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Encrassement des échangeurs de chaleur

1920
Échangeur de chaleur avec dépôts d'encrassement affectant les performances thermiques en thermodynamique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

L'encrassement est l'accumulation de matières indésirables sur les surfaces de transfert thermique, ce qui introduit une résistance thermique supplémentaire et dégrade les performances d'un échangeur de chaleur. Cette résistance à l'encrassement ([latex]R_f[/latex]) réduit le coefficient global de transfert thermique (U). L'effet est quantifié dans l'équation globale de transfert thermique : [latex]\frac{1}{U} = \frac{1}{h_i} + \frac{1}{h_o} + R_f + R_w[/latex].

Fouling is a critical, time-dependent problem in nearly all heat exchanger applications. It increases thermal resistance, impedes fluid flow (increasing pressure drop and pumping costs), and can initiate corrosion. There are several types of fouling. Precipitation fouling occurs when dissolved solids in a fluid precipitate onto surfaces, common in cooling water systems (scaling). Particulate fouling is the accumulation of suspended particles like dust or rust. Corrosion fouling results from the heat transfer surface itself reacting to form an insulating layer of corrosion products. Chemical reaction fouling involves reactions within the process fluid that form deposits, such as in polymerization processes. Finally, biofouling is the growth of microorganisms, algae, or slime on surfaces, prevalent in raw water systems. To account for this inevitable degradation, engineers include a ‘fouling factor’ or ‘fouling resistance’ ([latex]R_f[/latex]) during the design phase. This essentially means the heat exchanger is oversized to ensure it still meets the required heat duty after a certain period of operation with the expected level of fouling. The overall heat transfer coefficient for a clean exchanger ([latex]U_{clean}[/latex]) is related to the dirty or service coefficient ([latex]U_{dirty}[/latex]) by [latex]\frac{1}{U_{dirty}} = \frac{1}{U_{clean}} + R_f[/latex]. Managing and mitigating fouling through chemical treatment, filtration, and periodic cleaning is a major aspect of industrial maintenance.

UNESCO Nomenclature: 3328
– Thermodynamique

Taper

Processus physique

Perturbation

Incrémentale

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • observation de l'accumulation de tartre dans les chaudières et les bouilloires
  • compréhension de la résistance thermique et de la loi de Fourier
  • développement de la chimie industrielle et du traitement de l'eau
  • progrès dans les sciences des matériaux et les études de corrosion

Applications

  • programmes de maintenance prédictive pour les installations industrielles
  • conception des procédures de nettoyage chimique des équipements de traitement
  • développement de revêtements et de matériaux antisalissures
  • programmes de traitement de l'eau pour les tours de refroidissement et les chaudières
  • surdimensionnement des nouveaux échangeurs de chaleur pour tenir compte de l'encrassement futur

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • ultrasonique transducers mounted on exchanger shells to prevent deposit formation through cavitation
  • échangeurs de chaleur autonettoyants utilisant des particules abrasives en circulation ou des racleurs mécaniques automatisés
  • Des microbes génétiquement modifiés qui forment des biofilms non adhérents pour empêcher la bio-encrassement par des organismes plus nuisibles.
  • nanotechnology-based coatings with superhydrophobic or oleophobic properties to repel fouling agents
  • Des systèmes de surveillance basés sur l'IA qui prédisent les taux d'encrassement à partir des données opérationnelles et planifient le nettoyage de manière optimale.
  • capteurs in situ qui mesurent directement l'épaisseur de la couche d'encrassement
  • Développement de nouveaux inhibiteurs chimiques non toxiques contre le tartre et la corrosion
  • échangeurs de chaleur à lit fluidisé où les particules en mouvement nettoient continuellement les surfaces d'échange thermique
  • systèmes à flux pulsé ou à inversion de flux conçus pour déloger les dépôts avant qu'ils ne se consolident
  • Des technologies de traitement de l'eau avancées, comme l'osmose inverse, permettent d'éliminer les précurseurs d'encrassement de l'eau d'alimentation.
Sujets connexes : encrassement, tartre, échangeur de chaleur, résistance thermique, maintenance, transfert de chaleur, coefficient global de transfert de chaleur, bio-encrassement, perte de charge, nettoyage.

Contexte historique

Encrassement des échangeurs de chaleur

1910
1920
1920
1920
1922
1925-01-01
1930
1910
1920
1920
1920
1922
1924
1927
1930

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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