Économiser de l'énergie dans les systèmes de vapeur et de condensat

Les apprentis Franz Weber et Martin Becher ont mis en évidence des possibilités d'économies d'énergie en testant régulièrement les purgeurs de vapeur. En 2018, ils ont tous deux remporté un prix grâce à leur projet intitulé « Les purgeurs de vapeur, un élément clé de l'efficacité énergétique ».

Martin Becher, apprenti mécanicien industriel en troisième année, explique : « Après avoir suivi plusieurs modules sur les thèmes de l’efficacité énergétique, de la gestion de projet et de l’utilisation des appareils de mesure à la Chambre de commerce et d’industrie (IHK) de Dresde, on nous a confié la mission de mettre en œuvre un projet concret d’efficacité énergétique au sein de notre entreprise.

Après avoir mené des recherches et consulté le responsable de l’énergie, les deux apprentis ont décidé d’examiner minutieusement les purgeurs de vapeur de la centrale.

« Des purgeurs de vapeur défectueux peuvent entraîner des arrêts imprévus et une consommation d’énergie plus élevée. En testant régulièrement les purgeurs, il est possible de mieux planifier les réparations et les remplacements. Les coûts énergétiques liés à la production de vapeur peuvent également être considérablement réduits, ce que nous avons démontré dans notre projet », explique Franz Weber, technicien en électronique en quatrième année d’apprentissage.

L’usine de papier a principalement besoin de vapeur pendant le processus de séchage, au cours duquel l’eau résiduelle du papier est évaporée. La bande de papier décoratif traverse le labyrinthe des 30 cylindres de séchage de la machine à papier. À la fin du processus, le papier fini contient 7 à 8 % d’humidité résiduelle.

Contrôle combiné par ultrasons et par température

Martin Becher explique : « Jusqu’à présent, nous n’avions pas beaucoup d’expérience avec les systèmes à vapeur et à condensat. Au début, nous avons dû nous familiariser avec le sujet et nous avons suivi une formation d’une journée chez SONOTEC. »

Au cours de cette session, les deux « éclaireurs de l’énergie » ont notamment appris à distinguer les purgeurs intacts des purgeurs défectueux à l’aide d’échantillons audio. Selon leur conception, un purgeur en bon état s’ouvre et se ferme de manière continue ou discontinue, et émet des signaux ultrasoniques caractéristiques au cours de ce processus. Ces signaux peuvent être enregistrés et analysés à l’aide de l’appareil de contrôle par ultrasons numérique SONAPHONE®, de l’application LevelMeter® et du capteur ultrasonique et de température à large bande BS20. La théorie a ensuite été mise en pratique de retour à Penig.

Un tronçon comportant 28 purgeurs thermiques et à flotteur devait être analysé. Tous les purgeurs de vapeur de l’installation ont été répertoriés et configurés comme points de test avec une photo, un numéro et un type. Les « éclaireurs énergétiques » ont ensuite branché le capteur BS20 sur l’appareil et ont commencé les tests.

Dans un premier temps, la température du purgeur a été mesurée à l’entrée et à la sortie. La température permet de déterminer, par exemple, si le purgeur de vapeur fonctionne à la température attendue ou s’il a tendance à être trop froid (retour de condensat) ou trop chaud (fuite), en fonction de la pression du système. La différence de température entre l’entrée et la sortie est évaluée en fonction du principe de fonctionnement du purgeur.

L'évaluation de l'état des installations nécessite de l'expérience

Par la suite, les deux apprentis ont enregistré le signal ultrasonique à l'aide d'un capteur de bruit de structure à large bande, dans une plage de fréquences comprise entre 20 et 100 kilohertz. Les essais se sont déroulés sans problème et ont pu être réalisés alors que l'équipement était en service. Ils ont choisi les intervalles de mesure de manière à ce que le purgeur de vapeur ait effectué au moins un cycle complet de circulation et de purge.

Un intervalle d’environ une minute a été utilisé pour le purgeur à flotteur et un intervalle d’environ trois minutes pour le purgeur thermique. L’affichage d’un signal acoustique sous forme de spectrogramme s’est avéré utile pour leur évaluation ultérieure.

Les modifications caractéristiques du son des purgeurs de vapeur défectueux se distinguent immédiatement de celles des purgeurs en bon état.

« Dans un premier temps, nous avons enregistré le signal d’un purgeur neuf qui fonctionnait très probablement correctement. Nous avons ensuite pu comparer cet enregistrement aux autres et tirer des conclusions quant aux purgeurs défectueux. Cela nécessite également un peu d’expérience. »

Franz Weber, Schoeller Technocell GmbH & Co. KG, usine de Penig

Au cours des essais, les deux apprentis ont utilisé l’application LevelMeter®. Après avoir enregistré la température et les ultrasons, ils ont pu ajouter des photos, des mémos vocaux et des commentaires pour chaque point de test. Franz Weber explique : « L’utilisation du SONAPHONE® est vraiment très intuitive et simple ; cela ressemble à l’utilisation d’un smartphone. Une fois notre travail terminé, nous avons pu créer un rapport en quelques clics seulement. »

50 % des pièges étaient défectueux

À l'issue de l'étude de cas, tout le monde a été surpris par les résultats des tests. Cinquante pour cent, soit 14 des 28 pièges, se sont révélés défectueux.

Rico Eidam déclare : « Si l’on part du principe qu’un purgeur défectueux nous coûte environ 4 000 euros par an, nous pouvons économiser environ 48 000 euros rien que dans ce secteur en remplaçant les purgeurs. » Les derniers purgeurs défectueux seront remplacés lors du prochain arrêt de production. Le responsable de l’énergie rapporte : « La température du condensat a considérablement baissé depuis que nous avons remplacé les premiers purgeurs. »

À l’avenir, tous les purgeurs de vapeur de l’usine de Peniger seront répertoriés et testés régulièrement. La maintenance préventive programmée comprendra une surveillance de l’état des purgeurs tous les six mois. De plus, l’équipe prévoit également d’utiliser le SONAPHONE pour d’autres tâches de maintenance.

Par exemple, elle pourra utiliser cet appareil de test numérique pour détecter des fuites dans les réseaux d’air comprimé et pour surveiller l’état des roulements à rouleaux et à billes. De plus, cet appareil de test est adapté à la détection des décharges partielles dans les équipements électriques. En matière d’économies d’énergie, Peniger a pris les devants.

Les « éclaireurs de l’énergie » ont reçu un prix pour leur projet « Les purgeurs de vapeur, un élément clé de l’efficacité énergétique » dans le cadre d’un concours parrainé par l’initiative « Transition énergétique et protection du climat » destinée aux entreprises de taille moyenne en Saxe. « Nous sommes bien sûr fiers de cette réussite. Jusqu’à présent, nous avons réussi chaque année à dépasser notre objectif d’économies d’énergie. Ce type de projet est un élément essentiel pour atteindre notre objectif et il sensibilise l’ensemble de notre personnel à cette question. »