Guide des tuyaux à vapeur : Utilisations, types et entretien

Les tuyaux à vapeur sont des tuyaux en caoutchouc spécialisés conçus pour transporter la vapeur vers et depuis différents points d'un processus. Ces tuyaux sont généralement fabriqués en caoutchouc synthétique éthylène-propylène-diène-terpolymère (EPDM) en raison de son excellente résistance à la chaleur, à l'eau, à la vapeur, aux acides et aux alcalis, à l'ozone et à la lumière du soleil. Cet article présente les différents types de tuyaux à vapeur, la manière de les sélectionner en fonction des applications et les applications typiques pour lesquelles ils sont utilisés. Pour en savoir plus sur l'utilisation des tuyaux à vapeur, consultez notre article sur les recommandations pour l'utilisation des tuyaux à vapeur.

Table des matières

• Types de vapeur
• Types de tuyaux à vapeur
• Construction du tuyau à vapeur
• Comment choisir un tuyau à vapeur
• Points d'attention
• Applications courantes
• FAQ

Types de vapeur

La vapeur est classée en fonction de sa température, de sa pression et de sa teneur en eau. Il existe trois types de vapeur : la vapeur sèche, la vapeur humide et la vapeur surchauffée.

• Vapeur sèche : Également connue sous le nom de vapeur saturée, la vapeur sèche se produit lorsque la vapeur est à la température la plus élevée possible pour une pression donnée. Il est utilisé dans la production d'énergie, la stérilisation, l'échange de chaleur et la transformation des aliments. La vapeur sèche ne contient pas de gouttelettes d'eau.
• Vapeur humide : La vapeur humide contient des gouttelettes d'eau et a une température et une pression inférieures à celles de la vapeur sèche. Ce type de vapeur est normal pour les systèmes de chauffage, l'humidification et les applications qui ne nécessitent pas une qualité de vapeur élevée.
• Vapeur surchauffée : Lorsqu'elle est chauffée à une température supérieure à la température de saturation, la vapeur devient de la vapeur surchauffée. Il est utilisé dans les centrales électriques, les turbines à vapeur et les procédés industriels à haute température en raison de sa capacité à transférer la chaleur sans condensation.

Types de tuyaux à pression de vapeur

La norme ISO 6134 classe les tuyaux à pression de vapeur destinés à transporter de la vapeur saturée (sèche) et des condensats d'eau chaude en deux types :

• Tuyau de vapeur basse pression
  • Température correspondante : 164 °C (327,2 °F)
  • Pression de service maximale : 6 bar (87 psi)
• Tuyau de vapeur haute pression
  • Température correspondante : 210 °C (410 °F)
  • Pression de service maximale : 18 bar (261.06 psi)

Ces deux types de tuyaux sont encore classés en tuyaux avec une couverture résistante à l'huile ou une couverture non résistante à l'huile.

Couvercle résistant à l'huile

Les tuyaux à vapeur résistants à l'huile (figure 2) se dégradent peu ou pas du tout lorsqu'ils sont exposés à l'huile.

• Température de travail : Ces tuyaux sont généralement conçus pour résister à des températures élevées allant jusqu'à 207 °C (406 °F) pour la vapeur saturée et 232 °C (450 °F) pour la vapeur surchauffée.
• Applications : Les tuyaux à vapeur dotés de couvercles résistants à l'huile sont utilisés dans les usines chimiques, les raffineries et les usines de transformation où le tuyau à vapeur risque d'être en contact avec de l'huile.

Couvercle non résistant à l'huile

Les tuyaux à vapeur non résistants à l'huile sont susceptibles d'être endommagés s'ils sont exposés à des huiles.

• Température de travail : Bien que la température maximale de fonctionnement varie selon les fabricants, les tuyaux à vapeur non résistants à l'huile ont généralement une température maximale de fonctionnement inférieure à celle des tuyaux à vapeur résistants à l'huile.
  • Cela est particulièrement vrai dans les processus exposés aux hydrocarbures, comme les boues inversées, les lubrifiants et les nettoyants à base de diesel. Sous l'effet de cette exposition, ces couvertures non résistantes à l'huile se ramollissent et gonflent, ce qui entraîne leur déchirure. En conséquence, le tuyau est exposé à l'humidité, ce qui entraîne une corrosion et une perte de sa capacité à contenir la pression.
• Durée de vie : Les tuyaux à vapeur non résistants à l'huile ont une durée de vie plus longue que les tuyaux à vapeur résistants à l'huile.
• Applications : Les tuyaux à vapeur non résistants à l'huile sont conçus pour des applications générales telles que l'hydratation et le chauffage (voir plus loin dans l'article).

Construction du tuyau à vapeur

Grâce à leur construction, les tuyaux à vapeur conviennent au transfert de vapeur à haute température. Un tuyau à vapeur normal se compose de trois parties : le tube (figure 3 étiquetée A), la couche de renforcement (figure 3 étiquetée B) et le couvercle (figure 3 étiquetée C).

• Tube : Le tube est la couche la plus interne et est souvent composé d'EPDM en raison de sa résistance aux températures élevées et aux additifs. Toutefois, ces tubes ne résistent pas à de nombreux produits chimiques, tels que les produits pétroliers. Pour en savoir plus sur les résistances chimiques du tube d'un tuyau à vapeur, lisez notre article sur les matériaux des tuyaux et des tubes.
• Couche de renforcement : La couche de renforcement est composée d'une ou deux couches de fils d'acier tressés ou spiralés. Il assure une structure solide, augmente la pression de service maximale du tuyau et contribue à éliminer les charges statiques.
• Couverture : La gaine est fabriquée en EPDM ou en chlorobutyle et protège le tuyau de la corrosion, du vieillissement, de l'environnement, des produits chimiques et des températures élevées. Le couvercle protège également contre les dommages mécaniques tels que l'éclatement, la fissuration et l'exposition accidentelle à la flamme.

Comment choisir un tuyau à vapeur

Le choix d'un tuyau à vapeur pour une application donnée doit faire l'objet d'une attention particulière. Les principaux critères de sélection sont les suivants :

• Dimensions : Déterminer la longueur souhaitée et le diamètre intérieur/extérieur requis pour l'application.
• Plage de fonctionnement : Le type de vapeur utilisé (sèche, humide ou surchauffée) détermine le choix du tuyau à vapeur.
• Température : Veillez à ce que le tuyau à vapeur puisse supporter la température maximale à laquelle il sera exposé.
• Pression : Assurez-vous que le tuyau à vapeur peut supporter la pression maximale et, si nécessaire, une pression supplémentaire. En général, un tuyau de vapeur possède un facteur de sécurité intégré (généralement 10:1), mais ce facteur ne doit pas être pris en compte lors du dimensionnement d'un tuyau. La pression maximale du tuyau ne doit jamais être dépassée.
• Matériau : Assurez-vous que le matériau est résistant à la chaleur, à l'eau et à la vapeur et qu'il ne réagit pas avec le fluide ou les produits chimiques auxquels il sera exposé.
• Autres conditions de travail du tuyau : Choisissez toujours un tuyau adapté à ses conditions de travail :
  • Fréquence d'utilisation (si le tuyau est utilisé occasionnellement ou continuellement)
  • Si le tuyau nécessite ou non une manipulation manuelle
  • La configuration du tuyau (coudé ou droit) lors d'un travail sous pression
  • Conditions de travail externes sur le site où le tuyau travaille (vérifier la possibilité de défoncement mécanique ou de déversement de produits chimiques à proximité).

Points d'attention

La vapeur peut être dangereuse et coûteuse à manipuler. Toutefois, comme nous le verrons plus loin, il s'agit également d'une force motrice vitale pour de nombreux processus industriels. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée au choix, à l'installation et à l'ajustement des tuyaux de vapeur. Les points suivants doivent être pris en compte pour éviter les dommages, les problèmes et augmenter la durée de vie d'un tuyau à vapeur.

Vulcanisation à la vapeur surchauffée

En raison de sa température élevée et de sa nature sèche, la vapeur surchauffée peut durcir la surface intérieure en caoutchouc du tuyau à vapeur, ce que l'on appelle la vulcanisation. La vulcanisation réduit la durée de vie du caoutchouc. La figure 5 montre la transformation de la vapeur saturée en vapeur surchauffée. Une conduite de vapeur à une pression de 18 bar et 210 °C contient de la vapeur saturée. Si la vapeur se dilate et que sa pression diminue (mais que la température reste constante ou augmente), par exemple lorsque la vapeur passe soudainement dans un tuyau plus grand ou lors de l'ouverture soudaine d'une vanne de vapeur, la vapeur devient surchauffée. Cette situation ne dure pas longtemps, mais la vapeur surchauffée a tendance à détériorer le tube d'un tuyau à vapeur ordinaire destiné à être utilisé avec de la vapeur saturée. Cela entraîne à long terme une défaillance du tuyau à vapeur.

Popcorning

La couche intérieure d'un tuyau à vapeur peut absorber de l'eau ou de la vapeur d'eau pendant l'utilisation. Une fois le tuyau refroidi, la vapeur piégée se condense en eau à l'intérieur du tuyau en caoutchouc. Lors d'une utilisation ultérieure du tuyau, l'eau emprisonnée se dilate considérablement, créant des bulles d'air dans la paroi interne. En conséquence, des cloques se forment sur la paroi interne, bloquant et contaminant la vapeur avec des morceaux de caoutchouc. Les dommages ainsi causés sont appelés "popcorning".

L'une des mesures permettant d'éviter que les tuyaux à vapeur n'éclatent est de les sécher à l'air libre après chaque utilisation. Mais cela prend du temps et est rarement fait, ce qui augmente le risque. Les tuyaux à vapeur dont les parois intérieures sont extrudées permettent également d'éviter ce problème. Ces parois intérieures extrudées sont fabriquées en caoutchouc étanche au gaz et sont sans soudure et homogènes. La vapeur d'eau ne peut donc pas pénétrer dans les murs, ce qui empêche le popcorning.

Rouille sur les incrustations

Les tuyaux de vapeur sont généralement dotés d'incrustations en acier. En raison de la porosité de la paroi intérieure de ces tuyaux en caoutchouc, la vapeur entre en contact avec les incrustations en acier, ce qui entraîne une corrosion. La corrosion se produisant sous la surface, les dommages peuvent rester cachés, ce qui peut avoir des conséquences dangereuses. L'affaiblissement et la fissuration créent des voies d'évacuation pour la vapeur sans aucun avertissement. Dans une telle situation, si la pression est augmentée pour maintenir un débit de vapeur constant, le risque d'éclatement d'un tuyau augmente, ce qui peut être dangereux.

Des incrustations en acier galvanisé sont utilisées pour éviter une telle situation. Ils sont résistants à la rouille, ce qui augmente la sécurité et la durée de vie du tuyau à vapeur. Les incrustations en acier galvanisé présentent d'autres avantages, notamment la réduction des coûts liés à la perte de vapeur.

Applications courantes

La vapeur est utilisée pour diverses applications dans un large éventail d'industries. Selon les besoins, les tuyaux à vapeur sont utilisés pour canaliser la vapeur sèche, humide ou surchauffée pour ces applications. Quelques-unes des applications industrielles les plus courantes sont présentées ci-dessous.

• Chauffage
  • Les usines de transformation des aliments utilisent la vapeur comme source de chaleur et pour les processus de stérilisation.
  • Les raffineries utilisent la vapeur comme source de chaleur pour la lubrification et l'augmentation du débit pour le nettoyage des réservoirs et des cuves.
  • Les échangeurs de chaleur des fluides de traitement, les rebouilleurs, les réacteurs, les préchauffeurs d'air de combustion et d'autres équipements de transfert de chaleur utilisent la vapeur saturée comme source de chaleur.
• Turbine à vapeur
  • Les turbines à vapeur (figure 7) utilisent la vapeur comme force motrice pour les applications de propulsion. Ces turbines sont utilisées dans les centrales thermiques pour produire de l'électricité.

• Nettoyage
  • Les souffleurs de suie et autres nettoyeurs à vapeur utilisent la vapeur pour un nettoyage intensif.
• Hydratation
  • L'industrie du papier et les usines de granulés utilisent la vapeur comme source d'humidité et de chaleur.
• Humidification
  • Les humidificateurs à vapeur injectent de la vapeur saturée sèche dans les espaces chauffés par les serpentins des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, ce qui réduit l'humidité de l'air. Cette injection de vapeur équilibre l'humidité dans l'espace, assurant le confort et le contrôle des infections.
• Atomisation à la vapeur : L'atomisation à la vapeur sépare mécaniquement les fluides à l'aide de vapeur. Les brûleurs à mazout utilisent ce processus pour maximiser la combustion et minimiser la production de suie.
• Fluide moteur
  • La vapeur peut forcer le mouvement d'autres fluides dans la tuyauterie.

FAQ

À quoi sert un tuyau à vapeur ?

Les tuyaux à vapeur transfèrent la vapeur ou l'eau chaude d'un point à un autre. De nombreux procédés utilisent ce transfert pour des applications telles que le chauffage, le nettoyage et l'humidification.

De quoi sont faits les tuyaux à vapeur ?

Il est courant que les tuyaux à vapeur soient fabriqués en EPDM en raison de sa grande résistance à la chaleur et à la pression. De nombreux tuyaux à vapeur sont également dotés d'un insert en acier pour assurer la résistance à la traction.