Débitmètre à vortex pour vapeur

Un débitmètre à vortex répond à la question de la vapeur. Quand une usine veut savoir quelle énergie elle achète, déplace ou perd, le milieu est le plus souvent de la vapeur ou de l’air comprimé, et les appareils qui mesurent les liquides conducteurs n’y sont d’aucun usage. Le débitmètre à vortex les mesure sans pièce mobile, et c’est cette combinaison qui le place en tête de presque tous les bilans d’énergie d’une chaufferie.

Ce qu’il demande en retour, c’est un écoulement qu’il peut compter. L’appareil lit un rythme plutôt qu’un niveau ou une pression, et un rythme exige un arrachement régulier de tourbillons, ce qui explique pourquoi les conditions autour du corps comptent autant que le corps lui-même.

Comment la mesure est faite

Un corps non profilé est fixé dans l’alésage. Lorsque la vapeur le traverse, des tourbillons se détachent alternativement des deux côtés, et chaque tourbillon arraché emporte une faible impulsion de pression depuis le bord qui le suit. Un capteur logé dans le corps perçoit cette alternance et l’électronique la compte. Dans la bande pour laquelle le corps est conçu, la fréquence de comptage est proportionnelle à la vitesse, si bien qu’un alésage connu la convertit en volume par heure.

Le fait que le signal soit une fréquence est ce qui rend ce type durable dans cet usage. Une fréquence ne dérive pas comme dérive l’échelle d’un signal analogique, et elle n’exige aucun élément mobile que la vapeur et la chaleur finiraient par bloquer. Ce qu’elle exige en revanche, c’est que le milieu reste dans une seule phase tant qu’il est dans l’appareil. Des gouttelettes dans une vapeur humide troublent l’arrachement, et un gaz qui se condense dans le corps fait de même, ce qui explique pourquoi le document est explicite sur le fait que l’appareil n’est pas proposé pour un écoulement diphasique, et pourquoi un séparateur de vapeur sèche en amont fait souvent partie de la réponse plutôt qu’un projet séparé.

Ce qu’on demande au corps de supporter

Deux ensembles de conditions agissent indépendamment sur l’appareil, et ils sont d’habitude énoncés séparément parce que ce ne sont pas les mêmes pièces qui les supportent. Les conditions du milieu - température, pression, vapeur saturée ou surchauffée - sont tenues par le corps, le capteur et l’étanchéité. Les conditions ambiantes - vibrations, intempéries, conduite calorifugée ou non, et chaleur qui s’accumule autour de la tête - sont tenues par le boîtier et, sur des années, par l’électronique.

Le document derrière cette page décrit la version phare comme ayant un corps plus épais pour les lignes soumises à des vibrations de fréquence élevée, et un ensemble capteur monté sur un support à section carrée, ce qui répond au second ensemble de conditions plutôt qu’au premier. Cela mérite d’être noté, parce qu’une vibration à la fréquence d’arrachement est indiscernable d’un écoulement : un débitmètre qui vibre ne fait pas que mesurer faux, il lit quelque chose qui n’est pas là.

Lecture volumique et lecture compensée

Ce qu’un débitmètre à vortex produit est un volume, et pour la vapeur et le gaz un volume est rarement le chiffre dont l’acheteur a besoin. Un mètre cube de vapeur à une pression donnée ne contient pas la même quantité d’énergie qu’un mètre cube à une autre pression, si bien qu’un cumul pris sans compensation change dès que la charge de la chaudière ou la pression de la ligne change, même quand la même énergie a été livrée.

La compensation corrige cela en mesurant la température et la pression et en convertissant le volume en masse ou en volume conventionnel. Elle peut être organisée de façon monobloc, avec la détection au niveau du débitmètre, ou de façon séparée, avec un calculateur de débit recevant une sonde de température et un transmetteur de pression externes. Le document décrit la disposition séparée comme celle de la vapeur surchauffée, des lignes à haute température et des tuyauteries en hauteur, ce qui est une distinction pratique : les points de mesure doivent être accessibles et correctement placés, et sur une ligne chaude en hauteur cela s’organise plus facilement loin du débitmètre.

La question de savoir si la compensation est nécessaire porte sur le compte que l’on tient, non sur l’appareil. Une ligne mesurée seulement pour voir si elle est en service n’exige aucune compensation ; une ligne mesurée pour facturer l’énergie en exige une.

Installation et longueur droite

Le corps doit voir un profil établi et sans giration, et le document donne 10 DN en amont et 5 DN en aval comme exigence normale. Ces chiffres appartiennent à l’appareil, non au site, si bien que lorsque l’espace disponible est plus court, la disposition doit être arrêtée avant que le débitmètre ne soit commandé plutôt qu’après. Une perturbation proche du corps - un coude, une vanne à moitié ouverte, un réducteur, un doigt de gant - est lue comme un changement de débit et apparaît comme une erreur qu’aucun étalonnage ne peut effacer.

Deux autres points du document valent d’être reportés dans l’installation. Le soudage doit être fait avant que le débitmètre ne soit monté, parce qu’un courant de soudage traversant l’appareil peut endommager son électronique même quand il n’est pas sous tension. Et la position de montage fait partie de l’usage : un corps placé au-dessus d’une ligne chaude vieillit plus vite qu’un corps placé sur le côté, si bien qu’il est conseillé d’incliner le support du corps plutôt que de le poser vertical sur les installations de vapeur et de gaz chaud.

Limites de mesure et critères de choix

Le document dit sans détour que l’appareil n’est pas proposé pour la vapeur humide ni pour un écoulement diphasique, et c’est la première limite à vérifier plutôt que la dernière. La seconde est la vitesse : au-dessous d’une certaine valeur, l’arrachement cesse d’être régulier et le bas de la plage est fixé par la physique du corps plutôt que par une limite électronique, ce qui explique pourquoi une conduite surdimensionnée par rapport à son débit fait une mauvaise installation à vortex.

Le document laisse aussi trois chiffres non fixés, et ce sont ceux qu’un acheteur compare d’abord. Le rapport d’étendue de mesure est donné de trois façons différentes - 8:1 aux masses volumiques de référence indiquées, de 1:6 à 1:25 pour la version classique, et jusqu’à 1:30 dans la liste des points forts - et le document note lui-même que le rapport varie avec la masse volumique du milieu, si bien qu’aucun des trois ne peut être appliqué à un milieu quelconque sans vérification. La température du milieu est donnée sous deux barèmes qui se recouvrent. Et l’exactitude est exprimée à la fois comme une classe et comme un pourcentage de la valeur lue, qui sont deux grandeurs différentes et ne doivent pas être converties l’une dans l’autre. Ces trois points sont énumérés ci-dessous comme informations requises plutôt que résolus ici.

Commander

Les éléments qui fixent la réponse sont le milieu et la question de savoir s’il s’agit de vapeur, de gaz ou de liquide ; le fait que la vapeur soit sèche ; les débits minimal, normal et maximal ; la température et la pression du milieu et leur éventuelle variabilité ; le diamètre extérieur de la conduite avec son épaisseur de paroi et la norme de bride à laquelle elle doit correspondre ; le fait de savoir si une masse compensée ou un volume conventionnel est requis ; les sorties et ce qui va les lire ; le fait de savoir s’il existe une alimentation au point d’installation ; et la longueur droite disponible en amont et en aval. Une description de ligne avec un croquis du point proposé suffit pour établir un devis couvrant, qui peut être affiné ensuite quand l’emplacement est arrêté. La quantité, le port de destination et la date de livraison requise complètent la demande.