Brevet FR2973876A1 — publié le 20121012

PROCEDE DE TEST DES PLAQUES D'UN ECHANGEUR DE CHALEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de test des plaques d'un échangeur de chaleur, comme celui décrit dans le document référencé [1] en fin de description. Le procédé de l'invention peut être utilisé dans les domaines suivants : - agroalimentaire, pour éviter toute possibilité de contamination d'un produit alimentaire par un fluide due à une fuite sur un échangeur, - chauffage urbain, pour éviter tout risque de contamination par la listeria ou légionellose au niveau d'un échangeur eau/vapeur, - chimique, pour éviter tout risque de réaction chimique par mélange de produits sensibles suite à une fuite dans un échangeur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un échangeur de chaleur, que ce soit pour le refroidissement ou le chauffage de fluides, comprend un premier circuit de fluide et un second circuit de fluide qui doivent rester totalement étanches l'un par rapport à l'autre, pour des raisons non seulement de rendement thermique, mais également d'utilisation de constituants très divers dans chacun des deux fluides. Des fuites ou des impuretés ne doivent pas traverser les parois séparant ces deux circuits. Elles pourraient, en effet, provoquer la contamination du fluide du premier circuit par le fluide du second 2 circuit. Il faut remarquer que les circuits de fluides des échangeurs de chaleur peuvent être soumis à des pressions importantes mettant en contrainte les tuyauteries des circuits et leurs éléments d'étanchéité et de fixation. Les procédés, actuellement utilisés, pour détecter la présence ou non d'une fuite, peuvent notamment utiliser une mesure de concentration de gaz, ou le ressuage des plaques par divers colorants. Une mesure de concentration de gaz consiste à mettre en pression l'un des deux circuits d'un échangeur avec un gaz, en particulier de l'hélium. Ce gaz peut alors franchir la plaque de séparation des deux circuits si cette dernière est percée, et se mélanger à de l'air comprimé se trouvant dans le deuxième circuit. Il y a ainsi mise sous pression d'un gaz, ou traceur, d'un côté de l'échangeur, et vérification s'il y a eu fuite en testant l'autre côté de l'échangeur avec un détecteur de gaz. L'hélium est classiquement utilisé comme gaz traçant. Toutefois, l'hélium est un polluant dans le sens où il se dissipe très mal et ne permet donc pas d'opérations répétées coup sur coup dans un environnement restreint. Le ressuage des plaques d'un échangeur est un procédé qui impose le démontage des plaques, leur nettoyage et leur séchage. Un colorant est ensuite appliqué à chaque plaque pour qu'il traverse éventuellement cette dernière et puisse être repéré visuellement de l'autre côté par éclairage aux rayons ultraviolets ou par formation d'une tâche de couleur différente à l'endroit d'une fuite. La mise en oeuvre 3 d'un tel procédé est longue et coûteuse en termes de temps, de personnel et de produits. A ce jour, les seuls tests connus sont réalisés avec des pénétrants fluorescents ou des pénétrants à base de pénétrant rouge et de révélateur blanc. Aucun de ces produits ne peut être utilisé pour tester un échangeur fermé. Ils nécessitent tous le démontage complet de l'échangeur car ces produits sont exclusivement réservés à un contrôle plaque par plaque. Dans le premier cas, on applique le pénétrant fluorescent sur une seule face de la plaque à contrôler et on vérifie avec une lampe à ultraviolets s'il y a eu passage de produit fluorescent d'un côté à l'autre de la plaque. Dans le second cas, on applique le révélateur blanc sur une face de la plaque et on laisse sécher afin d'obtenir une surface blanche, poudreuse et sèche. On applique alors sur l'autre face le pénétrant rouge et après quelques minutes on vérifie s'il y a des traces de produit rouge sur la face blanche de la plaque. Dans tous les cas, ce sont des produits pétroliers polluants nécessitant des rinçages poussés suite au ressuage. L'objet de la présente invention est de proposer un procédé permettant d'éviter les inconvénients susmentionnés. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de test des plaques d'un échangeur de chaleur comprenant : - un premier circuit dans lequel circule un 30 premier fluide et 4 - un deuxième circuit dans lequel circule un deuxième fluide, ces deux circuits étant séparés par plusieurs plaques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : on injecte de l'azote hydrogéné, par exemple à 5%, d'un premier côté d'un ensemble d'au moins une plaque, - on vérifie s'il y a des fuites à l'aide d'un détecteur de gaz relié à l'autre côté de cet ensemble. Avantageusement dans le procédé de l'invention . - on entre du gaz sous pression dans le circuit d'entrée d'un échangeur de chaleur comprenant au moins une plaque disposée entre une tête fixe et une tête mobile, on récupère le signal de sortie du circuit de sortie de l'échangeur à l'aide d'une pompe à vide par une première canalisation , la sortie de cette pompe à vide étant reliée à une entrée du circuit d'entrée et à une sonde par une seconde canalisation, un ensemble moyen de traitement + détecteur à hydrogène étant relié à cette sonde par une liaison électrique. Dans un premier mode de réalisation, on met en pression de l'azote hydrogéné d'un côté de l'échangeur à plaques et on vérifie s'il y a une fuite en testant l'autre côté de l'échangeur. Dans un second mode de réalisation, on réalise un test individuel sur chaque plaque de l'échangeur. Dans un troisième mode de réalisation, on réalise un test par petits paquets des plaques de l'échangeur. 5 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 illustre un système mettant en oeuvre un premier mode de réalisation du procédé de l'invention. La figure 2 illustre un système mettant en 10 oeuvre un second mode de réalisation du procédé de l'invention. La figure 3 illustre un système mettant en oeuvre un troisième mode de réalisation du procédé de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans le procédé de l'invention, on considère un échangeur fermé et serré, qui est un échangeur à plaques constitué par plusieurs plaques, 20 dont le nombre peut atteindre 500, voire plus, apposées les unes contre les autres comme un jeu de cartes. Ces plaques sont serrées les unes contre les autres par deux plaques plus épaisses appelées tête fixe et tête mobile. Chaque plaque est équipée d'un joint sur son 25 pourtour et d'orifices (de 1 à 4) pour permettre le passage des fluides. Dans un échangeur, il y a toujours deux fluides, un chaud et un froid. Ces fluides circulent de chaque côté des plaques. Les échangeurs sont donc fermés et serrés pour constituer les circuits 30 et assurer l'étanchéité des fluides. 15 6 La figure 1 illustre un système permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Ce système comprend : une enceinte 10, dans laquelle est disposé un échangeur de chaleur 11 comprenant plusieurs plaques 12 disposées entre une tête fixe et une tête mobile, - une entrée 13 de gaz sous pression (« signal ») (par exemple environ 3 bars) reliée au 10 circuit d'entrée de l'échangeur, - une sortie de signal reliant le circuit de sortie de l'échangeur et une pompe à vide 15 par une canalisation 14, la sortie de cette pompe à vide étant reliée à une entrée du circuit d'entrée et à une sonde 15 16 par une canalisation 20, - cette sonde 16, un ensemble 17 moyen de traitement + détecteur à hydrogène, relié à cette sonde par un câble RS 232 18, 20 - une imprimante 19 permettant de sortir les résultats obtenus. On met en pression un gaz, qui est de l'azote hydrogéné par exemple à 5%, d'un côté de l'échangeur de chaleur à plaques et on vérifie s'il y a 25 une fuite en testant l'autre côté de l'échangeur avec un détecteur de gaz. Les molécules d'hydrogène étant les plus petits corps connus, ce mode de réalisation permet d'obtenir des performances de très haut niveau. De plus, l'azote hydrogène étant un gaz naturel 30 ininflammable qui se dissipe très bien dans l'environnement immédiat, ce mode de réalisation permet 7 des opérations répétées en série. Un autre intérêt de ce mode de réalisation est que l'azote hydrogéné est livré en bouteilles de grande capacité, peu onéreuses, permettant de mettre en pression un volume de gaz suffisant pour pouvoir tester les échangeurs dans les meilleures conditions. Ce gaz peut être forcé sur des emplacements éventuels de fuite, le signal récupéré étant ainsi plus facilement détectable. Comme illustré sur la figure 1, ce système comprend un circuit de ventilation en recirculation côté signal afin que ce signal ne se dissipe pas dans l'environnement mais se concentre dans l'échangeur, la sonde 16 étant placée sur ce circuit. Il en résulte un niveau de performances de détection jamais atteint à ce jour. De plus, on tire le gaz avec une pompe à vide 15 en complément de la pression de l'autre côté de l'échangeur. Le détecteur d'hydrogène utilisé permet en outre une estimation précise du niveau de fuite. Les résultats sont enregistrables via une prise RS232 installée sur le détecteur. En outre, une sonde renifleuse avec aspiration, utilisée en accessoire externe, peut permettre de détecter toute fuite de gaz vers l'extérieur de l'échangeur ou via les chambres de fuite, et de détecter une fuite sur des échangeurs double plaque. Ce premier mode de réalisation de l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre en complément idéal à des tests à la fluorescéine tels que décrits dans le document référencé [2] en fin de description. De tels tests à la fluorescéine se font échangeur fermé et non vidangé car ils sont basés sur 8 une circulation de fluide alors que le procédé de l'invention se fait sur échangeur fermé mais vide pour permettre la diffusion du gaz. Les tests à la fluorescéine sont utilisés en priorité par des clients ne souhaitant pas ouvrir les échangeurs alors que le procédé de l'invention est utilisé pour des échangeurs entièrement vidangeables et pour les contrôles en fin de remontage des jeux de plaques réparées ou neuves. Un second mode de réalisation, illustré sur la figure 2, permet un test individuel sur plaque d'échangeur de chaleur. Dans ce mode de réalisation, on utilise de l'azote hydrogéné. Les plaques 28 sont disposées à plat une à une sur une table plane 21 équipée d'un système d'aspiration 22 (pompe à vide 23, nanovacuomètre 24, capteur de gaz 25) par le dessous. Un dispositif d'étanchéité est placé sur la table en fonction du type de plaque à contrôler. La pompe à vide 23 « aspire » la plaque 28 qui est alors plaquée sur la table 21. Des bouchons ont été installés sur les ouvertures de la plaque 20 afin de pouvoir créer le vide nécessaire. Un couvercle équipé d'un joint 26 est alors rabattu sur cette plaque afin de créer une enceinte étanche au-dessus de la plaque. On injecte (en 27) alors l'azote hydrogéné dans cette enceinte jusqu'à obtenir une pression prédéterminée. Lorsque la pression est atteinte, le pressostat coupe l'électrovanne d'alimentation. Toutefois, il peut être suffisant de répandre de l'azote hydrogéné en surface de la plaque 28 pour obtenir un signal. Le vide créé sous la plaque 28 aspire alors toute trace de gaz jusqu'au détecteur 9 de gaz situé en sortie de pompe à vide. L'ensemble de l'opération ne prend pas plus de 30 secondes par plaque. L'intérêt est qu'aucun polluant ou gaz polluant n'est utilisé et que l'on peut renouveler l'opération en un même lieu des centaines de fois sans interruption. Le tout sans consommation d'eau. Ce système répond donc aux nouvelles normes européennes REACH (« Règlement sur l'enregistrement, l'évaluation, l'autorisation et les restrictions des substances chimiques »). Un autre intérêt est que le système complet est transportable et permet des contrôles sur site, en milieu hygiénique, et donc des réparations dans la foulée des contrôles, ce qui était absolument impossible jusqu'à présent. Il s'agit là d'une grande avancée au niveau des applications de contrôle. Il en résulte des temps d'arrêt beaucoup plus courts et donc des gains de productivité pour les clients. Un troisième mode de réalisation est illustré sur la figure 3. Dans ce troisième mode de réalisation, on ne teste plus au gaz les plaques une par une comme dans le second mode de réalisation mais en petits paquets pour gagner du temps : de 10 à 20 plaques à la fois. On a ainsi les étapes suivantes : - Reconstitution sous presse à plat des conditions d'utilisation d'un échangeur à plaques. On prépare l'équivalent d'une tête fixe 30 et d'une tête mobile 31 en matériau léger, par exemple du PVC, avec les connexions nécessaires pour l'injection du gaz 32 et la récupération du signal 33. Les plaques à tester 34 sont installées entre les deux têtes 30 et 31 et 10 sont serrées comme elles sont dans l'échangeur en fonctionnement. - Injection du gaz d'un côté et obtention d'un résultat positif ou négatif en quelques secondes seulement : - si le test est négatif, toutes les plaques sont considérées comme bonnes. - si le test est positif, on recommence le test en 2 temps en divisant en deux la pile de plaques 10 précédente. Et ainsi de suite jusqu'à trouver la ou les plaques défectueuses. Si le test final est négatif, on remet un certificat au client et le travail est terminé. Si le test final est positif, on recherche la ou les plaques contaminantes. Il apparaît immédiatement que le test plaque par plaque représente un gros travail d'application et de rinçage des produits. C'est pourquoi le troisième mode de réalisation par petits paquets présente un gros gain de temps potentiel. On peut très bien imaginer que pendant qu'un premier opérateur effectue les tests par petits paquets, un deuxième opérateur effectue les tests à l'unité de paquets contaminants. On peut ainsi combiner ces deux modes pour obtenir une efficacité maximale. 15 20 25 Références [1] « Les échangeurs à plaques sigma, API heat tranfer » (notice commerciale, RDC Productions, 5 Schmidt) [2] FR 2 830 322 10 REVENDICATIONS1. Procédé de test des plaques d'un échangeur de chaleur comprenant : - un premier circuit dans lequel circule un premier fluide et - un deuxième circuit dans lequel circule un deuxième fluide, ces deux circuits étant séparés par plusieurs plaques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : on injecte de l'azote hydrogéné d'un premier côté d'un ensemble d'au moins une plaque (11), - on vérifie s'il y a des fuites à l'aide d'un détecteur de gaz (17) relié à l'autre côté de cet ensemble. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel : - on entre (13) du gaz sous pression dans le circuit d'entrée d'un échangeur de chaleur (11) comprenant au moins une plaque (12) disposée entre une tête fixe et une tête mobile, on récupère le signal de sortie du circuit de sortie de l'échangeur à l'aide d'une pompe à vide (15) par une première canalisation (14), la sortie de cette pompe à vide étant reliée à une entrée du circuit d'entrée et à une sonde (16) par une seconde canalisation (20), un ensemble (17) moyen de traitement + détecteur à hydrogène étant relié à cette sonde par une liaison électrique (10). 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on met en pression de l'azote hydrogéné d'un côté de l'échangeur à plaques et on vérifie s'il y a une fuite en testant l'autre côté de l'échangeur. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise un test individuel sur chaque plaque de l'échangeur. 10 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise un test par petits paquets des plaques de l'échangeur. 6. Procédé selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, dans lequel l'azote est hydrogéné à 5%.5