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Auteur(s)
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William LÉVY : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon - Directeur du Département Contrats de la société Delas
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Lire l’articleINTRODUCTION
Il est de coutume de désigner par condenseur un appareil dont la fonction principale est de condenser de la vapeur, le réchauffage obligatoire du fluide froid auxiliaire n’étant qu’une conséquence (parfois nuisible), par opposition aux échangeurs de chaleur (réchauffeurs) où la condensation de vapeur n’est qu’un moyen d’obtenir le but désiré : le réchauffage d’un certain fluide.
Nous pouvons classer les condenseurs en deux grandes familles :
-
les condenseurs par surface, sans contact entre la vapeur à condenser et le fluide réfrigérant, une surface d’échange s’interposant entre eux ;
-
les condenseurs par mélange avec, comme leur nom l’indique, mélange total entre la vapeur à condenser et le fluide réfrigérant.
Ces derniers restent très peu utilisés du fait de l’impossibilité de mélange entre la vapeur et l’eau de refroidissement, en général de l’eau brute 6.
Pour condenser une vapeur saturée, la Physique nous enseigne qu’il faut soutirer à cette vapeur une certaine quantité de chaleur, dite enthalpie de vaporisation, et la céder à une source froide. Un condenseur a donc besoin d’une source froide qui est, dans le cas le plus général, un liquide bon marché. Étant donné les débits calorifiques mis en jeu, il s’est avéré que la source froide la moins chère était l’eau, mais on utilise aussi l’air comme réfrigérant (article Refroidissement des eaux dans ce traité). Nous pouvons classer les fluides réfrigérants comme suit :
-
eau douce (rivière) ;
-
eau de mer ;
-
air.
Les grands domaines d’emploi des condenseurs sont :
-
la production de l’énergie ;
-
l’industrie chimique ;
-
la technique du froid.
Dans l’état actuel des choses, le problème des condenseurs se pose de la manière la plus ardue à l’ingénieur dans le cadre de la production de l’énergie. C’est pourquoi nous consacrons cet article à ce domaine exclusivement, le lecteur pouvant, pour d’autres applications, adapter les formules et règles données ici et en tirer des conclusions applicables facilement à tous les problèmes particuliers de condenseurs.
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Appareillage annexe2. Technologie des condenseurs refroidis à l’eau
2.1 Évolution des formes et dimensions
Les condenseurs ayant naturellement suivi l’augmentation des puissances unitaires des groupes turboalternateurs, leur taille et leur forme ont beaucoup évolué. Pour fixer des ordres de grandeur, on est passé au cours des vingt dernières années de groupes de 250 MW à des groupes nucléaires de 1 400 MW. La masse des condenseurs est passée de 300 t (pour un groupe de 250 MW) à 1 500 t (pour un groupe de 1 400 MW).
Les petits condenseurs (de surface inférieure à 1 000 m2) sont généralement de forme cylindrique (figure 9), ce qui pose le moins de problèmes pour la construction ; les renforts de virole et de boîtes à eau sont réduits au minimum. Ces condenseurs présentent l’inconvénient d’occuper une place importante par rapport à l’encombrement du faisceau.
Lors de l’augmentation de puissance, les condenseurs ont reçu des formes rectangulaires (figure 10), toute la place disponible sous la turbine, entre les poteaux, étant occupée.
En général, les tubes sont disposés perpendiculairement à l’axe de la turbine. Pour des turbines à plusieurs corps basse pression, les condenseurs ont continué à être monoblocs, mais plusieurs condenseurs ont été construits (à l’étranger) en corps séparés, équilibrés côté eau et côté vapeur. En 1989, en France, les plus gros condenseurs construits sont ceux des centrales nucléaires de 1 300 et 1 400 MW ; la surface d’échange est de l’ordre de 100 000 m2 et la masse à vide de l’ordre de 1 500 t.
HAUT DE PAGE2.2 Faisceaux tubulaires. Conception
Deux éléments conditionnent le bon fonctionnement d’un condenseur (c’est-à-dire la tenue du vide garanti) :
-
une surface d’échange suffisante pour permettre le transfert de la totalité des calories à évacuer ;
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un arrangement rationnel du faisceau pour minimiser les pertes de charge côté vapeur.
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