Coup de bélier ou choc hydraulique est un phénomène qui peut être compris comme une collision brutale d'un bloc solide en mouvement rapide dans le système de tuyauterie avec toute obstruction, qui peut être un coude, une vanne, etc. Ainsi, le coup de bélier est défini comme une augmentation soudaine de la pression due à un obstacle au mouvement ou au changement de direction du fluide.
Exemple Il se produit lors du chargement ou du réchauffement d'une longue ligne de vapeur au cours de l'opération de démarrage initial, ainsi que du mélange de vapeur et de condensat. Le coup de bélier est quelque chose qui se produit souvent consciemment ou inconsciemment dans notre vie quotidienne - lorsque nous ouvrons et fermons soudainement le robinet d'eau dans notre salle de bain pendant la douche, cela provoque un coup de bélier. (action d'ouvrir/fermer la vanne de la douche très rapidement).
De nombreux phénomènes thermohydrauliques, tels que ceux indiqués dans le tableau, sont souvent mal caractérisés comme des coups de bélier. Les dommages résultant de ces incidents incluent des chocs hydrauliques et thermiques. Le coup de bélier se produit principalement en raison d'un manque de sensibilisation et de pratiques inadéquates d'exploitation et de maintenance. Dans le cas du coup de bélier, le proverbe "la prévention vaut mieux que le remède" est vrai.
Phénomène thermodynamique |
Lieu de survenue |
Coup de bélier |
Dans les tuyaux et les en-têtes de vapeur |
Piston d'eau (ondes horizontales instables) |
Réservoir de stockage (comme un déaérateur) |
Choc de condensation et d'évaporation flash |
Dans les déaérateurs |
Induction d'eau, distorsion du rotor ou du carter |
Dans la turbine à vapeur et la tuyauterie de vapeur |
Lorsque la vapeur quitte la chaudière, elle doit parcourir une distance avant d'atteindre le point d'utilisation (turbine à vapeur ou tout autre échangeur de chaleur) et, au cours de ce processus, la vapeur commence à perdre de la chaleur. En conséquence, la vapeur dans le tuyau commence à se condenser. Pendant le démarrage de l'installation, le taux de formation de condensat (formé par les gouttelettes d'eau) est très élevé, car le système entier démarre à froid ou à partir d'un démarrage à froid.
Au cours de l'exploitation, ces gouttelettes de condensat commencent à s'accumuler le long du réseau de tuyaux de vapeur, formant ainsi un bloc solide de condensat comme indiqué dans le schéma donné
La condensation entraîne la formation de gouttelettes d'eau. Graduellement, le condensat commence à s'accumuler le long du tuyau et forme un bloc solide. Lorsque ce bloc rencontre une obstruction comme un orifice, une vanne ou un coude, cette obstruction provoque un arrêt soudain et inattendu du bloc solide. Au cours de ce processus, l'énergie cinétique du bloc solide se transforme en énergie de pression et le réseau de tuyaux doit faire face à cela.
Il est nécessaire de comprendre l'impact sérieux du coup de bélier sur les équipements utilisés dans les installations. L'exemple ci-dessous explique clairement la nature destructive du coup de bélier :
Pour la vapeur saturée, la vitesse recommandée est de 25 à 35 mètres par seconde
Pour l'eau dans un réseau de tuyaux, la vitesse recommandée est de 2 à 3 mètres par seconde
Lorsqu'un coup de bélier se produit, le bloc de condensat est entraîné par la vapeur et le bloc d'eau se déplace donc à une vitesse égale à celle de la vapeur, qui est dix fois supérieure à la vitesse de l'eau. Ainsi, le coup de bélier est toujours associé à une pression très élevée.
Le système de vapeur est très complexe et dynamique, ce qui rend difficile l'évitement des coups de bélier. Cependant, grâce aux meilleures pratiques d'ingénierie, son occurrence peut être facilement surmontée en adoptant :
Une pente appropriée doit être fournie dans les lignes de vapeur dans le sens de l'écoulement.
L'installation de trappes à vapeur à intervalles réguliers, et ce, aux points les plus bas. L'installation des trappes à vapeur aux points les plus bas assure l'élimination du condensat du système.
Le fléchissement des tuyaux entraîne la formation de condensat dans le réseau de tuyauterie et peut augmenter les risques de coup de bélier. Ainsi, les tuyaux de vapeur doivent être correctement soutenus pour éviter tout fléchissement.
Des procédures standard de démarrage sont nécessaires pour le démarrage à froid de l'installation. Les opérateurs doivent être correctement formés pour prendre soin de l'ouverture progressive de la vanne d'isolement.
Une dimensionnement approprié des poches de drainage, afin de s'assurer que le condensat ne saute pas ou ne passe pas facilement. Le but des poches de drainage est de collecter tout le condensat et de le passer à travers la trappe.
Le type de réducteurs doit être excentrique plutôt que concentrique.
Coup de bélier se produit lorsque l'eau, accélérée par la pression de la vapeur ou par un vide à basse pression, est soudainement arrêtée par un impact sur une vanne ou un raccord, tel qu'un coude ou un T, ou sur une surface de tuyau. Les vitesses de l'eau peuvent être beaucoup plus élevées que la vitesse normale de la vapeur dans le tuyau, surtout lorsque le coup de bélier se produit au démarrage.
Lorsque ces vitesses sont détruites par l'impact, l'énergie cinétique de l'eau est convertie en énergie de pression, et un choc de pression est appliqué à l'obstacle. Dans les cas légers, il y a du bruit et peut-être un mouvement du tuyau.
Dans les cas plus graves, cela conduit à la rupture du tuyau ou des raccords avec un effet presque explosif et une conséquente évasion de vapeur vive à la fracture. La rupture des tuyaux ou des composants du système de vapeur peut projeter des fragments qui peuvent causer des blessures ou des pertes de vie.
Différents phases |
Conditions sous lesquelles le coup de bélier se produit |
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