Cryogénie
Qu'est ce qu'un vaporiseur ?
Le vaporiseur permet de passer d’une phase liquide à une phase vapeur. C’est :
- Un appareil à pression. A ce titre il doit répondre à la DESP 2014/68/UE (Directive Européenne des équipements Sous Pression),
- Soumis à de fortes contraintes de température. La température du gaz qui le parcourt va généralement évoluer entre ~-180°C et ~+20°C,
- Soumis à de fortes contraintes mécaniques, car en se réchauffant le gaz se détend et augmente sa vitesse d’écoulement, donc son énergie cinétique à l’intérieur du vaporiseur,
- Gros consommateur de calories afin de « vaincre » l’enthalpie des gaz.
Que faisons-nous chez CEPHI ?
Le Bureau d’études de CEPHI est spécialisé dans les appareils à pression. Il bénéficie de plus de 40 ans d’expérience en la matière et maitrise différents codes de conception (RCC-M, CODAP, EN 13445, CODETI, EN 13480, ASME, AD-MERKBLATT…). Il est doté d’outils de calculs pour le dimensionnement mécanique.
De par l’acquisition de sa licence de savoir-faire, CEPHI profite d’une longue expérience et ainsi du retour d’exploitation de très nombreuses installations de vaporisation de gaz. Elle dispose d’un outil de conception qui lui permet de dimensionner correctement chaque vaporiseur et de pouvoir garantir le bon fonctionnement de celui-ci.
De très nombreux secteurs d’activités (agroalimentaire, traitement des eaux, aciéristes, verrerie, pétrochimie…) ont besoin de vaporiser des gaz.
En fonction des applications nous avons à gérer :
- un gaz différent parmi les gaz de l’air (N2, O2, Ar, CO2, Ne, He, Kr, H2, Xe et Rn),
- une pression de service spécifique,
- un débit particulier en fonction du besoin exprimé,
- une température de sortie du gaz différente de celle d’entrée,
- une acceptation plus ou moins grande du delta de pression entre l’entrée et la sortie du vaporiseur appelé communément DP,
- des contraintes d’encombrements,
- des pourvoyeurs de calories différents (air, eau de nappe, eau de process, eau chaude, vapeur, thermoplongeur électrique et gaz de chauffage).
L’air qui constitue l’atmosphère terrestre est un mélange de gaz, transparent, inodore, sans saveur, de concentration relativement constante : seules les concentrations en eau et en dioxyde de carbone peuvent varier.
Les gaz ci-contre sont extraits de l’air. Comme la masse volumique est très faible en phase gazeuse et à la pression atmosphérique, ils sont stockés à des pressions élevées (généralement 20 ou 30 bars) et à des températures très froides < -180°C.
Le fait de comprimer et refroidir le gaz permet de réduire son volume dans des rapports compris entre 700 et 900 fois par rapport à une pression atmosphérique et une température ambiante à 20°C.
Par la suite, pour être utilisé, le gaz stocké en phase liquide doit être retransformé en phase gazeuse.
La multiplicité de ces paramètres explique pourquoi nos clients ont des besoins différents et spécifiques et pourquoi en fonction de leur besoin nous les orientons vers différents types de vaporiseurs avec :
- vaporiseur atmosphérique,
- vaporiseur bac piscine avec ou sans perte de charge,
- vaporisation électrique…
Travailler avec CEPHI permet de pouvoir connaître toutes les possibilités de vaporisation offertes en fonction de votre besoin.
Les différents types de vaporiseurs
Quelles que soient vos exigences, CEPHI a la solution adaptée à vos besoins comme l’attestent nos nombreuses réalisations de vaporiseurs bac piscine pour Air Liquide, Messer, Westfalen et Lindé ainsi que nos réalisations de tuyauteries pour Praxair, Air Products, etc. En fonction de votre besoin vous allez vous orienter sur un vaporiseur bac piscine ou atmosphérique.
| Bac piscine type Nappe-Diaphragme | Vaporiseur atmosphérique | |
|---|---|---|
| Prix | Plus conséquent | Plus faible |
| Perte de Charge | Faible | Importante |
| Débit | Instantané et constant | Non instantané et décroissant |
| Fonctionnement | Continu 24h/24 | Non continu et dépendant des conditions atmosphériques |
Les vaporiseurs avec bac
Ces vaporiseurs sont constitués d’un faisceau tubulaire dans lequel circule le gaz. Le faisceau est immergé dans un bac contenant de l’eau. Le gaz en phase liquide au début, va puiser des calories sur les parois du tube au fur et à mesure de sa progression à l’intérieur du faisceau. Le faisceau refroidi par les calories prises par le gaz va se refroidir à son tour et va puiser des calories dans le fluide qui l’entoure.
Si nous n’apportons pas des calories au fluide contenu dans le bac et qui entoure le faisceau alors ce fluide va refroidir jusqu’à passer en phase solide (glace). Cela constitue un point d’arrêt au bon fonctionnement du vaporiseur.
Pour apporter des calories nous pouvons utiliser :
- de la vapeur de manière à réguler la température du bac,
- de l’eau chaude issue d’une chaudière fonctionnant au fuel ou au gaz,
- une ou plusieurs résistances électriques qui vont chauffer l’eau,
- du gaz de ville qui par l’intermédiaire d’un système autonome (T.I.C.) va réguler la température de l’eau du bac,
- de l’eau de process quand l’utilisateur final en dispose,
- de l’eau de nappe.
Chacune de ces possibilités a ses avantages et ses inconvénients, énoncés dans le tableau ci-dessous :
Avantages et inconvénients des différents apports calorifiques des vaporiseurs
| Avantages | Inconvénients | Commentaires | |
|---|---|---|---|
| Vapeur | Souplesse de fonctionnement | Nécessite une ligne d’injection vapeur | Généralement pour les vaporiseurs de forte capacité |
| Eau Chaude | Solution énergétique optimisée | Nécessite une chaudière | Il faut un débit d’eau chaude adapté aux besoins du faisceau |
| Electricité | Simplicité d’installation et encombrement réduit | Coût d’exploitation | Généralement réduit aux puissances ≤ 200 kW |
| Gaz de ville | Compacité et flexibilité | Ne convient pas aux vaporiseurs O2 | Simple de mise en œuvre |
| Eau de process | Faible coût d’exploitation | Nécessite une plus grande surface d’échange | Nécessite généralement un grand débit |
| Eau de nappe | Faible coût d’exploitation | Plus de surface d’échange que pour de l’eau chaude | Nécessite généralement un grand débit |
Descriptif du faisceau
C’est un appareil à pression qui contient :
- du gaz en phase liquide,
- sur une certaine portion du faisceau du gaz en état diphasique c’est-à-dire, un mélange de gaz en phase liquide et gazeuse,
- du gaz en phase gazeuse.
Nous proposons toutes sortes de faisceaux. Les paramètres qui interviennent et qui orientent le choix de la conception sont :
- la perte de charge admissible par le client, à savoir, la différence de pression entre la sortie du vaporiseur et l’entrée de celui-ci,
- la linéarité et la réactivité dans la vaporisation, autrement dit, le dynamisme du vaporiseur,
- la non acceptation de coup de bélier au démarrage.
Dans le cas où la perte de charge admissible est importante nous pouvons proposer un faisceau tubulaire en serpentin ou en épingle.
Par contre, si le client veut avoir des performances élevées avec un débit instantané et linéaire, des pertes de charge minimes et s’affranchir des coups de bélier, un autre équipement s’impose : Le Nappe Diaphragme® CEPHI.
Les Nappes Diaphragmes® CEPHI
Des performances exceptionnelles pour les applications les plus critiques
Des avantages considérables par rapport aux systèmes classiques :
- Le nappe diaphragme® minimise les pertes de charge avec un DP < à 300 mbars.
- Le nappe diaphragme® garantit un débit instantané, régulier et constant.
- Le nappe diaphragme® élimine les coups de bélier grâce à sa conception exclusive. Il assure donc une longévité exceptionnelle de l’équipement.
- Le nappe diaphragme® est adapté pour TOUS les débits.
Réchauffage par TIC
Allier haute performance, respect de l’environnement et sécurité
Ce système, associé au faisceau Nappe Diaphragme®, présente des avantages majeurs tant sur le plan économique, technique, qu’environnemental :
- Fort rendement du dispositif TIC,
- Encombrement au sol très limité,
- Autonomie du dispositif,
- Maintien précis de la température de l’eau du bac à plus ou moins quelques °C par rapport à la température de consigne,
- Débit nominal du fluide à vaporiser instantané,
- Elimination des risques de bouchons liquides gaz et des pulsations,
- Réduction des déperditions : la température de sortie des fumées est de 110°C au lieu de 140 à 180°C avec une chaudière classique,
- Respect des normes européennes d’environnement.
- Aucun risque de pollution de l’eau du bain : le produit de combustion du brûleur gaz circule indépendamment dans l’échangeur immergé TIC et n’est pas en contact direct avec l’eau du bain.
-
- Vaporiseurs azote TIC 32 000 Nm³/h 80 bars
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- Vaporiseurs azote TIC 16 000 Nm³/h 40 bars
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- Vaporiseur Argon 2*6 350 Nm³/h Double T.I.C Nappe Diaphragme
Les réchauffeurs atmosphériques
Ces réchauffeurs de haute ou basse pression tirent de l’atmosphère ambiante, l’énergie nécessaire à la vaporisation des liquides cryogéniques. Ils sont donc caractérisés par leur surface d’échange extérieure qui est particulièrement importante.
Par contre leur débit de vaporisation est variable en fonction des conditions atmosphériques et de la durée de fonctionnement continu. A titre indicatif, la variation, dans le cas d’un fonctionnement en continu, peut se réduire de 50% sur une période de 12 heures. Entre une température ambiante de -10°C et de +25°C le débit va varier de ~50%.
C’est ce qui explique que ce type d’appareil est réservé aux besoins discontinus.
Cryoptim®
Pour l’OPTIMisation de vos systèmes CRYOgéniques
L’énergie est de plus en plus chère. En termes de vaporisation de gaz, le coût d’exploitation énergétique annuel est un multiple du coût d’achat du vaporiseur lui-même.
L’intérêt d’avoir une installation cryogénique optimisée d’un point de vue énergétique a un intérêt économique indéniable.
Avec CRYOPTIM® soyez assurés d’avoir une installation CRYOgénique OPTIMum pour votre exploitation.
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