Qu'est-ce qu'un faisceau de tubes?
Un faisceau de tubes est une collection très dense de tubes utilisés comme cœur de rayonnement dans les échangeurs de chaleur. Ces groupes de tuyaux sont généralement logés dans une enveloppe tubulaire ou un boîtier externe dans lesquels circule un flux constant d'eau. Lorsque des liquides ou des gaz chauds circulent dans le faisceau de tubes, la grande surface combinée des tubes permet un transfert efficace de la chaleur dans l'eau de la coque et le refroidissement des fluides dans les tubes. Il existe deux types distincts de faisceaux de tubes: les tubes droits et les tubes en U. Les tuyaux de ces faisceaux sont généralement en acier ou en cuivre, en fonction de l'application.
La plupart des méthodes de transfert de chaleur deviennent de plus en plus efficaces à mesure que les surfaces combinées du rayonnement et du récepteur augmentent. Ce principe constitue la base du fonctionnement de l'échangeur de chaleur à tubes; le grand nombre de tubes dans les faisceaux offre des surfaces de contact étendues qui facilitent un transfert thermique rapide et efficace. La disposition des tuyaux dans un faisceau de tubes est soigneusement calculée et ils traversent généralement plusieurs déflecteurs ou cloisons qui maintiennent la relation d'espacement sur toute la longueur du faisceau. La configuration d’entrée et de sortie d’eau du faisceau est dictée par l’un des deux types de faisceau courants utilisés.
La première des configurations de faisceaux de tubes les plus courantes est le type à ligne droite. Cette disposition est constituée de tubes droits qui s’ouvrent de part et d’autre du faisceau dans des chambres d’entrée et de sortie formant les embouts de la coque. Le matériau chaud est ensuite pompé à travers le faisceau en ligne droite d'une extrémité à l'autre de la coque. Cet agencement est efficace, mais nécessite des efforts considérables pour ouvrir la coque et retirer le paquet si un nettoyage ou des réparations sont nécessaires. Les installations de tubes droits présentent toutefois des coûts d’installation initiaux inférieurs.
La deuxième configuration de faisceau de tubes commun est la disposition des tubes en U. Cette variante de faisceau présente des points d’entrée et de sortie situés du même côté de la coque sur un capuchon en tube divisé en deux chambres étanches. Les tubes quittent la chambre d'entrée et se rendent à l'extrémité opposée de la coque où ils forment un coude en U et reviennent dans la direction opposée à la chambre de sortie. Ce type d’agencement est plus facile à démonter à des fins de maintenance, l’ensemble étant généralement glissé sous forme d’unité modulaire. Les configurations en U tiennent également bien compte des différentiels de température élevée et atténuent la plupart des contraintes de dilatation et de contraction thermiques dans le faisceau.