WO2024088722A1 - Procede de nettoyage de plaques d'un echangeur thermique a plaques et dispositif pour mettre en œuvre ce procede - Google Patents

Procede de nettoyage de plaques d'un echangeur thermique a plaques et dispositif pour mettre en œuvre ce procede Download PDF

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WO2024088722A1
WO2024088722A1 PCT/EP2023/077542 EP2023077542W WO2024088722A1 WO 2024088722 A1 WO2024088722 A1 WO 2024088722A1 EP 2023077542 W EP2023077542 W EP 2023077542W WO 2024088722 A1 WO2024088722 A1 WO 2024088722A1
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WO
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compressed air
cleaning
plates
dry ice
cryogenic
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PCT/EP2023/077542
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Inventor
Mickaël AUBOIROUX
Original Assignee
Clauger
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G1/00—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
    • F28G1/16—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances using jets of fluid for removing debris
    • F28G1/163—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances using jets of fluid for removing debris from internal surfaces of heat exchange conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2230/00—Sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/083—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning capable of being taken apart

Definitions

  • the present invention relates to the sector of cleaning and maintenance of industrial equipment and more particularly plate heat exchangers.
  • Plate heat exchangers are widely used in all types of industries, particularly in the food, pharmaceutical, chemical industries and, for example, in the field of industrial refrigeration. These exchangers make it possible to transfer heat from a fluid circulating in a first circuit to another fluid circulating in a second adjacent circuit, without ever mixing them.
  • exchangers conventionally comprise a large number of plates, generally between 10 and 500, for example made of stainless steel, titanium or a nickel alloy of the HastelloyTM type, and of substantially rectangular shape.
  • these plates are arranged parallel to each other and are compressed between the two frames which are brought closer to each other by tightening a set of perpendicular tie rods.
  • Each of these plates has four through openings which form, by juxtaposition of the plates, a fluid supply conduit and a fluid discharge conduit for each of the two fluid circuits.
  • Each of the plates of the exchanger is provided with a joint of specific alternating shape, delimiting a sealed intermediate compartment between two successive plates of the exchanger which is alternately placed in communication with the supply conduit and the discharge conduit of one or the other of the fluidic circuits.
  • the heat exchange occurs through each of the plates of the exchanger, between the fluids located in the two compartments located on either side of the plate, without mixing between the two fluid circuits.
  • the plates of plate heat exchangers are conventionally ribbed in a specific pattern which extends the duration of circulation of the fluid on the surface of the plate and increases the pressure losses in order to improve heat exchange .
  • the most efficient method is to disassemble the exchanger or complete plate set and ship it to the factory for reconditioning. There, the plates are dismantled, their seals are removed, and, depending on the nature of the deposits covering them, the plates are immersed for several hours in one or more baths of chemicals capable of loosening or dissolving the encrusted deposits. The plates are then rinsed and dried, before being fitted with new seals. The heat exchanger is then reassembled, or the complete set of plates is then prepared, before being returned to its place of use.
  • NEP Nettoyage En Place
  • CIP Clean In Place
  • Another known cleaning method consists of cleaning the plates with a jet of pressurized water, after having previously dismantled them.
  • the present invention meets this need and provides such a cleaning method.
  • the invention teaches a process for cleaning plates of a plate heat exchanger, at least some of which need to be cleaned, which comprises the following steps:
  • a cryogenic cleaning device capable of delivering a flow of cryogenic air containing compressed air and dry ice particles, from the dry ice granules supplied when supplied with compressed air; - obtaining a flow of cryogenic air by means of the cryogenic cleaning device, from a supply of compressed air whose pressure is between 7 and 10 bars and whose flow rate is between 250 and 350 m 3 / h and a consumption of dry ice granules supplied of between 60 and 80 kg of dry ice per hour;
  • the cleaning process according to the invention is advantageously a process for cryogenic cleaning of the exchanger plates. It does not generate any contamination on the surface of the plates, since the cleaning agent is a flow of cryogenic air which vaporizes immediately on contact with the much hotter plate, releasing only air and carbon dioxide in the gaseous state. There is no need for rinsing or drying. This process can therefore be used in any type of industry, even those most sensitive to contamination or the presence of water.
  • the deposit is first broken up under the effect of the physical shock with the dry ice particles projected at high speed against it and the high pressure of the cryogenic air flow. Then, the very low temperature of the cryogenic air flow encourages the separation and detachment of this deposit which shrinks under the effect of the cold. Finally, the deposit, previously broken up and detached, is ejected away from the plate under the blast effect linked to the sublimation of dry ice particles which vaporize on contact with the surface of the plate and the ambient air.
  • the process according to the invention is very efficient, while presenting no risk of damaging the exchanger plates. It allows to completely and easily clean any type of deposit present on the exchanger plates, even when they are very dirty. It is possible to perfectly clean difficult places such as the bottom of grooves of grooves or seal mounting grooves, from where deposits are completely removed and not simply pushed away.
  • This process is very quick, since it only takes about a minute to completely clean an average-sized plate.
  • this process can be carried out directly on the site of use of the plate heat exchanger, after simply dismantling it and without the need to ship it to a treatment plant.
  • the cleaning process can be applied to plates provided with joints, and can be preceded by the following steps:
  • At least one face, and preferably both faces, of each of the plates to be cleaned is or are swept by the cryogenic air flow obtained.
  • the scanning by the flow of cryogenic air obtained is preferably carried out over the entire surface of the face of the plate by means of regular movements in the direction of the length and in the direction of the width of the face of the plate.
  • the supply of compressed air can be obtained by means of at least one compressor and at least one air dryer.
  • the compressed air supply can be obtained by means of two taps on one or two compressed air networks.
  • the compressed air supply can be obtained by means of a tap on a compressed air network and a compressor with an air dryer.
  • the invention also teaches a device for cleaning plates of a plate heat exchanger, specially adapted for implementing the cleaning process described above.
  • This device includes:
  • a dry ice regulator which regulates the quantity of dry ice granules brought into contact with the compressed air to consume between 60 and 80 kg of dry ice granules per hour.
  • the cleaning device further comprises at least one compressor and at least one air dryer connected to said compressed air inlet.
  • the cleaning device further comprises a connection element comprising an outlet connection connected to said compressed air inlet and two inlet connections each being connected to a compressor or intended to be connected to a network compressed air.
  • the inlet fittings and the outlet fitting are equipped with express fittings called "cat's head” fittings.
  • connections are thus made easily and quickly, while guaranteeing a perfect seal.
  • the device can thus be installed, connected and put into operation very easily and quickly directly on the site of use of the exchanger to be cleaned.
  • the inlet connections are equipped with non-return valves which prevent compressed air from emerging from the device.
  • the installation located upstream of the device is thus protected from any involuntary return of compressed air.
  • connection element further comprises a compressed air intake to which a blowing unit is connected.
  • Such a blowing unit provides a compressed air outlet that can be easily used by the operator using the cleaning machine. He can, for example, use it to clean the machine or the work area once the plate cleaning operation has been completed or for any other use in which blowing a jet of compressed air could be useful.
  • This blowing unit includes, for example, a quick connection means, followed by a flexible hose, then a gun and/or a blowing nozzle.
  • the cleaning device further comprises a flexible pipe, connected to said cryogenic air outlet, and terminated by a gun provided with an elongated nozzle with a slotted outlet opening.
  • the operator can thus easily control the exit or stopping of the cryogenic air flow and direct it precisely towards the plate to be cleaned.
  • the elongated nozzle allows the operator to work comfortably without having to bend down.
  • the slotted outlet opening allows optimized projection of the cryogenic air flow and the dry ice particles it contains, the shape of which is perfectly adapted to that of the grooves, grooves and grooves of the plates to be cleaned.
  • this elongated nozzle is at least 30 cm long, preferably at least 40 cm, and the slot outlet opening is rectangular in shape and measures between 2.5 and 4 cm in width. long and between 3 and 5 mm wide.
  • Figure 1 is a schematic general view of a first example of a cleaning device according to the invention
  • Figure 2 is a schematic general view of a second example of a cleaning device according to the invention
  • Figure 3 is a functional diagram of the connection element of the cleaning device of Figure 2 and its connection to a compressed air network;
  • FIG 4 is a functional diagram of an example of a cryogenic apparatus of the cleaning device according to the invention.
  • Figure 5 is a comparative photograph of two plates of a plate heat exchanger, one being photographed before and the other after cleaning using the cleaning device according to the invention.
  • FIG. 1 a first embodiment of a cleaning device 1 according to the invention of the plates 2 of a plate exchanger is shown schematically.
  • This cleaning device 1 comprises a cryogenic device 3 which makes it possible to produce a flow of cryogenic air 4 from compressed air on the one hand and dry ice on the other hand.
  • the cleaning device 1 is a pneumatic or electro-pneumatic device, preferably equipped with wheels 5, rollers or casters so that it can be mobile and easily moved by an operator 6 who carries out the cleaning operation.
  • the cleaning device 1 according to the invention can thus be taken to the industrial site where the exchanger to be cleaned is located and easily moved to the place of cleaning of the plates 2.
  • the compressed air necessary for this production of the cryogenic air flow 4 is obtained by means of a compressor 7 of sufficient power to be capable of supplying compressed air at a pressure at least equal to 7 bars, with a flow rate at least equal to 250 m 3 /h.
  • the cleaning device 1 shown also comprises an air dryer 8, interposed between the compressor 7 and the cryogenic device 3, which makes it possible to purify the compressed air obtained from the compressor 7 by ridding it in particular of the water vapor which it contains which would otherwise freeze on contact with dry ice.
  • the compressor 7 and the air dryer 8 are interconnected, then connected to a compressed air inlet 9 of the cryogenic device 3 by means of conduits 10 which are preferably in the form of flexible pipes 11.
  • the cryogenic device 3 also includes a cryogenic air outlet 12 to which another conduit 10 is connected, which is preferably also a flexible pipe 11, on which is mounted a gun 13 extended by a nozzle 14.
  • This gun 13 allows the operator 6 to easily control the exit or stopping of the flow of cryogenic air 4, while directing it towards the plate 2 to be cleaned by means of the nozzle 14 which has an opening at its distal end. output 15.
  • the nozzle 14 is preferably elongated, preferably at least 30 cm long and for example approximately 40 cm long, so that the operator 6 can work comfortably standing, without having to bend down, even in the case where the plate 2 to be cleaned is on the ground or on a low support.
  • the outlet opening 15 of the nozzle 14 may have any suitable shape. It is preferably slot-shaped, so that the cryogenic air flow 4 is projected in the form of a flat jet, perfectly suited to cleaning narrow grooves.
  • the plates 2 of the plate exchangers conventionally comprise grooves 16 used for mounting the joints and numerous grooves 17 used to improve the heat exchanges, which are all grooves of small width in which deposits 18 accumulate over time and it is very important to clean well despite the difficulty of access.
  • the outlet opening 15 of the nozzle 14 is for example a rectangular slot, which preferably measures between 2.5 and 4 cm long and between 3 and 5 mm wide.
  • a second embodiment of the cleaning device 1 of the invention has been shown schematically in Figure 2.
  • This example of cleaning device 1 comprises a cryogenic apparatus 3 similar to that of the embodiment described above.
  • a conduit 10 preferably in the form of a flexible pipe 11, is connected to its cryogenic air outlet 12 and a gun 13, extended by a nozzle 14 with an outlet opening preferably in a slot, is mounted at the other end of this conduit 10.
  • the compressed air necessary for the production of the cryogenic air flow 4 is not obtained by means of a compressor, but is drawn from the compressed air network 19 of the site of cleaning which generally corresponds to the site in which the exchanger is located.
  • the compressed air which circulates in the pipes 20 of the compressed air network 19 of the majority of industrial sites has a maximum pressure of approximately 6 to 7 bars and a flow rate of around 200m 3 /h, it is not possible to carry out the method according to the invention by directly connecting a pipe 20 of the compressed air network 19 to the compressed air inlet 9 of the cryogenic apparatus 3, the pressure and flow rate of the incoming compressed air being insufficient.
  • the cleaning device 1 comprises a connection element 21 interposed between the cryogenic device 3 and the compressed air network 19.
  • This connection element 21 is a part, for example Y or T, which includes two inlet connections 22 and one outlet connection 23.
  • the outlet connector 23 is connected to the compressed air inlet 9 of the cryogenic device 3, via a conduit 10 preferably in the form of a flexible pipe 11.
  • each of the inlet connectors 22 is connected to a valve 24 of a pipe 20 different from the compressed air network 19, via a conduit 10 preferably in the form of a pipe flexible 11, thus making two connections on the compressed air network 19.
  • the two inlet connectors 22 of the connection element 21 can alternatively be connected to two valves 24 of the same pipe 20 of the compressed air network 19, if the flow rate and the pressure of the The compressed air circulating in this pipe 20 is sufficiently important so that, despite the pressure loss linked to withdrawal, it is possible to obtain at the compressed air inlet 9 of the cryogenic apparatus 3 a pressure and an air flow tablet sufficient to implement the cleaning process of the invention in a satisfactory manner, that is to say a pressure at least equal to 7 bars and a flow rate at least equal to 250 m 3 /h.
  • the two pipes 20 can belong to the same compressed air network 19, or to two different compressed air networks 19.
  • connection element 21 comprising both a connection element 21 and one or more compressors 7
  • the two inlet connections 22 of the connection element 21 are not connected to two pipe valves 24 20 of the compressed air network 19, but for example to two compressors 7, or even for one to a valve 24 of a pipe 20 of the compressed air network 19 and the other to a compressor 7.
  • Such mixed embodiments advantageously make it possible to use one or more compressors 7 that are less powerful, and therefore less expensive, smaller and more easily transportable than that of the first embodiment described above, while obtaining at the inlet d compressed air 9 of the cryogenic apparatus 3 a pressure and a flow rate of compressed air sufficient to implement the cleaning process of the invention.
  • the cleaning device 1 comprises one or two compressors 7, it also comprises at least one air dryer 8 interposed between the compressor(s) 7 and the cryogenic device 3.
  • This air dryer 8 can be common for two compressors 7, for example if it is located between the outlet connection 23 and the compressed air inlet 9 of the cryogenic device 3, or be dedicated to a single compressor 7 if it is located between the compressor 7 and one of the inlet connectors 22 of the connection element 21.
  • connection element 21 has been shown in more detail in Figure 3.
  • the cleaning device 1 comprises a set of express fittings called "head of pipe” fittings. cat » 25, in particular as shown in Figure 3 at the interface between the flexible pipes 11 and the valves 24, the inlet connectors 22 of the connecting element 21 and the outlet connector 23 of the connecting element 21.
  • Non-return valves 26 are provided at the inlet connections 22 of the connection element 21 in order to prevent the compressed air from returning to the valves 24 and thus protect the compressed air network 19 from any return unintentional compressed air.
  • the connection element 21 also comprises a compressed air intake 27, for example located at the level of the sleeve of the outlet connection 23.
  • a blowing unit 28 comprising a flexible pipe 11 and a nozzle blowing 29, can advantageously be connected to this compressed air intake 27.
  • This storage tank 30 includes a storage tank 30 which must be previously filled with dry ice granules.
  • This storage tank 30 is preferably refrigerated and/or has isothermal walls 31 to keep the dry ice at a temperature less than or equal to -78°C so that it remains in the solid state.
  • the storage tank 30 has in the lower part an opening 32 which can be entirely or partially opened, or closed using a movable closing means 33.
  • the opening 32 When the opening 32 is open, the storage tank 30 communicates via a channel 34 with a mixing zone 35 located below, into which the dry ice granules contained in the storage tank 30 fall by gravity.
  • the bottom 36 of the storage tank can advantageously be made with a converging slope towards the opening 32 in the manner of a hopper .
  • the dry ice granules fall onto a rotating disk 37 on which they fragment into dry ice particles.
  • the mixing zone 35 is also in communication with the compressed air inlet 9 via a channel 38 and with the cryogenic air outlet 12 via a channel 39.
  • the compressed air entering the cryogenic device 3 therefore enters the mixing zone 35 where it meets the dry ice particles located on the rotating disk and carries them towards the cryogenic air outlet 12, thus forming the flow of cryogenic air 4.
  • the cryogenic device 3 also includes a compressed air regulator 40, which acts for example at the level of the pipe 38, in order to regulate the entry of compressed air into the device at a pressure of between 7 and 10 bars and at a flow rate of between 250 and 350 m 3 /h.
  • a compressed air regulator 40 acts for example at the level of the pipe 38, in order to regulate the entry of compressed air into the device at a pressure of between 7 and 10 bars and at a flow rate of between 250 and 350 m 3 /h.
  • It also includes a dry ice regulator 41 which regulates the quantity of dry ice granules which fall from the storage tank 30 to be brought into contact with compressed air in mixing zone 35, so as to consume between 60 and 80 kg of dry ice granules per hour.
  • the dry ice regulator 41 can for example control the movement of the shutter means 33 to adjust the size of the opening 32.
  • the cryogenic air flow 4 generated by the cleaning device 1 has optimized characteristics to obtain effective cleaning of plate 2 without damaging it.
  • the cryogenic device 3 also comprises an adjustment means 42 of the compressed air regulator 40 and an adjustment means 43 of the dry ice regulator 41 which the operator 6 can actuate to choose the operating values that he desired for the pressure and flow rate of the compressed air on the one hand and the ice consumption on the other hand, while remaining within the parameter ranges indicated above.
  • the plates 2 to be cleaned from the plate exchanger must first be removed from the exchanger.
  • the seals interposed between each of the plates 2 are preferably removed before carrying out the cryogenic cleaning. It is thus possible to better clean the groove 16 in which the seal is mounted on the plate 2. This is also the opportunity to replace the used seal with a new seal after completing the cleaning, so that the maintenance is complete.
  • the cleaning device 1 After being supplied with dry ice pellets and possibly connected to the site's compressed air network 19, the cleaning device 1 is put into operation. It is then capable of delivering a flow of cryogenic air 4 whose parameters are optimal for carrying out cryogenic cleaning of the plates 2.
  • the operator 6 then triggers, by means of the gun 13, the emission of a flow of cryogenic air 4 which he directs using the nozzle 14 towards the plate 2 to be cleaned. It scans the entire surface of a first face of the plate 2, preferably with regular movements in the direction of the length and in the direction of the width of the plate 2. It then turns the plate 2 over to proceed in the same way. way on the other side of plate 2. He then moves on to the next plate to clean it in the same way, until all the plates have been cleaned.
  • This cleaning is extremely fast, since the operator 6 takes approximately between 30 and 50 seconds to clean one side of a plate 2 depending on its size and therefore between approximately one and two minutes to completely clean a plate 2.
  • this process is preferably carried out outdoors and, as a precaution, the operator is equipped with a CO2 sensor indicating whether the CO2 content of the air surrounding him approaches a threshold likely to be dangerous for his breathing. If necessary, the cleaning operation is stopped and appropriate ventilation is organized until the CO2 level returns to an acceptable value. Operator 6 preferentially wears other suitable protective equipment, in particular gloves against the cold, a mask, noise-cancelling headphones and protective glasses.
  • These plates 2 are stainless steel parts of substantially rectangular shape, which have at their corners four through openings 44 to form by juxtaposition the conduits for supplying and discharging fluids from the two fluid circuits of the exchanger. They include grooves 16 for mounting the joints which are substantially perimetric at the periphery of the plate concerned, as well as a multitude of grooves 17 with zig-zag patterns, these grooves 17 and grooves 16 forming a multitude of narrow grooves over the entire the surface of the plates 2. On plate 2 photographed on the left, a whitish deposit 18 covers the entire surface of plate 2 and completely fills the grooves formed by the grooves 17 and partially those formed by the grooves 16 where the joints were housed.

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Abstract

Le procédé de nettoyage des plaques d'un échangeur thermique à plaques comprend les étapes suivantes : - mise à disposition des plaques (2) à nettoyer; - fourniture de granulés de glace carbonique; - fourniture d'un dispositif de nettoyage cryogénique (1) capable de délivrer un flux d'air cryogénique (4) contenant de l'air comprimé et des particules de glace carbonique, à partir des granulés de glace carbonique fournis lorsqu'il est alimenté en air comprimé; - obtention d'un flux d'air cryogénique au moyen du dispositif de nettoyage cryogénique, à partir d'une alimentation en air comprimé dont la pression est comprise entre 7 et 10 bars et dont le débit est compris entre 250 et 350 m3/h et d'une consommation de granulés de glace carbonique comprise entre 60 et 80 kg de glace carbonique par heure; - nettoyage des plaques à nettoyer à l'aide du flux d'air cryogénique obtenu.

Description

PROCEDE DE NETTOYAGE DE PLAQUES D’UN ECHANGEUR THERMIQUE A PLAQUES ET DISPOSITIF POUR METTRE EN ŒUVRE CE PROCEDE
Domaine technique
La présente invention se rapporte au secteur du nettoyage et de la maintenance des équipements industriels et plus particulièrement des échangeurs thermiques à plaques.
Plus précisément, elle se rapporte à un procédé cryogénique de nettoyage des plaques d’un échangeur thermique à plaques.
Elle se rapporte également à un appareil de nettoyage cryogénique spécialement adapté pour la mise en œuvre de ce procédé.
Technique antérieure
Les échangeurs thermiques à plaques sont très utilisés dans tous types d'industries, et notamment dans l’industrie agroalimentaire, pharmaceutique, chimique ou encore par exemple dans le domaine du froid industriel. Ces échangeurs permettent de transférer la chaleur d’un fluide circulant dans un premier circuit, vers un autre fluide qui circule dans un second circuit adjacent, sans jamais les mélanger.
Ces échangeurs comprennent classiquement un grand nombre de plaques, généralement compris entre 10 et 500, par exemple en acier inoxydable, en titane ou en alliage de nickel de type Hastelloy™, et de forme sensiblement rectangulaire. Dans l’échangeur, ces plaques sont disposées parallèlement les unes aux autres et sont comprimées entre les deux bâtis qui sont rapprochés l’un de l'autre par serrage d’un ensemble de tirants perpendiculaires.
Chacune de ces plaques comporte quatre ouvertures traversantes qui forment, par juxtaposition des plaques, un conduit d'amenée et un conduit d'évacuation de fluide pour chacun des deux circuits fluidiques. Chacune des plaques de l'échangeur est munie d'un joint de forme spécifique alternée, délimitant un compartiment intercalaire étanche entre deux plaques successives de l'échangeur qui est alternativement mis en communication avec le conduit d’ amené et le conduit d'évacuation de l’un ou de l’autre des circuits fluidiques. Ainsi, l’échange thermique se produit à travers chacune des plaques de l'échangeur, entre les fluides se trouvant dans les deux compartiments situés de part et d’autre de la plaque, sans mélange entre les deux circuits fluidiques. Afin d'améliorer l'efficacité du transfert de chaleur, les plaques des échangeurs thermiques à plaques sont classiquement striées selon un motif spécifique qui rallonge la durée de circulation du fluide à la surface de la plaque et augmente les pertes de charge afin d’améliorer les échanges de chaleur.
Ce type d’échangeur nécessite une maintenance régulière. En effet, au fil du temps, les fluides qui circulent entre les plaques laissent des dépôts et des impuretés qui s'accumulent progressivement sur les aspérités et dans les creux des plaques, notamment au niveau des stries et à la base des joints. Sous l’effet de cet encrassement, l'efficacité des échanges thermiques diminue progressivement et des risques de fuite apparaissent au niveau des joints.
Afin de retrouver des performances énergétiques satisfaisantes et de prévenir tout risque de fuite, un nettoyage régulier de ces plaques d’échangeurs accompagné d’un remplacement des joints est préconisé à intervalle régulier, par exemple tous les cinq ans.
Pour réaliser un tel nettoyage des plaques des échangeurs thermiques à plaques, plusieurs méthodes ont été proposés dans l'art antérieur. Cependant, aucune de ces méthodes connues ne donne entièrement satisfaction.
La méthode la plus efficace consiste à démonter l'échangeur ou le jeu de plaques complet et à l'expédier en usine pour qu'il soit remis en état. Là, les plaques sont démontées, leurs joints sont retirés, et, selon la nature des dépôts qui les recouvrent, les plaques sont plongées pendant plusieurs heures dans un ou plusieurs bains de produits chimiques capables de détacher ou de dissoudre les dépôts incrustés. Les plaques sont ensuite rincées et séchées, avant d'être équipées de nouveaux joints. L’échangeur thermique est ensuite remonté, ou le jeu de plaques complet est ensuite préparé, avant d'être renvoyé sur son lieu d'utilisation.
Bien qu'elle soit efficace, une telle méthode de nettoyage est particulièrement longue et coûteuse. En effet, en raison des transports et de la durée importante des étapes successives de trempage, de rinçage et de séchage, plusieurs jours et le plus souvent plusieurs semaines sont nécessaires pour mener à bien un tel nettoyage. L’échangeur thermique à plaques reste donc indisponible pour le processus industriel dans lequel il est habituellement implanté pendant une longue durée. Dans le domaine du froid industriel par exemple, ceci est particulièrement problématique, car en l'absence d’échangeur, la production de froid ne peut plus être assurée. La durée des interventions de maintenance doit donc être réduite le plus possible. Un tel procédé de nettoyage par bains chimiques est de ce fait très difficile à utiliser dans ce domaine technique.
Un autre inconvénient de cette méthode de nettoyage par bains chimiques est qu’elle est susceptible de laisser des traces de substances chimiques utilisées dans les bains à la surface des échangeurs, ces substances pouvant par la suite contaminer les fluides qui circulent dans l'échangeur lors de son utilisation. Cette contamination est très gênante lorsque ces échangeurs sont utilisés dans des procédés sensibles notamment dans le domaine pharmaceutique ou agroalimentaire.
Une autre méthode nettoyage connue de l'art antérieur, appelée Nettoyage En Place (NEP) ou Clean In Place (CIP) en anglais, consiste à nettoyer les échangeurs directement sur leur lieu d'utilisation, sans les démonter. Pour cela, on fait circuler des produits chimiques, qui sont directement envoyés à l'intérieur de l'échangeur dans les deux circuits fluidiques de celui-ci, afin de dissoudre les dépôts se trouvant sur les plaques et de les évacuer. Si cette méthode, sans démontage ni transport, est beaucoup plus rapide que la précédente, elle est en contrepartie bien moins efficace. En effet, seule une partie des dépôts est enlevée et un encrassement subsiste dans les endroits difficiles d’accès, notamment dans le creux des stries. En outre, les produits chimiques qui circulent à l'intérieur de l'échangeur peuvent également attaquer les joints qui ne sont pas démontés et changés avec cette méthode. Les risques de fuite au niveau des joints peuvent donc augmenter après le nettoyage, ce qui va à l'encontre du but recherché.
Enfin, avec cette méthode on retrouve les risques de pollution par contaminants chimiques évoqués avec la méthode de nettoyage précédente, qui peut être particulièrement gênante dans des domaines techniques sensibles comme l'industrie pharmaceutique ou agroalimentaire.
Pour éviter ces inconvénients, le nettoyage des plaques d’échangeur est souvent réalisé de façon manuelle sur le site d'utilisation de l'échangeur. Après avoir démonté les plaques de l'échangeur et ôté les joints, un opérateur les frotte manuellement à l'aide d'un chiffon imbibé d’un produit dégraissant, tel que de l'acétone par exemple. Un tel nettoyage, qui est fastidieux pour l’opérateur, reste d'une efficacité limitée. En effet, avec une telle méthode il est très difficile, voire quasiment impossible, de nettoyer des plaques très encrassées. Il est en effet très difficile d'accéder au fond des stries de la plaque ou d'extraire réellement les dépôts hors de ces stries, ces dépôts étant le plus souvent poussés vers la périphérie de la plaque où ils s'accumulent notamment dans les gorges de montage des joints. Les dépôts repoussés peuvent alors constituer une gêne pour le montage des nouveaux joints et conduisent à un risque de fuite ultérieure.
Une autre méthode de nettoyage connue consiste à nettoyer les plaques avec un jet d’eau sous pression, après les avoir préalablement démontées.
Cette méthode n’est pas non plus satisfaisante, car elle est d’une efficacité limitée. Il est en effet très difficile de retirer la totalité des dépôts présents sur les plaques, notamment dans les zones difficiles d’accès, avec un jet d’eau sous pression.
En outre, après le nettoyage, les plaques doivent être parfaitement séchées avant d’être remontées, ce qui rallonge le procédé. L’éventuelle présence d’eau restante peut, en effet, être problématique dans de nombreux secteurs industriels, notamment dans les domaines sensibles comme l’industrie pharmaceutique, chimique ou agroalimentaire, où l’eau peut être une source de contamination. De plus, il est impossible d’utiliser une telle méthode dans le domaine du froid industriel, où les plaques ne doivent absolument pas être mises en contact avec de l’eau.
Comme aucune des méthodes de nettoyage antérieures n'est réellement satisfaisante, la maintenance des échangeurs thermiques à plaques est souvent repoussée, voire négligée, au détriment des performances énergétiques de l’ échangeurs, les interventions se limitant à des opérations curatives en cas de problème de fuite avéré.
Il existe donc dans l'art antérieur un besoin important, non satisfait jusqu'à présent, pour une méthode de nettoyage des plaques d’un échangeur thermique à plaques, directement réalisable sur le site d'utilisation de l'échangeur, qui soit à la fois rapide, non contaminante, sans besoin de séchage et réellement efficace.
Présentation de l’invention
La présente invention répond à ce besoin et fournit une telle méthode de nettoyage.
Pour cela, l’invention enseigne un procédé de nettoyage de plaques d’un échangeur thermique à plaques dont certaines au moins sont à nettoyer, qui comprend les étapes suivantes :
- mise à disposition des plaques à nettoyer ;
- fourniture de granulés de glace carbonique ;
- fourniture d’un dispositif de nettoyage cryogénique capable de délivrer un flux d’air cryogénique contenant de l’air comprimé et des particules de glace carbonique, à partir des granulés de glace carbonique fournis lorsqu’il est alimenté en air comprimé ; - obtention d’un flux d’air cryogénique au moyen du dispositif de nettoyage cryogénique, à partir d’une alimentation en air comprimé dont la pression est comprise entre 7 et 10 bars et dont le débit est compris entre 250 et 350 m3/h et d’une consommation de granulés de glace carbonique fournis comprise entre 60 et 80 kg de glace carbonique par heure ;
- nettoyage des plaques à nettoyer à l’aide du flux d’air cryogénique obtenu.
Le procédé de nettoyage selon l’invention est avantageusement un procédé de nettoyage cryogénique des plaques de l’échangeur. Il ne génère aucune contamination à la surface des plaques, puisque l’agent de nettoyage est un flux d’air cryogénique qui se vaporise immédiatement au contact de la plaque beaucoup plus chaude, en ne libérant que de l’air et du dioxyde de carbone à l’état gazeux. Il n’y a aucun besoin de rinçage, ni de séchage. Ce procédé peut donc être utilisé dans tout type d’industrie, même les plus sensibles aux contaminations ou à la présence d’eau.
En outre, il est universel, contrairement aux méthodes antérieures de nettoyage des plaques où l’on utilise un agent chimique de nettoyage (bains chimiques, nettoyage en place ou nettoyage manuel avec un produit dégraissant) dont la nature doit être adaptée à la composition du dépôt à retirer pour être efficace. Avec le procédé cryogénique de l’invention, le nettoyage ne se fait pas par attaque chimique des dépôts, mais par un processus physique, thermique et thermodynamique. Son efficacité ne dépend donc pas de la composition chimique des dépôts à nettoyer, mais uniquement des propriétés physiques du flux d’air cryogénique et donc des conditions particulières utilisées pour le créer. Le procédé de nettoyage de l’invention peut donc être utilisé quelle que soit la nature de l’encrassement.
En effet, avec le procédé selon l’invention, le nettoyage est dû à plusieurs phénomènes successifs. Le dépôt est d’abord morcelé sous l’effet du choc physique avec les particules de glace carbonique projetées à grande vitesse contre celui-ci et de la forte pression du flux d’air cryogénique. Puis, la très basse température du flux d’air cryogénique favorise le décrochage et le décollement de ce dépôt qui se rétracte sous l’effet du froid. Enfin, le dépôt, préalablement morcelé et décollé, est éjecté à distance de la plaque sous l’effet de souffle lié à la sublimation des particules de glace carbonique qui se vaporisent au contact de la surface de la plaque et de l’air ambiant.
En raison des conditions spécifiques de pression, de débit d’air comprimé et de consommation de glace carbonique utilisées, le procédé selon l’invention est très efficace, tout en ne présentant aucun risque d’endommager les plaques de l’échangeur. Il permet de nettoyer complètement et sans difficulté, tout type de dépôt présent sur les plaques de l’échangeur, même lorsqu’elles sont très encrassées. Il est possible de nettoyer parfaitement les endroits difficiles comme le fond des rainures des stries ou des gorges de montage des joints, d’où les dépôts sont complètement retirés et non simplement repoussés.
Les gorges de montage des joints sont ainsi à nouveau parfaitement dégagées ce qui limite les risques de fuite par la suite.
Ce procédé est très rapide, puisqu’il suffit d’environ une minute pour nettoyer complètement une plaque de taille moyenne. En outre, ce procédé peut être réalisé directement sur le site d’utilisation de l’échangeur thermique à plaque, après un simple démontage de celui-ci et sans qu’il soit nécessaire de l’expédier dans une usine de traitement.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé de nettoyage peut être appliqué à des plaques munies de joints, et peut être précédé des étapes suivantes :
- démontage des plaques à nettoyer de l’échangeur thermique ;
- retrait des joints des plaques à nettoyer ; et suivi des étapes suivantes :
- mise en place de joints neufs sur les plaques nettoyées ; et
- remontage des plaques nettoyées sur l’échangeur thermique.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l’invention, lors de l’étape de nettoyage des plaques à nettoyer, au moins une face, et préférentiellement les deux faces, de chacune des plaques à nettoyer est ou sont balayée(s) par le flux d’air cryogénique obtenu.
Selon ce mode de réalisation du procédé selon l’invention, le balayage par le flux d’air cryogénique obtenu est préférentiellement réalisé sur toute la surface de la face de la plaque au moyen de mouvements réguliers dans le sens de la longueur et dans le sens de la largeur de la face de la plaque.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l’invention, l’alimentation en air comprimé peut être obtenue au moyen d’au moins un compresseur et d’au moins un assécheur d’air.
Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l’invention, l’alimentation en air comprimé peut être obtenue au moyen de deux piquages sur un ou deux réseaux d’air comprimé. Alternativement, l’alimentation en air comprimé peut être obtenue au moyen d’un piquage sur un réseau d’air comprimé et d’un compresseur avec un assécheur d’air.
L’invention enseigne également un dispositif de nettoyage de plaques d’un échangeur thermique à plaques, spécialement adapté pour la mise en œuvre du procédé de nettoyage décrit ci-dessus.
Ce dispositif comporte :
- une entrée d’air comprimé ;
- une cuve de stockage de granulés de glace carbonique ;
- une zone de mélange dans laquelle des granulés de glace carbonique sont fragmentés en particules de glace carbonique et mis en contact avec l’air comprimé, afin de former un flux d’air cryogénique contenant de l’air comprimé et des particules de glace carbonique ; et
- une sortie d’air cryogénique ;
- un régulateur d’air comprimé qui régule l’entrée d’air comprimé à une pression comprise entre 7 et 10 bars et un débit compris entre 250 et 350 m3/h ; et
- un régulateur de glace carbonique qui régule la quantité de granulés de glace carbonique mis en contact avec l’air comprimé pour consommer entre 60 et 80 kg de granulés de glace carbonique par heure.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de nettoyage comporte en outre au moins un compresseur et au moins un assécheur d’air connectés à ladite entrée d’air comprimée.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de nettoyage comporte en outre un élément de raccordement comprenant un raccord de sortie connecté à ladite entrée d’air comprimé et deux raccords d’entrée étant chacun connecté à un compresseur ou destiné à être connecté à un réseau d’air comprimé.
Selon une variante de cet autre mode de réalisation du dispositif de nettoyage, les raccords d’entrée et le raccord de sortie sont équipés de raccords express appelés raccords « tête de chat ».
Les raccordements sont ainsi réalisés facilement et rapidement, tout en garantissant une étanchéité parfaite. Le dispositif peut ainsi être installé, raccordé et mis en fonctionnement très facilement et rapidement directement sur le site d’utilisation de l’échangeur à nettoyer.
Selon une variante de cet autre mode de réalisation du dispositif de nettoyage, les raccords d’entrée sont équipés de clapets anti -retours qui empêchent l’air comprimé de ressortir du dispositif. L’installation située en amont du dispositif est ainsi protégée de tout retour involontaire d’air comprimé.
Selon une variante de cet autre mode de réalisation du dispositif de nettoyage, l’élément de raccordement comporte en outre une prise d’air comprimée à laquelle est raccordée une unité de soufflage.
Une telle unité de soufflage permet d’avoir une sortie d’air comprimée facilement utilisable pour l’opérateur qui se sert de la machine de nettoyage. Il peut par exemple l’utiliser pour nettoyer la machine ou la zone de travail une fois l’opération de nettoyage des plaques terminée ou pour toute autre usage dans lequel le soufflage d’un jet d’air comprimé pourrait lui être utile.
Cette unité de soufflage comprend par exemple un moyen de raccord rapide, suivi d’un tuyau flexible, puis d’un pistolet et/ou d’une buse de soufflage.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de nettoyage comporte en outre un tuyau flexible, raccordé à ladite sortie d’air cryogénique, et terminé par un pistolet muni d’une buse allongée à ouverture de sortie en fente.
L’opérateur peut ainsi facilement contrôler la sortie ou l’arrêt du flux d’air cryogénique et le diriger précisément vers la plaque à nettoyer. La buse allongée permet à l’opérateur de travailler confortablement sans avoir besoin de se baisser.
L’ouverture de sortie en fente permet une projection optimisée du flux d’air cryogénique et des particules de glace carbonique qu’il contient, dont la forme est parfaitement adaptée à celle des rainures, gorges et stries des plaques à nettoyer.
Selon une variante préférentielle de ce mode de réalisation, cette buse allongée est longue d’au moins 30 cm, préférentiellement d’au moins 40 cm, et l’ouverture de sortie en fente est de forme rectangulaire et mesure entre 2.5 et 4 cm de long et entre 3 et 5 mm de large.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, description faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
[Fig 1] la figure 1 est une vue générale schématique d’un premier exemple de dispositif de nettoyage selon l’invention ; [Fig 2] la figure 2 est vue générale schématique d’un deuxième exemple de dispositif de nettoyage selon l’invention ;
[Fig 3] la figure 3 est un schéma fonctionnel de l’élément de raccordement du dispositif de nettoyage de la figure 2 et de sa connexion à un réseau d’air comprimé ;
[Fig 4] la figure 4 est un schéma fonctionnel d’un exemple d’appareil cryogénique du dispositif de nettoyage selon l’invention ;
[Fig 5] la figure 5 est une photographie comparative de deux plaques d’un échangeur thermique à plaques, l’une étant photographiée avant et l’autre après nettoyage au moyen du dispositif de nettoyage selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
Le procédé de nettoyage et le dispositif de nettoyage 1 selon la présente invention vont maintenant être décrits de façon détaillée en référence aux figures 1 à 5. Les éléments équivalents représentés sur les différentes figures porteront les mêmes références numériques.
Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique un premier mode de réalisation d’un dispositif de nettoyage 1 selon l’invention des plaques 2 d’un échangeur à plaques.
Ce dispositif de nettoyage 1 comprend un appareil cryogénique 3 qui permet de produire un flux d’air cryogénique 4 à partir d’air comprimé d’une part et de glace carbonique d’autre part.
Il s’agit d’un appareil pneumatique ou électropneumatique, préférentiellement muni de roues 5, galets ou roulettes afin de pouvoir être mobile et aisément déplaçable par un opérateur 6 qui réalise l’opération de nettoyage. Le dispositif de nettoyage 1 selon l’invention peut ainsi être emmené sur le site industriel où se trouve l’échangeur à nettoyer et facilement déplacé jusqu’au lieu de nettoyage des plaques 2.
Dans ce mode de réalisation, l’air comprimé nécessaire à cette production du flux d’air cryogénique 4 est obtenu au moyen d’un compresseur 7 de puissance suffisante pour être capable de fournir de l’air comprimé à une pression au moins égale à 7 bars, avec un débit au moins égal à 250 m3/h.
Le dispositif de nettoyage 1 représenté comporte également un assécheur d’air 8, interposé entre le compresseur 7 et l’appareil cryogénique 3, qui permet de purifier l’air comprimé obtenu du compresseur 7 en le débarrassant notamment de la vapeur d’eau qu’il contient qui sinon gèlerait au contact de la glace carbonique. Le compresseur 7 et l’assécheur d’air 8 sont reliés entre eux, puis connectés à une entrée d’air comprimé 9 de l’appareil cryogénique 3 au moyen de conduits 10 se présentant préférentiellement sous la forme de tuyaux flexibles 11.
L’appareil cryogénique 3 comporte également une sortie d’air cryogénique 12 à laquelle est raccordé un autre conduit 10, qui est préférentiellement également un tuyau flexible 11, sur lequel est monté un pistolet 13 prolongé par une buse 14.
Ce pistolet 13 permet à l’opérateur 6 de facilement contrôler la sortie ou l’arrêt du flux d’air cryogénique 4, tout en le dirigeant vers la plaque 2 à nettoyer au moyen de la buse 14 qui présente à son extrémité distale une ouverture de sortie 15.
La buse 14 est préférentiellement allongée, de préférence longue d’au moins 30 cm et par exemple longue d’environ 40 cm, afin que l’opérateur 6 puisse travailler confortablement debout, sans avoir à se baisser et ceci même dans le cas où la plaque 2 à nettoyer se trouve au sol ou sur un support de faible hauteur.
L’ouverture de sortie 15 de la buse 14 peut présenter une forme adaptée quelconque. Elle est préférentiellement en forme de fente, pour que le flux d’air cryogénique 4 soit projeté sous la forme d’un jet plat, parfaitement adapté au nettoyage de rainures de faible largeur.
En effet, comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 5, les plaques 2 des échangeurs à plaques comportent classiquement des gorges 16 servant au montage des joints et de nombreuses stries 17 servant à améliorer les échanges thermiques, qui sont autant de rainures de faible largeur dans lesquelles les dépôts 18 s’accumulent au fil du temps et qu’il est très important de bien nettoyer malgré la difficulté d’accès.
Pour cela, l’ouverture de sortie 15 de la buse 14 est ainsi par exemple une fente de forme rectangulaire, qui mesure de préférence entre 2.5 et 4 cm de long et entre 3 et 5 mm de large.
Un deuxième mode de réalisation du dispositif de nettoyage 1 de l’invention a été représenté schématiquement sur la figure 2.
Cet exemple de dispositif de nettoyage 1 comprend un appareil cryogénique 3 similaire à celui du mode de réalisation décrit précédemment.
Comme précédemment, un conduit 10, préférentiellement sous la forme d’un tuyau flexible 11, est raccordé à sa sortie d’air cryogénique 12 et un pistolet 13, prolongé par une buse 14 à ouverture de sortie préférentiellement en fente, est monté à l’autre extrémité de ce conduit 10. Cependant, dans ce mode de réalisation, l’air comprimé nécessaire à la production du flux d’air cryogénique 4 n’est pas obtenu au moyen d’un compresseur, mais est soutiré à partir du réseau d’air comprimé 19 du site de nettoyage qui correspond généralement au site dans lequel l’échangeur est implanté.
Comme l’air comprimé qui circule dans les conduites 20 du réseau d’air comprimé 19 de la majorité des sites industriels présente une pression maximale d’environ 6 à 7 bars et un débit autour de 200m3/h, il n’est pas possible de réaliser le procédé selon l’invention en reliant directement une conduite 20 du réseau d’air comprimé 19 à l’entrée d’air comprimé 9 de l’appareil cryogénique 3, la pression et le débit de l’air comprimé entrant étant insuffisants.
Pour résoudre ce problème technique, le dispositif de nettoyage 1 comporte un élément de raccordement 21 intercalé entre l’appareil cryogénique 3 et le réseau d’air comprimé 19. Cet élément de raccordement 21 est une pièce, par exemple en Y ou en T, qui comprend deux raccords d’entrée 22 et un raccord de sortie 23.
Le raccord de sortie 23 est connecté à l’entrée d’air comprimé 9 de l’appareil cryogénique 3, par l’intermédiaire d’un conduit 10 préférentiellement sous la forme d’un tuyau flexible 11.
Sur l’exemple représenté, chacun des raccords d’entrée 22 est connecté à une vanne 24 d’une conduite 20 différente du réseau d’air comprimé 19, par l’intermédiaire d’un conduit 10 préférentiellement sous la forme d’un tuyau flexible 11, réalisant ainsi deux piquages sur le réseau d’air comprimé 19.
En prélevant ainsi une partie de l’air comprimé sur chacune des conduites 20, on parvient ainsi à obtenir à l’entrée d’air comprimé 9 de l’appareil cryogénique 3 une pression et un débit d’air comprimé suffisants pour pouvoir mettre en œuvre le procédé de nettoyage de l’invention de manière satisfaisante, c’est-à-dire une pression au moins égale à 7 bars et un débit au moins égal à 250 m3/h.
Selon les modes de réalisations, les deux raccords d’entrée 22 de l’élément de raccordement 21 peuvent alternativement être connectés à deux vannes 24 d’une même conduite 20 du réseau d’air comprimé 19, si le débit et la pression de l’air comprimé circulant dans cette conduite 20 sont suffisamment importants pour que, malgré la perte de charge liée au soutirage, on parvienne à obtenir à l’entrée d’air comprimé 9 de l’appareil cryogénique 3 une pression et un débit d’air comprimé suffisants pour mettre en œuvre le procédé de nettoyage de l’invention de manière satisfaisante, c’est-à-dire une pression au moins égale à 7 bars et un débit au moins égal à 250 m3/h.
De même, selon les variantes, les deux conduites 20 peuvent appartenir au même réseau d’air comprimé 19, ou à deux réseaux d’air comprimé 19 différents.
Enfin, des modes de réalisation mixtes du dispositif de nettoyage 1 comprenant à la fois un élément de raccordement 21 et un ou plusieurs compresseurs 7 sont également envisageables. Dans ce cas, les deux raccords d’entrée 22 de l’élément de raccordement 21 ne sont pas raccordées à deux vannes 24 de conduite 20 du réseau d’air comprimé 19, mais par exemple à deux compresseurs 7, ou encore pour l’un à une vanne 24 d’une conduite 20 du réseau d’air comprimé 19 et pour l’autre à un compresseur 7.
De tels modes de réalisations mixtes permettent avantageusement d’utiliser un ou des compresseurs 7 moins puissants, et donc moins chers, moins gros et plus facilement transportables que celui du premier mode de réalisation décrit ci-dessus, tout en obtenant à l’entrée d’air comprimé 9 de l’appareil cryogénique 3 une pression et un débit d’air comprimé suffisants pour mettre en œuvre le procédé de nettoyage de l’invention.
Bien entendu, si le dispositif de nettoyage 1 comprend un ou deux compresseurs 7, il comporte également au moins un assécheur d’air 8 interposé entre le ou les compresseurs 7 et l’appareil cryogénique 3. Cet assécheur d’air 8 peut être commun pour deux compresseurs 7, par exemple s’il est situé entre le raccord de sortie 23 et l’entrée d’air comprimé 9 de l’appareil cryogénique 3, ou être dédié à un seul compresseur 7 s’il est situé entre le compresseur 7 et l’un des raccords d’entrée 22 de l’élément de raccordement 21.
Un exemple d’élément de raccordement 21 a été représenté plus en détail sur la figure 3.
Afin de faciliter la connexion entre les tuyaux flexibles 11 et les différents raccords, vannes ou entrée du dispositif de nettoyage 1, tout en garantissant l’étanchéité de ces connexions, le dispositif de nettoyage 1 comporte un ensemble de raccords express dits raccords « tête de chat » 25, notamment comme représenté sur la figure 3 à l’interface entre les tuyaux flexibles 11 et les vannes 24, les raccords d’entrée 22 de l’élément de raccordement 21 et le raccord de sortie 23 de l’élément de raccordement 21.
Des clapets anti-retours 26 sont prévus au niveau des raccords d’entrée 22 de l’élément de raccordement 21 afin d’empêcher l’air comprimé de revenir vers les vannes 24 et ainsi protéger le réseau d’air comprimé 19 de tout retour involontaire d’air comprimé. L’élément de raccordement 21 comporte également une prise d’air comprimée 27, par exemple située au niveau du manchon du raccord de sortie 23. Comme représenté sur la figure 2, une unité de soufflage 28, comprenant un tuyau flexible 11 et une buse de soufflage 29, peut avantageusement être raccordée à cette prise d’air comprimée 27.
Pour que la description soit complète, un exemple d’appareil cryogénique 3 a été représenté schématiquement sur la figure 4.
Il comprend une cuve de stockage 30 qui doit être préalablement remplie de granulés de glace carbonique. Cette cuve de stockage 30 est préférentiellement réfrigérée et/ou comporte des parois 31 isothermes pour conserver la glace carbonique à une température inférieure ou égale à -78°C afin qu’elle reste à l’état solide.
La cuve de stockage 30 présente en partie inférieure une ouverture 32 qui peut être entièrement ou partiellement ouverte, ou fermée à l’aide d’un moyen d’obturation mobile 33. Lorsque l’ouverture 32 est ouverte, la cuve de stockage 30 communique par l’intermédiaire d’un canal 34 avec une zone de mélange 35 située en dessous, dans laquelle tombent les granulés de glace carbonique contenus dans la cuve de stockage 30 par gravité.
Afin de faciliter le transfert des granulés de glace carbonique de la cuve de stockage 30 vers la zone de mélange 35, le fond 36 de la cuve de stockage peut avantageusement être réalisé en pente convergente vers l’ouverture 32 à la manière d’une trémie.
Dans la zone de mélange 35, les granulés de glace carbonique tombent sur un disque tournant 37 sur lequel ils viennent se fragmenter en particules de glace carbonique.
La zone de mélange 35 est également en communication avec l’entrée d’air comprimée 9 par l’intermédiaire d’un canal 38 et avec la sortie d’air cryogénique 12 par l’intermédiaire d’un canal 39.
L’air comprimé entrant dans l’appareil cryogénique 3 pénètre donc dans la zone de mélange 35 où il rencontre les particules de glace carbonique se trouvant sur le disque tournant et les entraine vers la sortie d’air cryogénique 12, formant ainsi le flux d’air cryogénique 4.
L’appareil cryogénique 3 comporte également un régulateur d’air comprimé 40, qui agit par exemple au niveau de la conduite 38, afin de réguler l’entrée d’air comprimé dans l’appareil à une pression comprise entre 7 et 10 bars et à un débit compris entre 250 et 350 m3/h.
Il comporte également un régulateur de glace carbonique 41 qui régule la quantité de granulés de glace carbonique qui tombe de la cuve de stockage 30 pour être mise en contact avec l’air comprimé dans la zone de mélange 35, de manière à consommer entre 60 et 80 kg de granulés de glace carbonique par heure. Le régulateur de glace carbonique 41 peut par exemple commander le mouvement du moyen d’obturation 33 pour régler la taille de l’ouverture 32.
Grâce à cette régulation des paramètres du flux d’air comprimé qui entre dans l’appareil cryogénique 3, et de la quantité de glace carbonique qui est consommée, le flux d’air cryogénique 4 généré par le dispositif de nettoyage 1 présente des caractéristiques optimisées pour obtenir un nettoyage efficace de la plaque 2 sans l’endommager.
De préférence, l’appareil cryogénique 3 comporte également un moyen de réglage 42 du régulateur d’air comprimé 40 et un moyen de réglage 43 du régulateur de glace carbonique 41 que l’opérateur 6 peut actionner pour choisir les valeurs de fonctionnement qu’il souhaite pour la pression et le débit de l’air comprimé d’une part et la consommation de glace d’autre part, tout en restant à l’intérieur des gammes de paramètres indiquées ci- dessus.
Grâce à ce dispositif de nettoyage 1, l’opérateur 6 peut facilement mettre en œuvre le procédé de nettoyage de l’invention dont un exemple va être décrit ci-après.
Les plaques 2 à nettoyer de l’échangeur à plaques doivent être préalablement démontées de l’échangeur.
Les joints intercalés entre chacune des plaques 2 sont préférentiellement retirés avant de réaliser le nettoyage cryogénique. Il est ainsi possible de mieux nettoyer la gorge 16 dans laquelle le joint est monté sur la plaque 2. C’est également l’occasion de remplacer le joint usagé par un joint neuf après avoir terminé le nettoyage, afin que la maintenance soit complète.
Cependant, en cas de besoin, il est également possible de réaliser le procédé de nettoyage cryogénique de l’invention en laissant le joint en place sur la plaque, ce dernier n’étant pas abimé par le nettoyage cryogénique selon l’invention.
Après avoir été approvisionné en granulés de glace carbonique et éventuellement raccordé au réseau d’air comprimé 19 du site, le dispositif de nettoyage 1 est mis en fonctionnement. Il est alors capable de délivrer un flux d’air cryogénique 4 dont les paramètres sont optimums pour réaliser le nettoyage cryogénique des plaques 2.
L’opérateur 6 déclenche alors au moyen du pistolet 13 l’émission d’un flux d’air cryogénique 4 qu’il dirige à l’aide de la buse 14 vers la plaque 2 à nettoyer. Il balaye toute la surface d’une première face de la plaque 2, de préférence avec des mouvements réguliers dans le sens de la longueur et dans le sens de la largeur de la plaque 2. Il retourne ensuite la plaque 2 pour procéder de la même façon sur l’autre face de la plaque 2. Il passe ensuite à la plaque suivante pour la nettoyer de la même façon, jusqu’à ce que toutes les plaques aient été nettoyées.
Ce nettoyage est extrêmement rapide, puisque l’opérateur 6 met entre 30 et 50 secondes environ pour nettoyer une face d’une plaque 2 selon sa taille et donc entre une et deux minutes environ pour nettoyer complètement une plaque 2.
Aucun rinçage ou séchage des plaques 2 n’est nécessaire par la suite, vu qu’il n’y a aucune trace d’agent de nettoyage sur la plaque et que les fragments de dépôt 18 retirés ont été entraînés loin de la plaque par la vaporisation du CO2 et le flux d’air comprimé.
L’opérateur 6 n’a donc plus qu’à remettre en place des joints neufs sur les plaques 2 nettoyées si nécessaire, puis à remonter les plaques 2 nettoyées dans l’échangeur thermique.
Pour garantir la sécurité respiratoire de l’opérateur 6, ce procédé est préférentiellement réalisé en extérieur et, par mesure de précaution, l’opérateur est équipé d’un capteur de CO2 lui indiquant si la teneur en CO2 de l’air l’environnant s’approche d’un seuil susceptible d’être dangereux pour sa respiration. En cas de besoin, l’opération de nettoyage est stoppée et une ventilation appropriée est organisée jusqu’à ce que le taux de CO2 retrouve une valeur acceptable. L’opérateur 6 porte préférentiellement d’autres équipements de protection adaptés, notamment des gants contre le froid, un masque, un casque anti-bruit et des lunettes de protection.
Comme on peut le voir sur la photographie comparative de la figure 5, le procédé de nettoyage selon l’invention est particulièrement efficace.
Sur la partie gauche de la photographie, on peut voir une plaque 2 d’échangeur à plaques avant nettoyage et sur la partie droite une plaque 2 identique, mais photographiée après que le nettoyage selon l’invention ait été réalisé.
Ces plaques 2 sont des pièces en acier inoxydable de forme sensiblement rectangulaire, qui comportent au niveau de leurs coins quatre ouvertures traversantes 44 pour former par juxtaposition les conduits d'amenée et d'évacuation des fluides des deux circuits fluidiques de l’échangeur. Elles comportent des gorges 16 pour le montage des joints qui sont sensiblement périmétriques en périphérie de la plaque concernée, ainsi qu’une multitude de stries 17 à motifs en zig-zag, ces stries 17 et gorges 16 formant une multitude de rainures étroites sur toute la surface des plaques 2. Sur la plaque 2 photographiée à gauche, un dépôt 18 blanchâtre recouvre l’ensemble de la surface de la plaque 2 et comble entièrement les rainures formées par les stries 17 et partiellement celles formées par les gorges 16 où étaient logés les joints.
Sur la plaque 2 photographiée à droite, on constate qu’après nettoyage par le procédé selon l’invention, ce dépôt 18 a entièrement disparu. La plaque 2 est redevenue brillante et les rainures formées par les stries 17 et les gorges 16 sont de nouveau complètement vides. Aucun résidu, ni trace de dépôt 18 ne subsiste, même dans les zones difficiles d’accès comme le fond des rainures.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de nettoyage de plaques d’un échangeur thermique à plaques dont certaines au moins sont à nettoyer, procédé caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- mise à disposition des plaques à nettoyer ;
- fourniture de granulés de glace carbonique ;
- fourniture d’un dispositif de nettoyage cryogénique capable de délivrer un flux d’air cryogénique contenant de l’air comprimé et des particules de glace carbonique, à partir des granulés de glace carboniques fournis lorsqu’il est alimenté en air comprimé ;
- obtention d’un flux d’air cryogénique au moyen du dispositif de nettoyage cryogénique, à partir d’une alimentation en air comprimé dont la pression est comprise entre 7 et 10 bars et dont le débit est compris entre 250 et 350 m3/h et d’une consommation de granulés de glace carbonique comprise entre 60 et 80 kg de glace carbonique par heure ;
- nettoyage des plaques à nettoyer à l’aide du flux d’air cryogénique obtenu.
2. Procédé de nettoyage selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il est appliqué à des plaques munies de joints, et en ce qu’il est précédé des étapes suivantes :
- démontage des plaques à nettoyer de l’échangeur thermique ;
- retrait des joints des plaques à nettoyer ; et suivi des étapes suivantes :
- mise en place de joints neufs sur les plaques nettoyées ; et
- remontage des plaques nettoyées sur l’échangeur thermique.
3. Procédé de nettoyage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de l’étape de nettoyage des plaques à nettoyer, au moins une face, et préférentiellement les deux faces, de chacune des plaques à nettoyer est balayée par le flux d’air cryogénique obtenu.
4. Procédé de nettoyage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le balayage par le flux d’air cryogénique obtenu est réalisé sur toute la surface de la face de la plaque au moyen de mouvements réguliers dans le sens de la longueur et dans le sens de la largeur de la face de la plaque.
5. Procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’alimentation en air comprimé est obtenue au moyen d’au moins un compresseur et d’au moins un assécheur d’air.
6. Procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l’alimentation en air comprimé est obtenue au moyen de deux piquages sur un ou deux réseaux d’air comprimé, ou au moyen d’un piquage sur un réseau d’air comprimé et d’un compresseur avec un assécheur d’air.
7. Dispositif de nettoyage de plaques d’un échangeur thermique à plaques, adapté pour la mise en œuvre du procédé de nettoyage selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif comportant :
- une entrée d’air comprimé ;
- une cuve de stockage de granulés de glace carbonique ;
- une zone de mélange dans laquelle des granulés de glace carbonique sont fragmentés en particules de glace carbonique et mis en contact avec l’air comprimé, afin de former un flux d’air cryogénique contenant de l’air comprimé et des particules de glace carbonique ; et
- une sortie d’air cryogénique ; caractérisé en ce que le dispositif comporte un régulateur d’air comprimé qui régule l’entrée d’air comprimé à une pression comprise entre 7 et 10 bars et un débit compris entre 250 et 350 m3/h, et un régulateur de glace carbonique qui régule la quantité de granulés de glace carbonique mis en contact avec l’air comprimé pour consommer entre 60 et 80 kg de granulés de glace carbonique par heure.
8. Dispositif de nettoyage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un compresseur et au moins un assécheur d’air connectés à ladite entrée d’air comprimée.
9. Dispositif de nettoyage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un élément de raccordement comprenant un raccord de sortie connecté à ladite entrée d’air comprimé et deux raccords d’entrée étant chacun connecté à un compresseur ou destiné à être connecté à un réseau d’air comprimé.
10. Dispositif de nettoyage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les raccords d’entrée et le raccord de sortie sont équipés des raccords express appelés raccords « tête de chat ».
11. Dispositif de nettoyage selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que lesdits raccords d’entrée sont équipés de clapets anti -retours qui empêchent l’air comprimé de ressortir du dispositif.
12. Dispositif de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que ledit élément de raccordement comporte en outre une prise d’air comprimée à laquelle est raccordée une unité de soufflage.
13. Dispositif de nettoyage selon l’une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un tuyau flexible, raccordé à ladite sortie d’air cryogénique, et terminé par un pistolet muni d’une buse allongée à ouverture de sortie en fente.
14. Dispositif de nettoyage selon la revendication 13, caractérisé en ce que la buse allongée est longue d’au moins 30 cm, préférentiellement 40 cm, et en ce que l’ouverture de sortie en fente est de forme rectangulaire et mesure entre 2.5 et 4 cm de long et entre 3 et 5 mm de large.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110096603A (ko) * 2010-02-18 2011-08-31 주식회사 기스코 드라이아이스를 이용한 열교환기의 건식 세정 방법
EP3330660B1 (fr) * 2016-11-30 2019-04-24 AIC GmbH Dispositif, utilisation et procédé de nettoyage d'installations de tour de refroidissement
CN113483596A (zh) * 2021-08-13 2021-10-08 上海艺佳众翼工程建设有限公司 用于炉管的干冰清洗方法及干冰清洗机
DE102020116259A1 (de) * 2020-06-19 2021-12-23 RBI GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines Wärmetauschers
WO2022181053A1 (fr) * 2021-02-26 2022-09-01 三菱重工業株式会社 Dispositif de nettoyage et procédé de nettoyage de tube de transfert de chaleur

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110096603A (ko) * 2010-02-18 2011-08-31 주식회사 기스코 드라이아이스를 이용한 열교환기의 건식 세정 방법
EP3330660B1 (fr) * 2016-11-30 2019-04-24 AIC GmbH Dispositif, utilisation et procédé de nettoyage d'installations de tour de refroidissement
DE102020116259A1 (de) * 2020-06-19 2021-12-23 RBI GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines Wärmetauschers
WO2022181053A1 (fr) * 2021-02-26 2022-09-01 三菱重工業株式会社 Dispositif de nettoyage et procédé de nettoyage de tube de transfert de chaleur
CN113483596A (zh) * 2021-08-13 2021-10-08 上海艺佳众翼工程建设有限公司 用于炉管的干冰清洗方法及干冰清洗机

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