Facteurs d’encrassement dans les échangeurs de chaleur

Les facteurs d’encrassement à utiliser dans la conception des échangeurs de chaleur sont normalement spécifiés par le client sur la base de son expérience de l’exploitation de l’usine ou du processus. S’ils ne sont pas contrôlés, les niveaux d’encrassement peuvent annuler tous les avantages découlant d’une conception soigneuse de l’échangeur de chaleur. Le facteur d’encrassement représente la résistance théorique au flux de chaleur due à l’accumulation d’une couche de saleté ou d’une autre substance encrassante sur les surfaces des tubes de l’échangeur de chaleur, mais il est souvent surestimé par l’utilisateur final dans le but de minimiser la fréquence des nettoyages. En réalité, si le facteur d’encrassement utilisé n’est pas le bon, le nettoyage peut être plus fréquent.

Les mécanismes d’encrassement varient en fonction de l’application, mais peuvent être classés en quatre types courants et facilement identifiables.

Types courants d’encrassement

• Encrassement chimique: lorsque des changements chimiques dans le fluide provoquent le dépôt d’une couche d’encrassement sur la surface du tube. Un exemple courant de ce phénomène est l’entartrage d’une bouilloire ou d’une chaudière, causé par le dépôt de sels de « dureté » sur les éléments chauffants, la solubilité des sels diminuant avec l’augmentation de la température. Ce phénomène échappe au contrôle du concepteur de l’échangeur de chaleur, mais il peut être minimisé en contrôlant soigneusement la température de la paroi du tube en contact avec le fluide. Lorsque ce type d’encrassement se produit, il doit être éliminé par un traitement chimique ou par des procédés mécaniques de détartrage (brosses métalliques ou même perceuses pour enlever le tartre ou parfois des jets d’eau à haute pression).
• L’encrassement biologique: il est causé par la croissance d’organismes dans le fluide qui se déposent sur les surfaces de l’échangeur de chaleur. Là encore, le concepteur de l’échangeur de chaleur n’a pas de contrôle direct sur ce phénomène, mais il peut être influencé par le choix des matériaux, car certains, notamment les laitons non ferreux, sont toxiques pour certains organismes. Lorsque ce type d’encrassement se produit, il est normalement éliminé par traitement chimique ou par brossage mécanique.
• Encrassement par dépôt: il s’agit de particules contenues dans le fluide qui se déposent sur la surface lorsque la vitesse du fluide tombe en dessous d’un niveau critique. Dans une large mesure, ce phénomène est contrôlé par le concepteur de l’échangeur de chaleur, car la vitesse critique pour toute combinaison fluide/particules peut être calculée pour permettre la conception d’un modèle avec des niveaux de vitesse minimums supérieurs au niveau critique. Le montage vertical de l’échangeur de chaleur peut également minimiser l’effet, car la gravité a tendance à tirer les particules hors de l’échangeur de chaleur, loin de la surface de transfert de chaleur, même à des niveaux de vitesse faibles. Lorsque ce type d’encrassement se produit, il est normalement éliminé par des processus de brossage mécanique.
• Encrassement par la corrosion: il s’agit d’une couche de produits de corrosion qui s’accumule sur les surfaces du tube, formant une couche supplémentaire de matériau à haute résistance thermique. En choisissant soigneusement les matériaux de construction, les effets peuvent être minimisés car une large gamme de matériaux résistants à la corrosion basés sur l’acier inoxydable et d’autres alliages à base de nickel est désormais disponible pour le fabricant d’échangeurs de chaleur.

Tubes ondulés

L’utilisation de tubes ondulés s’est avérée bénéfique pour minimiser les effets d’au moins deux de ces mécanismes d’encrassement : l’encrassement par dépôt en raison d’un niveau accru de turbulence généré à des vitesses plus faibles, et l’encrassement chimique. L’encrassement chimique est réduit parce que l’amélioration des coefficients de transfert de chaleur produite par le tube ondulé se traduit par des températures de paroi de tube plus proches de la température du fluide en vrac des fluides de travail.

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