La gamme des échangeurs de chaleur tubulaires est très vaste. Elle va des petits échangeurs en acier inoxydable, composés de quelques dizaines de tubes, destinés à l'industrie agroalimentaire, jusqu'aux grands échangeurs tels que les générateurs de vapeur utilisés dans l'industrie nucléaire, qui peuvent compter plus de 10 000 tubes par plaque.
Qu'est-ce qu'un échangeur de chaleur tubulaire ? Quels sont ses avantages et ses inconvénients ?
À quels types d'applications servent-ils ?
Nous vous apporterons les réponses à toutes ces questions dans cet article !
Fonctionnement d'un échangeur de chaleur tubulaire
Un échangeur tubulaire est un type d'échangeur de chaleur composé de tubes logés dans une enveloppe. Il s'agit d'un dispositif très courant dans les secteurs industriels où l'on cherche à récupérer la chaleur provenant de gaz ou de liquides.
Le principe de l'échangeur de chaleur à calandre et à tubes repose sur un faisceau de tubes disposé verticalement ou horizontalement à l'intérieur d'une calandre.
Ce système fonctionne grâce à un échange de chaleur entre deux fluides. L'un est le fluide « réchauffeur » et l'autre le fluide « réchauffé ».
Les fluides peuvent être de nature diverse et l'échangeur tubulaire peut être utilisé pour des échanges gaz/gaz, liquide/liquide, liquide/gaz, etc.
Il existe différentes catégories d'échangeurs de chaleur à calandre et à tubes sur le marché, chacune étant conçue pour une application spécifique :
- Condenseur: Dans cette configuration, l'échangeur a pour fonction de permettre la transformation d'un gaz en liquide. Comme son nom l'indique, le rôle de l'échangeur est de condenser la vapeur sur une surface froide. Le condenseur est donc un système de réfrigération qui permet un échange thermique entre un fluide frigorigène et un milieu externe, assurant le changement d'état du fluide à pression constante, puis son désurchauffage ainsi que son sous-refroidissement. De cette manière, le fluide quitte le condenseur à l'état liquide et non plus sous forme de gaz.
- Refroidisseur: cette fois-ci, le rôle de l'échangeur est de refroidir un liquide.
- Chaudière :Ce procédé a pour principal objectif de vaporiser partiellement les résidus des colonnes de distillation. Il permet de vaporiser un mélange de liquides ou un mélange de liquides et de solides. Ce procédé est également utilisé à des fins de chauffage.
- Réchauffeur: Capable de fonctionner dans des conditions extrêmes, le réchauffeur est utilisé dans l'industrie pour chauffer un volume de liquide ou de gaz.
- Évaporateur: son rôle est de concentrer une solution en lui apportant de l'énergie afin de provoquer un changement d'état, de la phase liquide à la phase gazeuse.
- Cristalliseur: Dans cette dernière configuration, l'échangeur permettra d'isoler un produit afin de le récupérer sous forme solide à partir d'une solution.
Dimensionnement d'un échangeur de chaleur à calandre et à tubes
La première étape du processus de dimensionnement consiste à choisir la technologie la mieux adaptée au client. Cela implique de prendre en compte le rôle que l'échangeur jouera dans l'industrie, son emplacement, le type de fluides, les pressions et les températures.
Une fois ces dimensions établies, il convient de déterminer la puissance thermique de l'échangeur à calandre et à tubes et de calculer la surface d'échange thermique nécessaire.
Dans un deuxième temps, il est important de mesurer la perte de charge admissible, c'est-à-dire la perte d'énergie subie par un fluide en mouvement.
Une fois les plans de construction prêts, l'échangeur de chaleur tubulaire est alors prêt à être fabriqué.
Les échangeurs de chaleur tubulaires sont fabriqués en acier inoxydable, en Duplex, en alliage de nickel ou en Incoloy.
Avantages et inconvénients des échangeurs de chaleur tubulaires
Tout d'abord, l'échangeur tubulaire est extrêmement robuste et fiable. Il s'agit d'un équipement industriel fabriqué en acier inoxydable, ce qui lui permet de résister à des pressions élevées et à des températures extrêmes. Cet échangeur peut fonctionner avec différents types de fluides et s'adapter à diverses applications.
Bien qu'un échangeur tubulaire présente de nombreux avantages, il s'agit d'un équipement encombrant, c'est pourquoi il est essentiel de tenir compte de l'espace qu'il occupera dans l'atelier. En effet, les échangeurs tubulaires peuvent parfois mesurer plusieurs dizaines de mètres de long.
De plus, il faut tenir compte du risque de dépôts de matières à l'intérieur de l'échangeur, ainsi que de la difficulté à l'inspecter. De nombreux échangeurs à calandre et à tubes sont composés de tubes de grande taille qui doivent être entièrement retirés de l'appareil pour être nettoyés.
