Le problème du sol en pente
Les réservoirs de traitement des eaux usées, les épaississeurs de boues et certains réservoirs de placage comportent des sols inclinés -généralement de 2-5 degrés par rapport à l'horizontale pour diriger les solides déposés vers un puisard de collecte. L'échangeur de chaleur installé au-dessus du plancher en pente doit suivre la pente du plancher pour maintenir une profondeur d'immersion et un dégagement constants. Cela signifie que le faisceau de tubes n'est pas de niveau. L'extrémité d'entrée de vapeur est plus haute que l'extrémité de sortie de condensat, ou vice versa, en fonction de la direction de la pente par rapport à l'orientation du collecteur.
Les collecteurs d'échangeur de chaleur standard en PTFE supposent un faisceau de tubes de niveau. Les collecteurs de distribution de vapeur et de collecte des condensats sont conçus pour une hauteur statique égale à tous les raccords de tubes. Sur une pente, cette hypothèse échoue. Les tubes à l'extrémité inférieure du collecteur voient une pression d'entraînement différente de celle des tubes à l'extrémité supérieure. Résultats d’une mauvaise répartition des flux.
Les conceptions de collecteurs personnalisées compensent la pente, garantissant une distribution uniforme de la vapeur et un drainage complet des condensats de chaque tube, quelle que soit son élévation le long du collecteur.
La compensation de distribution de flux
Dans un collecteur horizontal standard alimentant plusieurs tubes verticaux ou inclinés, la pression statique varie en fonction de l'élévation. À l'extrémité inférieure d'un collecteur incliné, la charge statique de vapeur dans le collecteur est plus élevée, ce qui augmente la pression d'entraînement à travers les tubes à cette extrémité. À l'extrémité supérieure, la hauteur statique est plus basse, ce qui réduit la pression de conduite. Les tubes du bas de gamme reçoivent plus de débit de vapeur que les tubes du haut de gamme.
Le déséquilibre du débit peut être compensé par plusieurs approches de conception. Un collecteur conique-réduisant la section transversale-de l'extrémité supérieure à l'extrémité inférieure-augmente la vitesse et la récupération de pression à l'extrémité inférieure, compensant partiellement l'effet de tête statique. Alternativement, des orifices d'entrée de tube individuels de différents diamètres -plus grands à l'extrémité supérieure, plus petits à l'extrémité inférieure-égalisent la résistance à l'écoulement de chaque trajet de tube.
Pour les échangeurs en PTFE, l’approche par orifice est privilégiée. De petits inserts d'orifice en PTFE ou PVDF sont installés dans chaque connexion d'entrée de tube. Les diamètres des orifices sont calculés en fonction de l'élévation de chaque raccord de tube et du débit souhaité par tube. Les inserts sont remplaçables si les conditions du processus changent.
Tableau 1 : Paramètres de conception de collecteur personnalisés pour les réservoirs à fond incliné (pente de sol de 5 degrés, longueur du collecteur de 3 m)
| Paramètre de conception | En-tête standard (niveau) | En-tête personnalisé (incliné) | Mode de rémunération |
|---|---|---|---|
| Différence d'élévation à travers le en-tête | 0 mm | 262 mm (sur 3 m à 5 degrés) | – |
| Différence de charge statique | 0 Pa | ~550 Pa (vapeur à 3 barg) | – |
| Variation de débit sans compensation | < 5% | 25-35% | – |
| Variation de débit avec collecteur conique | – | < 10% | Le diamètre du collecteur est réduit de 20 % du haut au bas de gamme |
| Variation de débit avec orifices d'entrée | – | < 5% | 6 tailles d'orifice, par incréments de 0,5 mm |
| Conception du collecteur de condensats | Niveau; pente uniforme | En escalier ou en pente avec collecteur de vapeur | Correspond aux élévations de sortie de tube |
| Variation de longueur de tube | Uniforme | Augmente du haut au bas jusqu'à 262 mm | Compense la pente du sol |
La conception du drainage des condensats
L'évacuation des condensats sur une pente présente des défis supplémentaires. Si le collecteur de condensats est parallèle au collecteur de vapeur et également incliné, le condensat provenant des tubes à l'extrémité supérieure doit s'écouler vers le bas le long du collecteur pour atteindre le purgeur de vapeur à l'extrémité inférieure. Le flux biphasé-dans le collecteur de condensats (condensat plus vapeur de flash) peut subir des coups de bélier à la pente effective la plus raide.
L'approche préférée est un collecteur de condensats étagé : le collecteur est fabriqué en courtes sections horizontales, chacune desservant 4-6 tubes, chaque section s'écoulant par une branche descendante vers un collecteur de collecte de condensats commun situé en dessous. Cela garantit que chaque groupe de tubes s'écoule horizontalement, évitant ainsi l'instabilité de pente biphasée, tandis que le collecteur de collecte présente une pente plus raide jusqu'au siphon.
La compensation de la longueur du tube
Les tubes à l'extrémité inférieure du faisceau doivent être plus longs que les tubes à l'extrémité supérieure pour maintenir le même dégagement au-dessus du sol en pente. La différence de longueur de tube est calculée à partir de l’angle de pente et de la longueur du collecteur. Pour une pente de 5 degrés et un collecteur de 3 m, la longueur du tube à l'extrémité inférieure est d'environ 262 mm plus longue qu'à l'extrémité supérieure.
Des tubes-coupés sur mesure de longueurs graduées sont fournis avec l'échangeur. Chaque position du tube est étiquetée sur le collecteur et sur le tube lui-même pour garantir un assemblage correct. Les longueurs de tubes graduées assurent un dégagement uniforme au-dessus du fond du réservoir, évitant ainsi l'accumulation localisée de boues sous l'échangeur.
Résumé
Des conceptions de collecteurs personnalisées sont nécessaires pour les échangeurs de chaleur en PTFE installés au-dessus des fonds de réservoir inclinés afin de compenser la variation de charge statique le long du collecteur qui provoque une mauvaise répartition du débit. Des collecteurs coniques ou des orifices d'entrée de taille individuelle égalisent le débit. Les collecteurs de condensats étagés assurent un drainage complet sans coupage en deux phases. Les longueurs de tubes graduées maintiennent un dégagement uniforme au sol.
La conception personnalisée garantit que l'échangeur en PTFE remplit pleinement sa fonction de chauffage sans les inondations et les points froids qui résulteraient de l'installation d'une conception au sol standard-sur un sol en pente.
Une assistance technique pour la conception d'échangeurs de chaleur en PTFE à plancher incliné-est disponible sur présentation de l'inclinaison du fond du réservoir, de la longueur du collecteur, de la pression de vapeur, du nombre de tubes et des exigences de chaleur.
