Calculateur de Taux de Fuite de Réchauffeur d'Air (APH)

Ce que l'on appelle fuite d'APH (réchauffeur d'air) est le plus souvent une infiltration d'air sous pression du côté air vers le côté gaz de combustion. Dans les réchauffeurs d'air régénératifs, en particulier ceux de type Ljungström à élément rotatif, ce phénomène n'est pas inconnu. Lorsque le rotor tourne, les gaz de combustion chauds passent d'un côté et l'air de combustion de l'autre. Entre les deux se trouvent les éléments d'étanchéité, les plaques sectorielles, les jeux radiaux et axiaux. Ces jeux évoluent avec les heures de fonctionnement. Parfois le réglage dérive, parfois l'élément d'étanchéité s'use, parfois les conditions de charge faussent la mesure.

Cet outil de calcul permet d'estimer approximativement le taux de fuite en se basant sur les valeurs d'O₂ ou de CO₂ à l'entrée et à la sortie de l'APH. Si les débits d'air de fuite et de gaz de combustion sont connus directement, la méthode par débit peut également être utilisée. Dans les systèmes avec côtés A et B (deux réchauffeurs d'air parallèles), les deux côtés peuvent être comparés séparément. Ainsi, plutôt que de se demander « y a-t-il une fuite ? », on se rapproche de la question « quel côté semble le plus problématique ? ».

Correspondance terrain de la fuite d'APH

L'air qui fuit à travers l'étanchéité de l'APH semble être un détail mineur dans les performances de la chaudière, mais son impact se ressent à plusieurs endroits. Lorsque de l'air supplémentaire se mélange aux gaz de combustion, l'O₂ en sortie d'APH augmente, tandis que le CO₂ se dilue, donc sa teneur diminue. Le ventilateur de tirage induit (ID fan) doit transporter un volume plus important. Les vitesses du côté gaz de combustion changent. Lors du calcul du rendement, les valeurs d'oxygène mesurées peuvent être interprétées différemment de la réalité.

Si sur l'écran DCS on observe une augmentation de l'O₂ après l'APH par rapport à avant, l'un des premiers suspects est une fuite d'air de l'APH. Bien sûr, il ne faut pas poser de diagnostic direct. La ligne d'échantillonnage pourrait fuir, l'étalonnage de l'analyseur pourrait avoir dérivé, ou la charge pourrait avoir changé récemment. Mais si l'augmentation de l'O₂ est régulière et reproductible, il faut examiner le côté APH.

Un raisonnement similaire s'applique pour le CO₂. Comme le mélange d'air dilue les gaz de combustion, la valeur de CO₂ en sortie d'APH diminue. Certaines exploitations utilisent l'O₂, d'autres effectuent une vérification croisée avec le CO₂. Les voir ensemble est souvent plus confortable ; si l'un ne correspond pas à l'autre, on commence par douter de la mesure.

Visualiser le sens de l'écoulement

Imaginons une coupe simple. D'un côté, les gaz de combustion chauds entrent dans l'APH, cèdent leur chaleur aux éléments du rotor et ressortent. De l'autre côté, l'air de combustion froid arrive, se réchauffe et se dirige vers la chaudière. Lorsque la pression du côté air est plus élevée, l'air tend à s'infiltrer du côté gaz de combustion par les interstices.

Mesures et saisie de données

Dans la calculatrice, vous devez d'abord choisir la méthode. Si la méthode O₂ est sélectionnée, les valeurs d'O₂ à l'entrée et à la sortie de l'APH sont saisies. Si la méthode CO₂ est sélectionnée, les valeurs de CO₂ aux mêmes points sont utilisées. Dans la méthode par débit, le débit d'air de fuite et le débit de gaz de combustion sont nécessaires. Pour la comparaison A/B, les valeurs d'O₂ d'entrée et de sortie pour le côté A et le côté B sont saisies séparément.

Le point le plus critique ici est la base de mesure. Si la valeur d'O₂ d'entrée est sur base sèche et la valeur de sortie sur base humide, le résultat n'est techniquement pas fiable. Il en va de même pour le CO₂. La calculatrice n'effectue pas de conversion automatique entre base sèche et humide ; vous devez saisir les deux côtés dans la même base que celle de vos mesures. Cet avertissement peut sembler ennuyeux, mais c'est l'un des facteurs qui fausse le plus les résultats sur le terrain.

Un autre point est le timing des mesures. Les valeurs d'entrée et de sortie de l'APH doivent représenter les mêmes conditions de fonctionnement. Il n'est pas judicieux d'effectuer un calcul de fuite avec des valeurs prises alors que la charge de la chaudière change, que l'O₂ varie ou que le registre du ventilateur bouge. Il est plus fiable d'observer des valeurs stables pendant quelques minutes plutôt qu'un instantané.

Coefficient de correction

Dans les méthodes O₂ et CO₂, le coefficient de correction est par défaut de 0,9. Ce coefficient peut être considéré comme un facteur de correction utilisé dans les calculs pratiques sur le terrain. Vous pouvez le modifier selon la procédure de l'installation, les notes de test ou votre propre méthode d'acceptation.

L'important est de ne pas « embellir » le résultat avec le coefficient. Si la procédure indique 0,9, on utilise 0,9. Si une autre valeur est définie, on la saisit. Dans un calcul à rapporter, le coefficient choisi et sa justification doivent être clairement indiqués.

Méthodes de calcul

La méthode O₂ est le contrôle rapide le plus couramment utilisé. Le principe est le suivant : si l'O₂ en sortie d'APH est supérieur à celui d'entrée, cette augmentation peut être liée à l'effet de l'air de fuite. Dans le calcul, la teneur en oxygène de l'air est pratiquement considérée comme étant de 21 %.

Le calcul O₂ se lit comme suit :

Par exemple, supposons que la valeur d'O₂ à l'entrée de l'APH soit de 2,8 %, celle de sortie de 5,7 % et le coefficient de correction de 0,9. La différence d'O₂ est de 2,9 points. Calcul : \( \frac{2{,}9}{21 - 5{,}7} \times 0{,}9 \times 100 \). Le résultat est d'environ %17,06.

On ne peut pas affirmer que cette valeur à elle seule signifie « cette pièce est défectueuse ». Mais il est tout à fait raisonnable de dire qu'il faut vérifier l'étanchéité du côté APH.

Méthode CO₂

La méthode CO₂ utilise les valeurs de CO₂ à l'entrée et à la sortie. Le mélange d'air dilue le CO₂, donc la valeur de CO₂ en sortie d'APH diminue. Le calcul se fait en rapportant cette diminution à la valeur de CO₂ en sortie.

Calcul CO₂ :

Par exemple, si CO₂ entrée = 14 %, CO₂ sortie = 12 %, coefficient de correction = 0,9, le calcul est \( \frac{2}{12} \times 0{,}9 \times 100 \). Le résultat est %15.

Si la méthode O₂ donne environ 17 % et la méthode CO₂ environ 15 %, ces deux valeurs peuvent être considérées comme proches. Mais si l'une donne 5 % et l'autre 25 %, avant de blâmer la calculatrice, il faut examiner le système d'échantillonnage. Il peut y avoir de la condensation, une fuite, une dérive d'étalonnage ou un point d'échantillonnage mal choisi dans la ligne d'analyse.

Méthode par débit

La méthode par débit semble plus directe : on divise le débit d'air de fuite par le débit de gaz de combustion et on convertit en pourcentage. Si le débit d'air de fuite est de 10 et celui des gaz de combustion de 100, le résultat est %10.

Mais ici, la question des unités est importante. Les deux débits doivent être sur la même base. Si les deux sont en Nm³/h, pas de problème, mais si l'un est en kg/h et l'autre en m³/h, on ne peut pas faire un rapport direct. Des corrections de température, pression et densité entrent en jeu. Sur le papier, la méthode par débit est la plus courte ; en pratique, obtenir de bonnes données de débit est parfois le plus difficile.

Comparaison A/B O₂

La comparaison A/B est particulièrement utile dans les configurations APH à deux côtés. Parfois, le taux de fuite total ne déclenche pas d'alarme, mais l'un des côtés fonctionne nettement moins bien. Cette différence donne une bonne indication à l'équipe de maintenance.

Par exemple, côté A : O₂ entrée = 2,8 %, O₂ sortie = 5,7 %. Côté B : O₂ entrée = 2,8 %, O₂ sortie = 4,5 %. Avec un coefficient de correction de 0,9, le côté A donne environ %17,06, le côté B environ %9,27. La différence est de %7,79.

Avec une telle différence, on examine l'étanchéité radiale, l'étanchéité axiale, le réglage des plaques sectorielles, le jeu du rotor ou les fuites locales de conduits du côté A. Dire « le côté A est définitivement défectueux » serait trop sévère, mais le côté A mérite un examen plus approfondi.

Interprétation des résultats

Un faible taux de fuite indique un réchauffeur d'air plus sain. Plus la valeur est élevée, plus la charge du ventilateur, le débit des gaz de combustion, la perte de chaleur et l'interprétation des mesures peuvent être affectés. Néanmoins, il n'est pas correct de prendre une décision définitive sur la base d'un seul pourcentage. Le même APH peut se comporter différemment à différentes charges. Le réglage d'étanchéité peut changer entre l'état chaud et froid. La déformation du rotor ou l'accumulation de cendres peut influencer la mesure.

Par conséquent, le résultat doit être lu comme une indication, non comme un diagnostic. Une bonne approche terrain se déroule généralement ainsi : d'abord, vérifier la mesure, puis refaire la mesure dans les mêmes conditions, puis comparer avec l'O₂ et si possible le CO₂, et enfin passer à l'inspection mécanique. Si la mesure n'est pas fiable, l'équipe mécanique sera envoyée inutilement à l'intérieur de l'APH ; personne ne le souhaite.

Quelle valeur est considérée comme élevée ?

Il n'y a pas de réponse unique à cette question. Le type d'APH, la conception de la chaudière, la charge de fonctionnement et les valeurs d'acceptation du fabricant sont importants. Néanmoins, en pratique, plus le taux de fuite est élevé, plus le niveau d'attention augmente. La note d'évaluation de la calculatrice ne doit donc pas être considérée comme un critère d'acceptation strict, mais plutôt comme un avertissement rapide sur le terrain.

Par exemple, une valeur autour de 5 % et une autre autour de 17 % ne sont pas évaluées de la même manière. Lorsqu'on voit 17 %, il est logique de refaire la mesure, de vérifier la différence A/B et de contrôler l'étanchéité. Mais il faut interpréter cela en conjonction avec la procédure d'exploitation.

Si les résultats O₂ et CO₂ divergent

Si les méthodes O₂ et CO₂ donnent des résultats très différents, le premier soupçon doit porter sur la mesure. Les bases sèche/humide peuvent être mélangées. Les mesures d'entrée et de sortie peuvent ne pas avoir été prises simultanément. L'un des analyseurs peut avoir dérivé. La sonde d'échantillonnage peut être placée à un endroit peu représentatif dans le conduit.

Dans une telle situation, avant de discuter du résultat du calcul, il faut discuter de la chaîne de mesure. Dans le calcul de la fuite d'APH, la qualité des données pèse plus lourd que la formule.

Notes d'utilisation rapides

Dans le calcul O₂, la valeur 21 doit être considérée comme une acceptation pratique de la teneur en oxygène de l'air. Certaines sources mentionnent 20,9 ; cette différence peut être discutée dans des tests précis. La formule O₂ de cette calculatrice travaille avec l'acceptation 21. L'important est d'utiliser la même acceptation de manière cohérente et de la mentionner dans le rapport.

Il ne faut pas mélanger base sèche et base humide. Je sais que cela semble se répéter, mais c'est vraiment la source la plus fréquente d'erreurs dans le calcul de la fuite d'APH. Si l'instrument de mesure donne une base sèche, les valeurs d'entrée et de sortie doivent être saisies en base sèche. Si c'est une base humide, les deux doivent être en base humide.

Si la fuite s'avère élevée, vérifiez d'abord les données. Le point de mesure est-il correct ? L'analyseur est-il étalonné ? La charge est-elle stable ? Les valeurs d'O₂ et de CO₂ représentent-elles la même période ? Si tout cela est clair, on passe à l'inspection mécanique. On examine dans l'ordre : le réglage des joints, les jeux du rotor, les plaques sectorielles, les raccordements de conduits et les possibilités de fuites locales.

En bref, le calcul du taux de fuite d'APH ne se résume pas à produire un pourcentage à partir de quelques chiffres. La formule est rapide ; le véritable travail consiste à s'assurer que la mesure est fiable. Utilisé avec des données correctes, il donne une orientation assez claire à l'équipe de maintenance : y a-t-il une fuite générale, ou l'un des côtés A/B semble-t-il plus problématique ?