Vaporisateurs atmosphériques

Les unités à tirage naturel reposent sur la convection libre de l'air ambiant le long de profilés en aluminium à ailettes, sans ventilateur, sans alimentation électrique et sans pièce mobile. Les unités à tirage forcé ajoutent des ventilateurs pour augmenter le coefficient d'échange côté air, si bien que la même puissance est obtenue sur une emprise plus réduite ou maintenue à une température ambiante plus basse. Le tirage naturel convient généralement à un service intermittent sur des sites disposant de surface, tandis que le tirage forcé convient aux débits continus élevés, aux emprises réduites ou aux climats froids. Le choix est examiné au regard du débit, de la température ambiante de calcul et du cycle de fonctionnement.

Le dimensionnement part du débit de gaz requis en Nm³/h, du fluide (LIN, LOX, LAR, CO₂, GNL ou GPL), de la pression d'entrée, de la température de sortie requise et de la température ambiante de calcul du site. Le cycle de fonctionnement compte autant que le débit de pointe : en service continu, la glace se forme sur la surface ailetée et réduit l'échange thermique effectif, si bien qu'un coefficient de déclassement est appliqué à la puissance en surface propre. L'humidité relative, l'exposition au vent et l'espacement entre unités influent également sur la puissance atteignable. Les vaporisateurs sont dimensionnés à partir de ces valeurs de projet plutôt que d'un chiffre nominal de catalogue.

Le principe d'échange thermique est identique, mais une unité est configurée pour un fluide défini. La pression de calcul, le choix des matériaux, les exigences de propreté et les détails de raccordement diffèrent selon les services, et le service oxygène en particulier impose un dégraissage pour service oxygène et une compatibilité des matériaux qui ne s'appliquent pas aux unités azote ou GPL. Lorsqu'un site traite plusieurs fluides, des unités dédiées distinctes constituent la disposition normale.

La capacité diminue lorsque la température ambiante baisse, car la puissance dépend de l'écart de température entre l'air et le fluide de procédé. Le givre et la glace sur les ailettes ajoutent une résistance thermique et réduisent encore le débit, et une humidité relative élevée accélère cette formation. Les applications en climat froid sont traitées en retenant une température ambiante de calcul plus basse, en augmentant la surface d'échange, en ajoutant un tirage forcé ou en disposant des batteries en service et en secours avec permutation et périodes de dégivrage.

Une batterie collectée réunit deux vaporisateurs ou plus raccordés par un dispositif de permutation, de sorte qu'un ensemble est en service pendant que l'autre dégivre. Elle est nécessaire lorsque le cycle de fonctionnement est continu, ou suffisamment long pour que le givrage réduise le débit sous la valeur requise avant la fin de la demande. La permutation peut être temporisée ou déclenchée par la température du gaz en sortie. Le nombre d'unités et l'intervalle de permutation découlent du débit, de la température ambiante de calcul et de l'humidité.

Les vaporisateurs atmosphériques peuvent couvrir une demande continue, mais pas sous la forme d'une unité unique fonctionnant indéfiniment, le givrage fixant une limite pratique au temps de marche. Le service continu est normalement assuré par des batteries en service et en secours avec cycles de dégivrage, ou par des unités à tirage forcé lorsque la surface est limitée. Lorsque le débit est très élevé ou les conditions ambiantes défavorables, une vaporisation à bain d'eau ou chauffée à la vapeur peut constituer la technologie la plus appropriée, et cette comparaison se fait au cas par cas.

Le vaporisateur est raccordé à la ligne de soutirage liquide du réservoir de stockage, normalement par une tuyauterie à isolation sous vide ou autrement isolée afin de limiter les apports de chaleur et l'écoulement diphasique. Le dimensionnement de la ligne tient compte du débit de calcul et de la perte de charge admissible, avec des dispositions d'isolement et de décharge conformes au code de tuyauterie applicable. En aval, un régulateur de pression ou un circuit de montée en pression et une surveillance de la température de sortie sont habituels. La disposition exacte suit le P&ID convenu pour l'installation.