Échangeur de chaleur tubulaire compact | Compact / Monté sur châssis | Tube fixe / Tube en U | Matériaux : CS / 304 / 316L / Ti
Vue d'ensemble – Échangeur de chaleur tubulaire compact
Un petit échangeur de chaleur tubulaire est une unité de transfert de chaleur compacte conçue pour des applications de faible à moyenne puissance où l'espace au sol, le temps d'installation et le coût du capital sont limités. Les diamètres de calandre typiques varient de DN100 à DN500, avec des surfaces de transfert de chaleur de 1 m² à 50 m² par unité.
Ce produit est conçu et fabriqué selon TEMA Classe C ou B, ASME Section VIII Division 1, et GB/T 151. Il convient au refroidissement de procédé, au conditionnement d'échantillons, au refroidissement d'huile hydraulique, à l'échantillonnage de vapeur, au service d'usine pilote et aux systèmes auxiliaires dans les grandes usines.
Applications typiques
| Application | Fluide côté tube | Fluide côté calandre | Puissance typique |
|---|---|---|---|
| Refroidisseur d'huile hydraulique | Huile hydraulique | Eau de refroidissement | 5 – 50 kW |
| Refroidisseur d'échantillons | Échantillon de procédé | Eau de refroidissement | 1 – 10 kW |
| Échantillonnage de vapeur | Vapeur / condensat | Eau de refroidissement | 2 – 20 kW |
| Réacteur d'usine pilote | Fluide de procédé | Milieu de chauffage ou de refroidissement | 5 – 100 kW |
| Refroidisseur d'huile de compresseur | Huile lubrifiante | Eau de refroidissement | 10 – 80 kW |
| Refroidisseur d'huile lubrifiante auxiliaire | Huile lubrifiante de turbine | Eau de refroidissement | 20 – 150 kW |
| Ligne de dosage chimique | Solution chimique | Fluide de refroidissement ou de chauffage | 1 – 30 kW |
Types de construction
Plaque tubulaire fixe (TEMA L / M / N)
Tubes fixés aux deux extrémités dans des plaques tubulaires stationnaires
Calandre et plaques tubulaires soudées ou boulonnées
Convient aux fluides de calandre propres et aux différentiels de température modérés
Coût le plus bas et construction la plus simple
Tube en U (TEMA U)
Tubes courbés en forme de U, les deux extrémités fixées à une seule plaque tubulaire
Les tubes se dilatent librement, accommodant un grand différentiel de température
Faisceau amovible pour le nettoyage côté calandre
Convient aux différentiels de température élevés et à la haute pression côté tube
Tête flottante (TEMA P / S / T)
Une plaque tubulaire fixe, une flottante
Faisceau entièrement amovible pour le nettoyage mécanique des deux côtés
Convient aux services d'encrassement et aux grands différentiels de température
Coût plus élevé que tube fixe ou tube en U
Paramètres de conception
| Paramètre | Plage | Remarque |
|---|---|---|
| Diamètre de la calandre | DN100 – DN500 | Encombrement compact |
| Diamètre extérieur du tube | 12,7 mm – 25,4 mm | Diamètre extérieur plus petit pour une pression plus élevée |
| Épaisseur de paroi du tube | 1,0 mm – 2,5 mm | Selon ASME VIII-1 UG-27 |
| Longueur du tube | 500 mm – 3 000 mm | Limité par le transport et la manutention |
| Surface de transfert de chaleur | 1 m² – 50 m² | Par unité |
| Pression de conception (côté tube) | Jusqu'à 4,0 MPa | Plus élevé disponible sur conception spéciale |
| Pression de conception (côté calandre) | Jusqu'à 2,5 MPa | Plus élevé disponible sur conception spéciale |
| Température de conception | -20°C à +400°C | Dépendant du matériau |
| Pas de tube | 1,25 × – 1,5 × diamètre extérieur du tube | Disposition triangulaire ou carrée |
| Nombre de passes de tube | 1, 2 ou 4 | Selon la conception thermique |
| Nombre de passes de calandre | 1 ou 2 | Selon la conception thermique |
Sélection des matériaux
Matériaux des tubes et des plaques tubulaires
| Matériau | Spécification | Plage de température | Application |
|---|---|---|---|
| Acier au carbone | SA-179 / SA-106 Gr.B | -20°C à +425°C | Eau, huile, vapeur, fluides propres |
| Acier inoxydable 304 / 304L | ASTM A213 | -196°C à +400°C | Fluides légèrement corrosifs, vapeur propre |
| Acier inoxydable 316 / 316L | ASTM A213 | -196°C à +400°C | Acides organiques, solutions salines, chlorures ≤ 200 ppm |
| Titane Gr.2 | ASTM B338 | -40°C à +230°C | Eau de mer, saumure, service à haute teneur en chlorures |
Matériaux de la calandre
Acier au carbone SA-516 Gr.70 pour fluides de calandre non corrosifs
Acier inoxydable 304L / 316L pour fluides de calandre corrosifs
Le matériau de la calandre peut différer du matériau du tube pour optimiser le coût
Matériaux des joints
| Type de joint | Plage de température | Limite de pression | Application |
|---|---|---|---|
| Fibre non-amiante | -40°C à +250°C | ≤ 4,0 MPa | Service général |
| Spirale (SS + graphite) | -196°C à +450°C | ≤ 10,0 MPa | Haute température et pression |
| Enveloppe PTFE | -40°C à +200°C | ≤ 2,0 MPa | Service corrosif et de haute pureté |
Paramètres de conception thermique
| Paramètre | Plage typique | Remarque |
|---|---|---|
| Coefficient de transfert de chaleur global (eau-eau) | 800 – 1 500 W/m²·K | Dépend de la vitesse et de l'encrassement |
| Coefficient de transfert de chaleur global (huile-eau) | 200 – 600 W/m²·K | Dépend de la viscosité de l'huile |
| Coefficient de transfert de chaleur global (vapeur-eau) | 1 000 – 2 500 W/m²·K | Dépend de la qualité de la vapeur |
| Vitesse côté tube (liquide) | 0,5 – 2,5 m/s | Une vitesse plus élevée augmente le coefficient de transfert de chaleur mais aussi la perte de charge |
| Vitesse côté calandre (liquide) | 0,3 – 1,5 m/s | Limité par la perte de charge admissible |
| Perte de charge admissible côté tube | 20 – 50 kPa | Selon les exigences de l'application |
| Perte de charge admissible côté calandre | 20 – 50 kPa | Selon les exigences de l'application |
| Facteur d'encrassement (eau) | 0,0001 – 0,0003 m²·K/W | Selon tableau TEMA |
| Facteur d'encrassement (huile) | 0,0002 – 0,0005 m²·K/W | Selon tableau TEMA |
Configurations standard
Plaque tubulaire fixe – Bonnet boulonné
Calandre : Tube sans soudure ou tôle roulée
Plaque tubulaire : Boulonnée entre la bride de calandre et la bride de canal
Canal : Bonnet boulonné avec raccords à bride
Raccords : Filetés NPT ou à bride selon ASME B16.5
Application typique : Refroidissement d'eau, huile lubrifiante, refroidissement d'échantillons
Tube en U – Faisceau amovible
Calandre : Tube sans soudure avec fermeture à bride à une extrémité
Plaque tubulaire : Plaque tubulaire stationnaire unique
Faisceau : Amovible pour le nettoyage côté calandre
Raccords : À bride selon ASME B16.5
Application typique : Différentiel de température élevé, service vapeur
Unité montée sur châssis
Échangeur de chaleur monté sur un châssis en acier structurel avec tuyauterie, vannes et instrumentation
Comprend : Thermomètres, manomètres, indicateurs de débit et vannes de régulation selon les besoins
Dimensions du châssis : Typiquement 1,0 m × 0,8 m à 2,5 m × 1,5 m
Anneaux de levage fournis pour le transport et l'installation
Application typique : Usine pilote, systèmes auxiliaires, emplacements éloignés
Fabrication et inspection
Joint tube-plaque tubulaire
Expansé uniquement : Expansion hydraulique à 160 – 200 MPa, maintien 5 – 8 secondes
Soudé uniquement : Soudure d'angle GTAW, cordon 1,5 – 2,0 mm
Soudure + expansion : Soudure d'étanchéité plus expansion pour service cyclique
100% de contrôle par ressuage sur les joints soudés
Test d'arrachement sur le premier article, objectif ≥ 20 MPa pour l'acier au carbone
Test hydrostatique
Pression d'essai : 1,3 × pression de conception selon ASME VIII-1 UG-99
Temps de maintien : ≥ 30 minutes
Acceptation : Aucune perte de pression et aucune fuite visible
Milieu d'essai : Eau propre avec inhibiteur de corrosion
Contrôle dimensionnel
Diamètre et longueur de la calandre
Motif des trous de la plaque tubulaire
Orientation et projection des buses
Dimensions globales et emplacement des anneaux de levage
Documentation par expédition
Certificats de contrôle des matériaux selon EN 10204 3.1 ou 3.2
Fiche technique TEMA complétée selon la conception
Rapport d'inspection dimensionnelle
Rapport de test hydrostatique avec graphique de pression
Rapports END pour PT et RT tels qu'effectués
Spécification de procédure de soudage et dossier de qualification de procédure
Dessin tel que construit
Manuel d'exploitation et de maintenance
Liste de sélection – Petit échangeur de chaleur tubulaire
Noms des fluides côté tube et côté calandre
Températures d'entrée et de sortie des deux côtés
Pression de conception des deux côtés
Température de conception des deux côtés
Puissance thermique requise en kW
Perte de charge admissible des deux côtés
Préférence de matériau pour les tubes et la calandre
Préférence de type TEMA : tube fixe, tube en U ou tête flottante
Type de raccord : fileté ou à bride
Montage : Autonome ou monté sur châssis
Exigences d'instrumentation
Norme applicable : TEMA, ASME VIII-1 ou GB/T 151
Déclaration de limitation de conception – Petit échangeur de chaleur tubulaire
Le petit échangeur de chaleur tubulaire est soumis aux limitations suivantes :
Il est conçu uniquement pour la pression et la température spécifiées. Le fonctionnement en dehors de ces limites annule la conception.
La conception à plaque tubulaire fixe peut nécessiter un joint de dilatation si le différentiel de température entre les tubes et la calandre dépasse 60°C pour l'acier au carbone ou 40°C pour l'acier inoxydable.
Une teneur en solides côté tube supérieure à 2% en poids n'est pas recommandée sans filtration en amont.
Le nettoyage mécanique du côté tube nécessite des tubes droits et un accès aux deux faces des plaques tubulaires. Les faisceaux de tubes en U ne peuvent pas être nettoyés mécaniquement à l'intérieur des tubes.
Pour les services d'encrassement, une conception à tête flottante ou à tube en U avec faisceau amovible est recommandée.
L'eau d'hydrotest pour l'acier inoxydable doit avoir une teneur en chlorures ≤ 50 ppm pour éviter la fissuration par corrosion sous contrainte.
Les unités montées sur châssis nécessitent une fondation de niveau et un accès adéquat pour la maintenance.
