Quels sont les défauts courants d’un échangeur de chaleur à calandre et tubes en acier ?

Salut! En tant que fournisseur d'échangeurs de chaleur à calandre et tubes en acier, j'ai vu pas mal de problèmes avec ces astucieux appareils. Dans ce blog, je vais parler de certains des défauts courants que vous pourriez rencontrer avec un échangeur de chaleur à calandre et tubes en acier.

1. Encrassement

L’encrassement est l’un des problèmes les plus répandus dans les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes. Cela se produit lorsque des matériaux indésirables s’accumulent sur les surfaces de transfert de chaleur. Cela peut aller de la saleté, du tartre et des produits de corrosion à la croissance biologique.

Commençons par l'échelle. Le tartre se forme lorsque les minéraux dissous dans le liquide, comme le calcium et le magnésium, précipitent et collent aux parois du tube. Il agit comme un isolant, réduisant considérablement l’efficacité du transfert de chaleur. Par exemple, si vous utilisez de l'eau dure dans l'échangeur thermique, la teneur élevée en minéraux peut entraîner une formation rapide de tartre.

L’encrassement biologique est un autre casse-tête. Lorsque le fluide contient de la matière organique et que les conditions sont réunies (températures chaudes et nutriments suffisants), des bactéries, des algues et d’autres micro-organismes peuvent se développer sur les surfaces. Cela réduit non seulement le transfert de chaleur, mais peut également provoquer de la corrosion au fil du temps.

Et puis il y a l'encrassement particulaire. La poussière, le sable et autres particules solides transportées par le fluide peuvent s'accumuler sur les surfaces de transfert de chaleur. Ceci est particulièrement courant dans les environnements industriels où le fluide peut être exposé à de nombreux contaminants.

2. Corrosion

La corrosion est une préoccupation majeure pour les échangeurs de chaleur à calandre et tubes en acier. L'acier, bien que résistant, est sensible à la corrosion dans certaines conditions.

Un type de corrosion est la corrosion uniforme. Cela se produit lorsque toute la surface de l’acier est attaquée à un rythme relativement constant. Elle est généralement causée par une exposition à des fluides corrosifs, comme des solutions acides ou alcalines. Par exemple, si vous utilisez un échangeur de chaleur pour refroidir un processus chimique impliquant des sous-produits acides, l'acier peut commencer à se corroder uniformément.

La corrosion par piqûre est plus localisée. De petites piqûres se forment à la surface de l’acier, ce qui peut éventuellement conduire à une perforation du tube. Les ions chlorure présents dans le fluide sont souvent responsables de la corrosion par piqûres. Même une petite quantité de chlorure peut déclencher le processus de piqûre et, une fois commencé, il peut se propager rapidement.

Une autre forme est la fissuration par corrosion. Cela se produit lorsque l’acier est soumis à des contraintes (soit des contraintes résiduelles dues à la fabrication, soit des contraintes opérationnelles) et qu’il est exposé à un environnement corrosif. La combinaison des contraintes et de la corrosion peut provoquer la formation et la propagation de fissures, ce qui peut être extrêmement dangereux car cela peut entraîner une défaillance soudaine de l'échangeur thermique.

3. Fuite des tubes

Une fuite de tube est un défaut grave pouvant perturber le fonctionnement de l’échangeur thermique. Il existe plusieurs raisons pour lesquelles les tubes peuvent fuir.

L'une des raisons est les dommages mécaniques. Lors de l'installation ou de la maintenance, les tubes peuvent être accidentellement endommagés. Par exemple, si les tubes sont mal manipulés lors de leur insertion dans la plaque tubulaire, ils peuvent être rayés ou bosselés. Au fil du temps, ces dommages peuvent entraîner des fuites.

La corrosion, comme mentionné précédemment, peut également provoquer des fuites dans les tubes. Une fois que la corrosion a rongé la paroi du tube, le fluide peut commencer à s'écouler du côté tube vers le côté calandre ou vice versa.

Les vibrations sont un autre facteur. Si l'échangeur thermique est soumis à des vibrations excessives, les tubes peuvent frotter les uns contre les autres ou contre la plaque tubulaire. Cela peut user les parois du tube et éventuellement provoquer des fuites.

4. Transfert de chaleur inadéquat

Parfois, l’échangeur de chaleur ne transfère pas la chaleur aussi efficacement qu’il le devrait. Il y a plusieurs raisons à cela.

Premièrement, comme nous l'avons évoqué pour l'encrassement, l'accumulation de dépôts sur les surfaces de transfert de chaleur réduit le coefficient de transfert de chaleur. Plus la couche d’encrassement est épaisse, moins la chaleur peut être transférée entre les deux fluides.

Le débit des fluides joue également un rôle crucial. Si le débit est trop faible, le transfert de chaleur sera inefficace. En effet, le fluide passe trop de temps dans l'échangeur de chaleur et la différence de température entre les deux fluides diminue, réduisant ainsi la force motrice du transfert de chaleur. D’un autre côté, si le débit est trop élevé, cela peut provoquer une chute de pression excessive et ne pas laisser suffisamment de temps pour un échange thermique correct.

La conception de l’échangeur de chaleur peut également être un facteur. Si le nombre de tubes, le diamètre du tube ou la taille de la coque ne sont pas correctement dimensionnés pour l'application, les performances de transfert de chaleur seront affectées.

5. Problèmes de chute de pression

La chute de pression est la diminution de pression qui se produit lorsque le fluide traverse l'échangeur de chaleur. Une chute de pression excessive peut être un problème.

L’encrassement est l’une des causes d’une chute de pression élevée. L'accumulation de dépôts sur les surfaces restreint l'écoulement du fluide, augmentant la résistance et donc la perte de charge.

Une autre raison est une conception incorrecte du chemin d'écoulement. Si le fluide doit faire trop de tours ou passe par un passage très étroit à l’intérieur de l’échangeur thermique, la chute de pression sera élevée.

De plus, si les tubes sont bouchés ou partiellement bouchés, par exemple à cause de produits de corrosion ou de débris, la chute de pression augmentera considérablement.

Solutions et prévention

Pour remédier à ces défauts, vous pouvez faire plusieurs choses.

En cas d'encrassement, un nettoyage régulier est indispensable. Vous pouvez utiliser des produits de nettoyage chimiques pour éliminer le tartre et la croissance biologique. Des méthodes de nettoyage mécaniques, comme le brossage ou le jet d'eau à haute pression, peuvent être utilisées pour éliminer les encrassements particulaires.

Pour prévenir la corrosion, vous pouvez utiliser des revêtements résistants à la corrosion sur les surfaces en acier. La protection cathodique est une autre option, dans laquelle une anode sacrificielle est utilisée pour protéger l'acier de la corrosion.

En cas de fuite de tube, une installation et un entretien appropriés sont essentiels. Assurez-vous que les tubes sont manipulés avec soin pendant l'installation et inspectez régulièrement les tubes pour détecter tout signe de dommage ou de corrosion.

Pour améliorer le transfert de chaleur, maintenez des débits appropriés et gardez les surfaces de transfert de chaleur propres. Et en cas de problèmes de chute de pression, assurez-vous que l’échangeur de chaleur est correctement conçu et nettoyez régulièrement le système pour éviter les blocages.

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Références

1. Incropera, FP et DeWitt, DP (2002). Fondamentaux du transfert de chaleur et de masse. John Wiley et fils.
2. Green, DW et Perry, RH (2007). Manuel des ingénieurs chimistes de Perry. McGraw-Colline.