Échangeur de chaleur | Utilisations, avantages et applications

Qu’est-ce qu’un échangeur de chaleur tubulaire ?

Un échangeur de chaleur est un équipement de traitement conçu pour transférer la chaleur entre deux fluides (liquide, vapeur, gaz) ou entre la surface d’un solide et un fluide en mouvement.

L’échangeur de chaleur peut être fabriqué dans différentes qualités d’acier inoxydable ou d’alliages spéciaux et peut résister à des pressions de travail élevées ou faibles, ainsi qu’à une large gamme de températures de traitement. Dans la fabrication des échangeurs de chaleur, le soudage est un aspect essentiel du processus. Les échangeurs de chaleur tubulaires sont des équipements de traitement très efficaces et leurs vitesses élevées améliorent considérablement le transfert de chaleur.

Dimensionnement d’un échangeur de chaleur tubulaire

Pour dimensionner un échangeur de chaleur, il est nécessaire de disposer de certaines données initiales, telles que le débit du processus, la température initiale et finale, ainsi que les propriétés physiques du produit.

Un facteur essentiel pour le calcul et le dimensionnement d’un échangeur de chaleur tubulaire est de pouvoir caractériser le comportement du produit de manière fiable et précise, au moyen d’essais en laboratoire, où les principales propriétés du produit peuvent être déterminées, telles que :

• Densité.
• Chaleur spécifique.
• Conductivité thermique.
• Viscosité.

Quels sont les composants de base d’un échangeur de chaleur tubulaire ?

Les composants de base d’un échangeur de chaleur tubulaire sont les suivants :

• Faisceau tubulaire : Le faisceau tubulaire est l’ensemble des tubes qui assurent la surface de transfert de chaleur entre le fluide circulant à l’intérieur et le fluide circulant dans l’enveloppe. Le produit à chauffer se trouve dans cet ensemble de tubes.
• Plaque tubulaire : La plaque tubulaire est une plaque métallique perforée ou percée dans laquelle sont logés les tubes qui forment l’échangeur de chaleur tubulaire et qui sont fixés par expansion ou par soudage. Si une protection supplémentaire contre les fuites est nécessaire, une double plaque tubulaire peut être utilisée.
• Déflecteurs : les déflecteurs servent principalement à contrôler la direction générale de l’écoulement du côté de l’enveloppe.
• Enveloppe et raccordements : L’enveloppe est le compartiment du deuxième fluide ou du fluide secondaire. L’enveloppe est généralement de section circulaire et est constituée d’une plaque d’acier de forme cylindrique soudée dans le sens de la longueur. Le boîtier comporte des raccords pour l’entrée et la sortie du fluide secondaire.
• Collecteurs amovibles : les collecteurs amovibles sont des éléments reliés aux plaques tubulaires aux deux extrémités de l’échangeur de chaleur pour faciliter la circulation du produit dans le faisceau tubulaire.

Types d’échangeurs de chaleur tubulaires

En fonction de sa conception, de la nature du produit et de l’espace disponible dans l’installation cible, l’échangeur de chaleur tubulaire peut être classé en trois groupes principaux :

• Échangeur de chaleur tubulaire.
• Échangeur de chaleur à espace annulaire.
• Échangeur de chaleur multitubulaire.

L’échangeur de chaleur tube dans tube (également connu sous le nom d’échangeur de chaleur à double tube) se compose de deux tubes concentriques de diamètres différents, où le produit circule dans le tube intérieur et le service dans l’espace entre les deux tubes.

L’échangeur de chaleur à espace annulaire se compose de trois ou quatre tubes concentriques. Le produit circule dans l’espace annulaire central tandis que le service circule dans les canaux extérieurs et intérieurs.

L’échangeur de chaleur multitubulaire se compose d’un faisceau de tubes à l’intérieur d’une enveloppe. Le produit circule dans les tubes intérieurs, tandis que le service circule dans le canal extérieur.

Principales utilisations de l’échangeur de chaleur

De manière générale, les principales utilisations des échangeurs de chaleur sont les suivantes :

• Augmenter la température d’un fluide en utilisant un fluide plus chaud.
• Refroidir un fluide en utilisant un autre fluide à plus basse température.
• Condenser des gaz.
• Évaporer des liquides.

Avantages de l’échangeur de chaleur tubulaire

La conception tubulaire des échangeurs de chaleur représente l’une des configurations les plus traditionnellement utilisées, en raison de ses bonnes performances et de sa polyvalence. Les principaux avantages des échangeurs de chaleur tubulaires sont les suivants :

• Faibles coûts de maintenance.
• Pressions de service élevées.
• Températures de fonctionnement élevées.
• Traitement de fibres ou de particules.
• Sécurité élevée dans les processus aseptiques.
• Inspection et démontage faciles.
• Facilité d’extension.

Applications des échangeurs de chaleur tubulaires

L’échangeur de chaleur est un équipement de traitement utilisé dans différentes industries, et ses applications sont très diverses et variées. Les avantages des échangeurs de chaleur tubulaires en font des équipements très robustes, fiables et nécessitant peu de maintenance, du fait de l’absence de joints.

Parmi les principales applications des échangeurs de chaleur tubulaires, SACOME met en évidence les suivantes :

• Applications sanitaires : il s’agit d’applications destinées à l’industrie alimentaire, où une attention particulière doit être portée aux finitions, au nettoyage CIP et à la drainabilité de l’équipement.
• Applications pharmaceutiques : applications destinées à l’industrie pharmaceutique et biotechnologique, où la certification de la rugosité joue un rôle clé, et dont la conception vise particulièrement à éviter la contamination croisée.
• Applications industrielles : il s’agit des applications destinées à l’industrie chimique et pétrochimique, où la garantie d’une longue durée de vie et la grande fiabilité de l’équipement sont primordiales.