Tube Immergé Compact

Le Tube Immergé Compact (TIC) est une solution décentralisée fonctionnant au gaz naturel, bien adaptée au chauffage de liquides.

Selon les exigences du process, le tube échangeur adopte la forme de la cuve dans laquelle il est placé. Il peut prendre place :

• dans le fond pour le chauffage direct de bain,
• en cuve intégrée pour les grandes quantités d’eau chaude disponibles (jusqu’à 100 m³) comme les ballons d’eau chaude appelés hydro-accumulateur ou les générateurs d’eau chaude instantanée

La plage de puissance va de 30 à 1 500 kW.

Pour des versions standards, les tubes immergés compacts ont un rendement de l’ordre de 95% /PCI ; valeur qui peut atteindre 105% sur PCI pour des versions à condensation.

Principe

Les tubes immergés compacts sont constitués :

• D’un brûleur alimenté par une ligne air/gaz,
• D’une chambre de combustion,
• D’un tube échangeur en forme de serpentin, dans lequel circulent les fumées produites par la combustion.

Selon les versions, les TIC sont équipés de brûleurs spécifiques mis au point par Gaz de France en partenariat avec plusieurs fabricants français, afin de proposer une solution gaz naturel performante dédiée au chauffage des liquides. Ces brûleurs sont à prémélange, équipés d’un surpresseur d'air.

Selon les exigences du process, le tube échangeur adopte la forme de la cuve dans laquelle il est placé.

Il peut prendre place :

• dans le fond pour le chauffage direct de bain,
• en cuve intégrée pour les grandes quantités d’eau chaude disponibles (jusqu’à 100 m³) comme les ballons d’eau chaude appelés hydro-accumulateur ou les générateurs d’eau chaude instantanée

Les matériaux, les dimensions et l’arrangement géométrique du tube immergé compact varient en fonction du fluide à chauffer et des besoins thermiques. La longueur d’un TIC peut atteindre plusieurs dizaines de mètres suivant le volume d'eau à chauffer.

Selon les applications, les TIC peuvent prendre une forme très différente : montage "fagot", "standard" ou "puits".

Atouts

Efficacité énergétique

Dans sa version standard, les rendements des tubes immergés compacts sont de l’ordre de 95% /PCI.

Dans le cas d'applications avec boucle d'eau ouverte (bains de teinture, de dégraissage, etc.) ou d'application basse température (<60°C), on rencontre également des variantes de TIC avec épuisement des fumées jusqu’à une cinquantaine de degrés. Cette variante permet d'améliorer encore l'efficacité du système en faisant condenser les fumées et ainsi atteindre des rendements allant jusqu'à 105% sur PCI.

Ces efficacités remarquables sont inatteignables avec des échangeurs chauffés par un système centralisé type vapeur ou eau chaude. En effet, l’énergie est amenée au plus près du besoin, évitant les pertes de la chaufferie et du réseau. Ainsi, les TIC permettent d'économiser 30% de gaz naturel par rapport à un système centralisé.

Maturité et simplicité de la technologie

La technologie des TIC est implantée depuis plus de 30 ans dans l’industrie. Elle est donc très mature et bien maitrisée. Elle est bien adaptée au chauffage de liquides quels qu’ils soient.

Ainsi, les fournisseurs ont quantité de retours d'expériences et offrent ainsi des produits éprouvés, robustes et dimensionnés au plus près du besoin. Les puissances unitaires des TIC varient de quelques kW à 2 MW.

A noter que, contrairement à des équipements fonctionnant à la vapeur, le TIC n’est pas soumis à la réglementation des équipements sous pression, ce qui simplifie beaucoup les contraintes.

Une température de bain bien maîtrisée

Une régulation simple en Tout Ou Rien (TOR), voire en « Deux allures », asservie à une sonde de température permet de maintenir la température du bain à +/- 0,5 °C de la consigne.

Installation et mise en œuvre

Comme tout équipement thermique, un bon dimensionnement est le préalable incontournable au bon fonctionnement de la solution.

En effet, il est important de bien définir les besoins à fournir (débits, température, cycles et durée des puisages le cas échéant, présence d’un appoint thermique externe possible, …), de façon à bien dimensionner la puissance du brûleur, la longueur du tube, le volume du réservoir, ….

Pour le chauffage d’un liquide contenu dans une cuve, les équipements seront généralement montés à plat en fond de cuve. Ils pourront être montés verticalement si le procédé le nécessite.

Les TIC peuvent par ailleurs être montés en couplages d'autres solutions technologies telles que le solaire thermique ou de la récupération de chaleur fatale.

Dans ces cas-là, le système "principal" est le panneau solaire ou la source de chaleur fatale, le TIC étant en appoint de puissance thermique lorsque c'est nécessaire.

Coûts

Difficile de donner une estimation du coût d’investissement d’un TIC tant celui-ci dépend des caractéristiques de l’installation complète.

Selon l’un des fabricants de ce type de matériel, pour une application de production d'eau chaude instantanée de 300 kW, on peut s'attendre à un coût d'investissement compris entre 30 et 40 k€.

Dans le cas du remplacement d'un système centralisée (échangeur vapeur par exemple) par un TIC, le temps de retour sur investissement (TRI) varie suivant le temps d'utilisation annuelle du procédé et la puissance installée. Le graphique suivant donne les TRI attendus en fonction de ces deux paramètres (on considère ici un prix de gaz de 40 € TTC/MWh PCS).

Ainsi, pour une utilisation de 4000 h/an et une puissance installée de 120 kW, le TRI sera d'environ 1,6 ans.

Maintenance

Les TIC ne nécessitent pas d'opération de maintenance particulière.

Cependant, il est conseillé de contrôler l’hygiène de combustion du brûleur périodiquement, à minima deux fois par ans, ainsi que l’encrassement des grilles de prémélange. Dans le cadre d’une maintenance préventive, certains fabricants préconisent de changer les grilles tous les ans.

Nous n’évoquerons pas ici la maintenance à réaliser sur la cuve ou le réservoir, celle-ci étant très dépendante des caractéristiques du fluide à chauffer.

De manière générale, le TIC est relativement peu sensible à l'encrassement, et la durée de vie d'un équipement atteint les 25 ans assez facilement si il est bien entretenu.

Normes et Réglementations applicables

Normes

• Norme NF EN 676 : Brûleurs automatiques à air soufflé pour combustibles gazeux
• Norme NF EN 746-2 : Équipements thermiques industriels Partie 2 : Prescriptions de sécurité concernant la combustion et la manutention des combustibles

Réglementation

Installations Classées pour la Protection de l’Environnement

• Rubrique 2910 Combustion
  
  Si la puissance de l’installation thermique est supérieure ou égale à 1 MW, celle-ci est soumise à la rubrique 2910 de la nomenclature des installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE). Il se peut alors que l’installation devra respecter les préconisations de l’arrêté Déclaration du 3/08/2018 modifié.
  
  Les informations relatives à ce sujet et notamment la rubrique ICPE 2910 sont disponibles dans la rubrique réglementation énergétique industrie.
   
• Réglementation relative aux prélèvements et à la consommation d’eau ainsi qu’aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l’environnement soumises à autorisation
  
  Selon les sites où le TIC est installé, il se peut qu’il soit soumis à l’arrêté du 2 février 1998 modifié.

Principaux constructeurs

Liste non exhaustive

• THERMIGAS (principal fournisseur représentant 90% du marché Français)
• LACAZE ENERGIE

Exemples de réalisation

La liste ci-dessous présente des exemples de remplacement de solutions existantes centralisée par des systèmes équipés de tubes immergés compacts. Les gains d'énergie réalisés après le remplacement sont fournis par la société Thermigas. Les économies réalisées sur la consommation de gaz naturel varient de 30 à 50%.