1. Introduction

L'hydroélectricité est une source d'énergie importante et renouvelable qui joue un rôle crucial dans le mix énergétique mondial.Pendant l'exploitation des centrales hydroélectriques, divers composants génèrent de la chaleur et une gestion efficace de la chaleur est essentielle pour assurer un fonctionnement stable et fiable.Les échangeurs de chaleur à plaques sont devenus un choix populaire pour les applications de transfert de chaleur dans les centrales hydroélectriques en raison de leurs caractéristiques uniques.

2Principe de fonctionnement des échangeurs de chaleur à plaques

Un échangeur de chaleur à plaques est constitué d'une série de plaques métalliques minces et ondulées empilées.Ces plaques sont séparées par des joints pour créer des canaux alternatifs pour les fluides chauds et froidsLorsque le fluide chaud (comme l'eau chaude ou l'huile) et le fluide froid (généralement l'eau de refroidissement) circulent à travers leurs canaux respectifs,la chaleur est transférée du fluide chaud au fluide froid à travers les parois minces de la plaqueLa conception ondulée des plaques augmente la surface disponible pour le transfert de chaleur et favorise la turbulence dans le flux de fluide, améliorant l'efficacité du transfert de chaleur.

Mathématiquement, la vitesse de transfert de chaleur (Q) dans un échangeur de chaleur à plaque peut être décrite par la formule:

Q=U*A*δTlm

où (U) est le coefficient global de transfert de chaleur, (A) est la surface de transfert de chaleur, et∆Tlm est la différence logarithmique de température moyenne entre les fluides chauds et froids. La structure unique de l'échangeur de chaleur à plaque contribue à une valeur relativement élevée de (U),permettant un transfert de chaleur efficace.

3Applications des échangeurs de chaleur en plaque dans les centrales hydroélectriques

3.1 Refroidissement par huile de lubrification des turbines

L'huile de lubrification utilisée pour lubrifier les roulements de la turbine et d'autres pièces mobiles peut se chauffer pendant le fonctionnement en raison du frottement.Les températures élevées peuvent dégrader les propriétés lubrifiantes de l'huile et endommager les composants de la turbineL'huile de lubrification chaude circule d'un côté de l'échangeur de chaleur de plaque, tandis que l'eau de refroidissement provenant d'une source appropriée (comme une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière, une rivière.le lacLa chaleur est transférée de l'huile chaude à l'eau de refroidissement, ce qui réduit la température de l'huile lubrifiante et assure son bon fonctionnement.

Par exemple, dans une grande centrale hydroélectrique avec une turbine à haute puissance, un échangeur de chaleur à plaque avec une grande surface de transfert de chaleur peut être installé.Le débit d'eau de refroidissement peut être réglé en fonction de la température de l'huile de lubrification pour maintenir la température de l'huile dans la plage optimaleCette mesure contribue à prolonger la durée de vie de la turbine et à améliorer l'efficacité globale du processus de production d'énergie.

3.2 Refroidissement du générateur

Les générateurs des centrales hydroélectriques produisent une quantité importante de chaleur pendant leur fonctionnement.Les échangeurs de chaleur à plaques peuvent être utilisés dans les systèmes de refroidissement des générateursDans certains cas, des générateurs refroidis à l'eau sont utilisés, où le liquide de refroidissement chaud (généralement de l'eau dé - ionisée) qui a absorbé la chaleur des composants du générateur circule à travers l'échangeur de chaleur de plaque..L'eau froide provenant d'une source externe (comme un circuit d'eau de refroidissement) échange de chaleur avec le liquide de refroidissement chaud,le refroidissement afin qu'il puisse être recirculé vers le générateur pour une absorption de chaleur supplémentaire.

En plus des générateurs refroidis à l'eau, il existe aussi des générateurs refroidis à l'hydrogène.Les échangeurs de chaleur à plaques peuvent encore être utilisés dans le système de refroidissement à hydrogène.Par exemple, pour refroidir le gaz hydrogène après qu'il ait absorbé la chaleur du générateur, un échangeur de chaleur à plaque peut être utilisé.Le fluide froid (comme l'eau ou un réfrigérant) dans l'échangeur de chaleur refroidit le gaz hydrogène chaud, en maintenant la température appropriée de l'hydrogène et en assurant le fonctionnement efficace du générateur.

3.3 Refroidissement à l'eau par scellés

Dans les turbines hydroélectriques, l'eau d'étanchéité est utilisée pour empêcher la fuite d'eau du courant de la turbine.et sa température élevée peut affecter les performances de scellementLes échangeurs de chaleur à plaques sont installés pour refroidir l'eau d'étanchéité. L'eau d'étanchéité chaude passe d'un côté de l'échangeur de chaleur et l'eau froide d'une source de refroidissement échange de chaleur avec elle.En gardant l'eau du phoque à une température appropriée, l'intégrité du joint est préservée, réduisant le risque de fuite d'eau et améliorant l'efficacité du fonctionnement de la turbine.

3.4 Refroidissement des équipements auxiliaires

Les centrales hydroélectriques disposent d'une variété d'équipements auxiliaires, tels que des transformateurs, des pompes et des compresseurs.Les échangeurs de chaleur à plaques peuvent être utilisés pour refroidir l'huile lubrifiante ou l'eau de refroidissement de ces appareils auxiliairesPar exemple, dans un transformateur, l'huile isolante peut se réchauffer en raison des pertes dans le noyau et les enroulements du transformateur.assurer le fonctionnement sûr et stable du transformateurDe même, pour les pompes et les compresseurs, les échangeurs de chaleur à plaque peuvent refroidir leur huile lubrifiante ou le fluide de processus, ce qui améliore la fiabilité et la durée de vie de ces équipements auxiliaires.

4Les avantages de l'utilisation d'échangeurs de chaleur en plaque dans les centrales hydroélectriques

4.1 Efficacité élevée du transfert de chaleur

Comme mentionné précédemment, la conception en plaque ondulée des échangeurs de chaleur en plaque offre une grande surface de transfert de chaleur.La turbulence créée par les ondulations améliore également le coefficient de transfert de chaleurEn comparaison avec les échangeurs de chaleur traditionnels à coque et à tube, les échangeurs de chaleur à plaque peuvent atteindre des taux de transfert de chaleur beaucoup plus élevés.cette efficacité élevée signifie qu'il faut moins d'eau de refroidissement pour obtenir le même niveau de dissipation de chaleur, ce qui réduit la consommation d'eau et l'énergie requise pour pomper l'eau de refroidissement.

Par exemple, dans une application de refroidissement de générateur, un échangeur de chaleur à plaque peut transférer de la chaleur avec un coefficient global de transfert de chaleur compris entre 2000 et 5000 W/ ((m2·K),tandis qu'un échangeur de chaleur en coque et en tube peut avoir un coefficient de 1000 à 2000 W/(m2·K)Cette plus grande efficacité permet un système de refroidissement plus compact et plus économe en énergie dans la centrale hydroélectrique.

4.2 Conception compacte

Les échangeurs de chaleur à plaques sont beaucoup plus compacts que beaucoup d'autres types d'échangeurs de chaleur.où l'espace peut être limité, en particulier dans les zones où les équipements sont complexes, la conception compacte des échangeurs de chaleur à plaques est très avantageuse.réduire l'empreinte globale du système de refroidissement.

Par exemple, lors de la modernisation d'une centrale hydroélectrique existante pour améliorer sa capacité de refroidissement,la nature compacte des échangeurs de chaleur à plaques permet l'ajout de nouvelles unités d'échange de chaleur sans modifications majeures de l'infrastructure existante;, ce qui permet d'économiser du temps et des coûts.

4.3 Facilité d'entretien

La conception modulaire des échangeurs de chaleur à plaques les rend relativement faciles à entretenir. Les plaques peuvent être facilement accessibles et retirées pour nettoyage ou remplacement.lorsque l'eau de refroidissement peut contenir des impuretés susceptibles de provoquer des impuretés sur les surfaces de transfert de chaleurSi un joint tombe en panne ou si une plaque est endommagée, elle peut être remplacée individuellement, réduisant ainsi le temps d'arrêt de l'équipement.

L'entretien régulier des échangeurs de chaleur de plaques dans les centrales hydroélectriques consiste généralement à inspecter visuellement les plaques pour détecter les signes de corrosion ou d'encrassement, à vérifier l'intégrité des joints,et nettoyer les plaques à l'aide d'agents de nettoyage appropriésCette facilité de maintenance permet d'assurer le fonctionnement fiable à long terme des échangeurs de chaleur et de l'ensemble de la centrale hydroélectrique.

4.4 Coût-efficacité

Bien que le coût initial d'un échangeur de chaleur à plaques puisse être légèrement plus élevé que celui de certains types d'échangeurs de chaleur de base, leur rentabilité à long terme est évidente.Leur haut rendement de transfert de chaleur réduit la consommation d'énergie associée au refroidissementLa conception compacte réduit également les coûts d'installation, car moins d'espace est nécessaire pour leur installation.la facilité d'entretien et la longue durée de vie des échangeurs de chaleur à plaques contribuent à des économies globales de coûts dans l'exploitation d'une centrale hydroélectrique.

5- Défis et solutions dans l'application des échangeurs de chaleur à plaques dans les centrales hydroélectriques

5.1 Pluie

L'eau de refroidissement utilisée dans les centrales hydroélectriques peut contenir des solides en suspension, des micro-organismes,et autres impuretésCes substances peuvent se déposer sur les surfaces de transfert de chaleur de l'échangeur de chaleur de plaque, ce qui réduit l'efficacité du transfert de chaleur.Le prétraitement de l'eau de refroidissement est essentiel.Des systèmes de filtration peuvent être installés pour éliminer les solides en suspension et un traitement chimique peut être utilisé pour contrôler la croissance des microorganismes.

En outre, il est nécessaire de nettoyer régulièrement l'échangeur de chaleur de la plaque.peut être utilisé pour éliminer les dépôts des surfaces des plaquesDes agents de nettoyage chimiques peuvent également être utilisés, mais il faut veiller à ce qu'ils n'endommagent pas les plaques ou les joints.

5.2 Corrosion

L'eau de refroidissement des centrales hydroélectriques peut présenter un certain degré de corrosion, surtout si elle contient des sels ou des acides dissous.réduire sa durée de vie et ses performancesPour éviter la corrosion, les matériaux de l'échangeur de chaleur de plaque sont soigneusement sélectionnés.des matériaux plus résistants à la corrosion tels que le titane peuvent être utilisés, surtout lorsque l'eau de refroidissement est très corrosive.

Des revêtements peuvent également être appliqués sur les surfaces des plaques pour fournir une couche supplémentaire de protection contre la corrosion.Des systèmes de protection cathodique peuvent être installés dans le circuit d'eau de refroidissement pour réduire davantage le risque de corrosionLa surveillance régulière du taux de corrosion de l'échangeur de chaleur de plaque est importante pour détecter les premiers signes de corrosion et prendre les mesures appropriées.

5.3 Chute de pression

Dans une centrale hydroélectrique, si la chute de pression est trop élevée, la température de l'air peut augmenter.il peut augmenter la consommation d'énergie des pompes utilisées pour faire circuler les fluidesPour optimiser la chute de pression, la conception de l'échangeur de chaleur de plaque doit être soigneusement examinée.et l' arrangement du débit (parallèle ou contre-débit) peuvent tous affecter la chute de pression.

Les simulations de la dynamique des fluides (CFD) peuvent être utilisées pendant la phase de conception pour prédire la chute de pression et optimiser les paramètres de conception.les débits des fluides chauds et froids peuvent être ajustés pour équilibrer les performances de transfert de chaleur et la chute de pressionSi nécessaire, des pompes supplémentaires peuvent être installées pour compenser la chute de pression, mais cela doit être fait en tenant compte de l'efficacité énergétique globale du système.

6Conclusion

Les échangeurs de chaleur à plaques ont un large éventail d'applications dans les centrales hydroélectriques et offrent de nombreux avantages tels qu'un rendement élevé du transfert de chaleur, une conception compacte, une maintenance facile,et coût-efficacitéIls jouent un rôle essentiel dans le refroidissement de divers composants des centrales hydroélectriques, assurant le fonctionnement stable et efficace du processus de production d'électricité.corrosion, et la chute de pression doivent être traitées par des stratégies de conception, de traitement et d'entretien appropriées.Avec les progrès continus de la technologie des échangeurs de chaleur et la demande croissante d'énergie propre et efficace, les échangeurs de chaleur à plaques devraient continuer à jouer un rôle important dans le développement et l'exploitation des centrales hydroélectriques à l'avenir.