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RÉSUMÉ
Les principaux problèmes de fonctionnement d'échangeur de chaleur ont trait aux phénomènes d'encrassement, de corrosion, de vibrations et de tenue mécanique. L'encrassement et la corrosion restent les phénomènes les moins compris de l'industrie. Ils impactent le dimensionnement des appareils et leur durée de vie, et induisent des surcoûts (énergie, arrêt des installations). Les phénomènes vibratoires doivent être pris en compte dans le dimensionnement des échangeurs au même titre que les transferts de chaleur ou les pertes de charge. Les problèmes de tenue mécanique sont, pour les géométries les plus classiques, traités dans divers textes réglementaires basés sur la normalisation européenne. Enfin, le fonctionnement des échangeurs en régime transitoire peut répondre à de nouveaux types de fonctionnement (sources de chaleur intermittentes) ou tester leur capacité à subir des variations de régime.
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Patrice CLÉMENT : Conseiller scientifique CEA/DRT/LITEN/DTS/LETH Grenoble
INTRODUCTION
Les principaux problèmes de fonctionnement rencontrés par les utilisateurs d'échangeur de chaleur ont trait aux phénomènes d'encrassement, de corrosion, de vibrations et de tenue mécanique.
L'encrassement et la corrosion restent les phénomènes les moins compris de l'industrie ; ils se traduisent par :
-
un surdimensionnement des appareils dans les bureaux d'études ;
-
une dépense d'énergie supplémentaire ;
-
le remplacement des appareils corrodés ;
-
des coûts d'arrêt des installations pour démontage et nettoyage.
Les phénomènes vibratoires doivent également être pris en compte dans le dimensionnement des échangeurs au même titre que les transferts de chaleur ou les pertes de charge. Une méthodologie permettant d'évaluer les vibrations induites par le fluide est détaillée dans le présent article.
Enfin, les problèmes de tenue mécanique sont, pour les géométries les plus classiques, traités dans divers textes réglementaires décrits succinctement en fin de l'article, de même qu'une normalisation européenne en matière d'essais qui s'est mise en place depuis les années 2000.
L'ensemble Échangeurs de chaleur fait l'objet de plusieurs articles :
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MOTS-CLÉS
vibrations Encrassement Corrosion Réglementation Chauffage Refroidissement mécanique des fluides Chimie des fluides Interactions fluide-paroi
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4. Aspects réglementaires
4.1 Applications de la réglementation sur les appareils à pression
D'une manière générale, les échangeurs thermiques sont des appareils composés de deux capacités distinctes séparées l'une de l'autre par une cloison conductrice de la chaleur, de forme plus ou moins complexe, souvent tubulaire, offrant au passage de la chaleur une étendue aussi grande que possible et activant la convection.
La réglementation sur les appareils à pression qui s'applique aux échangeurs de chaleur n'est pas sensiblement différente de celle à laquelle sont soumis les autres appareils à pression composés d'une seule enceinte. Le primaire et le secondaire des échangeurs sont soumis indépendamment l'un de l'autre à la réglementation. À cet égard, il convient de noter que le primaire et le secondaire d'un échangeur peuvent fort bien être soumis à des règlements différents.
En d'autres termes, les dispositions réglementaires s'appliquent à chacune des capacités d'un échangeur et non pas globalement à l'appareil dans son ensemble ; il arrive d'ailleurs qu'une seule de ces capacités, le primaire ou le secondaire, soit soumise à la réglementation.
Dans sa forme actuelle, cette réglementation sur les appareils à pression découle de la directive européenne « équipements sous pression » DESP 97/23/CE du 29 mai 1997 et remplace les anciennes réglementations françaises qui s'appuyaient sur la loi du 28 octobre 1943 modifiée le 23 février 1960. Cette directive européenne a été transposée dans la réglementation française par le décret no 99-1046 du 13/12/1999 modifié successivement par les arrêtés ministériels du 15/03/2000, du 30/03/2005 puis du 31/01/2011.
HAUT DE PAGE4.1.1 Classification des équipements
Trois facteurs principaux sont à prendre en compte pour déterminer la classification d'un équipement :
-
le type d'équipement (récipient, tuyauterie, accessoire sous pression, accessoire de sécurité) défini dans l'article 1 de la directive ;
-
la nature physique du fluide contenu : gaz, liquide, ou vapeur ;
-
la dangerosité du fluide contenu : fluide dangereux...
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Aspects réglementaires
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DEMASLE (H.), MERCIER (P.), TOCHON (P.) - Guide de l'encrassement des échangeurs de chaleur. - Édition GRETH (2007).
-
(2) - EPSTEIN (N.) - Fouling in heat exchangers. Fouling of heat transfer equipment. - Éd. Somerscales EFC, KNUDSEN (J.G.), Hemisphere Washington, DC, p. 701 (1981).
-
(3) - GUDMUNSSON (J.S.) - Particulate fouling. - Idem, p. 357.
-
(4) - EPSTEIN (N.) - Fouling : technical aspects. - Idem, p. 31.
-
(5) - NALCO - Water handbook. - Éd. McGraw-Hill Book Company (2009).
-
(6) - Société DEGREMONT - Mémento technique de l'eau. - Éditions Lavoisier (2005).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Heat Exchanger Fouling and Cleaning VII , Schladming, Austria, 14-19 juin (2009) – A lieu tous les deux ans.
HAUT DE PAGE
Normes européennes
NF EN 247 (12-97), Échangeurs thermiques. Terminologie Ce document donne une terminologie des échangeurs thermiques permettant des termes cohérents. Elle a été établie à partir d'une analyse des critères fondamentaux relatifs à la conception, la réalisation et le mode d'exploitation des échangeurs thermiques
NF EN 305 (11-97), Échangeurs thermiques. Définition de la performance des échangeurs thermiques et procédure générale d'essai pour la détermination de la performance de tous les échangeurs thermiques Ce document donne les termes généraux et la méthodologie de calcul à utiliser pour déterminer les caractéristiques de performances des échangeurs thermiques. Il inclut des considérations théoriques et un mode opératoire...
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