Conception et construction d'échangeurs de chaleur à usage intensif

Un échangeur de chaleur est un équipement qui transfère la chaleur entre deux ou plusieurs flux de processus. Choisir le bon type de conception peut minimiser les coûts énergétiques et les temps d'arrêt.

Il existe plusieurs types d'échangeurs de chaleur, notamment à flux parallèle, à contre-courant et à flux croisé. La meilleure conception dépend de l'évolutivité future et de la facilité de maintenance.

Conception

Le choix de la conception d'échangeur de chaleur appropriée commence par la compréhension des exigences du processus, telles que la quantité de puissance thermique et le changement de température nécessaires entre les fluides. D'autres facteurs à prendre en compte incluent la viscosité des fluides impliqués, la teneur en particules et la composition chimique. Selon le type de procédé, les échangeurs de chaleur peuvent être gaz-gaz, gaz-liquide, liquide-liquide ou biphasés.

Un échangeur de chaleur à coque et tube contient une série de tubes dans un récipient sous pression cylindrique scellé. Ils peuvent être construits en acier au carbone, en acier inoxydable, en titane, en Inconel ou en d'autres matériaux. Les tubes sont conçus pour résister à la température, à la pression et aux contraintes thermiques. Ils sont positionnés avec un goujon d'espacement au centre pour empêcher le contournement et le mélange des fluides. La largeur et l'espace de la plaque tubulaire sont optimisés pour une efficacité maximale, un accès facile et une propreté optimale.

Fabrication

Plusieurs options de fabrication existent pour les échangeurs de chaleur à usage intensif. Ceux conçus pour des applications corrosives peuvent utiliser des tubes renforcés de fibres pour résister aux conditions de fonctionnement difficiles que l'on trouve souvent dans les composés organiques chlorés. Les échangeurs de chaleur à plaques incorporent une série de plaques en alliage ondulé qui sont scellées et comprimées ensemble à l'intérieur d'un cadre en acier au carbone pour créer un réseau de canaux d'écoulement. Ces passages d'écoulement dirigent les écoulements de fluide et empêchent le mélange de fluide.

Les aciers inoxydables et les alliages de nickel sont utilisés pour construire des échangeurs de chaleur tubulaires et multitubulaires. Ces unités sont une bête de somme dans les industries alimentaires, des boissons et pharmaceutiques. Ils peuvent supporter les températures élevées nécessaires pour maintenir la production en marche.

Installation

Dans les processus de digestion anaérobie verte qui produisent du biogaz à partir de fumier de bétail, de sous-produits alimentaires et de graisses, un échangeur de chaleur à plaques en spirale peut transférer le méthane exempt d'agents pathogènes vers des pipelines pour le transport et le stockage. Le biogaz peut ensuite être brûlé pour produire de l'électricité et de la chaleur. Les biosolides restants exempts d'agents pathogènes peuvent être déshydratés et utilisés pour conditionner le sol comme engrais.

Dans les maisons, un échangeur de chaleur air-air recycle l'air intérieur vicié, le chauffant pour apporter de l'air frais et réchauffé et éliminer l'excès de vapeur d'eau qui conduirait à la condensation des fenêtres. Il aide également à garder les occupants en bonne santé en filtrant les produits chimiques nocifs, les particules, le radon et d'autres polluants.

Entretien

Maintenir un échangeur de chaleur en bon état est essentiel pour assurer le bon fonctionnement de la production. Un encrassement excessif peut entraîner un produit contaminé ou inutilisable, de la corrosion et des fuites. Selon Ethanol Producer Magazine, cela peut même présenter un risque d'incendie.

Heureusement, il existe de nombreuses façons d'aider à garder un échangeur de chaleur propre. L'échantillonnage est un moyen efficace d'évaluer l'état d'un système, et il est recommandé de prélever plusieurs échantillons de fluide dans tout le système. Ces informations sont essentielles lors de la planification d'une journée de maintenance.

Pour les échangeurs de chaleur à coque et à tube, il est important de choisir une conception avec une tête de type chapeau pour faciliter la maintenance. Ce type de tête peut être bridé ou soudé, et il a généralement des couvercles de canaux amovibles pour un examen facile. La longueur des tubes doit également être suffisante pour permettre un retrait et un remplacement faciles.