Brevet FR2540983A1 — publié le 19840817

e Condenseur de vapeur sous vide refroidi à l'air La présente invention concerne de façon générale un condenseur de vapeur sous vide utilisé dans les installa- tions de production d'énergie équipées de turbines à vapeur, dans lequel des ventilateurs mettent en mouvement de l'air de refroidissement et le font passer sur les tubes du faisceau tubulaire du condenseuro Elle concerne de façon plus particu- lière un condenseur de ce type équipé d'un système amélioré pour régler le débit d'air, et régler ainsi le potentiel de condensation de vapeur du condenseur, en mettant en marche ou en arrêtant des ventilateurs sélectionnés. Dans les condenseurs de vapeur à refroidissement par air de ce type général, il est nécessaire d'extraire con- tinuellement les gaz non condensables des collecteurs de sor- tie des faisceaux Autrement, ces gaz se rassembleraient et formeraient des poches stagnantes dans les tubes et les collec- teurs des faisceaux, ce qui entraînerait la congélation des condensats l'hiver et réduirait la qualité du fonctionnement l'été en diminuant les surfaces de transfert thermique De façon conventionnelle, ces gaz non condensables sont extraits par des condenseurs à évents, des déflegmateurs ou des tubes à évents-raccordant les collecteurs arrière des faisceaux à un collecteur commun conduisant généralement au premier étage d'un éjecteur à jet de vapeur ou à tout autre dispositif appro- prié. Lorsque la charge de vapeur est faible et/ou par temps froid, il est nécessaire de réduire la quantité d'air de refroidissement traversant le condenseuro Toutefois, si cette réduction devant être faite comme dans les condenseurs habituels, simplement en arrtant les moteurs de certains yen- tilateurs tout en laissant tourner les autres, les différences en résultant dans les nertes de charge des débits de vapeur entraîneraient une situation dangereuse et dommageable dans laquelle les tubes des faisceaux alimentés par les ventilateurs restant en service se rempliraient de gaz non condensables O Pour éviter cet écueil, le constructeur recommande des procé- dures dans lesquelles on met en marche périodiquement certains ventilateurs et on en arrête d'autres selon des cycles d'en- viron 15 minutes Ce fonctionnement cyclique des ventilateurs est prévu pour expulser les gaz non condensables des tubes dans lesquels ces gaz se sont accumulés tout en laissant les tubes desservis par les ventilateurs en service se remplir encore une fois de gaz non condensables. Toutefois, du fait que tous les collecteurs des condenseurs conventionnels de ce type se raccordent à un col- lecteur commun, ces commandes cycliques interfèrent intrinsè- quement avec le fonctionnement du système pour extraire les gaz non condensables En outre, certains utilisateurs d'ins- tallations n'aiment pas se fier à un système de commande cy- clique de ce type du fait de ses aléas, et de ce fait, il est de pratique courante de se fier davantage à un équipement spé- cialement installé pour régler la quantité d'air passant sur les tubes de chaque faisceau, par exemple au moyen de persien- nes, de moteurs à plusieurs vitesses, d'entraînement de venti- lateurs à vitesses variable, de pales de ventilateurs à pas variable, ou de combinaisons de ces systèmes. Toutefois, un équipement de ce dernier type est très coûteux et nécessite un entretien spécialisé et des ré- parations; c'est en conséquence le but principal de cette invention de procurer un condenseur de ce type dans lequel le débit d'air est commandé par un fonctionnement tout ou rien des ventilateurs, mais qui n'exige ni équipements de commande couteux, ni un système fonctionnel pour mettre en marche et arrêter cycliquement chaque ventilateur ou groupe de ventila- teurs, et qui n'interfère pas avec le fonctionnement du systè- me d'extraction des gaz non condensables. Ces buts sont atteints selon là réalisation re- présentée de la présente invention, par un condenseur du type décrit dans lequel les faisceaux et les ventilateurs sont disposés en un premier jeu et un deuxième jeu de cellules de ventilateur ayant des nombres de ventilateurs respective- ment plus grand et plus petit, des moyens pour extraire les gaz non condensables des collecteurs de sortie des faisceaux comportant un premier collecteur commun aux collecteurs de sortie du premier jeu de cellules de ventilateur, et un deu- xième collecteur commun aux collecteurs de sortie du deuxième jeu de cellules de ventilateur, des premiers et des deuxièmes moyens d'extraction des gaz non condensables étant respective- ment raccordés au premier et au deuxième collecteur connus pour en extraire et évacuer ensuite les gaz non condensables dans l'atmosphère à une pression qui empêche tout retour dans les faisceaux-par l'intermédiaire des collecteurs communs, des moyens étant prévus pour mettre en marche ou arrêter le ven- tilateur ou les ventilateurs de chaque groupe de ventilateurs indépendamment l'un de l'autre. Comme il est bien entendu, dans sa forme de base, un tel système procure quatre jeux de performances en procu- rant quatre débits d'air différents résultant du choix de ventilateurs que l'utilisateur peut opérer en fonction de ce qui est nécessaire pour condenser une quantité donnée de va- peur, à une pression de vapeur donnée -et à une température d'air ambiant donnée Evidemment, le système peut comporter des jeux supplémentaires de cellules de ventilateur, ayant chacune des nombres différents de ventilateurs, avec un collec- teur commun à chaque jeu supplémentaire et avec des moyens pour mettre en marche et arrêter le ou les ventilateurs de chaque cellule de chaque jeu supplémentaire indépendamment de ceux des autres jeux Ainsi, par exemple, le condenseur peut com- porter au moins un troisième collecteur qui est commun aux collecteurs de sortie d'un troisième jeu de cellules de venti- lateur ayant un nombre de ventilateurs supérieur au premier ou au deuxième jeu, des troisièmes moyens individuels d'extrac- tion des gaz non condensables raccordés au troisième collec- teur commun pour en extraire et ensuite évacuer dans l'atmos- phère les gaz non condensables à une pression qui empêche tout retour dans les faisceaux par l'intermédiaire du troisiè- me collecteur commun, et des moyens pour mettre en marche ou arrêter les ventilateurs du troisième jeu indépendamment de ceux des autres jeux de cellules de ventilateur Ainsi, le débit total d'air au droit des tubes peut être réglé en met- tant en marche ou en arrêtant les ventilateurs du troisième jewç tandis que les ventilateurs du premier et du deuxième jeu sont respectivement mis en marche au arrêtés En consé- quence, l'addition au système du troisième jeu de cellules de ventilateur et du troisième collecteur commun aux collec- teurs de sortie du troisième jeu, procure trois plages de per- formances supplémentaires* Dans la réalisation représentée de l'invention, il y a quatre tels jeux de cellules de ventilateur 4 2540983 et d'équipements associés pour procurer un total-de onze pla- ges de performances par l'intermédiaire de onze variantes de débits d'air total. Dans tous les cas, il est entendu que ce système de commande n'est pas cyclique en ce sens qu'il est program- mé dans le temps pour mettre en marche certains ventilateurs tout en en arrêtant d'autres en fonction d'un régime de fonc- tionnement établi Au contraire, des ventilateurs qui font circuler de l'air sur les faisceaux de différents jeux de cel- lules de ventilateur sont mis en marche ou arrêtés en fonction du choix de l'utilisateur de l'installation et ils fonction- nent de cette manière aussi longtemps que nécessaire Il est en outre bien entendu que ce système permet de régler le débit d'air sans interférer avec le fonctionnement des moyens d'ex- traction de gaz, et ne nécessite simplement pas plus d'un éjec- teur à jet d'air additionnel ou de tout autre moyen d'extrac- tion des gaz non-condensables additionnels pour chaque jeu de cellules de ventilateur en plus du premier jeu Bien que les éjecteurs additionnels augmentent le coût de l'investissement, ce coût est très faible et il est plus que compensé par l'é- limination du besoin d'un système de commande cyclique ou de tout autre équipement de réglage du débit d'air du type décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée en liaison avec le des- sin joint sur lequel La figure unique est une vue en plan schématique d'un condenseur de vapeur sous vide à refroidissement par air réalisé selon la présente invention et comportant le système ci-dessus décrit pour régler le débit d'air au droit des tubes des faisceaux. En se reportant maintenant aux détails de ce dessin, le condenseur comporte deux rangées de faisceaux tubulai- res, avec chaoue rangée formant un coté d'un cadre en "A", ouen variante avec les deux rangées disposées généralement sur le même niveau Ainsi, deux faisceaux adjacents 11 A de la rangée supérieure forment un jeu de faisceaux tandis que trois faisceaux adjacents 11 B de la rangée supérieure forment 540981 un second jeu de faisceaux; un seul faisceau 11 C de la rangée inférieure forme un troisième jeu de faisceaux, tandis que quatre-faisceaux adjacents 11 D de la rangée inférieure forment un quatrième jeu. Comme on le voit, chaque faisceau comporte une multiplicité de tubes 12 avec un collecteur d'entrée 13 à une extrémité et un collecteur de sortie 14 à l'autre extrémité O La vapeur en provenance de l'échappement d'une turbine est est introduite dans le collecteur d'entrée de chaque faisceau de tubes par l'intermédiaire d'un collecteur commun 15 s'éten- dant sur la longueur des rangées de faisceaux, et le condensat est enlevé du collecteur de sortie de chaque faisceau par l'intermédiaire d'une canalisation de vidange 16. Selon une pratique plus classique, il y a deux ou plus, et habituellement quatre rangées de tubes sur lesquels l'air passe successivement, toutes ces rangées se raccordant à des collecteurs communs à chaque extrémité En variante, chaque rangée de tubes peut se raccorder à un collecteur de sortie séparé conduisant à des tubes à évents individuels, comme il est représenté et décrit dans le brevet US antérieur 4.129 180 Par ailleurs, cette invention envisage que le con- denseur puisse comporter une portion de condenseur à évents en plus d'une portion de condenseur principal, ou, si on le désire, un déf Jgmateur ou un condenseur secondaire peut être raccordé à chaque collecteur de sortie, comme il est bien connu dans la technique. L'air est contraint de passer sur les tubes de chaque faisceau par un ventilateur rotatif monté dans un ca rénage 18 s'étendant sur le côté supérieur du faisceau tubu- laire, de façon à aspirer l'air vers le haut à travers les tu- bes du faisceau En variante, le ventilateur peut être dispo- sé pour refouler l'air au droit des tubes du faisceau et bien entendu, l'air peut être contraint de passer sur les tu- bes de chaque faisceau par plus d'un tel ventilateur Comme on le voit, des ventilateurs 17 A sont disposés au dessus du premier jeu de faisceaux 11 A pour former un premier jeu de cellules de ventilateur, des ventilateurs 17 B sont disposés au dessus du deuxième jeu de faisceaux tubulaires IIB pour former un deuxième jeu de cellules de ventilateur, un 6 2540983 ventilateur 17 C est disposé au dessus du troisème faisceau 11 C pour former un troisième jeu de cellules de ventilateur, et des ventilateurs 17 D sont disposés au dessus du quatrième jeu de faisceaux 11 D pour former un quatrième jeu de cellules de ven- tilateur. Comme il a été décrit précédemment, les gaz non condensables sont extraits des collecteurs de sortie des fais- ceaux tubulaires par un système qui comporte quatre collecteurs communs 18 A, 18 B, 18 C et 18 D, chacun raccordant les collec- Leurs de sortie des jeux de faisceaux 11 A, 11 B, 11 C et 11 D à un premier étage d'éjecteurs à jet de vapeur 19 Ai 19 B, 19 C et 19 D respectivement Ainsi dans la réalisation représentée du systèmes un premier collecteur 18 A est commun aux collecteurs de sortie du premier jeu de faisceaux tubulaires 11 A, un deu- xième collecteur 18 B est commun aux collecteurs de sortie du deuxième jeu de faisceaux tubulaires l IB, un troisième collec- teur 18 C est commun au collecteur de sortie du troisième fais- ceau tubulaire 11 C, et un quatrième collecteur 18 D est commun aux collecteurs de sortie du quatrième jeu de faisceaux tubu- laires IID. Comme on le voit schématiquement sur le dessin, les collecteurs communs se raccordent aux cols des buses des éjecteurs, et de la vapeur passe à travers les buses en arri- vant par des dérivations 20 A, 20 B, 20 C et 20 D d'une canalisa- tion de vapeur principale 20 La vapeur motrice est à une pres- sion considérablement plus élevée que la pression essentielle- ment inférieure à la pression atmosphérique des gaz non conden- sables à l'intérieur des collecteurs, de sorte qu'elle aspire ces gaz à travers les buses et les éjecte dans les extrémités aval des canalisations 20 A-20 D, et ces dernières canalisations sont à leur tour raccordées à une canalisation commune 21 con- duisant à un condenseur intermédiaire 22. Ce condenseur intermédiaire 22 comporte une coque 23 à travers laquelle s'étend un tube 24 dans lequel passe de l'eau de refroidissement provenant d'une source par une canalisation d'alimentation 25 La vapeur condensée dans le condenseur intermédiaire est évacuée de la coque 23 par une canalisation 26, tandis que les produits non condensables sont aspirés par une canalisation 27 dans le col de la buse 7 2540983 d'un deuxième étage d'éjecteur 28, La vapeur motrice est ame- née Dar une autre dérivation 29 de la canalisation 20 pour passer à travers la buse de l'éjecteur 28 afin d'éjecter les produits non condensables qui s'y trouvent du condenseur in- termédiaire 22 dans un post-condenseur 30. Les post-condenseur 30 est similaire au condenseur in- termédiaire 2 2 en ce sens qu'ir comporte une coque 31 conte- nant un tube 32 qui reçoit de l'eau de refroidissement d'une canalisation 33 provenant du tube 24 et circulant à travers le post-condenseur L'eau de refroidissement est enlevée de la coque du postcondenseur par une canalisation 34 conduisant à un endroit approprié d'évacuation, tandis que la vapeur con- densée dans le postcondenseur -en est évacuée par-une canali- sation 35 Tous les gaz non condensables qui ont pénétré dans le système sont évacués dans l'atmosphère par une canalisation 36. Les étages successifs de l'équipement d'extraction d'air peuvent prendre d'autres formes, y entraînées par des moteurs, ou l'analogue, comme il est repré- senté par exemple dans le brevet précité N O 4 129 180 Il est également bien entendu que, si le condenseur était réali- sé comme précédemment décrit, à savoir que chaque rangée de tubes constitue un faisceau séparé, le nombre total de collec- teurs et d'étages d'équipements d'extraction d'air serait mul- tiplié en conséquence. Comme on le voit également schématiquement sur le des- sin, les moteurs de chaque ventilateur 17 A du premier jeu de cellules de ventilateur destiné à faire passer l'air sur les tubes du premier jeu de faisceaux tubulaires 11 A sont électri- quement montés en parallèle et sont adaptés pour être mis en marche ou arrêtés par un seul interrupteur 40 A De manière a- nalogue, les moteurs de chaque ventilateur 17 B du deuxième jeu de cellules de ventilateur destiné à faire passer l'air sur les tubes du second jeu de faisceaux 11 B sont électrique- ment montés en parallèle et sont adaptés pour être mis en marche ou arrêtés par un interrupteur 40 B; le moteur du ven- tilateur 17 C du troisième jeu de cellules de ventilateur des- tiné à faire passer l'air sur les tubes du troisième faisceau tubulaire 11 C est adapté pour être mis en marche ou arrêté au moven de l'interrupteur 40 C, et les moteurs de chaque ventila- teur 17 D du troisième Jeu de cellules de ventilateur destiné à faire passer l'air sur les tubes du quatrième jeu de fais- ceaux sont électriquement montés en parallèle et sont adaptés pour être mis en marche ou arrêtés au moyen d'un interrupteur D Comme on le voit également sur le dessin, chaque inter- rupteur est monté dans un circuit électrique raccordé à une source anpropriée de courant électrique. Comme il a été indiqué précédemment, ce système permet à l'utilisateur de l'installation de choisir différents débits en fonction des circonstances rencontrées en utilisation, sans interférer avec les systèmes d'extraction des gaz non conden- sables des jeux individuels de cellules de ventilateur, à savoir que chaque jeu et son système d'extraction associé fonc- tionnent comme une entité séparée Ainsi, par exemple, comme il a été mentionné précédemment, et comme il apparaîtra du tableau suivant le système représenté dans lequel quatre jeux de cellules de ventilateur sont disposées et raccordées de la manière décrite permet de choisir onze plages différentes d'in- créments de débits, depuis une limite inférieure, lorsque tous les ventilateurs des quatre jeux sont arrêtés, auquel cas le débit d'air est dû seulement au tirage naturel, jusqu'à une limite supérieure, lorsque les ventilateurs des quatre jeux sont mis en marche, auquel cas tout le débit d'air au droit de tous les faisceaux est lè résultat du tirage mécaniquew Ainsi, dans le fonctionnement du système, tous les ventila- teurs d'un jeu de cellules de ventilateur donné, sont soit en marche soit arrêtés Par exemple, les trois ventilateurs 17 B du deuxième jeu de cellules de ventilateur ne peuvent pas fonctionner avec deux ventilateurs en marche et un ventilateur arrêté, c'est-à-dire que tous les trois sont, soit en marche, soit arrêtés D'autre part, les ventilateurs d'un ou de plu- sieurs jeux sélectionnés de cellules de ventilateur peuvent être mis en marche ou arrêtés de manière à faire varier le débit d'air à l'intérieur de ces limites, comme il apparaîtra dans le tableau suivant: - 9 540985 DEBIT D'AIR CELLULES DE VENTILATEUR EN _XIGE FONCTIONNEMENT (nombre de cellules de ventilateur en fonctionnement) 0 Tirage naturel seulement 1 3 ème jeu ( 11 C) 2 1 er jeu ( 11 A,11 A) 3 2 ème jeu ( 11 B, 11 B, 111 B) 4 4 ème jeu ( 11 D, 11 D, 11 D, 11 D) ler et 2 ème jeux ( 11 A, 11 A, 11 B, 11 B, 11 B) 3 ème et 4 ème jeux ( 11 C, 11 D, 11 D, 11 D, 11 D) 6 ler et 4 ème jeux ( 11 A, 11 A, 11 D, 11 D, 11 D, 11 D) ler, 2 ème et 3 ème jeux ( 11 A, 11 A, 11 B 11 B, 1 11 B, l C) 7 2 ème et 4 ème jeux ( 11 B, l El B11 B, 11 D, 11 D, 11 D, 11 D) 1 er, 3 ème et 4 ème jeux ( 11 A, 11 A, 11 C, 11 D, 11 D, 1 ID, 11 D) 8 2 ème, 3 ème et 4 ème jeux ( 11 B, 11 B, 11 B, 11 C, 11 D, 11 D, 11 D, 11 D) 9 1 er, 2 ème et 4 ème jeux ( 11 A, 11 A, 11 B, 11 B, 11 B, 11 D, 11 D, 11 D, 11 D) ler, 2 ème, 3 ème et 4 ème jeux ( 11 A, 11 A 11 B 11 B,, 11, E,, 11 C, 11 D, 11 D, 11 D, 11 D) De ce qui précède on peut voir que l'invention est bien adaptée pour atteindre tous les buts et objectifs fixés ci- dessus, ensemble avec d'autres avantages qui sont évidents et qui sont inhérents à l'appareil. Il doit être entendu que certaines dispositions et certains sous-ensembles sont d'utilité et peuvent être employés sans réfé- rences à d'autres dispositions ou sous-ensembles Cela ressort des revendications et se trouve dans leur champ Comme de nom- breuses réalisations peuvent être faites de l'invention sans sortir de son cadre, il doit être entendu que toute matière dé- crite ou représentée au dessin doit 8 tre interprétée de manière illustrative et non limitative. R E V E N D I C A T I O N S 1 Condenseur de vapeur sous vide à refroidissement par air, caractérisé en ce qu'il comporte une multiplicité de faisceaux tubulaires ( 11 A, B) ayant chacun un collecteur d'en- trée ( 13) pour introduire de la vapeur dans une extrémité des tubes et un collecteur de sortie à l'autre extrémité des tubes ( 12) de chaque faisceau, duauelon peut enlever le condensat, des ventilateurs ( 17 A, B) pour faire passer l'air sur les tu- bes des faisceaux et disposés avec les faisceaux sous forme d'un premier et d'un deuxième jeux de cellules de ventilateur, ayant respectivement un nombre plus grand et un nombre plus petit de ventilateurs, des moyens pour extraire les gaz non condensables des collecteurs de sortie ( 14) des faisceaux, comportant un premier collecteur commun ( 18 A) aux collecteurs de sortie du premier jeu de cellules de ventilateur, un deu- xième collecteur commun ( 18 B) aux collecteurs de sortie du deuxième jeu de cellules de ventilateur, des premiers ( 19 A) et des deuxièmes ( 19 B) moyens indépendants d'extraction des gaz non condensables raccordés respectivement au premier et au deuxième collecteurscommur pour évacuer les gaz non condensa- bles dans l'atmosphère à une pression qui empêche tout retour dans les collecteurs communs, et des moyens pour mettre en marche ou arrêter le ou les ventilateurs de chaaue jeu indé- pendamment du ou des ventilateurs de l'autre jeu, grâce à quoi le débit total d'air traversant les tubes des faisceaux des jeux peut être réglé en mettant sélectivement en marche ou en arrêtant les ventilateurs des deux jeux, ou en mettant en mar- che le ou les ventilateurs d'un jeu et en arrêtant ceux de l'autre jeu, sans interférer avec les moyens d'extraction des gaz non condensables raccordés aux autres jeux. 2 Condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième collecteur commun aux collec- teurs de sortie d'un troisième jeu de cellules de ventilateur ayant un nombre de ventilateurs plus grand que le premier ou le deuxième jeu, des troisièmes moyens indépendants d'extrac- tion des gaz non condensables raccordés au troisième collec- teur commun pour en évacuer les gaz non condensables dans l'atmosphère à une pression qui empêche tout retour dans le collecteur commun; et des moyens pour mettre en marche ou il 2540983 arrêter le ou les ventilateurs du troisième jeu indépendamment du ou des ventilateurs du premier et-du deuxième jeu, grâce à quoi le débit total dtair traversant les tubes des faisceaux du premier, du second et du troisième jeu, peuvent être réglés en mettant en marche ou en arrêtant sélectivement le ou les ventilateurs du troisième jeu, tandis que le ou les-ventila- teurs du premier et du deuxième jeu sont respectivement mis en marche ou arrêtés, sans interférer avec les moyens d'ex- traction des gaz non condensables raccordés aux autres jeux.