Procédures appropriées d’entretien et de remplacement des fluides

Avec littéralement des milliers d’utilisations pour les fluides caloporteurs, il est pratiquement impossible pour un fabricant de fluides caloporteurs de recommander un intervalle de vidange ou un programme d’entretien précis.

Chaque application présente des caractéristiques propres qui peuvent contribuer à la dégradation d’un fluide caloporteur. De même, chaque fluide caloporteur réagira différemment selon l’environnement dans lequel il est utilisé.

Pour donner un exemple extrême, le même fluide caloporteur utilisé, par exemple, dans une extrudeuse PVC peut avoir un cycle de vie aussi court que quelques mois, tandis que ce même fluide dans un système « fermé » plus grand peut durer jusqu’à 10 à 15 ans.

Pour commencer, nous devons comprendre les deux mécanismes fondamentaux qui peuvent entraîner la dégradation d’un fluide caloporteur.

Oxydative (plus courante dans les systèmes ouverts)

La définition scientifique de la dégradation oxydative est la réaction de l’oxygène (présent dans l’air) avec le fluide par un mécanisme de radicaux libres pour former des molécules plus grosses qui finissent par devenir des polymères ou des solides. Ceux-ci épaississent le fluide, augmentant ainsi sa viscosité. Un fluide plus visqueux sera plus difficile à pomper, aura de moins bonnes caractéristiques de transfert thermique et présentera un risque accru de formation de coke dans le système. L’oxydation s’accompagne également d’une augmentation de l’acidité (TAN) du fluide.

Comme pour la plupart des réactions chimiques, l’oxydation se produit plus rapidement lorsque la température augmente. À température ambiante, la vitesse de réaction est à peine mesurable. Cependant, à des températures élevées, l’effet est exponentiel et peut avoir un impact sur la durée de vie du fluide dans les systèmes qui n’utilisent pas de mesures de réduction de l’oxydation, telles que l’inertage à l’azote du réservoir d’expansion.

En termes simples, l’oxydation se produit lorsque un fluide chaud est exposé à l’air. Les signes d’oxydation du fluide deviennent évidents avec la formation de boues dans le système, notamment dans les zones à faible débit telles que les réservoirs ou les vases d’expansion.

Thermique

La dégradation thermique, ou craquage thermique, est la rupture des liaisons carbone-carbone dans les molécules du fluide sous l’effet de la chaleur, qui entraîne la formation de fragments plus petits ou de radicaux libres. La réaction peut soit s’arrêter à ce stade, auquel cas des molécules plus petites que celles qui existaient auparavant se forment, soit les fragments peuvent réagir entre eux pour former des molécules polymères plus grandes que celles qui existaient auparavant dans le fluide. Dans la terminologie du transfert de chaleur, ces deux types de produits de dégradation sont appelés « à faible point d’ébullition » et « à haut point d’ébullition ».

Si la dégradation thermique se produit à des températures extrêmement élevées, cela a pour effet non seulement de rompre les liaisons carbone-carbone, mais aussi de séparer les atomes d’hydrogène des atomes de carbone, ce qui entraîne la formation de coke. Dans cette situation, le coke commence très rapidement à encrasser les surfaces de transfert de chaleur et le système peut rapidement cesser de fonctionner.

L’effet dégradant des composés à bas point d’ébullition se traduit par une diminution mesurable du point d’éclair et de la viscosité du fluide, ainsi que par une augmentation de la pression de vapeur du fluide. Les composés à haut point d’ébullition, en revanche, ont tendance à augmenter la viscosité du fluide, tant qu’ils restent en solution. Cependant, une fois leur limite de solubilité dépassée, ils commencent à former des solides qui peuvent encrasser les surfaces de transfert de chaleur à mesure qu’ils s’accumulent au fil du temps.

En termes simples, la dégradation thermique résulte d’une surchauffe de l’huile au-delà de son point d’ébullition. Lorsque le fluide bout, tout comme l’eau, il produit un composant plus léger sous forme de vapeurs. Une surchauffe ou une fissuration excessive peut entraîner une réduction de la viscosité et poser des problèmes de sécurité. Outre la création de ces composants plus légers, le point d’éclair, le point d’inflammation et les températures d’auto-inflammation globaux du fluide seront réduits à des niveaux potentiellement dangereux.

Maintenant que nous comprenons comment un fluide peut se décomposer, nous pouvons classer les systèmes de transfert thermique en deux types rudimentaires : ouverts et fermés.

Systèmes ouverts

Dans un système ouvert, l’huile entre en contact avec l’air à un certain point du système, soit à la température de fonctionnement normale, soit à une température inférieure. Cependant, si la température de l’huile au moment où elle entre en contact avec l’air n’est pas bien inférieure à 93 °C (200 °F), le système est considéré comme ouvert (à l’atmosphère) et susceptible de s’oxyder. Ces systèmes sont généralement de petite taille et utilisés dans les processus de fabrication dans les industries du plastique, du moulage sous pression et autres qui utilisent des unités de contrôle de température chauffées électriquement de type portable ou des « réchauffeurs d’huile ».

Systèmes fermés

Un système fermé comporte généralement un tampon de gaz inerte, généralement de l’azote, à tout point où l’huile peut entrer en contact avec l’atmosphère/l’oxygène (généralement dans le vase d’expansion). Ces systèmes sont généralement de plus grande taille et sont généralement chauffés par une chaudière à gaz ou à mazout. Ce tampon inerte élimine généralement la plupart des risques d’oxydation. Veuillez toutefois noter que certains fabricants de chaudières ont mis au point des réservoirs d’expansion qui, grâce à une plomberie exclusive, empêchent efficacement l’huile chaude d’entrer en contact avec l’atmosphère. À toutes fins utiles, ceux-ci peuvent également être considérés comme des systèmes fermés.

Passons maintenant à l’aspect maintenance des fluides caloporteurs :

Systèmes fermés

Comme indiqué ci-dessus, la plupart des systèmes fermés, s’ils sont utilisés correctement, ne devraient pas poser de problème majeur en termes de dégradation des fluides. En général, ces systèmes ne fonctionnent pas à une température supérieure à la température recommandée du fluide en vrac ou à la température de surface, et l’oxydation ne pose pas de problème majeur grâce à l’utilisation d’une couverture de gaz inerte. Cependant, en raison de facteurs indépendants de la volonté de l’utilisateur, tels que des pannes d’alimentation ou de pompe, ou des modifications involontaires du système (vannes partiellement ouvertes ou fermées, mise hors service de boucles utilisateur, etc.), ces systèmes peuvent subir une dégradation thermique, souvent indétectable par l’utilisateur au quotidien.

La première règle à respecter pour l’entretien de tout système est de consulter votre fournisseur de fluides et le fabricant de l’équipement avant d’apporter des modifications à votre système. Un système correctement conçu est construit en fonction des besoins de l’utilisateur et du fluide lui-même. Bien que la plupart des fluides présentent des propriétés physiques similaires, des modifications non prises en compte dans la conception ou le fonctionnement d’un système peuvent avoir un impact négatif sur un fluide.

La deuxième étape de la maintenance consiste à suivre un programme d’analyse des fluides recommandé afin de surveiller l’état général de vos fluides. Généralement proposé gratuitement ou moyennant une somme modique par votre fournisseur de fluides, un programme complet d’analyse des fluides permet de détecter rapidement tout changement dans vos fluides. En adoptant une approche proactive et en utilisant le programme d’analyse des fluides de votre fabricant, vous disposerez du temps nécessaire pour mettre en œuvre les corrections nécessaires au niveau du système (afin d’arrêter la dégradation des fluides) et améliorerez souvent l’état des fluides.

Le remplacement du fluide dans les systèmes en boucle fermée est généralement peu fréquent et se mesure en années. Cependant, à un moment donné, un remplacement complet du fluide du système sera nécessaire. Cela peut souvent impliquer plusieurs étapes, y compris, dans certains cas, l’utilisation d’un fluide de nettoyage et/ou d’un fluide de rinçage.

Il est toujours préférable de vérifier l’état du fluide et du système avant de changer le fluide, que vous remplissiez avec le même fluide ou que vous passiez à un autre. À ce stade, il est essentiel de procéder à une analyse du fluide et à une inspection générale du système lui-même, afin de détecter d’éventuelles fuites et, si possible, d’inspecter l’intérieur des tuyaux et de la chaudière.

Le remplacement d’un fluide nécessite de prendre en compte plusieurs facteurs et il est préférable d’en discuter avec votre fournisseur de fluides avant de procéder au remplacement. Cependant, l’étape la plus importante consiste à vidanger complètement l’ancien fluide avant de procéder au remplissage. Un fluide dégradé contaminera rapidement le nouveau fluide. Il est donc extrêmement important de vidanger la totalité (au moins 95 %) de l’ancien fluide de l’ensemble du système !

Systèmes ouverts

Les systèmes ouverts ont tendance à fonctionner à des températures bien inférieures à la température maximale recommandée pour un fluide. Bien que cela contribue à réduire le risque de défaillance thermique, les systèmes ouverts restent les plus sensibles à l’oxydation.

Une oxydation sévère peut, dans des situations extrêmes, réduire la durée de vie d’un fluide à quelques heures seulement. Il est essentiel de comprendre la conception de votre système et la manière dont il intègre des dispositifs de protection qui limitent le risque d’oxydation. Souvent, les fabricants d’équipements utilisent des échangeurs de chaleur pour refroidir le fluide avant son exposition à l’air, ou ils peuvent utiliser des vannes de dérivation réglées sur des minuteries pour faciliter la purge au démarrage, puis les fermer pour réduire les niveaux d’oxydation une fois la température souhaitée atteinte. Si ces systèmes ne fonctionnent pas correctement, la durée de vie de l’huile peut être raccourcie, et le sera très probablement.

Lorsqu’un fluide s’oxyde, il forme un acide. Ces acides, bien qu’ils ne soient généralement pas corrosifs, peuvent s’accumuler et finir par se polymériser et se séparer du fluide sous forme de boues lourdes et graisseuses.

Une fois encore, l’analyse des fluides est votre meilleur outil de maintenance pour maintenir une efficacité optimale. Lors de la première utilisation d’un fluide caloporteur dans un système ouvert, les fluides doivent être surveillés régulièrement afin de déterminer la fréquence à laquelle un système particulier nécessite un changement de fluide. Bien que les fabricants d’équipements puissent fournir des recommandations quant à la durée de vie d’un fluide, tous les fluides ne sont pas identiques. De simples différences dans les environnements d’exploitation et les températures peuvent avoir un impact sur la durée de vie de l’huile. La seule façon de savoir à quelle fréquence votre fluide doit être changé est de procéder à une analyse détaillée du fluide.

Une fois que vous avez établi un programme d’entretien, il est important de comprendre comment éliminer efficacement tout le liquide usagé avant de procéder au remplissage. Un liquide dégradé contient un composé acide qui, s’il est mélangé à du liquide neuf, accélère la dégradation de tout nouveau liquide ajouté.

Les systèmes ouverts de plus petite taille peuvent comporter de nombreuses zones où le fluide peut rester emprisonné. Les zones telles que les échangeurs thermiques, les boîtiers de filtre, les conduites horizontales, etc. doivent être inspectées afin de détecter tout résidu de fluide. Souvent, le fait de souffler de l’air sec ou de l’azote dans les conduites permet d’éliminer l’huile usagée. Si cela n’est pas possible, la plupart des fabricants de fluides proposent un agent de rinçage léger et économique qui peut être utilisé pour éliminer tout résidu de fluide avant le remplissage.

Le respect de votre calendrier de vidange permettra de maintenir les composants internes de votre équipement propres et de les faire fonctionner à leur efficacité maximale plus longtemps.

Négliger les calendriers d’entretien peut être problématique et peut finalement entraîner une panne complète du système, nécessitant des réparations importantes et coûteuses.