Échangeur de chaleur

Types de échangeurs de chaleur

Un échangeur de chaleur est un dispositif conçu pour transférer l'énergie thermique entre deux fluides ou plus sans les mélanger. Il existe différents types d'échangeurs de chaleur conçus pour différentes applications.

• Échangeur de chaleur à double tube :

  Un échangeur de chaleur à double tube se compose d'un tube plus grand qui enveloppe un autre tube plus petit. Ce type d'échangeur de chaleur est également connu sous le nom d'échangeur de chaleur à tube concentrique. L'échangeur de chaleur à double tube fonctionne en faisant circuler deux fluides à travers les deux tubes, l'un des fluides perdant de la chaleur et l'autre gagnant de la chaleur. Leur arrangement de flux peut être en parallèle ou en contre-courant. Bien qu'ils soient simples en structure et faciles à fabriquer, les échangeurs de chaleur à double tube ne sont applicables que pour les fluides à basse pression et à basse température.

• Échangeur de chaleur à calandre et faisceau tubulaire

  Un échangeur de chaleur à calandre et faisceau tubulaire se compose de plusieurs petits tubes longs regroupés à l'intérieur d'une grande calandre. Alors qu'un fluide circule à travers les tubes, un autre fluide se déplace à travers la calandre et autour des tubes. Les échangeurs de chaleur à calandre et faisceau tubulaire fonctionnent bien dans des conditions de haute pression et de haute température, ce qui les rend adaptés à diverses industries, telles que la production d'énergie, la transformation chimique, les raffineries de pétrole, etc.

• Échangeur de chaleur spiral :

  Un échangeur de chaleur spiral comprend deux fluides qui circulent dans un canal en spirale. La forme spirale de cet échangeur de chaleur occupe peu d'espace et empêche efficacement les fluides de fuir l'un dans l'autre. En raison du mouvement de torsion, les fluides sont constamment exposés l'un à l'autre, ce qui augmente le coefficient de transfert de chaleur entre eux.

  Les échangeurs de chaleur spiraux sont principalement utilisés dans l'industrie chimique, l'industrie sidérurgique, l'industrie agroalimentaire, la récupération de chaleur perdue, le système de climatisation central, etc.

Spécifications et entretien

Même si les spécifications des échangeurs de chaleur varient en fonction du type et de leur fonction, voici quelques spécifications courantes lors de la recherche d'échangeurs de chaleur à vendre.

• Capacité : Il s'agit essentiellement de la quantité d'énergie que l'échangeur de chaleur transférera d'un fluide à l'autre. La capacité est généralement exprimée en watts.
• Température de fonctionnement : L'échangeur de chaleur aura une température de fonctionnement Tmin et Tmax. En dessous ou au-dessus de ces températures, l'échangeur de chaleur ne fonctionnera pas ou pourrait même être endommagé.
• Méthodes de connexion : Les échangeurs de chaleur seront connectés à d'autres équipements et machines à l'aide de différents types de méthodes de connexion. Il s'agit notamment des connexions filetées, soudées, à bride, etc. La méthode de connexion utilisée influera fortement sur les performances de l'échangeur de chaleur pour son transfert.
• Arrangement de flux : Les échangeurs de chaleur sont conçus pour permettre aux fluides de circuler en parallèle, en contre-courant ou en flux croisé. L'arrangement de flux influera sur les performances et l'efficacité de l'échangeur de chaleur. Par exemple, un échangeur de chaleur avec un arrangement en contre-courant aura une meilleure efficacité qu'un échangeur de chaleur avec un arrangement en parallèle.
• Chute de pression : Cela fait référence à la perte de pression subie par l'échangeur de chaleur lorsque le fluide le traverse. Plus le fluide rencontre de résistance dans l'échangeur de chaleur, plus la chute de pression est élevée.
• Matériau : Le fluide ou le milieu à partir duquel ou vers lequel un échangeur de chaleur est conçu pour transférer la chaleur déterminera le type de matériau avec lequel il est construit. Par exemple, des alliages exotiques, de l'acier inoxydable ou du titane seront utilisés pour les échangeurs de chaleur - comme ceux utilisés dans l'industrie pétrolière et gazière - qui reçoivent ou transmettent des fluides corrosifs.

En général, la durée de vie des échangeurs de chaleur peut être considérablement améliorée si un entretien régulier est effectué. Voici quelques conseils d'entretien pour les échangeurs de chaleur en fonction des types :

• Échangeurs de chaleur à calandre et faisceau tubulaire : Inspecter régulièrement la plaque tubulaire pour détecter toute fissure ou fuite. Les échangeurs de chaleur à source d'eau doivent également être vérifiés pour détecter tout colmatage. Nettoyer l'échangeur de chaleur pour éliminer les dépôts d'échelle. En cas de problèmes de corrosion, y remédier immédiatement en effectuant une protection cathodique ou anodique.
• Échangeurs de chaleur à plaques : Inspecter les fuites sur les joints. Si les plaques sont déformées, effectuer un processus de redressement des plaques. Nettoyer et détartrer régulièrement les surfaces intérieures de l'échangeur de chaleur à plaques. Cela évite le colmatage. De plus, surveiller la tension des boulons. Ajuster au besoin pour éviter les dommages dus à une pression excessive.
• Échangeurs de chaleur refroidis à l'air : Éliminer les débris des entrées d'air. Cela améliore le flux d'air. Vérifier et ajuster les courroies de ventilateur au besoin pour maintenir des performances optimales. Inspecter les tubes pour détecter tout colmatage ou toute fuite. Nettoyer les extrémités des tubes pour assurer un bon contact thermique et éviter le colmatage.

Scénarios d'échangeur de chaleur

Les échangeurs de chaleur jouent un rôle essentiel dans différentes industries et applications.

• Traitement industriel

  L'industrie chimique utilise des échangeurs de chaleur pour réaliser des réactions chimiques, créer des procédés de séparation distincts et effectuer des opérations unitaires telles que la distillation, l'évaporation et le séchage. Dans les centrales électriques, ils aident à refroidir et à chauffer la vapeur pour produire de l'électricité. Les raffineries et les installations pétrochimiques dépendent des échangeurs de chaleur pour le raffinage du pétrole brut, la séparation des produits et le craquage, l'hydrotraitement et la réforme des procédés pétrochimiques. En métallurgie, ils contribuent à la fusion, au raffinage et à la production d'alliages, ainsi qu'au refroidissement des fours et au traitement thermique des métaux. Les échangeurs de chaleur font partie intégrante de la fabrication des produits alimentaires, notamment la pasteurisation, la stérilisation et la réfrigération.

• Systèmes CVC

  Dans les bâtiments résidentiels/commerciaux, les échangeurs de chaleur sont largement utilisés pour les systèmes de ventilation à récupération de chaleur et pour garantir que l'air intérieur est propre et confortable. Dans les climats froids, les échangeurs de chaleur géothermiques, également appelés systèmes de chauffage/refroidissement géothermiques, transfèrent la chaleur entre le sol et les espaces intérieurs. Ils fonctionnent efficacement en réduisant la consommation d'énergie et en utilisant des énergies renouvelables.

• Récupération d'énergie

  Les échangeurs de chaleur à récupération de chaleur captent la chaleur excédentaire provenant des procédés industriels, des gaz de combustion ou des flux chauds et la transfèrent pour préchauffer l'eau d'alimentation, les flux de procédés ou produire de l'eau chaude. Cela augmente l'efficacité du système et minimise les pertes d'énergie.

• Transport

  Dans les véhicules automobiles, tels que les voitures, les camions et les autobus, les échangeurs de chaleur sont largement utilisés pour le refroidissement du moteur, le chauffage de l'habitacle et les condenseurs de climatisation. Les véhicules électriques hybrides contiennent également des échangeurs pour transférer la chaleur vers et depuis la batterie afin d'améliorer ses performances et sa durée de vie.

• Aérospatiale

  À haute altitude et à grande vitesse, une régulation thermique efficace est essentielle. Les avions doivent maintenir l'intégrité structurelle, le confort des passagers et un fonctionnement optimal. Les échangeurs de chaleur sont des composants compacts, légers et efficaces dans l'aviation commerciale, les jets militaires et l'exploration spatiale.

• Industrie maritime

  Les échangeurs de chaleur marins sont des dispositifs refroidis à l'eau qui contribuent au refroidissement du moteur, au chauffage de l'habitacle et au refroidissement du mazout et de l'huile hydraulique, etc. Pour résister à la corrosion de l'eau de mer, ils utilisent principalement du cuivre, du nickel et différents matériaux d'alliage. Les échangeurs marins doivent également être nettoyés et entretenus fréquemment pour éliminer tout dépôt d'encrassement provenant de l'eau de mer. Cela est important pour leurs performances et leur sécurité en mer.

Comment choisir des échangeurs de chaleur

Ces facteurs sont essentiels lors de la sélection des échangeurs de chaleur pour des usages spécifiques :

• Température et pression

  Déterminer la température et la pression maximales de fonctionnement des côtés chaud et froid de l'échangeur de chaleur. Cela permettra de s'assurer que vous sélectionnez un échangeur de chaleur capable de résister aux conditions de température et de pression spécifiées, évitant ainsi tout risque de panne ou de fuite.

• Caractéristiques des milieux

  Prendre en compte les propriétés des fluides de travail, notamment leur composition chimique, leur viscosité, leur conductivité thermique et leur tendance à l'encrassement. Certains fluides peuvent être corrosifs ou abrasifs, nécessitant des matériaux et des conceptions qui tiennent compte de ces facteurs.

• Performances thermiques

  Déterminer l'efficacité de transfert de chaleur requise en fonction de l'application spécifique. Sélectionner l'échangeur de chaleur capable de fournir les performances thermiques nécessaires. Cela peut impliquer de calculer la chute ou la hausse de température requise dans le processus.

• Considérations d'espace et de disposition

  Examiner l'espace d'installation disponible et la disposition de l'équipement. S'assurer que l'échangeur de chaleur sélectionné s'adaptera et pourra être installé dans la zone désignée sans aucune obstruction ni interférence, en ajustant la tuyauterie si nécessaire.

• Maintenance et accessibilité des services

  Sélectionner un échangeur de chaleur qui permet un entretien et une maintenance faciles. Prendre en compte les emplacements des orifices de maintenance, de l'assemblage et du démontage, ainsi que l'accessibilité des composants pour s'assurer que l'échange peut être entretenu efficacement au fil du temps.

• Durabilité

  Prendre en compte la durabilité des échangeurs de chaleur sélectionnés. Par exemple, les échangeurs de chaleur à calandre et faisceau tubulaire sont faciles à démonter et à nettoyer, ce qui permet le recyclage. De plus, sélectionner des échangeurs de chaleur qui utilisent des matériaux durables et des procédés de fabrication efficaces pour minimiser l'impact environnemental.

FAQ

Q1 : Quelles sont les dernières tendances en matière de technologie des échangeurs de chaleur ?

A1 : Plusieurs tendances émergent dans l'industrie de la technologie des échangeurs de chaleur. La focalisation croissante sur l'efficacité énergétique et la durabilité a poussé le développement d'échangeurs de chaleur qui optimisent la récupération de chaleur et minimisent le gaspillage d'énergie. Les échangeurs de chaleur compacts sont de plus en plus populaires pour les applications industrielles où l'espace est limité. De plus, l'automatisation des processus de fabrication garantit une qualité de produit constante. Des systèmes basés sur le cloud émergent également, permettant une surveillance à distance des performances des échangeurs de chaleur.

Q2 : Quelle est la durée de vie d'un échangeur de chaleur ?

A2 : La durée de vie typique d'un échangeur de chaleur est de 10 à 15 ans dans des conditions de fonctionnement optimales. Cependant, cela peut varier en fonction de plusieurs facteurs tels que la qualité des matériaux, les pratiques d'entretien, les conditions de fonctionnement, etc. Le respect d'un entretien régulier et de réparations opportunes peut considérablement prolonger la durée de vie de l'échangeur de chaleur.

Q3 : Comment entretenir un échangeur de chaleur ?

A3 : Les échangeurs de chaleur nécessitent des vérifications d'entretien régulières pour garantir des performances optimales. Commencer par inspecter l'unité pour détecter tout signe de dommage ou de fuite. Ensuite, vérifier les fluides et s'assurer qu'ils sont aux niveaux et aux températures appropriés. Rechercher tout blocage éventuel et l'éliminer. Le nettoyage de l'échangeur de chaleur est également essentiel, et la méthode utilisée dépendra de sa conception et du type de dépôts qui se sont accumulés. Enfin, si applicable, surveiller les performances de l'échangeur de chaleur et examiner tout changement soudain qui pourrait se produire.

Q4 : Les échangeurs de chaleur peuvent-ils être réparés ?

A4 : Tous les échangeurs de chaleur ne peuvent pas être réparés, mais certains peuvent l'être en fonction de leur modèle, de leur conception et de leur état. Les composants généralement réparables comprennent les tubes, les plaques tubulaires et les collecteurs. Les fabricants et fournisseurs réputés peuvent fournir des conseils sur la possibilité ou non de réparer l'échangeur de chaleur et conseiller sur les services de réparation disponibles.