La tuyauterie inox double enveloppe à BTCI

Définition tuyauterie double enveloppe

La double enveloppe, également appelée enveloppe thermique, double paroi ou double peau, est utilisée dans différents processus et applications pour des raisons spécifiques liées à l’isolation thermique, à la sécurité sanitaire ou à la protection des denrées.

La double enveloppe consiste en une structure à deux parois concentriques séparées par un espace, généralement appelé « enveloppe », enveloppe intermédiaire ou enveloppe isolante. Cet espace est ensuite utilisé pour contenir un fluide chauffant ou réfrigérant, régulé thermiquement, créant ainsi une isolation thermique entre le fluide transporté à l’intérieur de la tuyauterie et l’environnement extérieur, et permettant de maintenir le produit à une température constante. On parle aussi d’enveloppe primaire et d’enveloppe secondaire. Il y a bien-sûr une étanchéité parfaite entre les 2 parois. L’enveloppe primaire contient le fluide ou la matière devant être protégée.

Process utilisant de la double enveloppe

En tuyauterie industrielle, le terme « double enveloppe » se réfère à une conception spécifique de certains types de tuyauteries ou de réservoirs et cuves. Cette conception est souvent utilisée dans des applications où il est essentiel de maintenir une certaine température du fluide à l’intérieur de la tuyauterie ou du réservoir, soit pour des raisons de sécurité, soit pour garantir une certaine qualité du produit transporté.
La double enveloppe est souvent utilisée dans des situations où la température du fluide transporté est critique, comme dans le transport de produits sensibles à la température ou dans des environnements où la prévention de la condensation est nécessaire.

Exemple d’une double enveloppe pour des applications chaudes : chocolat

Une tuyauterie à double enveloppe chaude est conçue pour maintenir la température du fluide transporté à l’intérieur de la tuyauterie en utilisant un fluide chauffant circulant dans l’enveloppe externe. Ce type de système est souvent utilisé dans des applications où le maintien d’une température spécifique du produit transporté est critique, comme dans l’industrie chimique, pétrochimique, alimentaire, pharmaceutique, ou d’autres domaines où les produits sont sensibles à la température.

BTCI a installé de nombreux réseaux pour du chocolat dans l’industrie agroalimentaire. Le chocolat est une matière qui se maintient dans un état liquide entre 45 et 50 °C. En-dessous, le chocolat fige, et au-dessus le chocolat brûle et perd ses qualités physiques et organoleptiques.
La double enveloppe contient de l’eau chaude, produite sur site, et est régulée le plus souvent via une panoplie d’eau chaude isolée, contenant vannes, thermoplongeurs, sondes, circulateurs, manomètres, soupapes de pression, flexcon, …
En fonction des process de l’industriel, le réseau chocolat sera bouclé ou non, le fluide « tournant en canard » dans le réseau (circulation continue dans le réseau) ou bien étant sur un seul flux. Dans le premier cas il y a un réseau Aller et un réseau Retour, dans le second il existe des systèmes de boulets, nettoyant la tuyauterie chocolat en fin de process. Si ce dernier type de réseau est souvent moins cher, il présente cependant des inconvénients en termes de maintenance et de réseau bouché.
Le chocolat est la plupart du temps stocké à l’état liquide dans une cuve également à double enveloppe avec une circulation permanente d’eau chaude, reliée avec l’ensemble du réseau de double enveloppe. Il peut aussi être stocké à l’état solide, son introduction dans le réseau passant préalablement par un fondoir ou autre système équivalent.

Exemple d’une double enveloppe pour des applications froides : œufs liquides

Le fluide caloporteur réfrigérant circule dans l’enveloppe externe pour absorber la chaleur de la paroi interne de la tuyauterie et ainsi maintenir une température constante ou basse autour de celle-ci. Il peut s’agir d’une solution glycolée, d’ammoniac, de dioxyde de carbone (CO2) ou d’autres fluides réfrigérants, en fonction des besoins spécifiques de l’application.
Les tuyauteurs soudeurs de BTCI réalisent ces réseaux avec les mêmes exigences techniques que pour une double enveloppe chaude, comme par exemple sur un réseau d’œufs liquides. Dans ce cas précis, la contrainte est double : plage de température très exigeante et extrême sensibilité sanitaire et mécanique du produit transporté.
Le diamètre de l’enveloppe primaire est souvent plus petit que pour le chocolat (entre 13 et 25 mm de diamètre extérieur), avec une double enveloppe également plus petite. Le fluide réfrigérant peut être de l’eau glycolée, l’objectif de maintien de température d’u bout à l’autre du réseau étant entre 2 et 4 degrés celsius. Si le réseau de fluide réfrigérant est raccordé sur un collecteur général à l’usine, il est nécessaire de réaliser une station de vannes de mélange et de régulation spécifique à la double enveloppe. Dans les cas une étude réalisée par un frigoriste est indispensable.

Dimensionnement d’une double enveloppe

Le dimensionnement de la tuyauterie double enveloppe dépend de plusieurs paramètres, et il est important de prendre en compte des aspects tels que la température, la pression, les caractéristiques du fluide transporté, sa viscosité, sa température de changement d’état et les normes de conception applicables.
Chaque nouveau réseau de tuyauterie double enveloppe est donc un cas particulier. Pour un même fluide, dans un même environnement, le dimensionnement variera en fonction des besoins précis du process.

Difficultés techniques d’une double enveloppe

La mise en œuvre de systèmes à double enveloppe en tuyauterie peut présenter certaines difficultés techniques pour les tuyauteurs, et exige une expertise approfondie de leur part. Une planification minutieuse, une compréhension approfondie des besoins de l’application et une collaboration étroite avec d’autres professionnels de l’industrie sont essentielles pour surmonter ces défis avec succès.

Voici quelques-unes des principales difficultés techniques associées à la conception et à l’installation de tuyauteries à double enveloppe.

Isolation et espacement de la double paroi

L’espace entre les deux enveloppes doit être très régulier, suffisant et correctement isolé pour assurer une efficacité thermique optimale. L’installation de l’isolation et le maintien de l’espacement requis entre les parois peuvent être des défis, surtout dans des configurations complexes. Concernant cet espacement entre les deux diamètres de tuyauterie, BTCI a développé ses propres techniques, extrêmement fiables et pérennes.

La problématique des fuites d’une double enveloppe

La soudure TIG est une compétence fondamentale dans la réalisation d’une réseau double enveloppe. Le rochage dans l’enveloppe primaire est inenvisageable, le produit transporté étant trop fragile mécaniquement et/ou sanitairement.
Plus que dans toute autre réseau, la fuite liée à une soudure n’est pas permise et surtout pas sur l’enveloppe primaire. La mise en épreuve des deux enveloppes est donc nécessaire avant toute mise en route, ainsi qu’un nettoyage et rinçage de la tuyauterie.

Réglage thermique du fluide caloporteur

Le contrôle précis de la température à l’intérieur de la tuyauterie peut être délicat. La régulation thermique du fluide caloporteur dans l’enveloppe externe doit être soigneusement ajustée pour répondre aux exigences du processus. Dès qu’un obstacle (vanne, filtre à tamis, filtre magnétique, débitmètre, pompe, raccords, …) est présent sur le réseau primaire, la continuité du fluide caloporteur doit être assuré via un « pont » (flexible démontable avec vannes à boisseau ou tuyauterie inox).

Maintenance d’une tuyauterie double enveloppe

L’accès à l’espace entre les enveloppes pour l’inspection et la maintenance peut être difficile, surtout une fois le système installé. Les tuyauteurs doivent prendre en compte la facilité d’accès lors de la conception.

Coûts d’une tuyauterie double enveloppe

La mise en place de systèmes à double enveloppe peut être plus coûteuse en raison de la complexité de la conception, des matériaux spéciaux nécessaires et de la régulation thermique. Le coût de l’isolation extérieure de la tuyauterie est également plus élevé, en raison du diamètre de l’enveloppe secondaire, et des systèmes éventuels de maintien complémentaire de température (cordons chauffants par exemple).

Arrêt de ligne dans le cadre d’une tuyauterie avec enveloppe thermique

Tout arrêt de ligne pour raccordement ou intervention doit être minutieusement anticipé et préparé pour éviter des contaminations ou perte de propriétés mécaniques ou sanitaires du produit transporté. Dès la conception et réalisation du réseau, des vannes de barrage, des systèmes de bouclage de tuyauterie primaire et secondaire, et des by-pass sont souvent nécessaires.

Intégration avec d’autres systèmes

L’intégration d’une tuyauterie à double enveloppe avec d’autres systèmes, tels que des échangeurs de chaleur ou des systèmes de contrôle automatisé, peut être un défi et nécessiter une coordination étroite entre différents corps d’état (électriciens, automaticiens, frigoristes, …).