Conception du traçage thermique des pipelines de bitume : gaine à huile thermique ou traçage électrique

Même une canalisation de bitume correctement dimensionnée peut se rompre si le liant qu'elle contient devient trop froid pour être pompé.

C’est pourquoi les systèmes de transfert de bitume chaud doivent être conçus comme des systèmes à la fois hydrauliques et thermiques. Le diamètre des conduites détermine le débit et les pertes de charge, tandis que le traçage thermique et l’isolation permettent de garantir que le liant reste dans une plage de fonctionnement appropriée.

Deux approches courantes consistent à utiliser une enveloppe à huile thermique ou un traçage électrique. Aucune de ces méthodes n'est systématiquement supérieure à l'autre. Le choix optimal dépend de la longueur du pipeline, des utilités du projet, de la température de fonctionnement, de la taille du système, des exigences de mise en service et de la stratégie de maintenance.

Quel est l'objectif du traçage thermique des pipelines de bitume ?

Le but principal du traçage thermique est normalement de compenser les pertes de chaleur et de maintenir le liant dans un état pompable.

Il ne faut pas s'attendre à ce que le traçage thermique permette automatiquement de chauffer rapidement, à partir de la température ambiante, une longue canalisation remplie de bitume complètement froid ou solidifié.

Les critères de conception doivent définir si le système est destiné à :

• Maintien de la température pendant le fonctionnement
• Maintien de la température en veille
• Préchauffage avant le démarrage
• Réchauffage contrôlé après arrêt

Il s'agit de différentes fonctions thermiques.

Pourquoi les pipelines de bitume chaud perdent-ils de la chaleur ?

La chaleur s'échappe du produit à travers la paroi du tuyau, le système de traçage ou de gaine, l'isolation et la surface extérieure.

Les besoins thermiques totaux dépendent de :

• Température du bitume
• Température ambiante
• Diamètre du pipeline
• Longueur du pipeline
• matériau isolant
• épaisseur de l'isolant
• exposition au vent
• Vannes, brides et supports
• Temps d'échauffement requis

Un projet extérieur réalisé en hiver présente un profil de déperdition thermique très différent de celui d'une courte ligne de transfert intérieure sous un climat tropical.

Pipeline à double enveloppe d'huile thermique

Une enveloppe à huile thermique utilise de l'huile de transfert de chaleur chaude circulant dans une enveloppe extérieure ou un système de traçage dédié autour du tuyau de bitume.

L'huile thermique reçoit la chaleur d'une chaudière ou d'un réchauffeur d'huile thermique et circule dans le circuit de traçage.

Avantages

• S'intègre naturellement aux sites utilisant déjà une chaudière à huile thermique
• Convient aux réservoirs, pompes, vannes et canalisations d'un même réseau de chauffage.
• Peut fournir un chauffage indirect puissant et stable
• Aucune charge de chauffage électrique élevée n'est répartie le long du tuyau.
• Utile pour les grands systèmes de bitume centralisés

Considérations

• Nécessite une tuyauterie d'alimentation et de retour d'huile thermique
• Nécessite une circulation et un équilibrage
• L'ajout de vannes et de joints accroît la complexité de l'installation.
• Les longs tronçons nécessitent une conception hydraulique
• Il faut tenir compte des fuites et de la dilatation.
• La chaudière doit avoir une capacité thermique de réserve suffisante.

traçage électrique

Un câble de traçage électrique est installé le long de la canalisation et recouvert d'une isolation et d'une protection contre les intempéries appropriées.

Selon sa conception, le traçage peut utiliser des technologies de câbles à puissance constante, autorégulées ou d'autres technologies de câbles industriels adaptées à la plage de températures requise.

Avantages

• Circuit d'alimentation et de retour d'huile thermique inexistant
• Zonage simplifié et contrôle individuel de la température
• Utile pour les pipelines courts ou isolés
• Pratique pour les pompes, les vannes et les petites sections auxiliaires
• Peut simplifier l'installation lorsqu'une chaudière à huile thermique n'est pas disponible.

Considérations

• Nécessite une puissance électrique suffisante
• Les câbles et accessoires doivent être adaptés à la température et à l'environnement de fonctionnement.
• Les longs circuits nécessitent une conception électrique et un zonage.
• L'endommagement du câble de traçage peut créer un point froid local.
• La protection électrique et le contrôle de la température doivent être correctement conçus.

Huile thermique vs traçage électrique

Étape 1 : Définir la température de fonctionnement

Avant de calculer le traçage thermique, définissez :

• température normale de transfert du bitume
• température minimale admissible du pipeline
• température maximale du matériau
• Température de veille
• minimum ambiant prévu

Les températures requises dépendent de la qualité du liant et du procédé utilisés.

N’utilisez pas une température fixe pour le bitume de pénétration, le bitume modifié SBS, le bitume caoutchouté et l’émulsion.

Étape 2 : Calculer les pertes de chaleur dans la canalisation

Le système de traçage doit au minimum compenser les pertes de chaleur en régime permanent requises dans les conditions ambiantes de conception.

Un calcul détaillé prend en compte la conduction à travers l'isolant, la convection externe et le rayonnement.

Les éléments importants comprennent :

• diamètre extérieur du tuyau
• conductivité thermique de l'isolation
• épaisseur de l'isolant
• Température du procédé
• Température ambiante
• Conditions de vent
• Longueur du pipeline

Le résultat fournit une estimation des besoins en chaleur par unité de longueur et pour le circuit complet.

Il ne faut pas appliquer une valeur universelle de watts par mètre à tous les projets.

Étape 3 : Ajouter les vannes, les brides et les pompes

Les pertes de chaleur ne sont pas réparties uniformément.

Les vannes, brides, filtres, corps de pompes, crépines et interfaces d'équipements présentent une surface ou une masse thermique plus importante et peuvent nécessiter un traçage supplémentaire.

De nombreuses ruptures de pipelines commencent au niveau de ces composants plutôt qu'au milieu d'un tuyau droit bien isolé.

Étape 4 : Diviser le système en zones de chauffage

Un long réseau de transfert ne doit pas nécessairement fonctionner comme un circuit de chauffage unique et non contrôlé.

Les zones utiles peuvent inclure :

• Sortie du réservoir et aspiration de la pompe
• Canal de transfert principal
• Station de filtration et de vannes
• Raccordement à la centrale d'asphalte
• Retour de circulation
• Ligne de déchargement des camions-citernes

Le zonage permet à l'opérateur de chauffer uniquement les circuits nécessaires au mode de fonctionnement actuel.

Conception de circuit d'huile thermique

Un système de traçage à huile thermique nécessite plus qu'une chaudière suffisamment grande.

Le concepteur doit évaluer :

• Température de l'huile thermique disponible
• Débit d'huile requis
• Pression d'alimentation et de retour
• Perte de pression dans chaque branche
• Équilibrage entre circuits parallèles
• Expansion
• Ventilation
• Drainage
• vannes d'isolement

Un pipeline éloigné peut être mal chauffé si le circuit d'huile est mal équilibré.

Pour connaître les principes de dimensionnement des chaudières, voir :

Comment calculer la capacité d'un réchauffeur d'huile thermique pour les réservoirs de stockage de bitume

Conception de traçage électrique

Le traçage électrique nécessite une conception électrique et thermique coordonnée.

Vérifier:

• Puissance thermique requise
• Température nominale du câble
• température d'exposition maximale
• Longueur du circuit
• tension d'alimentation
• Courant de départ, le cas échéant
• Emplacement du contrôleur et du capteur
• protection contre les surintensités
• Protection contre les défauts à la terre lorsque nécessaire
• Classification des zones dangereuses, le cas échéant

Le système sélectionné doit être adapté à l'environnement de l'équipement et aux normes électriques locales.

Les capteurs de température doivent être positionnés avec soin.

Le capteur de température doit correspondre à la section que le contrôleur est censé protéger.

Les problèmes de contrôle possibles incluent :

• Le capteur est trop proche de la source de chaleur.
• Capteur installé à un endroit qui ne correspond pas à la zone la plus froide
• Un capteur contrôlant plusieurs branches thermiquement différentes
• Mauvais contact entre le capteur et la canalisation

Les grands systèmes peuvent nécessiter plusieurs zones de température.

L'isolation est essentielle

Le traçage thermique sans isolation efficace peut entraîner un gaspillage d'énergie considérable.

L'isolation est utile :

• Réduire les pertes de chaleur
• Réduire la demande en carburant ou en électricité
• Maintenir une température plus uniforme dans les canalisations
• Réduire le temps d'échauffement
• Protéger le processus des changements ambiants rapides

Les joints d'isolation autour des vannes, des supports et des couvercles amovibles méritent une attention particulière.

Le diamètre de la canalisation et le traçage thermique sont liés.

Les tuyaux de plus grand diamètre contiennent davantage de bitume et présentent une surface externe plus importante. Les tuyaux de plus petit diamètre peuvent réduire la masse thermique, mais augmentent les pertes de charge hydraulique.

Il convient donc de coordonner la conception hydraulique et thermique.

Pour le dimensionnement des tuyaux, voir :

Comment calculer le diamètre d'une canalisation de bitume pour une centrale d'enrobage ?

L'arrêt et le redémarrage doivent être conçus à l'avance.

L'une des questions les plus importantes est de savoir ce qu'il advient du bitume restant dans la canalisation après l'arrêt de la production.

Selon le système, la procédure d'arrêt peut utiliser :

• Traçage thermique continu
• Circulation retournant au réservoir
• pompage inversé
• Drainage par gravité
• Vidange contrôlée de la ligne

Un système qui repose sur le réchauffage d'une canalisation froide entièrement remplie après chaque arrêt peut nécessiter une capacité de chauffage et un temps de démarrage beaucoup plus importants.

Défaillances courantes des systèmes de traçage thermique

Suivi uniquement du tuyau droit

Les vannes, les filtres et les pompes deviennent des points froids.

Isolation insuffisante

Le chauffage installé ne peut pas compenser les pertes externes excessives.

Une zone pour un très long réseau

Certaines zones surchauffent tandis que d'autres, plus éloignées, restent froides.

Circulation d'huile thermique sous-dimensionnée

La chaudière est chaude, mais les chemises éloignées reçoivent un débit d'huile insuffisant.

Traçage électrique endommagé

Un circuit défectueux peut laisser une zone froide cachée.

Stratégie sans arrêt

Le bitume refroidit à l'intérieur des vannes, des filtres et des points bas avant le prochain démarrage.

Quelle méthode devez-vous utiliser ?

L'huile thermique est souvent intéressante lorsque :

• Une chaudière centrale à huile thermique existe déjà.
• Plusieurs réservoirs et canalisations partagent un même réseau de chauffage
• Le projet est vaste et centralisé.

Le traçage électrique est souvent avantageux lorsque :

• La ligne est relativement courte ou isolée
• L'alimentation électrique stable est disponible
• Des zones de température indépendantes sont souhaitables
• L'ajout de tuyauterie pour huile thermique serait inutilement complexe.

Certains projets utilisent les deux méthodes : l’huile thermique pour les principaux équipements de traitement et le traçage électrique pour les vannes locales, les instruments ou les lignes auxiliaires.

Questions fréquemment posées

Le traçage thermique peut-il faire fondre complètement le bitume solide à l'intérieur d'un pipeline ?

Cela dépend de la capacité de traçage, du diamètre des canalisations, de l'isolation, de l'état des matériaux et du temps de chauffage autorisé. De nombreux systèmes de traçage sont principalement conçus pour le maintien de la température plutôt que pour une récupération rapide après solidification complète.

L'huile thermique est-elle toujours meilleure que le traçage électrique ?

Non. La méthode appropriée dépend des infrastructures existantes, de la taille du système, de la longueur du pipeline, des exigences de contrôle et du coût du cycle de vie.

Toutes les vannes de bitume nécessitent-elles un chauffage ?

Les vannes en service avec du bitume chaud constituent des points froids potentiels et doivent être évaluées individuellement dans le cadre de la conception thermique.

Une même chaudière à huile thermique peut-elle chauffer à la fois des réservoirs et des canalisations ?

Oui, si sa capacité thermique totale est suffisante et si le réseau de circulation est correctement dimensionné et équilibré.

Conclusion

Le traçage thermique des pipelines en bitume doit être conçu en fonction des pertes de chaleur et de la stratégie d'exploitation, et non pas uniquement en fonction de la longueur du tuyau.

La séquence d'ingénierie est la suivante :

Température du procédé → Conditions ambiantes → Pertes de chaleur → Méthode de traçage → Zonage → Isolation → Stratégie d'arrêt

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