Refroidisseurs à coque et à tubes pour compresseurs CO₂

Les compresseurs CO₂ sont largement utilisés dans la réfrigération industrielle, la transformation des aliments, les entrepôts frigorifiques, les usines chimiques et les nouveaux systèmes CO₂ transcritiques. En raison des pressions de fonctionnement élevées et des températures de décharge élevées de la compression du CO₂, un refroidissement efficace et fiable est essentiel. Un refroidisseur à calandre et à tubes est l'une des solutions d'échangeur de chaleur les plus éprouvées et les plus robustes pour les applications de compresseurs CO₂, garantissant un fonctionnement sûr, des performances stables et une longue durée de vie de l'équipement.

Les refroidisseurs à calandre et à tubes sont couramment utilisés comme refroidisseurs postérieurs, refroidisseurs intermédiaires, refroidisseurs d'huile ou refroidisseurs de gaz, en fonction de la configuration du compresseur et de la conception du système.

Applications typiques dans les systèmes de compresseurs CO₂

1. Refroidisseurs ultérieurs CO₂

Installé en aval du compresseur pour réduire la température du gaz avant d'entrer dans l'équipement en aval.

Avantages:

Réduit les contraintes thermiques sur la tuyauterie et les vannes

Améliore l’efficacité du système

Protège les joints et les élastomères

2. Refroidisseurs intermédiaires (compression à plusieurs-étages)

Utilisé entre les étages de compression pour abaisser la température d’entrée de l’étage suivant.

Avantages:

Réduit le travail de compression

Améliore l’efficacité volumétrique

Abaisse la température de décharge de l'étage final

3. Refroidisseurs de gaz CO₂ (systèmes transcritiques)

Dans les systèmes de réfrigération transcritiques au CO₂, les refroidisseurs de gaz à calandre et à tubes rejettent la chaleur sans condensation.

Avantages:

Rejet de chaleur stable sous haute pression

Conception compacte avec des taux de transfert de chaleur élevés

Convient aux installations-refroidies à l'eau

4. Refroidisseurs d'huile de compresseur CO₂

Utilisé pour refroidir l'huile lubrifiante séparée du gaz comprimé.

Avantages:

Maintient la viscosité de l’huile et la qualité de la lubrification

Protège les roulements et les pièces mobiles

Prolonge les intervalles d'entretien du compresseur

 

Considérations clés en matière de conception

Lors de la conception d'un refroidisseur à calandre et à tubes pour le service d'un compresseur CO₂, plusieurs facteurs critiques doivent être pris en compte :

Pression de conception : dépassant souvent 100 bar côté CO₂

Température de conception : températures élevées des gaz de refoulement

Matériau du tube : acier inoxydable ou alliages de cuivre à haute résistance-

Matériau de la coque : Acier au carbone ou acier allié avec une pression nominale appropriée

Sélection du côté tube-côté coque- : le CO₂ est généralement côté tube pour un confinement à plus haute pression

Fluide de refroidissement : eau, glycol ou autres fluides secondaires

Limites de chute de pression : pour maintenir l’efficacité du compresseur

Les conceptions sont généralement conformes aux normes ASME Section VIII, PED ou aux normes équivalentes relatives aux récipients sous pression.

 

Caractéristiques de construction typiques

Configuration de faisceau de tubes fixe ou en U-

Surfaces internes améliorées des tubes pour un transfert de chaleur amélioré

Chicanes conçues pour une répartition optimale du flux

Tolérance de corrosion et marges de sécurité pour un fonctionnement à long terme-

 

Étude de cas : Refroidisseur final à calandre et tubes pour un compresseur CO₂ industriel

• Contexte du projet

Une installation de stockage frigorifique exploitant un système de réfrigération industriel au CO₂ a connu des températures de décharge de compresseur élevées, entraînant une efficacité réduite du système et une maintenance accrue.

• Défis

Pression et température de refoulement élevées

Espace limité pour les-solutions refroidies par air

Exigence de fiabilité et de sécurité élevées

• Solution mise en œuvre

Un refroidisseur final de CO₂ à calandre et à tubes refroidi à l'eau-a été fourni et installé.

• Paramètres de conception clés

Réfrigérant : CO₂ (R744)

Pression de conception (côté CO₂) : 120 bar

Fluide de refroidissement : eau de refroidissement-en boucle fermée

Construction : Tubes en acier inoxydable, coque en acier au carbone

Conformité : code ASME pour les appareils sous pression

• Résultats obtenus

Température de décharge du compresseur réduite de plus de 30 degrés

Efficacité du système améliorée et fonctionnement stable

Contrainte thermique réduite sur les composants en aval

Fonctionnement à long terme-sans problème-

 

Conclusion

Un refroidisseur à calandre et à tubes pour compresseurs CO₂ est une solution fiable et éprouvée-dans l'industrie pour gérer les pressions et températures élevées inhérentes aux systèmes CO₂. Qu'il soit utilisé comme refroidisseur final, refroidisseur intermédiaire, refroidisseur de gaz ou refroidisseur d'huile, ce type d'échangeur thermique offre une résistance mécanique, des performances thermiques et une facilité d'entretien supérieures.