En tant qu'équipement essentiel pour fournir de l'énergie thermique dans les installations industrielles et les systèmes de chauffage résidentiel, les chaudières sont largement utilisées pour la production d'eau chaude, la génération de vapeur et les processus de conversion d'énergie. L'eau chaude à haute température ou la vapeur produite par les chaudières doit être transférée aux systèmes de chauffage ou aux processus industriels à l'aide d'échangeurs de chaleur efficaces.
Les échangeurs de chaleur à plaques pour chaudières sont composés d'une série de plaques métalliques minces empilées, formant des voies d'écoulement alternées. Le fluide primaire à haute température provenant de la chaudière et le fluide secondaire à plus basse température côté utilisateur circulent dans des directions opposées à travers les plaques de l'échangeur, permettant ainsi un transfert de chaleur indirect rapide et efficace. Dans les conditions de fonctionnement réelles, les performances et la durée de vie des échangeurs de chaleur à plaques sont significatives. nt affecté par des facteurs tels que la qualité de l'eau d'exploitation de la chaudière, le niveau d'entretien et la pression d'exploitation. Cet article présente de manière systématique les principaux problèmes rencontrés avec les échangeurs de chaleur à plaques de chaudière, sur la base d'expériences techniques réelles et de rapports de dépannage.
Lorsque la température d'alimentation primaire de la chaudière est normale, la température d'eau de sortie secondaire ne parvient pas à atteindre la valeur prédéfinie, ce qui entraîne un chauffage insuffisant ou une température d'eau chaude sanitaire insuffisante. Vérifier si l'entartrage de l'équipement obstrue les chemins d'écoulement :
1.1 Tartre de carbonate de calcium/sulfate de calcium, formé par l'échauffement des ions calcium et magnésium dans l'eau de la chaudière, se dépose facilement sur les surfaces des plaques de l'échangeur. Le tartre possède une conductivité thermique extrêmement faible (seulement 1/50 de celle de l'acier inoxydable), formant une couche de résistance thermique significative qui entrave gravement la conduction de la chaleur.
1.2 Les scories de soudure, la rouille, les dépôts biologiques ou les impuretés fibreuses présents dans les canalisations du système peuvent pénétrer dans l'échangeur de chaleur à plaques de la chaudière avec le débit d'eau, obstruant les canaux de circulation entre les plaques, dont la largeur n'est que de quelques millimètres, réduisant ainsi la surface efficace d'échange thermique et diminuant fortement le débit.
corrosion des plaques de l'échangeur de chaleur
joint d'échangeur de chaleur de haute qualité
La fuite est l'une des pannes les plus fréquentes sur les échangeurs de chaleur à plaques de chaudière. Elle peut être classée en fuite externe ou interne. Une fuite externe se produit lorsque le fluide s'échappe par le joint entre le paquet de plaques et l'environnement extérieur, entraînant une perte de fluide et pouvant contaminer l'environnement environnant. Une fuite interne a lieu lorsque les deux fluides se mélangent à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, affectant directement le fonctionnement du système.
2.1 Fuite externe
Le fonctionnement à haute température prolongé peut provoquer un vieillissement des joints en caoutchouc phénoliques, une perte d'élasticité, une durcissement, des fissures, ou une corrosion chimique pouvant survenir dans l'eau. Les contraintes dues à la dilatation et à la contraction thermiques pendant le démarrage et l'arrêt de l'équipement peuvent entraîner un déplacement des joints. Une manipulation incorrecte peut également provoquer une déformation ou une fissuration des plaques.
2.2 Fuite interne
La corrosion sous contrainte due aux ions chlorure (en particulier sur les plaques en acier inoxydable), la corrosion ponctuelle, ou l'abrasion causée par des particules solides dans le flux d'eau peuvent entraîner un amincissement localisé des plaques de l'échangeur de chaleur, conduisant à une perforation. Des dommages ou un mauvais alignement du joint de l'échangeur de chaleur autour des trous d'angle peuvent entraîner une communication directe entre les deux milieux au niveau des raccords.
Lorsque la différence de pression (ΔP) entre l'entrée et la sortie de l'équipement est nettement supérieure à la valeur prévue par la conception, ce qui entraîne une résistance excessive dans le système, une réduction du débit et une augmentation de la consommation d'énergie par la pompe, cela indique généralement une résistance interne anormale au sein de l'échangeur de chaleur. Comme pour les causes de la réduction d'efficacité, la présence de saletés et de tartre dans les canaux d'écoulement réduit la section de passage, augmentant exponentiellement la résistance du fluide. Par ailleurs, des canaux d'écoulement excessivement étroits ou des vitesses de fluide trop élevées peuvent également provoquer une augmentation de la chute de pression. L'augmentation de la chute de pression oblige directement la pompe de circulation du système à consommer davantage d'électricité afin de maintenir le débit, ce qui accroît les coûts d'exploitation. Elle affecte également l'équilibre hydraulique de l'ensemble du système de chauffage, ce qui peut entraîner un chauffage insuffisant pour les utilisateurs en bout de ligne.
échangeur de chaleur à plaques chaudière essai d'étanchéité
plaques d'échangeur de chaleur haute qualité
Un bruit semblable à celui d'un marteau est émis depuis l'intérieur de l'équipement, accompagné de vibrations intenses. Dans les cas graves, cela peut provoquer instantanément une déformation de la plaque, un déchirement du joint, voire une rupture, ou entraîner des fissures au niveau des brides, des soudures, etc. de l'échangeur de chaleur à plaques de la chaudière, créant ainsi des risques cachés pour la sécurité de fonctionnement du système.
4.1 Coup de bélier hydraulique
C'est le cas le plus typique de « coup de bélier dû à la fermeture d'une vanne ». Lorsque du liquide s'écoule dans un canal à une certaine vitesse, la vanne de sortie est soudainement et rapidement fermée. L'énergie cinétique du fluide est instantanément convertie en une énorme énergie de pression. Cette importante surpression vient violemment heurter les plaques de l'échangeur de chaleur sous forme d'une onde de pression, largement supérieure à la pression maximale pour laquelle elles ont été conçues.
4.2 Coup de bélier par condensation de vapeur
La vapeur libère de la chaleur dans l'échangeur de chaleur de la chaudière et se condense en eau. Si le purgeur de vapeur est mal choisi, endommagé ou bouché, le condensat ne peut pas être évacué rapidement. La vapeur à grande vitesse pénètre dans l'échangeur de chaleur, poussant le condensat en avant à travers les tuyaux. Lorsque le condensat à grande vitesse rencontre un obstacle, son énergie cinétique est instantanément convertie en pression en raison de l'incompressibilité de l'eau, entraînant un impact extrêmement violent.
Les échangeurs de chaleur à plaques soudées offrent certains avantages dans les applications industrielles, mais ils présentent également des défis tels que l'entartrage sévère, une maintenance difficile, une efficacité énergétique insuffisante, des risques de fuite et une faible adaptabilité. Afin de pallier les limites des échangeurs de chaleur à plaques soudées, l'industrie moderne introduit progressivement de nouveaux équipements d'échange thermique : les échangeurs de chaleur à plaques entièrement soudés, les échangeurs de chaleur à plaques semi-soudés et les échangeurs de chaleur à plaques et à coque. Les entreprises doivent trouver un équilibre entre investissement initial et coûts de maintenance afin de sélectionner l'échangeur de chaleur approprié pour améliorer la sécurité et la fiabilité globales de la production.
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