Faisceau tubulaire de remplacement de tailles personnalisées pour échangeur de chaleur à tête flottante

Faisceau tubulaire de remplacement pour échangeur de chaleur à tête flottante | Tailles personnalisées

Qu'est-ce qu'un faisceau tubulaire ?

Un faisceau tubulaire est le composant principal d'un échangeur de chaleur à calandre et à tubes, comprenant des tubes, des plaques tubulaires, des chicanes, des entretoises et des tirants. Lorsqu'il est utilisé pour remplacer les échangeurs de chaleur à tête flottante, le faisceau tubulaire est reconfiguré pour s'adapter à une conception de plaque tubulaire fixe, offrant des avantages distincts en termes de coût, de simplicité et de fiabilité pour des applications spécifiques. Cette transition est particulièrement pertinente dans les scénarios où les contraintes thermiques sont gérables, les exigences de maintenance sont minimes ou les conditions de fonctionnement favorisent une conception robuste et résistante aux fuites. Vous trouverez ci-dessous une ventilation détaillée du rôle du faisceau tubulaire dans le remplacement des échangeurs à tête flottante, y compris les spécifications techniques, les considérations de conception et les compromis.

Composants clés du faisceau tubulaire

1. Tubes :

   • Matériau : acier inoxydable (316L), titane, alliages cuivre-nickel ou Inconel, choisis pour leur résistance à la corrosion et leur conductivité thermique.

   • Diamètre : généralement de ¾" à 1,5" OD (19–38 mm), avec des épaisseurs de paroi de 1,2–3 mm (BWG 12–18).

   • Disposition : motifs triangulaires (30°/60°), carrés (90°) ou carrés rotatifs pour optimiser le transfert de chaleur et l'accès au nettoyage.

2. Plaques tubulaires :

   • Plaques circulaires épaisses (acier au carbone, acier inoxydable ou matériaux plaqués) qui ancrent les tubes.

   • Les tubes sont soudés, laminés ou expansés dans les plaques pour une étanchéité rigide et étanche.

3. Chicanes :

   • Types : segmentaires (les plus courants), hélicoïdales ou à tiges pour diriger l'écoulement côté calandre et empêcher les vibrations.

   • Espacement : 20–50 % du diamètre de la calandre ; un espacement plus étroit augmente la turbulence mais augmente la perte de charge.

4. Tirants et entretoises :

   • Maintiennent l'alignement des chicanes et l'intégrité du faisceau tubulaire sous les contraintes opérationnelles.

Pourquoi remplacer les échangeurs à tête flottante par des faisceaux tubulaires fixes ?

Les échangeurs de chaleur à tête flottante permettent la dilatation thermique en laissant une plaque tubulaire "flotter", ce qui facilite le retrait du faisceau tubulaire pour la maintenance. Cependant, les faisceaux à plaque tubulaire fixe sont préférés lorsque :

• La réduction des coûts est essentielle (pas d'ensemble de tête flottante, moins de joints).

• Le risque de fuite doit être minimisé (les plaques tubulaires soudées éliminent les défaillances des joints).

• Les conditions de haute pression/haute température (HPHT) exigent une construction robuste.

• L'encrassement est minime, ce qui réduit le besoin de nettoyage mécanique fréquent.

Adaptations techniques pour le remplacement des faisceaux tubulaires fixes

1. Gestion des contraintes thermiques :

   • Les têtes flottantes s'adaptent intrinsèquement à la dilatation thermique, mais les faisceaux tubulaires fixes nécessitent :

     • Joints de dilatation : soufflets ou joints à bride sur la calandre pour absorber la dilatation différentielle (essentiel si ΔT > 50–100°C).

     • Correspondance des matériaux : utilisation de matériaux de calandre/tubes avec des coefficients de dilatation thermique similaires (par exemple, calandre en acier au carbone avec des tubes en acier au carbone).

2. Conception de la pression :

   • Les plaques tubulaires fixes sont épaissies (jusqu'à 300 mm) pour résister à une pression élevée (jusqu'à 300 bars côté tube).

   • Des diamètres de tube plus petits (par exemple, ¾") améliorent la résistance à la pression.

3. Atténuation de l'encrassement :

   • Pas de tube plus large (1,25–1,5x le diamètre du tube) pour réduire l'obstruction.

   • Tubes lisses ou revêtus (par exemple, PTFE) pour les fluides collants ou corrosifs.

4. Dispositions de maintenance :

   • Orifices de nettoyage chimique ou systèmes CIP (Clean-in-Place) pour compenser les faisceaux non amovibles.

Comparaison : Faisceau tubulaire fixe vs. Tête flottante

Avantages des faisceaux tubulaires fixes en remplacement

1. Rentabilité :

   • Élimine les composants de la tête flottante (par exemple, bagues de renfort fendues, joints de presse-étoupe), réduisant les coûts de fabrication et de maintenance.

2. Conception compacte :

   • Idéal pour les installations à espace limité en raison du nombre réduit de pièces mobiles.

3. Durabilité :

   • Les plaques tubulaires soudées résistent à des pressions et des températures plus élevées sans fuite.

4. Fonctionnement simplifié :

   • Aucun risque de mauvais alignement de la tête flottante ou de dégradation des joints au fil du temps.

Limitations et stratégies d'atténuation

1. Contraintes de dilatation thermique :

   • Solution : Installez des joints de dilatation ou utilisez des conceptions de calandre flexibles (par exemple, soufflets).

2. Sensibilité à l'encrassement :

   • Solution : Intégrez des systèmes de nettoyage automatisés (par exemple, CIP) ou des revêtements anti-encrassement.

3. Faisceaux non amovibles :

   • Solution : Concevez pour le nettoyage chimique ou spécifiez des tubes ultra-lisses pour retarder l'encrassement.

Applications adaptées au remplacement des faisceaux tubulaires fixes

1. Raffineries :

   • Refroidisseurs de gaz haute pression où les risques de fuite l'emportent sur les besoins de maintenance.

2. Centrales électriques :

   • Réchauffeurs d'eau d'alimentation et refroidisseurs d'huile de graissage avec des cycles thermiques stables.

3. Traitement chimique :

   • Échangeurs de fluides non encrassants (par exemple, solvants, liquides distillés).

4. Systèmes CVC :

   • Refroidisseurs et condenseurs avec des circuits d'eau propres.

Normes et conformité

• TEMA Classe R/C/B : Dictate les règles de conception des échangeurs à plaque tubulaire fixe.

• ASME BPVC Section VIII : Régit les composants sous pression (plaques tubulaires, calandres).

• ISO 16812 : Spécifie les exigences de performance thermique et de conception mécanique.