Dureté de l'eau de refroidissement dans les régions de l'ASEAN: prévision de la baisse de pression augmentation de l'encrassement des tubes de condensation dans les refroidisseurs à vis

Dureté de l'eau de refroidissement dans les régions de l'ASEAN : prévision de l'augmentation de la chute de pression due à l'encrassement des tubes du condenseur dans les refroidisseurs à vis

— Un guide de sélection technique basé sur les paramètres des échangeurs de chaleur à calandre et tubes et les conditions limites de fonctionnement

La dureté de l'eau n'est pas une variable de fonctionnement ; C'est une limite de conception

Dans les régions de l’ASEAN (Thaïlande, Vietnam, Indonésie, Philippines) et en Asie du Sud (Inde, Bangladesh), l’eau d’appoint des tours de refroidissement provient généralement des eaux de surface ou des eaux souterraines peu profondes. La dureté totale (en CaCO₃) varie fréquemment entre 200 et 400 mg/L, les cycles saisonniers sec/humide provoquant d'importantes fluctuations de la qualité de l'eau.

Pour les refroidisseurs à vis refroidis par eau, la boucle d'eau côté condenseur ne fonctionne pas dans des « conditions standard » mais plutôt dans des « conditions de qualité d'eau variable ». Le PDF précise clairement que la conception du condenseur de la série SHWE est basée sur un facteur d'encrassement de 0,00025 pi²·°F/Btu (équivalent à 0,0440 m²·°C/kW). Cette valeur représente la limite de tolérance prédéfinie pour la dégradation du transfert thermique pendant la phase de sélection. Lorsque la dureté réelle de l'eau sur site fait que la résistance thermique d'encrassement dépasse cette valeur prédéfinie, la conséquence physique directe est une augmentation de la température et de la pression de condensation, obligeant le compresseur à augmenter le différentiel de pression de refoulement pour maintenir la capacité de production du refroidisseur.

Conséquences techniques de l'encrassement : de l'atténuation du transfert de chaleur à la dérive des chutes de pression

L'encrassement des faisceaux de tubes a un impact négatif sur les performances du refroidisseur dans deux dimensions distinctes, que les ingénieurs de sélection et les équipes O&M doivent traiter séparément :

Dimension 1 : Résistance thermique accrue (dégradation de l’efficacité).Des dépôts de tartre (principalement des mélanges de carbonate de calcium et de silicate) s'accumulent sur la paroi de la chambre à air. La conductivité thermique du tartre est inférieure à 1/50 du cuivre (environ 401 W/m·K), augmentant directement la résistance au transfert de chaleur entre la paroi du tube et le débit d'eau. Cela se manifeste par un élargissement de la température d'approche du condenseur, c'est-à-dire que la différence entre la température de saturation de condensation du réfrigérant et la température de sortie de l'eau de refroidissement dépasse la valeur de conception.

Dimension 2 : Augmentation non planifiée de la perte de charge (risque de sécurité du débit).L'encrassement réduit la section efficace d'écoulement à l'intérieur des tubes. Au même débit d’eau, la vitesse augmente et la résistance de frottement augmente en conséquence. Reportez-vous aux données de chute de pression côté eau du condenseur pour chaque modèle dans le PDF à la page 10. Par exemple, le modèle SHWE 210H affiche 43,2 kPa dans des conditions standard, tandis que le SHWE 300H affiche 41,2 kPa. Ces valeurs de chute de pression correspondent aux résultats des tests de faisceaux de tubes propres. Lorsque l'épaisseur de la couche de tartre atteint 0,2 à 0,3 mm, la chute de pression mesurée peut dériver vers le haut de plus de 30 à 50 kPa au-dessus de la ligne de base propre (aucun pourcentage n'est donné ; il s'agit d'une projection qualitative pour souligner la nécessité d'une marge de tête de pompe adéquate lors de la sélection).

Stratégies de prévention : de la sélection des matériaux à la géométrie des canaux d'écoulement

L’intervention contre le risque de faute doit être abordée dès la phase de sélection à travers les trois approches physiques suivantes :

① Matériau du tube et traitement de surface. Le PDF à la page 8 décrit explicitement que cette série de condenseurs utilise des tubes de condenseur renforcés double face. Le renfort double face améliore les turbulences internes pour réduire l'épaisseur de la couche limite laminaire et retarder le dépôt de sels inorganiques, tandis qu'à l'extérieur, il améliore les coefficients de transfert de chaleur par condensation côté réfrigérant. Pour les régions où l'eau est dure, les prescripteurs peuvent consulter davantage le fabricant concernant les revêtements des parois intérieures (par exemple, Cupronickel ou couches anticorrosion). Cependant, cette option modifie le coefficient de transfert thermique global et nécessite un recalcul de la surface d'échange thermique requise.

② Référence de conception de la vitesse d'écoulement côté eau. Sur la base des débits d'eau et des tailles de raccordement (DN100 à DN200) fournis à la page 10 du PDF, la vitesse d'écoulement nominale dans les tubes se situe généralement entre 1,5 et 2,5 m/s. Cette plage de vitesse maintient les effets autonettoyants (empêchant la sédimentation des particules) tout en évitant une usure excessive ou des pertes par pompage. Pour l'eau d'appoint très dure, il est conseillé de maintenir une vitesse d'écoulement supérieure à 2,0 m/s et d'utiliser des vannes de régulation ou des VFD sur les pompes à eau glacée pour éviter des vitesses trop faibles sous charges partielles, qui favorisent l'accumulation de sédiments.

③ Les couvercles d'extrémité amovibles offrent un accès physique pour le nettoyage mécanique. La section « Évaporateur inondé » indique explicitement : « Les boîtes à eau aux deux extrémités peuvent être démontées pour faciliter l'entretien. » Bien que cette description cible directement l’évaporateur, la configuration calandre et tube du condenseur prend en charge la même approche. Lors de la sélection, un espace d'extraction de tube suffisant doit être conservé aux deux extrémités du condenseur. Ce jeu détermine directement si des opérations de nettoyage au jet d'eau à haute pression ou à la brosse peuvent être effectuées lors des cycles de maintenance ultérieurs.

Stratégies de maintenance en ligne : surveillance des paramètres et seuils d'intervention

Pour les projets existants où le remplacement ou le revêtement des tubes n'est pas réalisable, les trois mécanismes de maintenance active basés sur les données suivants sont recommandés :

Tout d’abord, un suivi mensuel de la température d’approche du condenseur.Enregistrez la différence entre la température de saturation de condensation du réfrigérant et la température de sortie de l’eau de refroidissement. Si la température d'approche augmente de plus de 3 °C au-dessus de la ligne de base établie lors de l'acceptation de l'équipement (ces 3 °C constituent un seuil de prudence général pour l'industrie ; veuillez confirmer la ligne de base spécifique pour chaque modèle auprès du fabricant), un nettoyage chimique (circulation en ligne avec des agents de nettoyage légèrement acides) ou un nettoyage physique doit être initié.

Deuxièmement, la surveillance en ligne des chutes de pression côté eau."Si la température de sortie du condenseur dépasse 55°C, il est recommandé de contacter le fabricant pour obtenir des conseils." Ce seuil de température correspond directement au plafond de pression de condensation, intrinsèquement lié à l'encrassement du faisceau de tubes. Installez des capteurs de pression permanents aux points d’entrée et de sortie. Déclenchez une alarme lorsque la différence de pression mesurée dépasse la ligne de base propre d'une marge prédéterminée.

Troisièmement, intervention en amont dans le traitement de l’eau d’appoint des tours de refroidissement.Bien que la plage de température d'entrée d'eau de refroidissement autorisée soit large (19 °C à 50 °C (PDF page 9)), la dureté de l'eau n'est pas protégée par cette enveloppe de fonctionnement. Installez des unités d'adoucissement de dérivation (résine échangeuse d'ions) au niveau du bassin de la tour de refroidissement ou de la ligne d'appoint pour réduire la dureté à <100 mg/L, minimisant ainsi la précipitation du carbonate de calcium à la source.

Conclusion

Pour le déploiement de refroidisseurs à vis refroidis à l'eau dans les régions à eau dure de l'ASEAN et de l'Asie du Sud, la phase de sélection ne doit pas se concentrer uniquement sur la capacité de refroidissement (332,6 à 1 988 kW) et le COP (5,4 à 5,5 W/W). Une attention égale doit être accordée au facteur d'encrassement du condenseur prédéfini à 0,0440 m²·°C/kW, à la ligne de base de chute de pression propre (41 à 44 kPa) et au seuil de température de condensation maximale de 55 °C en tant qu'entrées de conception auxiliaires critiques. Pendant le fonctionnement, intégrez la dérive de température d'approche et la dérive de chute de pression dans les listes de contrôle de routine, et préservez l'accès au nettoyage mécanique à l'aide de la conception du couvercle d'extrémité amovible. Pour les installations critiques telles que les usines de fabrication d'énergie solaire, les hôtels et les stades, où les arrêts imprévus sont inacceptables, ce cadre stratégique fournit l'assurance physique requise pour éviter une opération de déclassement forcé.