Quest-ce quune plaque tubulaire pour échangeur de chaleur ?

Une plaque tubulaire est une plaque, une feuille ou une cloison perforée dun motif de trous conçus pour accepter des tuyaux ou des tubes. Ces feuilles sont utilisées pour soutenir et isoler les tubes des échangeurs de chaleur et des chaudières ou pour soutenir les éléments filtrants. Selon lapplication, une plaque tubulaire peut être constituée de divers métaux ou de résines composites ou de plastique. Un tube en tôle peut être recouvert dun matériau de revêtement qui sert de barrière contre la corrosion et disolant et peut également être équipé dune anode galvanique. Les plaques tubulaires peuvent être utilisées par paires dans les applications déchange thermique ou individuellement pour supporter des éléments dans un filtre.

L’utilisation la plus connue des plaques tubulaires est peut-être celle d’éléments de support dans les échangeurs de chaleur et les chaudières. Ces dispositifs sont constitués dun agencement dense de tubes à paroi mince situés à lintérieur dune coque tubulaire fermée. Les tubes sont soutenus à chaque extrémité par des feuilles qui sont percées selon un motif prédéterminé pour permettre aux extrémités des tubes de passer à travers la feuille. Les extrémités des tubes qui pénètrent dans la plaque tubulaire sont dilatées pour les verrouiller en place et former un joint détanchéité.

Lagencement de tubes forme une unité contenue entre les plaques tubulaires. Les plaques tubulaires sont ensuite boulonnées aux brides à lintérieur de la coque. Lenveloppe sétend au-delà de chaque plaque tubulaire et est scellée, formant ainsi deux chambres fermées sur les extrémités non tubulaires des plaques tubulaires. Cela crée un agencement dans lequel léchangeur est constitué de deux chambres dextrémité séparées reliées par des tubes qui traversent un espace isolé entre les plaques tubulaires. Le fluide chauffé passe ensuite dune chambre dextrémité à lautre à travers les tubes où le fluide froid dans la cavité entre les plaques tubulaires absorbe lénergie thermique.

La conception de plaques tubulaires est un processus assez précis et complexe ; le nombre exact de tubes doit être établi et un modèle de trous calculé pour les répartir uniformément sur la surface de la plaque tubulaire. Les grands échangeurs peuvent être traversés par plusieurs milliers de tubes disposés en groupes ou faisceaux calculés avec précision. La conception et la production de tôles sont aujourdhui largement automatisées grâce à un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) effectuant les calculs et le perçage des tôles tubulaires effectué sur des machines à commande numérique par ordinateur (CNC).

Les plaques tubulaires utilisées dans les échangeurs de chaleur et les chaudières sont souvent recouvertes dune couche isolante qui sert également à protéger contre la corrosion. Pour protéger davantage la plaque tubulaire de la rouille, une anode sacrificielle ou galvanique peut également être fixée à la surface de la feuille. Les plaques tubulaires sont également utilisées sur les dispositifs filtrants de type cartouche pour soutenir les éléments filtrants individuels. Leur conception est similaire à celle des chaudières à haute température, sauf quelles sont généralement fabriquées en résine composite ou en plastique et sont généralement utilisées comme unités uniques. Il y a généralement moins de tubes impliqués dans une application de filtre, même si la conception de la plaque tubulaire doit encore être soigneusement calculée pour garantir des performances optimales.

La conception de la feuille tubulaire fixe se compose de deux plaques tubulaires fixes fixées à la coque. Le faisceau de tubes droits est connecté entre les plaques tubulaires et contient des chicanes pour diriger le flux autour des tubes afin de générer le transfert de chaleur requis. Un ensemble de tête est fixé à chaque plaque tubulaire.

La conception des tubes en U se compose de tubes de longueur droite pliés en forme de U dont les deux extrémités se terminent au niveau de la plaque tubulaire. Le faisceau de tubes est équipé de supports ou de chicanes découlement. La plaque tubulaire/le faisceau de tubes est placé dans la coque et boulonné entre la bride de tête et la bride du corps. Un ensemble de tête est nécessaire pour diriger le fluide dans et hors du faisceau de tubes. Cette configuration permet à lensemble du faisceau de tubes dêtre amovible.

Une conception de plaque tubulaire flottante est similaire à la conception de plaque tubulaire fixe, sauf quune plaque tubulaire peut se déplacer axialement à lintérieur de la coque tandis que lautre plaque tubulaire est fixe.

Lun des échangeurs de chaleur les plus couramment utilisés dans les applications de processus industriels est les « échangeurs de chaleur à plaques tubulaires ». Ils sont disponibles dans de nombreuses formes et tailles et sont utilisés dans l’industrie depuis plus de 150 ans. Dans ce groupe déchangeurs, il existe différents types de sous-conceptions : feuilles à tubes fixes, à tubes en U et à tubes flottants. Les variantes de tous peuvent être désignées par le type « E », « F », « G », « H », « J », « K » ou « X ». Les principales applications sont celles où les pressions/températures élevées sont des considérations clés. En gros, les conceptions générales consistent en une coque extérieure dans laquelle réside un faisceau de tubes (ceux-ci peuvent être configurés comme à ailettes, simples, etc.) scellé à chaque extrémité par une plaque tubulaire qui isole les tubes et la coque extérieure.

Les échangeurs de chaleur à plaques tubulaires ont la capacité de transférer de grandes quantités de chaleur à des coûts plus faibles. Ceci, en principe, est dû à la fois à la simplicité et à lefficacité de la conception : grande surface de tube pour un poids, un volume de liquide et, surtout, un espace au sol réduits.

Bien qu’il existe une grande variété de choix, certains composants clés sont similaires dans tous. Les plaques tubulaires sont dotées de tubes fixés à lintérieur du corps ou de la « coque » de léchangeur de chaleur. Les tubes permettent le mouvement dun milieu donné (gaz/fluide) à travers la chambre de la coque, lempêchant de se mélanger avec un deuxième milieu fluide situé à lextérieur de ces tubes. Tant qu’il y a une différence de température entre ceux-ci, en effet, les deux se croisent en échangeant de la chaleur sans jamais se mélanger. Les plaques tubulaires peuvent être fixes ou flottantes en fonction de lapplication pour laquelle léchangeur de chaleur est conçu.

Les plaques tubulaires sont un élément essentiel de la conception finale. Il existe une multitude de matériaux à partir desquels ils peuvent être fabriqués. Le choix du matériau est effectué après mûre réflexion car il est en contact avec les deux fluides. Il doit donc présenter la résistance à la corrosion et les propriétés électromécaniques et métallurgiques nécessaires associées à son environnement de travail donné.

Les plaques tubulaires elles-mêmes contiennent des trous percés. Ceci, dans une configuration de conception donnée et très spécifique, à des endroits très précis avec des tolérances critiques. Le nombre de trous peut varier de quelques à plusieurs milliers. Ces trous de configuration ou de « pas » sont relatifs les uns aux autres plaques tubulaires à lintérieur de la coque. Ce pas modifie la distance, langle et la direction du flux du tube. Ces paramètres ont été variés pour maximiser l’efficacité du transfert de chaleur.

Échangeurs de chaleur à plaques tubulaires Lun des grands avantages de lutilisation dun échangeur de chaleur à calandre et à tubes est quils sont souvent faciles à entretenir, en particulier avec les modèles où un faisceau de tubes flottants où les plaques tubulaires ne sont pas soudées à la coque extérieure est disponible. Échangeurs de chaleur à plaques tubulaires fixes utilisés sur les échangeurs de chaleur à plaques tubulaires fixes.

Échangeurs de chaleur à plaques tubulaires le bon choix de matériaux, ils peuvent également être utilisés pour refroidir ou chauffer dautres fluides, tels que leau de piscine ou lair de suralimentation. Les échangeurs de chaleur à plaques tubulaires fixes sont la solution de refroidissement idéale pour une grande variété dapplications. Lune des applications les plus courantes est le refroidissement du liquide et de lhuile hydrauliques dans les moteurs, les transmissions et les groupes hydrauliques.

Utilisation de la plaque tubulaire de léchangeur de chaleur

La plaque tubulaire de l’échangeur de chaleur remplit plusieurs fonctions importantes.

Premièrement, il maintient les tubes en place et leur fournit un point de montage sécurisé. Cela permet de garantir que les tubes ne bougent pas pendant le fonctionnement, ce qui pourrait provoquer des dommages ou des fuites dans léchangeur thermique.

Deuxièmement, la plaque tubulaire fournit une surface détanchéité pour le fluide échangé. Cela permet déviter les fuites entre les tubes et la calandre, qui pourraient entraîner une perte defficacité voire un endommagement de léchangeur thermique.

Enfin, la plaque tubulaire est conçue pour résister à la pression et à la température des fluides échangés. Ceci est essentiel pour garantir la sécurité et la fiabilité de l’échangeur de chaleur, ainsi que ses performances globales.

Dans certains cas, la plaque tubulaire peut également être conçue pour permettre un entretien et une réparation faciles. Par exemple, il peut être conçu pour être facilement retiré et remplacé si nécessaire, ou pour permettre un accès facile aux tubes pour le nettoyage ou linspection.

Dans l’ensemble, la plaque tubulaire de l’échangeur de chaleur est un composant essentiel des échangeurs de chaleur à calandre, et sa conception, sa fabrication et sa maintenance appropriées sont essentielles pour garantir le fonctionnement sûr et efficace de ces dispositifs.

Matériau de la feuille tubulaire de léchangeur de chaleur utilisé

Les plaques tubulaires des échangeurs de chaleur sont généralement constituées de matériaux à haute résistance capables de résister à la pression et à la température des fluides échangés. Les matériaux couramment utilisés pour les plaques tubulaires comprennent lacier au carbone, lacier inoxydable, le titane et les alliages de nickel.

1. Lacier au carbone est un choix populaire pour les plaques tubulaires en raison de sa résistance, de sa durabilité et de sa rentabilité. Cependant, il est sensible à la corrosion et peut nécessiter des revêtements de protection ou dautres mesures pour prévenir la corrosion.

2. Lacier inoxydable est un autre choix populaire pour les plaques tubulaires, en particulier dans les applications où la résistance à la corrosion est un problème. Il est très résistant à la corrosion et peut supporter des températures et des pressions élevées.

3. Le titane est souvent utilisé dans des applications où le poids et la résistance à la corrosion sont des facteurs critiques. Il est très résistant à la corrosion et léger, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans les échangeurs de chaleur des industries aérospatiale et marine.

4. Les alliages de nickel, tels que lInconel et le Monel, sont également couramment utilisés pour les plaques tubulaires dans des environnements corrosifs et à haute température. Ces alliages sont très résistants à la corrosion et peuvent résister à des températures et pressions extrêmes.

En général, le choix du matériau pour une plaque tubulaire déchangeur de chaleur dépendra de divers facteurs, notamment de lapplication spécifique, des conditions de fonctionnement, ainsi que du coût et de la disponibilité des matériaux.

Norme dinspection des plaques tubulaires des échangeurs de chaleur 

Linspection des plaques tubulaires de léchangeur de chaleur est un élément important pour garantir le fonctionnement sûr et efficace de léchangeur de chaleur. Il existe plusieurs normes et directives utilisées pour régir l’inspection des plaques tubulaires des échangeurs de chaleur, notamment :

1. Code ASME des chaudières et des appareils sous pression - Section VIII, Division 1 : Ce code fournit des lignes directrices pour la conception, la fabrication et linspection des appareils sous pression, y compris les échangeurs de chaleur. Elle spécifie les exigences relatives à linspection des plaques tubulaires, y compris les inspections visuelles, les essais non destructifs et les mesures dimensionnelles.

2. API 570 - Piping Inspection Code : Cette norme fournit des lignes directrices pour linspection, la réparation et la modification des systèmes de tuyauterie en service, y compris les plaques tubulaires des échangeurs de chaleur. Il comprend des lignes directrices pour les inspections visuelles, les tests par ultrasons, les tests radiographiques et dautres méthodes de tests non destructifs.

3. ASTM E446 - Radiographies de référence standard pour les pièces moulées en acier jusquà 2 po (50,8 mm) dépaisseur : Cette norme fournit des radiographies de référence à utiliser pour évaluer la qualité des pièces moulées en acier, y compris les tôles tubulaires. Il comprend des radiographies de différents niveaux de qualité, dacceptable à rejetable.

4. NACE MR0175/ISO 15156 - Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux destinés à être utilisés dans des environnements contenant du H2S dans la production pétrolière et gazière : Cette norme fournit des lignes directrices pour la sélection, la fabrication et linspection des matériaux dans des environnements contenant du sulfure dhydrogène (H2S). , ce qui peut provoquer de la corrosion et dautres dommages aux plaques tubulaires de léchangeur de chaleur.

Dans l’ensemble, l’inspection des plaques tubulaires des échangeurs de chaleur doit être effectuée par un personnel qualifié utilisant des méthodes et des équipements de test appropriés. Les exigences spécifiques en matière dinspection dépendront de la conception spécifique de léchangeur de chaleur, des conditions de fonctionnement ainsi que des codes et normes applicables.

Taille et forme de la plaque tubulaire de léchangeur de chaleur 

Les plaques tubulaires pour échangeurs de chaleur sont disponibles dans une variété de tailles et de formes, en fonction de la conception et de lapplication spécifiques de léchangeur de chaleur. La taille et la forme de la plaque tubulaire seront généralement déterminées par le nombre et la taille des tubes, ainsi que par les dimensions de lenveloppe de léchangeur thermique.

La taille des plaques tubulaires peut varier de quelques pouces de diamètre pour les petits échangeurs de chaleur à plusieurs pieds de diamètre pour les plus grands échangeurs de chaleur industriels. Lépaisseur de la plaque tubulaire dépend de la pression et de la température des fluides échangés, ainsi que du matériau utilisé.

En termes de forme, les plaques tubulaires sont généralement circulaires ou rectangulaires, avec des trous percés ou poinçonnés pour accueillir les tubes. La disposition et lespacement des tubes dépendront de la conception et de lapplication spécifiques de léchangeur de chaleur.

Certaines plaques tubulaires peuvent également avoir des caractéristiques supplémentaires, telles que des rainures ou des indentations pour améliorer la circulation des fluides, ou des brides pour faciliter les connexions à dautres parties de léchangeur de chaleur.

Dans lensemble, la taille et la forme de la plaque tubulaire de léchangeur de chaleur seront déterminées par lapplication spécifique et les conditions de fonctionnement, et seront conçues pour optimiser les performances et lefficacité de léchangeur de chaleur.

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