Une raffinerie de sucre du nord de la Chine a rencontré le même obstacle qui freine de nombreuses lignes de jus : les échangeurs de chaleur affectés au jus brut se boucheaient plus rapidement que l’usine ne pouvait les nettoyer. Le jus arrivant à ces échangeurs contient des fines de bagasse, des fibres, des sols de champ et des particules abrasives ; en outre, la chaux éteinte ajoutée pour neutraliser son acidité génère un chargement solide floculé supplémentaire. Sur un jeu de plaques à canaux standards, cette combinaison provoque un obstruction progressive. La solution retenue par la raffinerie a consisté à spécifier Échangeurs de chaleur à plaques à grand écart à la fois sur la charge de préchauffage du jus et sur la charge de chauffage du jus avant la station d’évaporation — une unité SF123 pour le préchauffage, une unité BR1.3 pour le chauffage. Ce qui suit est le problème tel qu’il s’est présenté, ce que ces deux charges ont effectivement rencontré, et un compte rendu honnête de ce que le changement a corrigé.
Prenez contactUne norme P à joints échangeur de chaleur à plaques est conçu autour de canaux étroits. Le gaufrage en forme de hareng maintient les plaques de l’échangeur à plaques à courte distance les unes des autres et crée les points de contact qui assurent la rigidité de l’empilement, tandis que le motif en chevron induit une turbulence même à faible débit. Sur de l’eau propre ou sur un produit filtré, cette géométrie explique précisément pourquoi un échangeur à plaques atteint un coefficient de transfert thermique plusieurs fois supérieur à celui d’un échangeur à tubes et calandre, et ce dans un encombrement fractionné. Sur du jus brut, cette même géométrie vous pénalise doublement.
Les fibres et les particules abrasives peuvent obstruer les canaux étroits. Une fois que les dépôts commencent, l’obstruction s’accélère rapidement.
Les points de contact piègent les fibres et les dépôts calcaires, provoquant un encrassement plus difficile à éliminer.
Dans les régions septentrionales de culture, ces deux problèmes apparaissent plus tôt. Les sols plus lourds entraînent davantage de limon et de sable avec la récolte, si bien qu’une plus grande quantité de particules abrasives résiste à l’extraction et au tamisage, atteignant ainsi les premiers échangeurs thermiques. La chaux ajoutée lors de la clarification — ainsi que le floc à base de calcium qu’elle forme — introduit alors un mécanisme d’encrassement chimique en complément du mécanisme mécanique.
Sur le plan opérationnel, ce coût se traduit par des arrêts non planifiés plutôt que par une valeur thermodynamique : chute de pression croissante séance après séance, répartition inégale du débit à travers le faisceau, augmentation des ouvertures imprévues de l’unité, manipulation excessive des plaques (bien plus fréquente que prévue) et détérioration des joints toriques lors des interventions d’urgence pour débloquer une obstruction.
Dans la raffinerie de sucre, les échangeurs thermiques de jus sont placés de part et d’autre de l’étape de clarification, et ces deux fonctions supportent des charges très différentes en matières solides.
La clarification commence par la chaulage : de la lait de chaux est dosée afin d’augmenter le pH du jus et de neutraliser son acidité naturelle, précipitant une grande partie des impuretés en suspension et dissoutes sous forme de sels de calcium. La clarification et la filtration éliminent ensuite la majeure partie de ce floc, ainsi que la terre, le sable et les particules abrasives entrés avec la récolte. Le préchauffage et le chauffage sont situés à des points différents par rapport à cette limite, ce qui explique pourquoi ces deux fonctions provoquent des encrassements pour des raisons distinctes.
| Devoir | Jus au niveau de l’échangeur | Risque d’encrassement prédominant | Équipement présent dans cette usine |
|---|---|---|---|
| Préchauffage du jus | Jus brut encore contenant des fines de bagasse, des fibres, de la terre et des particules abrasives, avec présence de floc de chaux. | Obstruction des canaux ; ponts et enroulement de fibres aux points de contact des plaques. | Échangeur thermique à plaques à grand écart SF123 |
| Chauffage du jus En amont de la station d’évaporation |
Jus clarifié, avec du citron vert et la plupart des impuretés déjà filtrées, contenant environ 25 % de matières dissoutes. | Solides fins résiduels combinés à un dépôt d’entartrage sur une surface chaude. | Échangeur thermique à plaques à grand écart BR1.3 |
La charge de préchauffage est la plus contraignante des deux. Elle reçoit le jus dans son état le plus sale, avec la charge de matières solides que le reste de la ligne est conçue pour éliminer, et un jeu de canaux standard sur cette étape doit être ouvert constamment. La charge de chauffage est moins chargée en fibres, mais reste chaude et transporte tout de même les fines particules que la filtration laisse inévitablement passer.
Schéma du procédé de production de sucre
La plaque à grand écart — vendue indifféremment sous le nom de plaque à écoulement libre — conserve le même cadre, le même principe de plaque emboutie et la même disposition en contre-courant. Ce qui change, c’est la profondeur d’emboutissage et le motif. Le canal entre les plaques est plus profond, et les points de contact dans le trajet d’écoulement sont réduits ou supprimés entièrement. Deux conséquences découlent directement de cette géométrie :
Le canal est dimensionné pour accueillir le plus gros solide que le jus peut réellement transporter. Les particules et les fibres, qui provoquaient autrefois des bouchons, peuvent désormais traverser le trajet d’écoulement.
En l’absence de points de contact à l’intérieur du trajet d’écoulement, les fibres disposent de moins d’endroits où s’enrouler et bloquer un canal, tandis que les tartres se forment sur une surface plus lisse.
Il existe un troisième effet digne de mention, car les acheteurs en demandent régulièrement l’explication : à débit égal, un pack à grand écart fonctionne avec une chute de pression nettement plus faible qu’un pack à canaux standards denses, lorsqu’il est soumis à la même charge sale. Cela tient en partie à la géométrie et en partie à l’absence d’obstructions partielles qui, discrètement, augmentent la résistance au fil d’une campagne de production.
Les unités elles-mêmes sont des constructions classiques à plaques et châssis avec joints. Les paquets de plaques sont ouvrables — ce point revêt ici une importance plus grande que sur une application propre : dès que l’intervalle de nettoyage arrive à échéance, le paquet est ouvert et les plaques sont soulevées et lavées individuellement. Le grand écart modifie la fréquence de ces opérations, non pas la capacité de l’usine à les réaliser.
• Le nettoyage est devenu conditionnel
Plutôt que de s’appuyer sur un calendrier de nettoyage fixe, la maintenance peut désormais être planifiée en fonction de l’état réel de l’échangeur et de la tendance observée de la chute de pression.
• L’encrassement est devenu moins préoccupant au quotidien
Le chemin d’écoulement plus large permettait aux fibres et aux matières solides de passer plus facilement, réduisant ainsi la tendance à la formation de dépôts obstruant l’écoulement.
• Le nettoyage est devenu un travail mécanique plus simple
L’empilement de plaques pouvait être ouvert, les plaques soulevées et lavées, puis l’unité remontée sans avoir à démonter une vaste tuyauterie ni à retirer manuellement des fibres compactées des canaux étroits.
• La manipulation des plaques et des joints a été moins exigeante
Avec moins d’incidents de blocage sévère, il y avait moins besoin de forcer l’ouverture des empilements de plaques fortement encrassés lors de la maintenance.
• La chute de pression est devenue un indicateur opérationnel utile
Une tendance stable de la chute de pression fournissait une indication pratique du fait que l’échangeur continuait à laisser passer les matières solides plutôt que de les accumuler progressivement.
Si votre raffinerie de sucre rencontre des problèmes d’encrassement lors du préchauffage ou du chauffage, envoyez-nous trois éléments : l’analyse du jus (teneur en matières sèches, granulométrie, taux de fibres, pH, teneur en chlorures), les conditions de fonctionnement (débit, températures d’entrée et de sortie, chute de pression admissible) et une note indiquant le procédé de nettoyage actuellement utilisé. Nos ingénieurs vous proposeront une géométrie de canal adaptée, une surface de plaques indicative et un régime de nettoyage déclenché par la chute de pression plutôt que par un calendrier.
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Lectures connexes
-Pourquoi utiliser des échangeurs de chaleur à plaques à grand écartement
-Analyse des investissements des évaporateurs à plaques dans la concentration de jus
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