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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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Lire l’articleAuteur(s)
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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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5. Conclusion
Le retour d'expérience industriel sur les échangeurs a permis de faire évoluer la conception et les règles d'exploitation de ces appareils pour améliorer leurs performances et leur durée de vie en conditions réelles de service.
Néanmoins, de nouveaux problèmes surgissent toujours, notamment dès que des technologies innovantes sont mises à contribution pour augmenter les performances, diminuer les coûts de fabrication ou d'exploitation, ou économiser l'énergie en récupérant les chaleurs perdues dans les procédés industriels.
De gros efforts de standardisation ont été réalisés, et contribuent à la qualité et à la fiabilité de ces équipements.
Les prochaines étapes consisteront à expérimenter de nouveaux domaines de fonctionnement, en régime variable ou avec des fluides non conventionnels.
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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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