Dans un échangeur de chaleur à plaques, chaque plaque d'échange thermique est entourée d’un joint d’échangeur de chaleur, qui détermine directement si l’équipement peut fonctionner en toute sécurité et efficacité sur une longue période. En réalité, le joint PHE est un consommable : avec le temps, le matériau caoutchouteux vieillit naturellement et s’use, ce qui nécessite des inspections et des remplacements réguliers. De nombreuses fuites et baisses de rendement observées sur les échangeurs de chaleur à plaques proviennent souvent du joint caoutchouteux.
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Il s'agit de la fonction principale du joint d'échangeur de chaleur à plaques (PHE). Pendant le fonctionnement, les fluides chaud et froid circulent dans les canaux situés entre les plaques adjacentes de l'échangeur de chaleur à plaques. Le joint en caoutchouc de l'échangeur de chaleur, maintenu en place par serrage, assure un étanchéité fiable, empêchant ainsi le fluide de fuir vers l'extérieur, soit entre les plaques, soit aux bords de l'équipement. Cela évite le gaspillage de matériau et les accidents liés à la sécurité.
Près des quatre orifices situés aux coins de chaque plaque d'échangeur de chaleur, le joint d'échangeur de chaleur à plaques délimite des zones d'étanchéité spécifiques, orientant les fluides chaud et froid vers leurs circuits respectifs. Si le joint d'échangeur de chaleur à plaques est endommagé ou mal installé, les deux fluides peuvent « communiquer » via les orifices des coins, entraînant une contamination ou une défaillance de l'échange thermique — ce qui est inacceptable dans des secteurs tels que l'industrie agroalimentaire et pharmaceutique.
Les échangeurs de chaleur subissent de légères vibrations et des déplacements lors des chocs fluides, des fluctuations de pression ou des phases de démarrage et d'arrêt. Des joints hautement élastiques peuvent atténuer ces vibrations, empêchant ainsi des chocs directs et brutaux entre les plaques métalliques, ce qui protège à la fois les plaques et l’ensemble du châssis.
Les joints PHE isolent les bords des plaques et les trous d’angle des milieux corrosifs, tout en empêchant la formation de « zones mortes », nécessaires au développement de la corrosion sous dépôt entre les plaques.
| Matériau | Plage de température de fonctionnement | Caractéristiques clés et milieux compatibles | Remarques |
|---|---|---|---|
| Caoutchouc Nitrile (NBR) | −15 °C à 135 °C | Résistance excellente aux huiles ; matériau de joint le plus couramment utilisé à usage général. Convient pour : Eau, eau de mer, huiles minérales, huiles végétales, saumure, etc. |
Matériau de joint le plus couramment utilisé. Non adapté aux acides fortement oxydants ni aux solvants polaires. Récupération élastique modérée. |
| Caoutchouc EPDM (EPDM) | -25 °C à 180 °C | Excellente résistance à la chaleur, à la vapeur, aux acides et aux alcalis, avec une longue durée de vie. Convient pour : Eau chaude, vapeur, acides dilués, alcalis dilués, alcools, cétones, etc. |
Choix idéal pour les systèmes CVC, la transformation alimentaire et les industries des boissons. Propriétés exceptionnelles de récupération élastique. |
| Fluoroélastomère (FKM / Viton) | -5 °C à 230 °C | Résistance exceptionnelle aux hautes températures et à la corrosion chimique. Convient pour : Acides forts, alcalis forts, huiles à haute température et solvants organiques. |
Recommandé pour des conditions de fonctionnement extrêmes dans les industries chimique, pharmaceutique et pétrochimique. Coût du matériau plus élevé. |
| Caoutchouc nitrile hydrogéné (HNBR) | -10 °C à 150 °C | Résistance thermique et résistance chimique améliorées par rapport au NBR standard. Convient pour : Huiles minérales à haute température, eau chaude et fluides industriels exigeants. |
Adapté aux applications nécessitant de meilleures performances que le NBR, mais pas la résistance extrême du FKM. |
| Joint encapsulé en PTFE | Selon le matériau du noyau | Compatibilité chimique exceptionnelle avec presque tous les produits chimiques et coefficient de frottement extrêmement faible. Convient pour : Environnements fortement corrosifs et procédés ultra-haute pureté. |
Le PTFE lui-même présente une élasticité limitée et est généralement associé à des noyaux élastomères afin d’améliorer les performances d’étanchéité. |
Sélectionnez le matériau de la jointure en fonction du fluide et de la température de fonctionnement.
Milieu huileux : Le caoutchouc nitrile (NBR) est généralement le premier choix.
Eau chaude, vapeur, acides et alcalis : Le monomère éthylène-propylène-diène (EPDM) est privilégié.
Acides et alcalis forts, hautes températures : Choisissez le caoutchouc fluoré (FKM) pour des performances supérieures.
Hautes températures, très basses températures ou usage alimentaire : Envisagez le caoutchouc silicone (VMQ).
Corrosion extrême : Les joints revêtus de PTFE sont recommandés.
Remarque : Ce qui précède constitue des lignes directrices générales de sélection. Lors du choix d’équipements spécifiques, veillez à vérifier les caractéristiques techniques fournies par le fabricant et à consulter les données officielles.
Les joints pour échangeurs thermiques à plaques sont généralement fixés aux plaques selon l’une des trois méthodes suivantes :
Un adhésif est utilisé pour coller le joint dans la rainure de la plaque de l’échangeur thermique à plaques (ETP). Le procédé est simple, mais le nettoyage des résidus d’adhésif s’avère fastidieux lors du remplacement ; ce type n’est donc pas adapté aux équipements nécessitant un démontage et un remontage fréquents.
Le joint pour échangeur thermique à plaques est muni de broches adhésives insérées dans les trous de fixation de la plaque, assurant ainsi une fixation fiable.
Le joint pour ETP comporte un système d’encliquetage en forme de « montagne », qui se verrouille directement sur la plaque de l’échangeur thermique. L’installation est pratique, aucun adhésif n’est requis et le remplacement est rapide.
Avec le temps, le caoutchouc durcit naturellement et se fissure, ce qui entraîne une perte d’étanchéité.
Des chocs de pression instantanés provoqués par la mise en marche, l’arrêt ou des fluctuations du système peuvent provoquer un déplacement du joint d’échangeur thermique.
Des variations brutales de température peuvent provoquer une dilatation et une contraction trop rapides du joint de PHE, réduisant ainsi la précharge d’étanchéité.
L’utilisation d’un matériau inadapté peut permettre aux produits chimiques du fluide de réagir directement avec le joint, provoquant son ramollissement ou sa détérioration.
Tordre la garniture du dissipateur thermique, appliquer une force de serrage inégale ou une force de serrage excessive/insuffisante lors de l’installation peut tous nuire à l’effet d’étanchéité et, dans les cas graves, provoquer des dommages permanents.
Le cycle de remplacement n’est pas fixe ; il se situe généralement entre 1 et 5 ans. Un remplacement doit être envisagé lorsque les conditions suivantes sont observées :
Une fuite de fluide (suintement ou contamination croisée) apparaît entre les plaques.
La surface de la garniture présente des fissures, un durcissement, une perte d’élasticité ou un foncissement de la couleur.
Même en l’absence de dommage évident, un remplacement est recommandé dès que la durée de service recommandée par le fabricant est atteinte.
La procédure suivante est recommandée :
Préparation
Tout d'abord, arrêtez la machine, décompressez-la et videz le fluide. Ensuite, desserrez les boulons selon une méthode « diagonale, en plusieurs passes » afin d'éviter toute déformation des plaques de l'échangeur à plaques (PHE). Utilisez une barre de levier en plastique ou en cuivre pour retirer les anciens joints en caoutchouc, sans rayer les plaques. Nettoyez soigneusement le joint d’étanchéité afin d’éliminer tout résidu de colle et toute saleté, puis assurez-vous qu’il est parfaitement sec et exempt d’huile.
Installer le nouveau joint
Assurez-vous que le matériau du nouveau joint PHE est adapté aux conditions de fonctionnement. Pour les joints adhésifs, appliquez une couche fine et uniforme de la colle spéciale dans la rainure et sur le joint lui-même. Appuyez doucement le joint dans la rainure, sans le tendre de force. Vérifiez que toutes les parties (notamment les coudes) sont correctement positionnées. Après avoir réassemblé les plaques, serrez les boulons de manière uniforme à l’aide d’une clé dynamométrique, selon la méthode « diagonale, en plusieurs passes ». La dimension finale de serrage doit correspondre à la valeur « A » indiquée sur la plaque signalétique de l’appareil ; ne vous fiez pas uniquement au couple de serrage.
Détails d'installation
Assurez-vous que les joints d’échangeur thermique ne soient ni tordus ni bombés, en particulier pour les types à emboîtement rapide et intégrés. Un clic doit être entendu ou vous devez confirmer qu’ils sont parfaitement en place.
Interdictions opérationnelles
N’utilisez pas de force lors du montage ou du démontage. Employez systématiquement des outils spécialisés et évitez de rayer les plaques ou les joints avec des objets durs.
Entretien quotidien
Effectuez des inspections régulières ; avant une mise en service prolongée, desserrez les boulons de serrage d’environ 10 à 20 mm afin de permettre aux joints de l’échangeur thermique à plaques de retrouver leur élasticité.
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