Development of advanced analysis methods for experimental data on fouling phenomena in heat exchangers in real operating condition
Développement de méthodes d’analyse avancées de données expérimentales sur les phénomènes d’encrassement d’échangeurs thermiques en conditions réelles de fonctionnement
Résumé
The lack of dedicated tool, enabling at industrials to act effectively on the fouling phenomena in heat exchanger is the origin of this study. The purpose of the thesis is to develop a methodology in order to assess - in situ - at the characteristic parameters of the fouling effects, implement and then validate the data analysis methods to extract a fouling effects prediction tools from the knowledge of a limited number of operating data. We focus on the fouling phenomena of heat exchangers in real environment, on charged water, by insisting on the development of the methodologies of identification of fouling kinetics and on the validation procedures for concrete cases. The approach was carried out on a test bench whose operating conditions imply situations close to real operating conditions, in particular the presence of typical impromptu events which modify the fouling kinetics. The methodological process of data analysis put in place, and which allowed establishing a prediction model of fouling using artificial neural network modelization, was then applied and validated on an industrial installation. The purpose of the approach allows, for any installation and from a small number of sensors, to develop a tool for evaluating and predicting the kinetics of fouling of thermal equipment in order to develop a maintenance practice from the perspective of reducing energy costs and costs of intervention.
L’absence d’outil dédié, permettant aux industriels d’agir efficacement sur les phénomènes d’encrassement des échangeurs thermiques est à l’origine de cette étude. L’objet de la thèse est de construire une méthodologie pour permettre d’évaluer in situ les paramètres caractéristiques de l’effet d’encrassement, de mettre en oeuvre et de valider ensuite des méthodes d’analyse de ces données pour en extraire un outil de prédiction des effets d’encrassement à partir de la connaissance d’un nombre réduit de données de fonctionnement. Les efforts ont été concentrés sur les phénomènes d’encrassement d’échangeurs en environnement réel, sur eaux chargées, en insistant sur le développement des méthodologies d’identification des cinétiques d’encrassement et sur les démarches de validation pour des cas concrets. La démarche a été réalisée sur un banc d’essais dont les conditions opératoires impliquent des situations proches de conditions réelles de fonctionnement avec notamment la présence d’événements impromptus typiques qui modifient les cinétiques d’encrassement. Le processus méthodologique d’analyse de données mis en place, et qui a permis d’établir in fine un modèle de prédiction de l’encrassement à l’aide d’une modélisation par réseaux de neurones artificiels, a ensuite été appliqué et validé sur une installation industrielle. La finalité de la démarche permet ainsi, pour une installation quelconque et à partir d’un nombre réduit de capteurs, de développer un outil permettant d’évaluer et prédire la cinétique d’encrassement de l’équipement thermique afin d’élaborer une pratique de maintenance dans la perspective d’une réduction des coûts énergétiques et des coûts d’intervention.
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