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TP Turbomachine Le Théme : Générateur de vapeur  Les membres de Groupe N°01 so

TP Turbomachine Le Théme : Générateur de vapeur  Les membres de Groupe N°01 sou groupe 2 : Alioua Med Amine Ghali Yassine Abdiche Hassen I. Introduction L'industrie utilise couramment la vapeur comme énergie nécessaire à la réalisation de nombreux et variés procédés. La vapeur est un fluide caloporteur disponible en grande quantité, facilement transportable et non toxique. La production de vapeur demande l'utilisation d'un combustible et l'utilisation d'un générateur de vapeur (chaudière). De plus la production de vapeur couplée à une turbine électrique permet 75% de la production mondiale d'électricité. L'objectif du présent document est de condenser les notions nécessaires pour la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur dans les chaudières et de présenter les calculs thermiques fondamentaux. De plus, ce document fait un lien avec une problématique actuelle telle que la combustion des déchets forestiers et agricoles et l'utilisation des lits fluidisés pour leur combustion. Le présent document fera un rappel sur les connaissances nécessaires à la compréhension du fonctionnement des chaudières à vapeur. II. L’utilisation d’un générateur de vapeur Générateur de vapeur a été conçu de telle manière, pour que son fonctionnement soit simple et facile à utiliser. Des nombreuses actions d’entretien et maintenance telles que détartrage, rinçage de réservoir se fait automatiquement quand le générateur est „au repos”. Ce pourquoi, pendant une utilisation normal et après le travail „au repos” le générateur doit être en permanence relié au courant électrique. Il est très important pour un fonctionnement sans problème du générateur de vapeur est la dureté de l’eau. Si la dureté de l’eau dépasse 2,0ºdH (degrés allemands de dureté), l’utilisateur doit utiliser un adoucisseur d’eau. La dureté minimale de l’eau recommandé est de 0,5ºdH (degrés de dureté allemande). La dureté de l’eau recommandée dans les lieux publics est entre 0,5dH à 1,5dH. Les frais engagés pour l’achat d’un adoucisseur d’eau se récupère très rapidement, parce que quand l’eau est moins dure vous pouvez prolonger le délai entre les procédures de détartrage (voir tableau mode d’emploi) et par conséquence réduire de manière très significative la consommation de liquide de détartrage. Mais surtout, l’utilisation d’eau adoucie protège le générateur de vapeur et ces résistances électriques qui fonctionnant dans des conditions extrêmes (température plus de 90°C, 4-12 heures de fonctionnement en continu) dans les lieux publics. Pendant l’exploitation du générateur de vapeur, il est très important de contrôler le niveau de liquide détartrant, et certitude que il est tirée par le dispositif pendant les processus automatiques de maintenance. Avant de commander l’exploitation il est obligatoire de effectuer un „démarrage initiale” qui doit être effectué par un service autorisé. „Démarrage initiale” et tous les entretiens, contrôles et réparations, pendant la période de garantie doivent être documentées dans le carnet d’entretien. Le contrôle technique périodique payable dois être effectué pendant l’exploitation de générateur de vapeur. Générateur pendant fonctionnement il compte les heures de travail, puis après 1200 heures de travail sur le panneau de commande un voyant (D) va clignoter. Le voyant commence a clignoter 70 heures avant contrôle technique programme. Pendant ce temps, vous devez immédiatement contacter service technique autorisé et signaler la nécessité d’un contrôle technique. Pendant le contrôle technique (payable), il faut faire: - remplacement des résistances électriques avec le joint - remplacement du tube pour le liquide de détartrage - nettoyage du générateur - vérification le bon fonctionnement du générateur et l’ensemble des paramètres de fonctionnement - reset du compteur d’inspection - noter dans le livre de service état des compteurs: nombre des cycles de détartrage, nombre total d’heures de travail III. Comment fonctionne un générateur de vapeur Un générateur de vapeur est un réservoir cylindrique qui contient environ 5000 tubes en Uinversé. L'eau chaude du circuit primaire qui vient du réacteur, circule dans ses tubes. L'eau du circuit secondaire circule le long de la surface externe des tubes. Quand cette eau entre en contact avec les tubes chauds, elle entre en ébullition et se transforme en vapeur. L'eau du circuit secondaire n'entre donc pas en contact avec l'eau du circuit primaire venant du réacteur où elle a absorbé la chaleur des crayons combustibles. De cette manière, le générateur de vapeur agit comme une barrière de sûreté entre le réacteur nucléaire et l'environnement. IV. Structure et géométrie Un générateur de vapeur (GV) est un cylindre d'une vingtaine de mètres de hauteur, renfermant 3 000 à 6 000 tubes1 en forme de U inversé. L'échange de chaleur se fait par une grande quantité de tubes minces, dans lesquels circule le fluide chaud, et autour desquels circule le fluide à chauffer. Les tubes ont un diamètre de 2 cm environ, et montent dans le cylindre jusqu'à 10 m. Ils sont fixés à la base par une plaque dite tubulaire, et sont maintenus à intervalle d'un mètre par des plaques entretoises. Dans la partie courbe en haut des tubes, qui peut avoir jusqu'à 1,5 m de rayon pour les tubes extérieurs, les tubes sont maintenus par des barres anti-vibratoires. Valeurs palier N4 : 5 610 tubes d'un diamètre de 19,05 mm et d'une épaisseur de 1,09 mm sont répartis au pas triangulaire de 27,43 mm sur la plaque à tubes. Le faisceau de tubes est coiffé par une chemise en tôle qui le sépare du retour d'eau extérieur et guide l'émulsion vers un étage de séparation puis de séchage. V. Générateurs de vapeur à tubes en U équipant les réacteurs à eau sous-pression a) Description fonctionnelle - Taux de circulation Dans le GV, le circuit primaire circule dans les tubes. L'entrée dans les tubes se fait sous la plaque tubulaire, dans la branche chaude. Le fluide monte dans les tubes, côté branche chaude, transmet une partie de sa chaleur au circuit secondaire pendant la montée ainsi que dans les cintres, puis redescend côté branche froide. Le circuit secondaire entre dans le GV en partie supérieure au-dessus de l'altitude du sommet de faisceau des tubes généralement sous le niveau d'eau. Il s'échappe sous forme de vapeur sous pression au sommet du GV. L'eau alimentaire admise dans le GV sous le niveau, de façon à prévenir la condensation de la vapeur présente dans le dôme est rapidement dirigée vers le bas du GV où elle se mélange avec l'eau à saturation issue des séparateurs. Le mélange se dirige ensuite sous la chemise vers le faisceau de tubes où il est tout d'abord réchauffé à saturation et ensuite évaporé partiellement. Le "taux de circulation" est le rapport du débit du mélange diphasique faisceau au débit de vapeur produit. Plus le taux de circulation est élevé plus la température du mélange admis au contact des pièces épaisses et du faisceau de tubes est élevée et meilleur est le brassage de l'eau dans le faisceau de tubes. Exemple :  Dans une configuration typique où la pression de la vapeur saturée produite est de 55 bar (soit une température de 270 °C) et où la température alimentaire est de 170 °C, la température du mélange vaut sensiblement Un taux de circulation de 3 conduit à Tmel = 237 °C Le débit massique d'émulsion dans le faisceau vaut 3 fois la valeur du débit vapeur ; le titre en vapeur de l'émulsion est donc égal à 33 % immédiatement à l'entrée de l'étage de séparation séchage. Soit donc un taux de vide de 93 %  La masse volumique de ce mélange vaut sensiblement 524 kg/m3, dans l'exemple choisi, contre 822 kg/m3 pour le mélange eau alimentaire eau saturée présent dans le retour d'eau.  Dans les séparateurs l'émulsion est centrifugée de façon à favoriser la séparation dynamique de l'eau ainsi que la séparation gravitaire  En aval de l'étage de séparation, une batterie de sécheurs à chicanes permet d'assécher complètement la vapeur. On s'arrange pour équilibrer la perte de charge de l'émulsion dans le faisceau et l'étage de séparation avec le terme moteur de thermosiphon procuré par l'altitude du niveau. La surface de l'eau (limite entre phase liquide et vapeur) est maintenue à niveau constant par un automatisme agissant sur une vanne réglante du circuit d'eau alimentaire ce qui assure de façon simple la régulation d'ensemble. La vapeur produite arrive dans un grand collecteur de vapeur où l'on tente de limiter la présence de gouttelettes, toutefois au-dessus de 32 bars toute perte de charge se traduit par une légère condensation. Puis le collecteur se rétrécit et la vitesse de la vapeur augmente tandis que diminue la dimension des tuyaux (qu'il faut aussi calorifuger). b) Exemple de calcul simplifié d'un générateur de vapeur On tente dans ce paragraphe de retrouver de manière simple le dimensionnement général d'un générateur de vapeur de type classique de caractéristiques voisines de celui des réacteurs du palier N4. On effectue tout d'abord un calcul sans tenir compte de la présence du réchauffeur axial qui équipe ce type de GV. On apprécie ensuite le gain sur la pression vapeur ou la surface d'échange apporté par ce perfectionnement. Le calcul estimatif effectué dans la boite déroulante montre que la conception à économiseur axial retenue pour les GV N4 et EPR fait gagner uploads/s1/ generateur-de-vapeur.pdf