Un faisceau tubulaire est un composant essentiel d'un échangeur de chaleur multitubulaire, qui est l'un des types d'échangeurs de chaleur les plus courants utilisés dans les applications industrielles. Le faisceau tubulaire se compose d'une série de tubes à travers lesquels circule un fluide, tandis qu'un autre fluide circule autour des tubes (côté calandre) pour faciliter le transfert de chaleur entre les deux fluides.
La surface principale de transfert de chaleur. Fabriqués à partir de matériaux à haute conductivité thermique, tels que le cuivre, l'acier inoxydable, le titane ou l'acier au carbone, en fonction de l'application.
Plaques plates qui maintiennent les tubes en place. Les tubes sont soudés, dilatés ou roulés dans les plaques tubulaires pour créer une étanchéité parfaite. Les plaques tubulaires séparent les fluides côté calandre et côté tubes.
Plaques ou tiges qui dirigent le flux du fluide côté calandre à travers le faisceau tubulaire. Améliorent l'efficacité du transfert de chaleur en créant de la turbulence et en empêchant les zones stagnantes. Les types courants comprennent les chicanes segmentées, hélicoïdales et à tiges.
Utilisées pour maintenir l'alignement et l'espacement des tubes. Empêchent les vibrations et les dommages aux tubes pendant le fonctionnement.
Maintiennent les chicanes et le faisceau tubulaire ensemble. Assurent l'intégrité structurelle.
Situés aux extrémités du faisceau tubulaire. Dirigent le fluide côté tubes dans et hors des tubes.
Les diamètres plus petits augmentent l'efficacité du transfert de chaleur mais peuvent entraîner des pertes de charge plus élevées. Les tubes plus épais sont utilisés pour les applications à haute pression.
Les tubes peuvent être disposés en motifs triangulaires, carrés ou carrés tournés. Les dispositions triangulaires offrent une plus grande efficacité de transfert de chaleur, tandis que les dispositions carrées sont plus faciles à nettoyer.
Les tubes plus longs augmentent la surface de transfert de chaleur mais peuvent nécessiter plus d'espace. Le nombre de tubes dépend du taux de transfert de chaleur et des débits requis.
Les matériaux doivent être compatibles avec les fluides traités pour éviter la corrosion ou l'encrassement. Les matériaux courants comprennent l'acier inoxydable, les alliages de cuivre, le titane et les alliages de nickel.
L'espacement et le type des chicanes affectent l'efficacité du transfert de chaleur et la perte de charge. Les chicanes segmentées sont les plus courantes, mais les chicanes hélicoïdales peuvent réduire la perte de charge et les vibrations.
La dilatation thermique différentielle entre les tubes et la calandre doit être prise en compte pour éviter les contraintes et les défaillances. Les conceptions à tubes en U ou à tête flottante sont utilisées pour accommoder la dilatation.
Les tubes sont fixés aux plaques tubulaires aux deux extrémités. Simple et économique, mais ne peut pas gérer de grandes différences de température entre les côtés calandre et tubes.
Les tubes sont courbés en forme de U, ce qui permet la dilatation thermique. Convient aux applications avec de grandes différences de température.
Une extrémité du faisceau tubulaire est libre de se déplacer, accommodant la dilatation thermique. Idéal pour les applications à haute température et haute pression.
Similaire à une conception à tête flottante, mais permet de retirer l'ensemble du faisceau tubulaire pour la maintenance.
Condensation de la vapeur des turbines.
Chauffage ou refroidissement des hydrocarbures dans les raffineries.
Échange de chaleur dans les réacteurs et les colonnes de distillation.
Refroidisseurs et condenseurs.
Processus de pasteurisation et de stérilisation.
Les dépôts sur les surfaces des tubes réduisent l'efficacité du transfert de chaleur. Un nettoyage régulier (mécanique ou chimique) est nécessaire.
La sélection des matériaux et les revêtements protecteurs peuvent aider à prévenir la corrosion. Inspecter régulièrement les piqûres ou les fissures.
Un espacement incorrect des chicanes ou des débits peut provoquer des vibrations et des défaillances des tubes. Assurer une conception et un fonctionnement corrects.
