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Pour une application maritime ou industrielle nécessitant une solution de gestion thermique, l’une des décisions les plus importantes qu’un ingénieur doit prendre concerne le choix entre échangeurs de chaleur à plaques jointées et échangeurs de chaleur à plaques brasées. Les deux technologies fonctionnent selon les mêmes principes de transfert de chaleur : une série de plaques métalliques ondulées entre lesquelles circulent, en contre-courant, deux fluides permettant le transfert de chaleur entre eux. Toutefois, leur construction, leur philosophie de conception et leurs limites opérationnelles diffèrent. Chez SME, avec plus de 500 projets annuels et un soutien assuré à plus de 1 000 navires grâce à des pièces détachées et des services, nous avons régulièrement constaté les conséquences d’une spécification erronée du type d’échangeur de chaleur à plaques (PHE). Ce guide vise à simplifier les options afin que la technologie retenue corresponde réellement aux besoins de votre navire.
Construction et intégrité physique
Échangeurs de chaleur à plaques jointées : Ces échangeurs sont constitués d’un cadre (plaques fixes et mobiles) dans lequel un empilement de plaques ondulées est comprimé par des boulons de serrage. Chaque plaque est munie d’un joint élastomère qui sépare les canaux d’écoulement, orientant les fluides à travers des passages alternés. Des plaques peuvent facilement être ajoutées ou retirées. Les plaques et les joints sont fixés et mis sous contrainte à l’aide de couples de serrage élevés.
Échangeurs thermiques à plaques brasées : Ces échangeurs ne comportent ni cadre, ni boulons, ni joints extractibles. À la place, une série de plaques est assemblée puis brasée sous vide à l’aide d’un métal d’apport, soit du cuivre, soit du nickel, qui se solidifie aux points de contact entre les plaques. Le résultat final est un bloc monolithique dépourvu de joints élastomères, parfaitement étanche à l’atmosphère extérieure, ce qui permet d’obtenir, pour une puissance donnée, un encombrement et un poids réduits par rapport à une conception à joints.
Limites de fonctionnement : pression et température
Les unités brasées peuvent généralement supporter des pressions bien plus élevées, allant de 30 à 45 bar, ainsi que des températures de 200 °C et plus ; les modèles brasés au nickel ne comportent aucun joint élastomère susceptible de s’extruder ou de se rompre dans des systèmes tels que les circuits frigorifiques, les huiles hydrauliques à haute pression ou la récupération de chaleur moteur sur de nouveaux navires.
Les contraintes des unités à joints dépendent du matériau du joint : notre équipe d’ingénieurs experts propose couramment des joints en NBR, EPDM et FKM, dont la plage de température d’utilisation s’étend de –15 °C à plus de 150 °C, avec des pressions maximales admissibles pour les équipements marins à joints d’environ 25 bar ou plus. Cette valeur convient parfaitement aux applications standard de refroidissement par eau de mer et, dans la plupart des cas, aux générateurs d’eau douce standards ainsi qu’aux circuits d’huile lubrifiante sur la plupart des navires ; toutefois, la pression maximale indiquée ne doit pas être dépassée avec un produit marin à joints.
Entretien, nettoyage et accessibilité à la maintenance
C’est ici que les deux approches divergent de façon si marquée, souvent au point que, pour l’armateur, ce critère prime sur tous les autres.
Les échangeurs thermiques à joints sont conçus pour être entretenables. Dès qu’un encrassement s’est produit (et, dans le domaine maritime, l’encrassement est inévitable — il survient lorsque de l’eau de mer, des dépôts calcaires ou des résidus d’huile lourde s’accumulent sur les surfaces : ce n’est pas une question de « si », mais de « quand »), l’appareil est démonté, les plaques sont écartées et les joints sont retirés. Chaque plaque peut alors être nettoyée soit mécaniquement, soit chimiquement, et les joints remplacés. C’est pourquoi SME dispose d’un atelier et d’une équipe sur site, afin d’effectuer des remplacements de joints, le nettoyage des plaques et des rénovations complètes permettant de restaurer un échangeur à joints à plus de 95 % de sa performance initiale. En outre, vous pouvez modifier le type de joint si vos conditions de fonctionnement ou les fluides traités changent.
Les échangeurs thermiques brasés sont à usage unique. Ils ne peuvent pas être démontés pour nettoyer les passages entre les plaques. Les unités PHE brasées ne peuvent pas être démontées, et des nettoyages internes à l’aide de produits chimiques circulant dans l’unité peuvent être tentés, mais ils risquent de ne pas éliminer efficacement les dépôts calcaires ou les encrassements carbonés. Le principal inconvénient des unités PHE brasées réside toutefois dans le fait que, si l’unité se bouche à cause de dépôts calcaires ou de débris, ou si un canal est endommagé par des cycles d’expansion thermique ou par la corrosion au fil du temps, la seule solution consiste à en acheter une neuve. Cela peut s’avérer très coûteux, notamment pour une grande unité brasée ou en raison des délais de livraison des nouveaux équipements si un appareil ne peut pas être remis en service rapidement.
Risques de fuites et de contamination croisée
Pour un pHE à joints d’étanchéité, toute fuite précoce se manifeste généralement par une légère perte vers l’extérieur — on observe un liquide qui goutte du cadre, avant que les deux flux ne se mélangent de façon désastreuse. Une conception à double joint est une autre option pour les applications critiques où les deux fluides doivent rester parfaitement séparés (huile, eau de mer). Il faut bien reconnaître que, pour que ce « deuxième » joint remplisse effectivement sa fonction, il ne faut probablement pas attendre que le joint soit complètement détruit. En cas de défaillance d’un joint, celui-ci peut être remplacé sur site.
Dans une pHE brasé une fuite interne, depuis l’intérieur d’un canal vers un autre (corrosion par piqûre ou fissure), contaminera un flux de processus par l’autre sans que l’opérateur ne remarque de fuite sur la face externe de l’appareil. Dans une application impliquant de l’huile ou de l’eau, l’un ou l’autre des flux peut être contaminé presque immédiatement dès le démarrage de l’appareil ; dans une application frigorifique, la fuite pourrait ne pas être détectée avant une dégradation spectaculaire des performances. L’appareil doit alors être arrêté et remplacé.
Adéquation à l’application et coût total sur cycle de vie
Sélectionner PHEs brasés pour des circuits fermés de fluides propres, tels que les fluides frigorigènes, les fluides hydrauliques et l’eau déminéralisée. Ils conviennent également aux applications où l’espace est limité, comme les locaux moteurs sur des navires plus petits, où l’installation et l’accès pour l’entretien peuvent être restreints. Notez qu’ils ont une durée de vie globale moindre, mais un coût initial inférieur.
Pourquoi choisir Des échangeurs à plaques jointées ? Pour les circuits ouverts d’eau de mer, les applications sales, les huiles lourdes ou d’autres milieux de process similaires, où la longévité et la facilité d’entretien sont primordiales, utilisez des échangeurs à plaques jointées. Leur coût initial est plus élevé, mais le remplacement des joints et des plaques s’avérera nettement moins coûteux sur une durée de service de 15 à 20 ans.
Lors de nos milliers d’appels navals effectués chez SME, il est devenu notre pratique que le choix de notre client en faveur d’un échangeur thermique classique à joints demeure systématiquement privilégié, en raison de sa transparence et de sa facilité d’entretien au quotidien sur le marché standard. Notre garantie de service de 12 mois sur ces projets, combinée à nos procédures certifiées ISO 9001, 14001 et 45001, positionne l’équipe technique SME de plus de 100 collaborateurs exactement là où elle peut soutenir les chantiers navals du monde entier dans leurs décisions cruciales relatives à tout aspect lié au fluide caloporteur. Que vous ayez besoin d’un remplacement de joints en Chine ou d’une expertise technique complète, nous pouvons, grâce à l’ensemble de l’équipe SME, accompagner les échangeurs thermiques bien au-delà de la simple résolution des préoccupations actuelles, afin de garantir que celui que nous installons aujourd’hui continuera à remplir la même fonction demain.