Évaluation du gradient thermique circonférentiel et son influence sur les déflexions d'un assemblage à brides boulonnées d'un échangeur de chaleur avec plusieurs passes

Les études précédentes menés sur les échangeurs de chaleur du type faisceau et calandre à plusieurs passes montrent que, sous l'effet de la haute température, les échangeurs de chaleurs de grands diamètres (0.5 m et plus) manifestent des problèmes d'étanchéité fréquents. En effet, les fuites sont souvent occasionnées par une diminution de la charge dans la boulonnerie due à des dilatations thermiques radiale et axiale non uniforme. L'assemblage à brides boulonnés reliant la calandre de Féchangeur de chaleur à la chambre de distribution est le maillon le plus faible de Féchangeur de chaleur. La configuration géométrique spécifique aux échangeurs de chaleur à plusieurs passes et la différence entre les températures des fluides à l'entrée et à la sortie sont responsables de l'existence d'un gradient thermique circonférentiel dans les éléments de l'assemblage à brides boulonnées. Présentement, il n'existe aucune méthode de conception des assemblages à brides boulonnées qui prend en considération le changement de la température à travers la circonférence. Il est proposé d'étudier l'effet du gradient thermique circonférentiel sur la redistribution des charges et la perte d'étanchéité dans les échangeurs de chaleur à plusieurs passes. Ce travail de recherche consiste à développer un modèle analytique d'un assemblage boulonné d'un échangeur de chaleur à plusieurs passes soumis à un gradient thermique circonférentiel. Les températures et les déflexions induites des différents éléments de l'assemblage boulonné seront examinées. Un échangeur de chaleur du type faisceau et calandre avec le diamètre de la bride boulonné 51 po et avec l'écoulement des fluides en parallèle a été utilisé pour valider le modèle. Ce document présente non seulement les étapes de développement du modèle mais aussi des résultats de calculs pour la validation des distributions de températures et de déflexions. Les résultats de la modélisation analytique comparés à ceux obtenus par les modèles éléments finis sont probants