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Jul 17, 2023

Utiliser des débitmètres pour améliorer l'efficacité des chaudières

Le partage de vos cookies nous aide à améliorer les fonctionnalités du site et à optimiser votre expérience. Cliquez ici pour lire notre politique en matière de cookies. Dans de nombreuses usines chimiques, l'électricité utilisée par l'usine provient d'un

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Dans de nombreuses usines chimiques, l’électricité utilisée provient d’une centrale électrique au gaz naturel ou d’une usine de cogénération brûlant des flux de gaz résiduaires. Dans les grandes chaudières (figure 1), les centrales électriques rassemblent de l'air et du combustible (gaz naturel, gaz résiduaires, fioul ou charbon) pour la combustion, ce qui crée de la chaleur. La chaleur fait bouillir l'eau, créant de la vapeur. La vapeur circule dans une turbine qui la fait tourner et génère ainsi de l'électricité.

Mesurer le flux d'énergie (flux de combustible qui coûte de l'argent) dans ces applications de chaudières est essentiel pour améliorer l'efficacité énergétique, identifier les déchets et minimiser les gaz à effet de serre (GES) rejetés dans l'atmosphère. Ce n'est qu'avec une mesure précise du débit que les utilisateurs peuvent prendre des décisions éclairées pour améliorer l'efficacité énergétique.

Comment les utilisateurs décident-ils quelle technologie de débitmètre est la meilleure pour mesurer le gaz, l'eau et la vapeur pour les applications de chaudière ? Le choix des bons débitmètres dépend du fluide mesuré. Lorsqu’on parle d’amélioration de l’efficacité des chaudières, trois applications principales sont impliquées :

La production d’électricité nécessite de l’air d’admission et du carburant pour la combustion. Les ingénieurs doivent mesurer avec précision le rapport air/gaz pour une combustion efficace dans les chaudières. Trop de gaz est un gaspillage, dangereux et coûteux ; trop peu crée une flamme insuffisante pour faire bouillir l’eau efficacement.

Compteurs à orifice et à turbine. Traditionnellement, la surveillance du gaz combustible vers les chaudières s'effectue à l'aide d'un compteur à orifice ou à turbine. Cependant, ce ne sont pas les meilleurs appareils de mesure pour cette application car ils sont sujets à des pannes et nécessitent un entretien fréquent et qualifié pour fournir une mesure précise et fiable. Des conditions de tuyauterie contraintes peuvent également donner des maux de tête aux ingénieurs. Par exemple, un compteur à orifice nécessite 10 à 50 diamètres de tuyauterie en amont pour éliminer l'effet des perturbations du débit. Comme il est difficile de trouver de longs tronçons de canalisations droites, la plupart des systèmes de mesure de débit sont affectés par les différents profils d'écoulement à l'intérieur de la canalisation.

La plus grande source de préoccupation est que les compteurs à orifice et à turbine mesurent le débit volumétrique. Des capteurs supplémentaires de pression, de température et de pression différentielle, ainsi qu'un calculateur de débit, sont nécessaires pour calculer ou déduire le débit massique (figure 2). Non seulement cela dégrade la précision de la mesure du débit, mais les coûts d'installation et de maintenance de ce type de mesure compensée augmentent le coût de possession.

Débitmètres massiques thermiques. En revanche, les débitmètres massiques thermiques conviennent à la mesure directe du débit massique des gaz, et non du débit volumétrique. Étant donné que les débitmètres massiques thermiques comptent les molécules de gaz, ils sont insensibles aux changements de température et de pression d'entrée et mesurent le débit massique directement sans compensation. Dans les applications de chaudières à air d'admission et à débit de gaz, les débitmètres thermiques fonctionnent bien car le rapport combustible/air optimal pour une combustion efficace dans les chaudières est calculé sur une base massique et non volumétrique (figure 3).

Dans la configuration de fonctionnement la plus simple d'un débitmètre thermique, le fluide s'écoule devant un capteur thermique chauffé et un capteur de température. Lorsque les molécules du fluide passent devant le capteur thermique chauffé, de la chaleur est perdue dans le fluide qui s'écoule. Le capteur thermique refroidit tandis que le capteur de température continue de mesurer la température relativement constante du fluide en circulation. L'ampleur des pertes de chaleur dépend des propriétés thermiques du fluide et de son débit. En mesurant la différence de température entre les capteurs thermiques et de température, le débit peut être déterminé.

Les nouveaux développements dans la technologie thermique à quatre capteurs, associés à une technologie de capteur stable « détection sèche » ainsi qu'à des algorithmes de modélisation thermodynamique avancés, permettent à certains débitmètres thermiques d'atteindre une précision de lecture de ±0,5 %, rivalisant avec la précision du débitmètre Coriolis à moindre coût. Les applications logicielles embarquées permettent également de mélanger des gaz, de valider in situ et de connecter un tuyau.