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(11) | EP 0 232 527 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Dispositif de contrôle de débit dans un tube d'échangeur de chaleur |
| (57) Dispositif de contrôle de débit dans un tube (2) d'échangeur de chaleur parcouru
par une vapeur, comprenant un insert (4) fixé par dudgeonnage dans une zone (9) de
l'extrémité du tube d'échangeur ou de l'orifice de la plaque tubulaire (1) correspondant
à ce tube, et un disque (7) à orifice calibré (8), en métal résistant à l'érosion-corrosion,
fixé à l'intérieur de l'insert en aval par rapport à la zone dudgeonnée dans le sens
d'écoulement du fluide, l'insert se prolongeant en aval du disque à orifice calibré
sur une longueur importante. L'insert comprend un élément tubulaire amont (5) en
un métal à faible limité élastique mais à taux d'allongement élastique élevé, et un
élément tubulaire aval (6) en un métal résistant à l'érosion-corrosion, de longueur
au moins égale à 10 fois son diamètre interne, et se terminant par un biseau (12)
d'arête vive externe et d'angle inférieur à 15°. |
[0001] La présente invention concerne un dispositif de contrôle de débit dans un tube d'échangeur de chaleur parcouru par une vapeur, comprenant un insert fixé par dudgeonnage dans une zone de l'extrémité du tube d'échangeur ou de l'orifice de la plaque tubulaire correspondant à ce tube, et un disque à orifice calibré, en métal résistant à l'érosion-corrosion, fixé à l'intérieur de l'insert en aval par rapport à la zone dudgeonnée dans le sens d'écoulement du fluide, l'insert se prolongeant en aval du disque à orifice calibré sur une longueur importante.
[0002] De tels dispositifs servent notamment à contrôler la répartition du débit entre les tubes d'un faisceau tubulaire d'échange de chaleur, lorsque l'on désire faire passer dans certains des tubes un débit moindre que dans d'autre tubes, la quantité de chaleur transférée à travers les premiers tubes devant être moindre qu'à travers les autres en fonction du débit ou de la température du fluide passant au contact de la surface externe des tubes. Ce cas se présente en particulier dans les échangeurs de chaleur dans lesquels de la vapeur d'eau de chauffage sous pression élevée circule dans un faisceau tubulaire en plusieurs passes successives, en échange de chaleur avec un fluide d'abord relativement froid, puis partiellement réchauffé.
[0003] Le métal de l'insert doit présenter des caractéristiques spécifiques permettant un dudgeonnage aisé dans le tube du faisceau ou dans le trou de la plaque tubulaire correspondant à ce tube, et posséder un coefficient de dilatation voisin de celui du tube d'échange afin d'éviter un dédudgeonnage sous l'effet des cyclages de température. Il doit aussi présenter une bonne résistance à l'érosion-corrosion par la vapeur humide à la sortie de l'orifice calibrée en raison des turbulences dûes aux fortes vitesses atteintes dans l'orifice. Seuls des alliages très coûteux possèdent l'ensemble de ces propriétés.
[0004] La présente invention a pour but de procurer un dispositif de contrôle de débit qu'il soit facile de fixer par dudgeonnage dans le tube d'échange de chaleur ou le trou de la plaque tubulaire correspondant, mais qui présente aussi une excellente résistance à l'érosion-corrosion par la vapeur qui est appelée à y circuler.
[0005] L'insert du dispositif selon l'invention comprend un élément tubulaire amont en un métal à faible limite élastique mais à taux d'allongement élastique élevé, et un élément tubulaire aval en un métal résistant à l'érosion-corrosion, de longueur au moins égale à 10 fois son diamètre interne, et se terminant par un biseau d'ârete vive externe et d'angle inférieur à 15°.
[0006] Le dispositif de l'invention répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- Les éléments amont et aval de l'insert et le pourtour externe du disque à orifice calibré sont réunis par au moins un cordon de soudure.
- L'élément tubulaire amont est soudé par son bord amont extrême sur le pourtour interne du tube de l'échangeur, ou du trou de la plaque tubulaire, en amont de sa zone dudgeonnée.
- L'élément tubulaire amont est soudé par son bord amont extrême sur la soudure entre tube et plaque tubulaire sur la face amont de cette dernière.
- Le disque à orifice calibré est fixé par sertissage dans les éléments tubulaires amont et aval de l'insert.
[0007] Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, des dispositifs de contrôle de débit dans les tubes d'un faisceau tubulaire de vapeur de chauffage pour séparateursurchauffeur de vapeur humide selon l'invention.
La figure 1 représente en coupe axiale un dispositif dans lequel les éléments tubulaires amont et aval de l'insert et le disque à orifice calibré sont réunis par un cordon de soudure unique.
La figure 2 représente en coupe axiale un dispositif analogue à celui de la figure 1, mais dans lequel l'extrémité amont de l'insert est fixée dans le tube par un cordon de soudure.
La figure 3 représente en coupe axiale un dispositif analogue à celui de la figure 1, mais dans lequel l'insert est fixé par dudgeonnage dans un trou de la plaque tubulaire.
La figure 4 représente en coupe axiale un dispositif analogue à celui de la figure 1, mais dans lequel l'extrémité amont de l'insert est soudée sur le cordon de soudure entre tube et plaque tubulaire sur la face amont de celle-ci.
La figure 5 représente à échelle agrandie le détail V de la figure 1.
La figure 6 représente à échelle agrandie une variante de détail V de la figure 1, dans laquelle les éléments tubulaires amont et aval de l'insert sont réunis par deux cordons de soudure distincts au disque à orifice calibré.
La figure 7 représente à échelle agrandie une variante de détail V de la figure 1, dans laquelle les éléments tubulaires amont et aval de l'insert sont réunis par sertissage au disque à orifice calibré.
[0008] Dans le dispositif de la figure 1, l'extrémité du tube d'échange de chaleur 2 est fixée dans un orifice de la plaque tubulaire 1 et soudée en 3 par son bord extrême sur celle-ci. Le dispositif de contrôle de débit 4 se compose d'une partie amont 5 et d'une partie aval 6, soudées l'une à l'autre et au disque 7, percé d'un alésage calibré 8. L'élément amont est en un acier à faible limite élastique, mais à fort coefficient d'allongement élastique, par exemple en un acier ou carbone de la nuance Tu 42.
[0009] Il est dudgeonné dans sa zone 9 dans l'extrémité du tube d'échange de façon à assurer l'étanchéité entre ce dispositif et le tube. Son extrémité 10 est rabattue sur l'extrémité de ce tube.
[0010] L'élément aval du dispositif est en un acier résistant à l'érosion-corrosion par la vapeur d'eau, par exemple en l'un des aciers connus sous les désignations Z2 CN 18-10 ou Z2 CT 18.
[0011] Son épaisseur est légèrement inférieure à celle de l'élément amont. Sa longueur est supérieure à au moins 10 fois son diamètre interne, afin qu'il ne puisse apparaître de phénomènes d'érosion-corrosion dus à l'écoulement de la vapeur d'eau à la sortie de l'orifice du disque sur la paroi interne du tube, du fait de la perte de charge de la vapeur d'eau au passage à travers l'orifice calibré, et elle se termine par un biseau 12 d'arête vive externe et d'angle inférieure à 15°, assurant un écoulement laminaire au contact de la paroi du tube.
[0012] Le disque 7 à orifice calibré 8 est également en un acier résistant à l'érosion-corrosion par la vapeur d'eau, par exemple l'acier Z2 CN 18-10. Les éléments amont et aval et le disque à orifice calibré sont soudés ensemble par un cordon de soudure 11, cette soudure apparaissant à échelle agrandie sur la figure 5, où l'on voit que les extrémités des éléments amont et aval viennent en butée sur un bourrelet circonférentiel du disque 7.
[0013] La figure 2 représente un dispositif analogue à celui de la figure 1, mais dans lequel le bord extrême de son élément amont est fixé sur le pourtour interne du tube par un cordon de soudure 13, de façon à éviter un glissement du dispositif à l'intérieur du tube au cas où la fixation par dudgeonnage dans la zone 9 viendrait à céder.
[0014] La figure 3 représente un dispositif analogue à celui de la figure 1, mais dans lequel le tube 14 ne pénètre pas dans la plaque tubulaire 1, sur la face aval de laquelle il est soudé par un cordon de soudure 15. C'est alors le dispositif de contrôle de débit lui-même qui est dudgeonné dans sa zone 9 dans la plaque tubulaire, et soudé à celle-ci sur son bord extrême par le cordon de soudure 13.
[0015] La figure 4 représente un dispositif analogue à celui de la figure 1, mais dans lequel l'insert est soudé par son bord amont sur le cordon de soudure réunissant le bord du tube à la plaque tubulaire, en formant ainsi un cordon de soudure commun 13A. On dispose ainsi d'une accessibilité bien meilleure pour le soudage du bord de l'insert, ce qui facilite l'exécution et le contrôle de cette soudure.
1/ Dispositif de contrôle de débit dans un tube (2) d'échangeur de chaleur parcouru
par une vapeur, comprenant un insert (4) fixé par dudgeonnage dans une zone (9) de
l'extrémité du tube d'échangeur ou de l'orifice de la plaque tubulaire (1) correspondant
à ce tube, et un disque (7) à orifice calibré (8), en métal résistant à l'érosion-corrosion,
fixé à l'intérieur de l'insert en aval par rapport à la zone dudgeonnée dans le sens
d'écoulement du fluide, l'insert se prolongeant en aval du disque à orifice calibré
sur une longeur importante,
caractérisé en ce que l'insert comprend un élément tubulaire amont (5) en un métal à faible limite élastique mais à taux d'allongement élastique élevé, et un élément tubulaire aval (6) en un métal résistant à l'érosion-corrosion de longueur au moins égale à 10 fois son diamètre interne, et se terminant par un biseau (12) d'arête vive externe et d'angle inférieur à 15°.
caractérisé en ce que l'insert comprend un élément tubulaire amont (5) en un métal à faible limite élastique mais à taux d'allongement élastique élevé, et un élément tubulaire aval (6) en un métal résistant à l'érosion-corrosion de longueur au moins égale à 10 fois son diamètre interne, et se terminant par un biseau (12) d'arête vive externe et d'angle inférieur à 15°.
2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments amont (5)
et aval (6) de l'insert et le pourtour externe du disque (7) à orifice calibré sont
réunis au moins un cordon de soudure (11).
3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce l'élément tubulaire
amont est soudé (13, figure 2) par son bord amont extrême sur le pourtour interne
du tube de l'échangeur, ou du trou de la plaque tubulaire, en amont de sa zone dudgeonnée
(9).
4/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément tubulaire
amont est soudé (13A, fig.4) par son bord amont extrême sur la soudure entre tube
et plaque tubulaire sur la face amont de cette dernière.
5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque à orifice
calibré est fixé par sertissage (16, 17, figure 6) dans les éléments tubulaires amont
et aval de l'insert.