refroidissement du 2660D650
3120XV593
Vanne eau industrielle — ballon chaudières
Régulation du refroidissement du 2660D750
2650P370 A/B
Pompes eau de refroidissement
Circulation du circuit fermé condenseur / aéroréfrigérant
2650E310/320/330/340
Échangeurs du circuit de refroidissement
Transfert vers le circuit aéroréfrigéré
2630J010A
Bâche alimentaire / dégazeur
Destination du condensat repris — voir onglet « Poste d'eau »