Echange thermique : Foire Aux Questions

Appelé aussi échangeur thermique, l’échangeur de chaleur est un équipement permettant de transférer de l’énergie thermique d’un fluide vers un autre, sans que ces fluides entrent en contact direct ou se mélangent. A noter qu’on rencontre parfois le terme « d’échangeur de température », qui n’est toutefois pas correct.

Pour expliquer le principe de la manière la plus simple possible, on pourrait dire qu’un échangeur thermique est une sorte de radiateur. Pour être précis, le radiateur de nos maisons est d’ailleurs un échangeur eau/air qui réchauffe l’air avec de l’eau chaude.

La récupération d’énergie consiste à utiliser la chaleur fatale qui était perdue à l’origine. On distingue la récupération de chaleur à haute température (supérieure à 90°C) souvent issue de fumées de combustion ou de vapeur d’échappement et la récupération à basse température (inférieure à 60°C) issue des circuits de refroidissement par eau, des eaux usées ou des effluents de process, de l’air chaud de séchage ou de compression, de défaut d’isolation des parois.

Le choix d’un échangeur thermique répond à de nombreux critères : les propriétés physico-chimiques des fluides en présence (liquide/liquide, liquide/vapeur, gaz/gaz…), leur nature (fluide propre, encrassant, visqueux, corrosif…), les températures (pincement, écart de température, croisement des températures, coefficient d’échange thermique…), les pressions mises en jeu (pression maximum en service et de calcul, perte de charge admissible…), la facilité d’entretien exigée par le process, les normes appliquées dans l’industrie considérée (normes FDA, bonnes pratiques pharmacutiques, standards alimentaires,…), le degré de maintenance (fréquence de nettoyage, par exemple).

En fonction de ces différents paramètres, nos thermiciens vont sélectionner la meilleure technologie d’échange thermique, spécifiquement adaptée à votre application et à votre métier : échangeurs tubulaires (à tubes droits, tubes en U, tubes corrugués, tubes torsadés ou spiralés), à plaques et joints ou à plaques soudées Platulaire® ainsi que les matériaux correspondants (acier, inox 304, inox 316, cupro-nickel, duplex, hastelloy, titane…).

Marque déposée, le Platulaire® est un échangeur thermique inventé par Barriquand dans les années 50 et qui a bénéficié de nombreuses évolutions. Il s’agit d’un échangeur à plaques soudées (donc sans joints entre les plaques) qui peut travailler jusqu’à des pressions de 30 bar et à des températures pouvant aller jusqu’à 500°C. Sa conception unique permet un échange à contre-courant quasi parfait ainsi que des débits de fluides inégaux de part et d’autre, rendus possibles grâce aux sections de passage calculées sur mesure et sans points de contact pour les fluides encrassants ou pour des raisons hydrauliques.

Son entretien se fait par nettoyage-en-place chimique (NEP ou CIP) ou mécanique au moyen d’une lance d’eau sous pression après une ouverture des portes rapide sans démontage des tuyauteries. Il offre donc une maintenance très simple et sans pièces de rechange (en dehors des joints simples des portes). Plus résistant qu’un échangeur à plaques et joints, c’est également un échangeur très compact à faible encombrement.

Barriquand fabrique des échangeurs à plaques (en particulier, le Platulaire®) et des échangeurs tubulaires. Ces équipements sont intégralement produits en France dans nos usines de Roanne et de Saint-Priest en région Auvergne-Rhône-Alpes, ce qui nous permet d’avoir une maitrise complète des processus de conception et de réalisation.

100% de nos appareils sont fabriqués à la commande sous assurance qualité suivant les référentiels CE, ASME, ISO 9001, etc.

Barriquand a développé, en interne, un logiciel propriétaire pour dimensionner ses échangeurs à plaques soudées Platulaire®. Pour travailler sur les autres technologies, telles que les échangeurs tubulaires par exemple, notre bureau d’études utilise les solutions logicielles professionnelles mondialement reconnues comme ASPEN ou HTRI.

La force des thermiciens Barriquand réside dans leur expertise à utiliser ces logiciels grâce à une base de données de plusieurs milliers d’échangeurs installés.

La température maximale acceptable pour les joints des échangeurs à plaques dépend du matériau des joints. En fonction de votre application, Barriquand vous conseille dans leur choix.

Barriquand s’appuie sur ses 80 ans d’expérience sur les fluides encrassants, visqueux ou dits « difficiles » pour décider avec vous d’une technologie dimensionnée sur mesure. Le critère essentiel dans ce cas est de conserver des vitesses et des rhéologies (Reynolds) compatibles avec un bon échange thermique.

Pour ce type de produit, l’échangeur Platulaire®, qui permet d’avoir des largeurs de passage différentes entre le fluide process et le fluide caloporteur, peut se révéler être un atout majeur.

Un condenseur est un équipement qui permet de faire passer un fluide de l’état gazeux à l’état liquide par condensation. Un échangeur thermique est très bien adapté à cette fonction et permet, en refroidissant le fluide gazeux au moyen d’un autre fluide plus froid, de le condenser. Dans ce cas, la chaleur latente dégagée par la condensation, ainsi que la puissance dégagée par une désurchauffe éventuelle,  sont utilisées comme énergie pour réchauffer un autre fluide plus froid. Suivant le programme thermique, la puissance peut être majorée par un sous-refroidissement des condensats dans une conception adaptée. Ce fluide gazeux peut être le fluide principal que l’on veut traiter ou peut être le fluide caloporteur.

Si le fluide gazeux est pur et que le calcul de l’échangeur est bien réalisé, l’ensemble du gaz sera condensé et transformé en phase liquide. Les condensats ainsi obtenus sont en équilibre thermodynamique (pression et température) avec la phase gazeuse. Si le fluide gazeux est un mélange ou comprend des gaz incondensables, la quantité condensée dépendra, entre autres, des fractions massiques et de la température de sortie de l’échangeur. Dans ce cas, il faudra également prévoir l’extraction de ces incondensables.

Les échangeurs Barriquand vous permettent de récupérer l’énergie présente dans l’air humide, dans des buées ou dans un gaz. Dans un condenseur (tubulaire, Platulaire®, plaques et joints, etc.), on condense la vapeur d’eau contenue dans l’air (condensation en présence d’incondensables) jusqu’à un point d’équilibre défini par le diagramme de l’air humide (ou diagramme psychrométrique). Toutefois l’obtention d’un séchage parfait nécessitera forcément la mise en œuvre d’autres technologies.

Nommé aussi « diagramme de l’air humide », c’est le diagramme figurant les principales caractéristiques de l’air humide pour une pression atmosphérique donnée soit l’humidité relative et absolue, les températures de rosée, de bulbe sec et humide, l’enthalpie et le volume spécifique.

Tout dépend des technologies et des matériaux mis en œuvre. Il existe des solutions pouvant aller jusqu’à 1000°C et 1000 bar.

Les échangeurs Barriquand sont dimensionnés sur mesure : nous respectons donc la perte de charge demandée par notre client. Il faut cependant savoir qu’une diminution de la perte de charge entraine forcément une augmentation de la taille de l’échangeur. Il y a donc un compromis à trouver dans le dimensionnement.

Depuis leur obtention et leur renouvellement systématique, les certifications liées à la fabrication, la conception et l’installation d’échangeurs thermiques permettent à Barriquand de répondre à toutes les exigences  normatives, administratives et réglementaires, quelques soient le code de construction concerné et le pays de destination.

Nous possédons les certifications suivantes :

• Certification d’équipements sous pression conformément à la Directive 2014/68/EU, module H/H1 pour le marché européen  (liée au code de construction CODAP),
• Certification Stamp U pour le marché mondial (liée au code de construction ASME),
• Certification SELO pour le marché chinois, renouvelée en 2015
• Certification HP0 pour le marché allemand (lié au code de construction AD Merkblatt).

Barriquand propose, selon les technologies, les métallurgies suivantes : acier, Inox, cupro-nickel, Duplex, Super duplex, Hastelloy, titane… Comme indiqué dans nos offres, le choix du matériau est placé sous la responsabilité du demandeur, qui connait la composition de ses fluides.

Grâce à nos 80 ans d’expérience, nous sommes toutefois en mesure de fournir des références et des orientations sur certaines applications. A la demande, nous pouvons également fournir des échantillons pour permettre à nos clients de faire des essais de tenue en corrosion in situ.

Les échangeurs sont généralement équipés d’anneaux (ou oreilles) de levage soudés ou de trous réservés à cet effet qui doivent être utilisés pour la manutention des équipements au moyen d’élingues, comme détaillé dans la notice d’installation fournie par Barriquand. Dans certains cas très particuliers, un plan d’élingage peut même être fourni.

Nous effectuons tous les tests nécessaires qui découlent des codes de fabrication mais aussi tous ceux que nos clients peuvent estimer indispensables selon leurs applications : épreuve hydraulique, ressuage, radiographie, épreuve d’étanchéité à l’air ou à l’hélium…

Selon les technologies et les domaines d’application, Barriquand peut vous proposer des échangeurs sur stock avec des délais de livraison très courts (48 heures en France métropolitaine) ou des échangeurs sur mesure avec des délais plus longs (quelques mois).

Barriquand est en mesure de vous proposer un service global, de la conception à la maintenance de vos installations. Nos commerciaux en régions sont à votre disposition pour discuter de vos projets et des optimisations thermiques de vos procédés ou vos utilités. En fonction de vos demandes, nos thermiciens réalisent le dimensionnement des échangeurs thermiques et vous fournissent les devis ainsi que les délais de fabrication et livraison.

Une fois votre commande passée, notre bureau d’études réalise les plans de vos échangeurs et les adapte éventuellement à vos demandes. Par la suite, Barriquand conserve le dossier technique de vos échangeurs thermiques, ce qui permet de modifier leur conception en fonction de l’évolution de vos procédés. Nous assurons également la fourniture de pièces de rechange d’origine ainsi qu’une maintenance en atelier ou sur site.

La procédure de démontage d’un échangeur à plaques et joints est détaillée dans la notice de maintenance fournie par Barriquand. Les principales étapes sont :

• S’assurer que l’échangeur est froid, hors pression, vidangé et isolé du reste du réseau
• Avant de démonter l’appareil, relever et noter la distance entre les deux plateaux en vue du serrage lors du remontage
• Pour ouvrir l’échangeur, desserrer progressivement les tirants de serrage de manière uniforme, en alternance, de façon à conserver les plateaux parallèles
• Pousser le plateau mobile le plus verticalement possible contre le pied arrière, sans le mettre de biais (le maintenir s’il n’est pas stable)
• Dégager les plaques une par une

Barriquand s’engage sur les performances thermiques et la tenue mécanique de ses échangeurs de chaleur. Ces garanties sont détaillées dans nos offres.

Le temps de retour sur investissement d’un échangeur thermique dépend bien sûr de l’application sur laquelle il est installé. S’il s’agit de récupération d’énergie fatale, la puissance de l’échange (exprimé en KW, MW ou Kcal/h), une fois valorisée par le coût de l’énergie récupérée, permet immédiatement d’estimer ce temps de retour souvent très avantageux (quelques mois).

Dans le cas d’échanges thermiques liés aux procédés de fabrication ou aux utilités, on regardera surtout les économies engendrées en comparaison avec des technologies plus anciennes installées précédemment, ce du point de vue thermique mais également concernant les coûts opérationnels liés à la maintenance.

C’est l’énergie dégagée par un processus dont la finalité n’est pas la production de cette énergie; elle est souvent perdue si elle n’est pas récupérée ou valorisée. Pour en savoir plus, consultez le guide technique de l’ADEME…

C’est la quantité de chaleur échangée par unité de surface et unité de temps. Il est exprimé en W/m².K ou kcal/m².°C. C’est l’inverse de la résistance thermique.

Grâce à un partenariat avec l’un des leaders du marché, Barriquand vous propose un accompagnement global pour tous vos projets d’économies d’énergie, de l’audit énergétique au financement complet ou partiel de votre installation.

Notre offre d’audit énergétique :
Evaluation des enjeux énergétiques et définition des objectifs
Mesure et collecte des données énergétiques selon un plan de mesurage dynamique
Identification des gisements d’économie d’énergie
Recommandations et plan d’actions en fonction des temps de retour sur investissement

Nos services en ingénierie financière :
Une fois l’audit réalisé et les gisements d’économies identifiés, les investissements d’efficacité énergétiques peuvent être financés dans le cadre des Certificats d’Economie d’Energie (CEE) ou dans un contexte plus large étudié sur mesure.
Choix du scénario et chiffrage précis
Identification des aides financières disponibles dont le potentiel lié aux CEE
Plan de financement global pouvant aller jusqu’à l’avance du montant des travaux
Dossier de demande et suivi administratif des CEE
Suivi et contrôle de la réalité de la performance énergétique

C’est l’écart minimum entre les températures du fluide froid et du fluide chaud. Par exemple, si on réchauffe un fluide froid de 80°C à 100°C en utilisant un fluide chaud à 105°C, le pincement est de 105-100 = 5°C. Plus ce pincement est faible plus l’échange nécessitera de la surface. Dans ce cas, les échangeurs les plus efficaces thermiquement seront les solutions les plus adaptées.

Pour en savoir plus : contactez votre chargé d’affaires habituel ou votre commercial régional

Il y a croisement de températures lorsque la température de sortie du fluide froid est supérieure à la température de sortie du fluide chaud.

C’est l’étude de l’écoulement et de la déformation des fluides dans un environnement et sous une contrainte donnés. On parle aussi de mécanique des fluides. Cet écoulement peut s’établir en régime laminaire, transitoire ou turbulent caractérisé par le nombre adimensionnel de Reynolds.