BR122022005172B1

BR122022005172B1 - Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular e conjunto de fechamento

Info

Publication number: BR122022005172B1
Application number: BR122022005172-3A
Authority: BR
Inventors: Richard Jibb; Trevor Jaye; Henk Boekhouder; Robert Groppi; Vincenzo Marco Brignone; Randy Eberly; David Creech; Elizabeth Meacham
Original assignee: Lummus Technology Llc
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2024-04-24

Abstract

A presente invenção refere-se a um conjunto de permutador de calor que inclui um casco de permutador de calor tubular alongado que define uma câmara interna. Uma folha de tubo é posicionada dentro da câmara interna do compartimento do permutador de calor, separando a câmara interna em um lado do casco e um lado do canal. A porção interna é configurada para receber de forma removível um feixe tubular posicionado dentro do lado do casco da câmara interna. Um elemento de luva anular é posicionado dentro do lado do canal da câmara interna do casco do permutador de calor. Um elemento de torção elástico anular é posicionado dentro do lado do canal da câmara interna do permutador de calor de modo que o elemento de luva esteja posicionado entre a folha de tubo e o elemento de torção elástico. O elemento de torção elástico tem uma circunferência interna defletível em relação à sua circunferência externa para torção do elemento de torção elástico.

Description

Divisão do BR112020019179-5, depositado em 20 de março de 2019. REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente Norte-Americana N° de série 62/645.662 depositado em 20 de março de 2018, o qual é no presente documento incorporado por referência na íntegra.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] As modalidades descritas se referem a conjuntos de fechamento de permutador de calor e métodos para uso e instalação dos mesmos e, mais particularmente, a sistemas de fechamento e métodos para vedar permutadores de calor de tipo casco e tubo de alta pressão que têm feixes tubulares removíveis e, ainda mais particularmente, a conjuntos de fechamento de permutador de calor os quais são configurados para acomodar cargas térmicas variáveis que têm um conjunto de plugue de fechamento que é preso ao canal do permu- tador de calor usando um conjunto de travamento.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Permutadores de calor de tipo casco e tubo constituem a maior parte do equipamento de transferência de calor não queimado em fábricas de produtos químicos, refinarias de petróleo, fábricas de vapor e instalações similares. Permutadores de calor que têm feixes tubulares removíveis, tais como aqueles com tubos em U e uma cabeça flutuante, ou têm feixes não removíveis com folhas de tubos fixos estão dentre os permutadores mais populares dos principais tipos de permutadores de calor de casco e tubo em uso atualmente. Na prática, geralmente é desejável ter um feixe tubular removível de modo que o permutador de calor possa ser periodicamente removido de serviço, o feixe tubular removido para limpeza e inspeção e, em seguida, remontado. Também pode ser desejável testar hidrostática ou pneumaticamente o lado do casco de permutadores de calor tubulares, com feixes tubulares removíveis, de modo que inspeção ou verificação das juntas de tubos e gaxetas de folhas de tubos possam ser feitas e vazamentos possam ser facilmente localizados e reparados. Para remover o feixe, deve ser fornecida uma cobertura que possa ser aberta de forma rápida e confiável após um longo período de operação sob variadas cargas térmicas e de pressão. Os problemas associados à desmontagem, remoção, testagem hidrostática e pneumática e remontagem são particularmente acentuados quando o permutador de calor tubular é relativamente grande (mais de 36 polegadas de diâmetro) e destinado a operações sob alta pressão que excedem 1000 psi, uma vez que o peso dos componentes necessários se torna grande. Um tipo particular de fechamento que foi desenvolvido para esta finalidade é um "plu- gue roscado" também conhecido como fechamento de tipo "culatra" que usa uma pluralidade de roscas de intertravamento para prender um conjunto de cobertura de anel de travamento no lugar. A principal vantagem deste tipo de sistema é que ele elimina o grande flange da cobertura do canal e os parafusos de outros designs convencionais de permutadores de alta pressão. Há duas classificações comuns de permutadores de calor de tipo plugue roscado descritos no estado da técnica. Em aplicações onde as pressões excedem 1000 psi em ambos os lados da folha de tubo, de modo que a folha de tubo em si esteja sujeito apenas a uma pressão diferencial mais baixa, é possível fornecer um fechamento de "Estilo A" totalmente removível pelo qual o feixe pode ser removido sem remover a cobertura do casco. Se a pressão diferencial for muito alta, pode ser mais conveniente remover a cobertura do casco para acessar o feixe, caso no qual pode ser usa- da uma cobertura de "Estilo B".

[004] Além disso, os conjuntos de fechamento usados em permu- tadores de calor deste tipo devem ser rígidos o suficiente para conter a pressão interna sem movimento significativo do conjunto de fechamento em relação ao canal, uma vez que isto levaria ao desengate parcial ou total das roscas usadas para prender o conjunto de fechamento. No entanto, o conjunto também deve ser flexível o suficiente para acomodar as cargas térmicas esperadas que ocorrem durante a operação. Cargas térmicas esperadas são variações na temperatura ao longo do tempo que podem ocorrer durante a inicialização ou após os reparos, ou no caso de uma alteração ou desarme da usina, qualquer evento singular pode resultar em uma expansão térmica diferencial dos componentes internos em relação ao canal. As cargas térmicas, se não forem adequadamente acomodadas em uma ou mais modalidades podem, por sua vez, causar deformação plástica desigual dos componentes internos, de modo que a carga da gaxeta não é mais uniformemente distribuída e, eventualmente, o conjunto começa a vazar. Em particular, uma vez que os componentes internos do permutador de calor estão frequentemente sujeitos a uma expansão térmica mais alta do que o canal, em virtude de diferentes coeficientes de expansão térmica ou ao fato de que os componentes internos mais finos podem aquecer em uma taxa mais rápida do que os materiais espessos do canal, um conjunto de fechamento rígido não é desejável se resultar em: deformação plástica dos componentes internos que leve ao descarregamento e vazamento da gaxeta; e carga mais elevada nas porções roscadas do conjunto de fechamento e canal que possa levar à deformação da rosca. Todas as circunstâncias e condições de operação acima levaram à adoção de muitas soluções técnicas diferentes, as quais tiveram sucesso apenas parcialmente porque resolveram apenas alguns dos problemas e, ao mesmo tempo introduziram outros, especialmente para aplicações onde a temperatura, pressão e tamanho estão sobre o lado alto.

[005] Em todas estas soluções do estado da técnica, um conjunto de anel de travamento roscado e cobertura (ou "plugue de fechamento") deve ser girado várias vezes, geralmente 20 ou mais, a fim de engatar totalmente as roscas no anel de travamento com as roscas no canal do permutador de calor. Isto introduz uma consideração especial de manuseio, uma vez que o conjunto de anel de travamento deve ser centralizado e apoiado com precisão enquanto estiver fora do canal e girado para a posição. Em particular, uma vez que o peso do plugue de fechamento não pode repousar sobre as roscas, a precisão do manuseio de uma peça tão pesada de equipamento (até 21.000 lb) requer que um gabarito especializado seja fornecido com o permutador de calor. Vários designs de gabarito foram desenvolvidos. Em alguns casos, um sistema de contrapesos em balanço é usado para equilibrar o peso do anel de travamento. Em outros casos, o gabarito é conectado diretamente ao canal.

[006] No entanto, o gabarito especial não tem outra função e pode ser usado tão raramente que a equipe que trabalha no permutador é inexperiente e confia totalmente nas instruções fornecidas pelo fabricante. Na pior das hipóteses, há o risco de ferimentos ao pessoal da usina que trabalha no permutador se o conjunto pesado não estiver preso ao gabarito corretamente. Sempre há o risco de que o plugue de fechamento fique preso ou as roscas sejam danificadas durante a inserção ou remoção. Isto é particularmente verdadeiro quando o plugue de fechamento é inserido pela primeira vez no canal do permutador de calor. O tempo é crítico durante paralisações ou reparos da usina, portanto, qualquer tempo de inatividade não planejado associado a um plugue de fechamento preso pode representar uma perda financeira significativa para a usina ou refinaria.

[007] A dificuldade de manusear o anel de travamento significa que não é desejável inserir e remover o anel de travamento mais de uma vez durante um evento de manutenção. Se for necessário fazer reparos nos tubos ou em outros componentes de retenção de pressão, um teste hidrostático ou pneumático do lado do casco deve ser reali-zado sem a cobertura no lugar para inspecionar e assegurar que não haja vazamentos. Os primeiros designs usavam um flange interno temporário para carregar a gaxeta durante o teste hidráulico no lado do casco do permutador de calor. Designs posteriores, tal como aquele mostrado na Patente Norte-Americana N° 4.750.554 fornecem um mecanismo para aplicar a carga do flange interno em paralelo com a carga da fileira interna de parafusos. Para estes modelos posteriores, a fileira interna de parafusos localizada no anel de travamento externo é usada para carregar a gaxeta da placa do tubo apenas no caso de um vazamento. Os componentes internos necessários para atingir esta função podem se tornar bastante complicados e, embora o design tenha sido bem otimizado, o número de peças e a complexidade aumentam o risco de que possam ser instalados incorretamente, além de gerar mais custos de fabricação. Uma vez que o flange interno está em contato com o fluido de processo, os parafusos podem ficar corroídos ou cobertos por formações de coque e pode ser necessário cortá-los ou esmerilhá-los. Além disso, a expansão térmica diferencial dos componentes internos pode causar danos ou deformar o conjunto de flange interno, dificultando a remoção e reutilização do conjunto.

[008] Portanto, o estado da técnica não aborda o problema de manuseio do plugue de fechamento durante inserção/remoção e permitir o teste de pressão, ao mesmo tempo em que mantém um design mais simples para os internos.

[009] Embora um permutador de calor de plugue de fechamento roscado possa atender aos códigos de design aplicáveis em relação a partes que contêm pressão, há outros componentes dentro do limite de pressão de design do equipamento que terão um impacto sobre a confiabilidade e o custo do ciclo de vida deste tipo de equipamento. Há uma necessidade de um dispositivo que seja rígido o suficiente para limitar o movimento sob a carga de pressão, ao mesmo tempo em que evita danos internos sob condições de carga térmica esperadas e fornece proteção à prova de falhas para a estrutura de retenção de pressão (roscas), etc., sob condições de carga térmica extremas.

[0010] Portanto, há uma necessidade não satisfeita na técnica de conjuntos de fechamento para permutadores de calor que sejam configurados para acomodar cargas térmicas variáveis e que incluem um anel de travamento e cobertura que podem ser mais facilmente instalados e removidos conforme necessário e sem o uso de equipamento de manuseio especializado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0011] A finalidade e as vantagens das modalidades ilustradas descritas abaixo serão apresentadas e evidentes a partir da descrição a seguir. Vantagens adicionais das modalidades ilustradas serão concretizadas e obtidas pelos dispositivos, sistemas e métodos particularmente apontados na descrição por escrito e nas reivindicações do mesmo, bem como a partir dos desenhos em anexo.

[0012] Para alcançar estas e outras vantagens e de acordo com a finalidade das modalidades ilustradas, em um aspecto, são descritos sistemas e métodos de fechamento para permutadores de calor de tipo casco e tubo em que os conjuntos de fechamento de permutador de calor são configurados para acomodar cargas térmicas variáveis e incluir um anel de travamento que é preso ao canal do permutador de calor usando uma pluralidade de cubos ou roscas de intertravamento.

[0013] Conforme observado precedentemente, o seguinte é de preocupação particular para os usuários finais de permutadores de ca- lor de tipo casco e tubo: vazamento através de juntas que levam ao escape de fluidos de processo, tais como hidrogênio/hidrocarboneto, para o meio ambiente; vazamentos de processo entre os fluidos no lado do casco e no lado do tubo; tempos de manutenção mais longos do que o esperado em virtude de aderência do plugue de fechamento durante inserção/remoção; e complexidade de grande número de componentes internos e equipamentos especializados que são necessários para suportar o plugue de fechamento durante inserção ou re-moção.

[0014] De acordo com determinadas modalidades ilustradas no presente documento, os métodos/sistemas presentemente descritos para abrir, fechar e vedar um permutador de calor de alta pressão usam uma cobertura e um conjunto de anel de travamento (por exemplo, um plugue de fechamento), pelo que o plugue de fechamento é inserido no canal do permutador de calor em um movimento linear e, de preferência, girado em menos de uma única volta (por exemplo, uma volta menor do que 360 graus) para uma posição travada. As superfícies de suporte de carga (por exemplo, cubos), de preferência, não estão em contato até que a rotação final seja aplicada travando efetivamente o plugue de fechamento ao permutador de calor de alta pressão. O canal do permutador de calor de alta pressão é, de preferência, usinado com um primeiro conjunto de cubos e o anel de trava- mento é usinado com um segundo conjunto de cubos complementar de modo que, quando o plugue de fechamento é girado, o primeiro conjunto de cubos engata de forma liberável com o segundo conjunto de cubos. Em determinadas modalidades, um trilho pode ser fixado adjacente a um ou mais conjuntos de cubos no anel de travamento e/ou canal para fornecer uma seção elevada ao longo de um lado que: (i) evita a rotação excessiva; (ii) fornece uma superfície de rolamento para inserção do conjunto de anel de travamento; e (iii) evita danos às superfícies de suporte de carga.

[0015] Em determinadas modalidades ilustrativas, o anel de tra- vamento é usinado com um número prescrito (por exemplo, 8) de conjuntos de cubos de anel de travamento e o canal do permutador de calor é usinado com um número correspondente de conjuntos de cubos de canal. Aqueles versados na técnica apreciarão prontamente que o número de conjuntos de cubos correspondentes pode ser variado sem se afastar dos aspectos inventivos da presente invenção. Em determinadas modalidades ilustrativas, o perfil do cubo é um formato de contraforte.

[0016] Será reconhecido que determinadas vantagens das modalidades ilustradas incluem um conjunto de plugue de fechamento que pode ser instalado com um único movimento linear e sem a necessidade de um gabarito ou ferramenta especializada. Somente quando o conjunto de plugue de fechamento estiver na posição e totalmente suportado pelo canal do permutador de calor, ele é travado na posição através de uma única volta parcial (por exemplo, uma volta de 22,5° do elemento de plugue). O risco de que o plugue de fechamento fique preso em relação a um canal do permutador de calor é eliminado. Além disso, o manuseio de um elemento de plugue é mais seguro, uma vez que nenhuma rotação é necessária até que o plugue de fechamento esteja totalmente suportado em relação a um permutador de calor. Equipamentos prontamente disponíveis, tais como guindastes, caminhões de tração e empilhadeiras, podem ser usados para mover um elemento de plugue de fechamento para o lugar, deste modo, eliminando o custo associado a um gabarito especializado. A instalação é mais segura porque o conjunto de anel de travamento/plugue não precisa ser girado simultaneamente enquanto pendurado e centraliza-do usando contrapesos ou cantiléver, porém, em vez disso, de preferência é deslizado ao longo de trilhos especialmente projetados que também servem para fornecer um batente de rotação. Os trilhos são dimensionados de modo a assegurar que o conjunto do anel de trava- mento do plugue de fechamento repouse todo seu peso sobre as superfícies de suporte de carga dos cubos.

[0017] De acordo com as modalidades ilustradas, a inserção e a remoção do conjunto de plugue de fechamento podem ser realizadas mais rapidamente do que o design roscado do estado da técnica. A inserção e remoção mais rápidas permitem o uso de peças internas simplificadas, em particular ao eliminar a necessidade de um flange interno. Em determinadas modalidades, para travar o anel do conjunto de plugue de fechamento no lugar, apenas uma volta parcial (por exemplo, 22,5°) do conjunto de plugue de fechamento em relação ao tubo do permutador de calor é necessária, em contraste com as 20 ou mais voltas completas típicas do design do estado da técnica. Como um resultado, é permitida flexibilidade quanto à seleção do formato da superfície de suporte de carga do plugue de fechamento, de modo a ser mais ideal do que a rosca ACME de 1" tradicional usada no estado da técnica.

[0018] Em relação ao design e métodos do estado da técnica, o aperto de uma rosca de parafuso é comparável a parafusar uma cunha em um espaço até que ela venha a aderir rapidamente pelo atrito e leve deformação plástica. Assim, uma rosca deve avançar por alguma distância linear enquanto gira para ser totalmente engatada. Os de-signs do estado da técnica normalmente usavam uma rosca de estilo ACME, geralmente em um passo de 1", de modo que uma volta completa avança o plugue 1 polegada no canal. Por outro lado, os designs de cubo de determinadas modalidades ilustradas da presente invenção têm, por exemplo, uma geometria de macho-fêmea interligada ou intertravada a qual engata por meio de rotação em um único plano a qual, de preferência, usa um formato de cubo (por exemplo, configura- ção de contraforte) que é mais rígido e mais apropriado quando a força sobre o cubo é principalmente em uma direção. Os trilhos são fornecidos e configurados nos cubos para assegurar que o anel de travamen- to do conjunto do plugue esteja centralizado corretamente durante a inserção e não possa girar excessivamente. Os trilhos também funcionam para proteger os cubos durante a montagem do elemento do plu- gue de fechamento com o tubo do permutador de calor.

[0019] Assim, uma vantagem distinta fornecida pelas modalidades ilustradas é a eliminação do requisito de "gabaritos" especializados necessários para suportar e centralizar um anel de travamento enquanto ele está sendo girado. De acordo com a modalidade ilustrada da presente invenção, a rotação do plugue de fechamento ocorre uma vez que o anel de travamento do plugue está totalmente inserido no canal, de modo que o design do anel de travamento reduz significativamente o tempo que leva para abrir e fechar o permutador de calor durante operações de manutenção, elimina a necessidade de equipa- mento/manuseio especial e, portanto, reduz o risco de que uma instalação incorreta resulte em vazamentos. Ao reduzir o tempo de abertura e fechamento, também é possível eliminar um flange interno usado para fins de teste de pressão, o que reduz muito o número de compo-nentes que devem ser instalados/removidos para obter acesso ao feixe tubular.

[0020] Será reconhecido que as modalidades ilustradas da presente invenção são dirigidas a construções de permutadores de calor que permitem a expansão térmica sob cargas térmicas variáveis durante operação através do uso de um elemento de torção elástico. Ao acomodar a expansão térmica esperada com um elemento de torção elástico, a vedação pode ser mantida através de múltiplos ciclos de operação sem ajuste dos parafusos de compressão fornecidos em um plu- gue de fechamento. As cargas térmicas esperadas incluem aqueci- mento e resfriamento de componentes em virtude de inicialização, desligamento, flutuações nas taxas de escoamento de fluido e eventos infrequentes, mas previsíveis, tal como uma excursão na usina ou desligamento repentino. No caso de uma carga térmica extrema que faça com que a expansão térmica dos componentes internos fique além da faixa considerada no design, é fundamental proteger os cubos do conjunto de fechamento contra danos, portanto, o elemento de torção é projetado e configurado para deformar plasticamente acima de uma determinada faixa de deflexão elástica. Será reconhecido que, com os designs e métodos precedentes, o uso de procedimentos de montagem especializados era necessário para manter a vedação de uma gaxeta de tubo interno, muitas vezes envolvendo reaperto de parafusos de compressão durante a operação. Mesmo com estes procedimentos, deformação plástica dos elementos internos pode ocorrer durante a operação em virtude da expansão térmica diferencial. Conforme observado acima, isto foi evitado pela presente invenção.

[0021] De acordo com determinadas modalidades ilustradas da presente invenção, os conjuntos de fechamento são projetados para vedar um permutador de calor de tipo casco e tubo de alta pressão, e são configurados como um tipo de "plugue roscado" que mantém a vedação no tubo do permutador de calor sob pressão e cargas térmicas variáveis. A vedação externa do conjunto de fechamento é, de preferência, fornecida por um conjunto de diafragma e gaxeta. A vedação de diafragma e gaxeta é, de preferência, mantida por uma fileira externa de parafusos de pressão, e a vedação interna é, de preferência, fornecida por uma segunda gaxeta localizada nas folhas de tubos que é carregada por uma fileira interna de parafusos de pressão. De acordo com determinadas modalidades ilustradas, a carga de vedação interna de uma folha de tubo de permutador de calor é transmitida através de um anel de compressão, um elemento de torção elástico e um elemento de luva. Deve ser entendido que o elemento de torção elástico gira nas áreas onde ele contata o elemento de luva e o anel de compressão.

[0022] Durante um procedimento de montagem de determinadas modalidades ilustradas da presente invenção, um feixe tubular com uma gaxeta tubular é inserido em um tubo de permutador de calor, seguido por um elemento de luva, um elemento de torção elástico e, então, o elemento de plugue de fechamento que tem, de preferência, um conjunto de cobertura e anel de travamento. Além disso, um diafragma e uma gaxeta do diafragma são fornecidos adjacentes ao plugue de fechamento no tubo do permutador de calor para fornecer uma vedação estanque. O elemento de plugue de fechamento é preso de forma removível a um canal de extremidade aberta do tubo do permutador de calor ao girar o elemento de plugue de fechamento coaxialmente em torno do eixo longitudinal do permutador de calor em um movimento linear e, de preferência, girado em menos de uma única volta de modo a ser posicionado em uma posição travada. Será reconhecido que as superfícies de suporte de carga não estão em contato de suporte de carga entre si até que uma rotação final do plugue de fechamento seja aplicada.

[0023] De acordo com determinadas modalidades ilustradas da presente invenção, as superfícies de suporte de carga supracitadas do plugue de fechamento e o canal de extremidade aberta do tubo do permutador de calor incluem, de preferência, um primeiro conjunto de cubos localizado (por exemplo, usinado) no plugue de fechamento e um segundo conjunto de cubos complementar localizado (por exemplo, usinado) na porção do canal de extremidade aberta do tubo do permutador de calor de modo que, quando o plugue de fechamento é girado, o primeiro conjunto de cubos engata (intertrava) com o segundo conjunto de cubos. Será reconhecido que um ou mais conjuntos de seções de cubo podem estar localizados no plugue de fechamento e/ou canal de extremidade aberta do permutador de calor de modo a incorporar uma seção elevada (por exemplo, um trilho) configurada para (i) evitar a rotação excessiva, (ii) fornecer uma superfície de suporte para inserção do plugue de fechamento, ao mesmo tempo em que (iii) evita danos às superfícies de suporte de carga tanto do plugue de fechamento quanto do canal de extremidade aberta do tubo do permutador de calor.

[0024] Em ainda outro aspecto, é fornecido um conjunto de permu- tador de calor que inclui um casco de permutador de calor tubular alongado que define uma câmara interna. Uma folha de tubo é posicionada dentro da câmara interna do compartimento do permutador de calor, separando a câmara interna em um lado do casco e um lado do canal. A porção interna é configurada para receber de forma removível um feixe tubular posicionado dentro do lado do casco da câmara interna. Um elemento de luva anular é posicionado dentro do lado do canal da câmara interna do casco do permutador de calor. Um elemento de torção elástico anular é posicionado dentro do lado do canal da câmara interna do permutador de calor, de modo que o elemento de luva esteja posicionado entre a folha de tubo e o elemento de torção elástico. O elemento de torção elástico tem uma circunferência interna de- flexível em relação à sua circunferência externa para torção do elemento de torção elástico. Além disso, o permutador de calor pode ainda conter um ou mais dos seguintes: i) um conjunto divisório no qual o elemento de luva está posicionado dentro do lado do canal da câmara interna do casco do permutador de calor para direcionar o fluido de uma abertura que se estende através do casco para pelo menos dois ou mais tubos em um feixe tubular; ii) uma gaxeta de folha de tubo posicionada entre a folha de tubo e um ressalto formado dentro da câmara interna do casco do permutador de calor e um anel de rolamento posicionado dentro da câmara interna do casco do permutador de calor com o elemento de torção elástico posicionado entre o elemento de luva e o anel de rolamento; iii) pelo menos duas aberturas que se estendem através do casco para permitir que o fluido entre e saia do lado do canal da câmara interna do casco do permutador de calor; iv) o elemento de torção elástico sendo configurado para defletir elastica- mente até um limite de deflexão elástica e defletir plasticamente acima do limite de deflexão elástica, de modo que o elemento de torção elástico seja defletida elasticamente para acomodar a expansão térmica diferencial e evitar danos aos componentes do permutador de calor quando o permutador de calor está sob pressão e pré-carga e cargas térmicas esperadas; v) o elemento de torção elástico sendo configurado para girar em uma primeira área de contato onde o elemento de torção elástico contata o elemento de luva e uma segunda área de contato onde o elemento de torção elástico contata o anel de rolamento; vi) o elemento de torção elástico tendo uma seção transversal quadrilateral com cantos arredondados; vii) uma pluralidade de elementos de torção elásticos empilhados em série entre si; viii) o elemento de torção elástico sendo configurado para ter um raio externo "A" e um raio interno "B", em que o raio externo é menor do que um raio interno de um canal da câmara interna configurado para receber um feixe tubular, em que o proporção de "A" para "B" é menor do que 3; ix) o elemento de torção elástico sendo configurado para ter uma altura "H" que é de aproximadamente 50 % seu limite de deflexão elástica e ter uma espessura "T", de modo que o elemento de torção elástico deforma plasticamente acima de seu limite de deflexão elástica; x) um conjunto de fechamento para vedar o lado do canal da câmara interna do casco do permutador de calor, em que o conjunto de fechamento inclui um elemento de anel de travamento e um elemento de cobertura que são presos de forma removível ao casco do permutador de calor com um conjunto de travamento; xi) o conjunto de travamento incluindo uma pluralidade de seções de cubo de anel de travamento espaçadas configuradas para intertravar com seções de cubo do canal correspondentes formadas em uma porção da superfície interna cilíndrica do casco do permutador de calor; xii) um diafragma posicionado com o lado do canal da câmara interna adjacente ao anel de travamento e elementos da cobertura e uma gaxeta de diafragma comprimida contra o diafragma quando o elemento do anel de travamento é preso de forma removível ao casco do permutador de calor; xiii) o conjunto de fechamento incluindo ainda uma pluralidade de primeiros elementos de compressão alongados localizados ao longo de uma porção de raio externo do conjunto de fechamento de modo a transmitir uma força para um primeiro anel de compressão, o qual transmite uma força para uma porção de aro do diafragma e da gaxeta de diafragma e uma pluralidade de segundos elementos de compressão alongados localizados ao longo de uma porção de raio interno do conjunto de fechamento de modo a transmitir uma força para um segundo anel de compressão, o qual transmite uma força contra uma porção do diafragma, fazendo com que uma porção do diafragma seja defletida distalmente do elemento de cobertura e em direção ao elemento de torção elástico quando o conjunto de fechamento é preso de forma removível ao casco do permutador de calor; xiv) a folha de tubo, elemento de luva, anel de rolamento, primeiro e segundo anéis de compressão, anel de tra- vamento e primeiro e segundo elementos de compressão sendo configurados para permanecer elásticos até ou acima de uma carga axial total de pré-carga, cargas térmicas e pressão quando o conjunto de fechamento é preso ao casco do permutador de calor; xv) em que os elementos de compressão alongados são pré-carregados, os elementos de compressão transmitem a pré-carga através de um primeiro percurso de carga axial para uma primeira área de contato do elemen- to de torção elástico, o qual transmite a pré-carga através de um percurso de carga de torção através do elemento de torção elástico para uma segunda área de contato do elemento de torção elástico, o qual transmite a pré-carga através de um segundo percurso de carga axial para uma gaxeta de folha de tubo; xvi) em que as cargas de pressão provenientes dos fluidos de processo no permutador de calor estão dentro de uma faixa limite normal prescrita, o elemento de torção elástico é configurado para deformar elasticamente, permitindo que sua circunferência externa se mova axialmente em direção ao conjunto de fechamento, cargas de pressão provenientes dos fluidos de processo no casco do permutador de calor reduzindo a carga no elemento de torção elástico ao deformar o conjunto de fechamento distal da folha de tubo e o elemento de torção elástico é configurado para defletir elasticamente até um limite de deflexão elástica e defletir plasticamente acima do limite de deflexão elástica de modo que o elemento de torção elástico acomode a expansão térmica diferencial para evitar danos aos componentes do permutador de calor quando o permutador de calor está sob pressão e pré-carga e cargas térmicas esperadas.

[0025] Em ainda outro aspecto, é fornecido um processo para montar um conjunto de permutador de calor tubular que inclui fornecer um casco de permutador de calor alongado que tem uma câmara interna e define um eixo longitudinal e tem um canal de extremidade aberta cilíndrico. É fornecido um conjunto de fechamento que tem um conjunto de travamento configurado para ser preso ao canal de extremidade aberta cilíndrico do casco do permutador de calor alongado. O conjunto de travamento do conjunto de fechamento é inserido no canal de extremidade aberta cilíndrico axialmente ao longo do eixo longitudinal da câmara interna do permutador de calor, de modo que as superfícies de suporte de carga de cada um do conjunto de fechamento e uma parede interna do casco do permutador de calor alongado não façam contato entre si. O conjunto de fechamento é girado em torno do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado para fazer com que o conjunto de travamento seja preso de forma removível a um conjunto de travamento cooperante localizado na parede interna do casco do permutador de calor alongado para fazer com que as superfícies de suporte de carga entrem em contato entre si, de modo que a carga seja transferida entre o conjunto de fechamento e o permutador de calor alongado. Além disso, o processo de montagem do permutador de calor tubular pode conter ainda um ou mais dos seguintes: i) o conjunto de fechamento é girado menos de 360 graus para fazer com que o conjunto de travamento do conjunto de fechamento seja preso de forma removível ao conjunto de travamento cooperante localizado na parede interna do casco do permutador de calor alongado; ii) o conjunto de travamento do conjunto de fechamento e o conjunto de travamento localizado na parede interna do casco do permutador de calor alongado formam cooperativamente um conjunto de trava- mento de baioneta; iii) o conjunto de travamento de baioneta incluindo uma pluralidade de seções de cubo de anel de travamento espaçadas localizadas em um porção da superfície externa do conjunto de fechamento e uma pluralidade de seções de cubo de anel de travamento espaçadas localizadas na parede interna do casco do permutador de calor alongado configuradas para intertravar com seções de cubo de canal correspondentes formadas no conjunto de fechamento; iv) antes de inserir o conjunto de travamento, inserir uma gaxeta de folha de tubo no canal de extremidade aberta cilíndrico axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente a uma configuração de ressalto do canal formada sobre o casco do permutador de calor alongado, inserir uma folha de tubo no canal de extremidade aberta cilíndrico axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente à gaxeta da folha de tubo para definir um lado do casco e um lado do canal dentro da câmara interna do casco do permutador de calor alongado, em que a câmara interna é configurada para receber de forma removível um feixe tubular posicionado dentro do lado do casco da câmara interna, inserir um elemento de luva anular no canal de extremidade aberta cilíndrico axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente à folha de tubo, inserir um elemento de torção elástico no canal de extremidade aberta cilíndrico ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente ao elemento da luva, inserir um anel de rolamento no canal de extremidade aberta cilíndrico ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente ao elemento de torção elástico e inserir um diafragma no canal de extremidade aberta cilíndrico ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente ao anel de rolamento; v) ajustar uma pluralidade de primeiros elementos de compressão alongados externos localizados ao longo de uma porção de raio externo do conjunto de fechamento que se estende no conjunto de fechamento coaxialmente ao longo do eixo longitudinal do conjunto de fechamento, de modo a transmitir uma força para um primeiro anel de compressão, o qual transmite uma força para uma porção de aro do diafragma e da gaxeta de diafragma de modo a comprimir a gaxeta de diafragma contra o diafragma e ajustar uma pluralidade de segundos elementos de compressão alongados internos localizados ao longo de uma porção de raio interno do conjunto de fechamento que se estende no conjunto de fechamento coaxialmente ao longo do eixo longitudinal do conjunto de fechamento, de modo a transmitir uma força para um segundo anel de compressão, o qual transmite uma força contra uma porção do dia- fragma, fazendo com que uma porção do diafragma seja defletida dis- talmente do conjunto de fechamento e em direção ao elemento de torção elástico do conjunto de permutador de calor quando o conjunto de fechamento é preso ao casco do permutador de calor; vi) em que a folha de tubo, elemento de luva, primeiro e segundo anéis de compressão, conjunto de fechamento e cada um dos primeiro e segundo elementos de compressão alongados são configurados para permanecer elásticos até ou acima de uma carga axial total de pressão, pré- carga e cargas térmicas quando o conjunto de fechamento é preso ao casco do permutador de calor; vii) em que, quando os elementos de compressão alongados são pré-carregados, os elementos de compressão transmitem a pré-carga através de um primeiro percurso de carga axial para uma primeira área de contato do elemento de torção elástico, o qual transmite a pré-carga através de um percurso de carga de torção através do elemento de torção elástico para um segunda área de contato do elemento de torção elástico, o qual transmite a pré- carga através de um segundo percurso de carga axial para uma ga- xeta de folha de tubo; viii) em que a carga de torção é resistida por um aumento na tensão e uma rotação de torção que permite que a primeira área de contato do elemento de torção elástico se mova em direção à folha de tubo; ix) em que o conjunto de fechamento inclui o posicionamento de um elemento de cobertura de formato cilíndrico que tem um diâmetro externo a ser preso de forma concêntrica a uma porção interna de um elemento de anel de travamento de formato cilíndrico que define uma porção de superfície externa cilíndrica e uma porção de superfície interna cilíndrica, em que a porção de superfície externa é dotada do conjunto de travamento do conjunto de fechamento.

[0026] Em ainda outro aspecto, é fornecido um conjunto de fechamento configurado a ser preso de forma removível a uma extremidade de canal aberta de uma câmara interna de um conjunto de per- mutador de calor que inclui um elemento de anel de travamento de formato cilíndrico que define uma porção de superfície externa cilíndrica e uma porção interna de formato cilíndrico. A porção de superfície externa é dotada de uma pluralidade de seções de cubo de anel de travamento espaçadas configuradas para intertravar com seções de cubo de canal correspondentes formadas em uma porção de superfície interna cilíndrica do conjunto de permutador de calor. Um elemento de cobertura de formato cilíndrico preso é concêntrico com a porção interna do elemento de anel de travamento. Além disso, o conjunto de fechamento pode ainda conter um ou mais dos seguintes: i) o elemento de cobertura é preso de forma removível ao elemento de anel de travamento com o elemento de anel de travamento tendo uma superfície de diâmetro interno com uma configuração de ressalto configurada para receber uma configuração de ressalto cooperante localizada em uma superfície de diâmetro externo do elemento de cobertura; ii) cada seção de cubo do anel de travamento se estende em um ângulo pres-crito que se estende a partir da porção de superfície externa do elemento de anel de travamento configurada para intertravar com as seções de cubo angulares correspondentes localizadas em cada seção de cubo do canal formada na porção da superfície interna cilíndrica do conjunto de permutador de calor; iii) um elemento de flange que se estende para cima localizado no elemento de anel de travamento configurado para parar a rotação do conjunto de fechamento na câmara interna do conjunto de permutador de calor; iv) um diafragma configurado para ser posicionado adjacente ao anel de travamento e elementos de cobertura; v) uma pluralidade de elementos de compressão alongados externos ajustáveis do anel de travamento que podem ser presos de forma removível no elemento de anel de travamento, cada elemento de compressão do anel de travamento alongado passando através de um respectivo orifício coaxialmente formado com um eixo longitudinal no elemento de anel de travamento de modo a transmitir uma força para um primeiro anel de compressão, o qual transmite uma força para uma porção de aro do diafragma e uma gaxeta de diafragma comprimida contra o diafragma, de modo que o diafragma seja posicionado intermediário à gaxeta de diafragma e ao primeiro elemento de anel de compressão através de ajuste dos elementos de compressão do anel de travamento alongado externo quando o elemento de anel de travamento é preso de forma removível à câmara interna do conjunto de permutador de calor tubular; vi) uma pluralidade de elementos de compressão de cobertura alongados internos ajustáveis que podem ser presos de forma removível no elemento de cobertura, cada elemento de compressão de cobertura interno alongado passando através de um respectivo orifício coaxialmente formado com um eixo longitudinal no elemento de cobertura, de modo a transmitir uma força para um segundo anel de compressão, o qual transmite uma força contra uma porção do diafragma, fazendo com que uma porção do diafragma seja defletida distalmente do elemento de cobertura e em direção à câmara interna do conjunto de permutador de calor quando o conjunto de fechamento é preso de forma removível à extremidade aberta da câmara interna do conjunto de permutador de calor; vii) em que os primeiro e segundo anéis de compressão, hastes de compressão e parafusos de compressão são configurados para permanecer elásticos até ou acima de uma carga axial total de pressão, pré-carga e cargas térmicas quando o conjunto de fechamento é preso de forma removível à extremidade aberta da câmara interna do conjunto do permutador de calor; viii) em que a porção de superfície externa do elemento de travamento é dotada de uma ranhura vertical formada substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal do elemento de anel de travamento configurada para receber de forma deslizante em um entalhe correspondente formado na porção de superfície interna do conjunto de permutador de calor perpendicular ao eixo longitudinal do eixo do permutador de calor para facilitar a inserção do elemento de anel de travamento na porção de superfície interna do conjunto de permutador de calor.

[0027] Em ainda outro aspecto, é fornecido um método de operação para um conjunto de permutador de calor que tem um casco do permutador de calor tubular configurado para acomodar a expansão térmica diferencial de componentes internos em uma câmara interna do casco do permutador de calor durante sequências de aquecimento e resfriamento que inclui receber uma pré-carga com um elemento de torção elástico dentro da câmara interna do casco do permutador de calor, de modo que o elemento de torção elástico receba uma carga de torção e seja defletido elasticamente para acomodar a pré-carga. Uma carga térmica é recebida com o conjunto de permutador de calor para expandir termicamente de forma diferencial os componentes internos na câmara interna do casco do permutador de calor, de modo que a carga de torção recebida pelo elemento de torção elástico au-mente e seja ainda defletida elasticamente para acomodar a carga térmica. Além disso, o método de operação para um permutador de calor pode ainda conter um ou mais dos seguintes: i) receber uma carga de pressão dentro da câmara interna do casco do permutador de calor que reduz a carga de torção recebida pelo elemento de torção elástico ao defletir elasticamente um conjunto de fechamento preso de forma removível ao casco do permutador de calor e relaxar o elemento de torção elástico para acomodar a carga de pressão; ii) em que a expansão térmica diferencial dos componentes internos compreende acomodar a expansão térmica diferencial de pelo menos o anel de rolamento, elemento de torção elástico, elemento de luva e folha de tubo sem causar deformação plástica de pelo menos o anel de rolamento, elemento de torção elástico e elemento de luva; ii) em que elementos de compressão alongados são usados para pré-carregar o elemento de torção elástico, de modo que os elementos de compressão transmitam a pré-carga através de um primeiro percurso de carga axial para uma primeira área de contato do elemento de torção elástico, o qual transmite a pré-carga através de um percurso de carga de torção através do elemento de torção elástico para uma segunda área de contato do elemento de torção elástico, o qual transmite a pré-carga através de um segundo percurso de carga axial para uma gaxeta de folha de tubo; iii) em que o elemento de torção elástico é configurado para girar na primeira área de contato onde o elemento de torção elástico contata um elemento de luva e na segunda área de contato onde o elemento de torção elástico contata um anel de rolamento; iv) inserir uma ga- xeta de folha de tubo em um canal de extremidade aberta cilíndrico axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionada adjacente a uma configuração de ressalto de canal formada no casco do permutador de calor alongado, inserir uma folha de tubo no canal de extremidade aberta cilíndrico axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do permu- tador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente à ga- xeta de folha de tubo para definir um lado do casco e um lado do canal dentro da câmara interna do casco do permutador de calor alongado, em que a câmara interna é configurada para receber de forma removível um feixe tubular posicionado dentro do lado do casco da câmara interna, inserir um elemento de luva anular no canal de extremidade aberta cilíndrico axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente à folha de tubo, inserir um elemento de torção elástico na extremidade do canal cilíndrico aberta ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor fechado de modo a estar posicionado adjacente ao elemento de luva, inserir um anel de rolamento no canal de extre- midade aberta cilíndrico ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a ser posicionado adjacente ao elemento de torção elástico; e inserir um diafragma no canal de extremidade aberta cilíndrico ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente ao anel de rolamento; e v) prender um conjunto de fechamento a uma porção terminal aberta da câmara interna, o conjunto de fechamento incluindo um diafragma defletível e um anel de rolamento e incluindo ainda um mecanismo para transmitir a pré-carga ao elemento de torção elástico.

[0028] Estas e outras características exclusivas do conjunto de fechamento descrito no presente documento se tornarão mais facilmente evidentes a partir da descrição a seguir e dos desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0029] De modo que aqueles versados na técnica aos quais os sistemas e métodos descritos se referem entendam mais prontamente como produzir e usar os mesmos ao ilustrar vários aspectos não limitativos da invenção de acordo com determinadas modalidades ilustradas, referência pode ser feita aos desenhos nos quais:

[0030] a Figura 1A ilustra uma vista seccional transversal parcial de um permutador de calor tubular e um conjunto de fechamento do estado da técnica, conforme descrito na Patente Norte-Americana N° 4.750.554;

[0031] a Figura 1B ilustra uma vista seccional transversal parcial de um permutador de calor tubular e conjunto de fechamento que foi construído de acordo com uma modalidade ilustrada;

[0032] a Figura 2 ilustra uma vista seccional transversal parcial explodida da Figura 1B que representa um elemento de torção elástico de acordo com uma modalidade ilustrada;

[0033] a Figura 3 ilustra uma vista seccional transversal parcial explodida de uma vedação de diafragma comprimida de acordo com uma modalidade ilustrada;

[0034] a Figura 4 ilustra uma vista em perspectiva parcial de um elemento de anel de travamento da Figura 1B de acordo com uma modalidade ilustrada;

[0035] a Figura 5 ilustra uma vista em perspectiva parcial do diâmetro interno da porção terminal aberta de canal do permutador de calor da Figura 1B;

[0036] a Figura 6 ilustra uma vista em perspectiva parcial do elemento de travamento da Figura 4 inserido linearmente na porção terminal aberta de canal do permutador de calor da Figura 5 de acordo com uma modalidade ilustrada;

[0037] a Figura 7 ilustra uma vista seccional transversal parcial de um permutador de calor tubular e conjunto de fechamento que tem vários elementos de torção elásticos de acordo com outra modalidade ilustrada; e

[0038] a Figura 8 ilustra uma vista seccional transversal parcial do conjunto de plugue de fechamento de permutador de calor de estilo B de acordo com outra modalidade ilustrada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE DETERMINADAS MODALIDADES

[0039] A presente invenção é agora descrita mais completamente com referência aos desenhos em anexo, nos quais determinadas modalidades ilustradas da presente invenção são mostradas. A presente invenção não está limitada de forma alguma às modalidades ilustradas, visto que as modalidades ilustradas descritas abaixo são meramente exemplificativas da invenção, a qual pode ser realizada de várias formas, conforme reconhecido por aqueles versados na técnica. Portanto, deve ser entendido que quaisquer detalhes estruturais e funcionais descritos no presente documento não devem ser interpretados como limitativos, mas apenas como uma base para as reivindicações e como um representante para ensinar aqueles versados na técnica a usar de várias maneiras a presente invenção. Além disso, os termos e frases usados no presente documento não se destinam a ser limitativos, mas sim fornecer uma descrição compreensível da invenção.

[0040] A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados no presente documento têm o mesmo significado conforme comumente entendido por aqueles versados na técnica à qual a presente invenção pertence. Embora quaisquer métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles descritos no presente documento também possam ser usados na prática ou testagem da presente invenção, métodos e materiais exemplificativos são descritos agora. Todas as publicações de patentes citadas no presente documento são incorporadas por referência para divulgar e descrever os métodos e/ou materiais em relação aos quais as publicações são citadas.

[0041] Deve ser observado que, conforme usado no presente documento e nas reivindicações em anexo, as formas no singular "um", "uma", "o" e "a" incluem as referências no plural, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Assim, por exemplo, a referência a "um estímulo" inclui uma pluralidade de tais estímulos e referência "ao sinal" inclui referência a um ou mais sinais e seus equivalentes conhecidos por aqueles versados na técnica e assim por diante.

[0042] Componentes, materiais ou métodos bem conhecidos não são necessariamente descritos em grandes detalhes a fim de evitar obscurecer a presente invenção. Quaisquer detalhes estruturais e funcionais específicos descritos no presente documento não devem ser interpretados como limitativos, mas apenas como uma base para as reivindicações e como uma base representativa para ensinar aqueles versados na técnica a usar a invenção de várias maneiras.

[0043] A presente invenção agora será descrita mais completamente, porém, nem todas as modalidades da invenção são necessariamente mostradas. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma.

[0044] Será reconhecido que a presente invenção supera muitos dos problemas associados aos conjuntos de fechamento de permuta- dor de calor do estado da técnica. Por exemplo, com referência à Figura 1A, é representado um conjunto de fechamento do estado da técnica para um permutador de calor de tipo casco e tubo, conforme descrito na Patente Norte-Americana N° 4.750.554. É ilustrada uma seção de um permutador de calor de tipo casco e tubo com um casco e um canal que contém um feixe tubular. O canal tem aberturas que permitem acesso para que fluido entre e saia dos tubos do feixe. O conjunto de fechamento de extremidade ou "plugue" consiste em anel de tra- vamento 9 e uma cobertura 19, a qual incorpora um diafragma 8 e ga- xeta de diafragma 10. O conjunto de plugue de fechamento é removível, de modo a permitir a inserção e retirada de um feixe tubular removível, ao mesmo tempo em que também é capaz de manter uma vedação firme e absorver as cargas resultantes sob alta pressão. O canal aberto do permutador de calor é fechado em sua extremidade pelo conjunto de plugue de fechamento (isto é, cobertura 19 e anel de tra- vamento 9). O elemento de anel de travamento 9 contém um meca-nismo para vedar o canal do permutador contra um diafragma 8 ao comprimir uma gaxeta 10 usando parafusos 11 e um anel de compressão 20.

[0045] O fluido do lado do casco é separado do fluido do canal que entra nos tubos (não mostrado) por uma folha de tubo 1 e uma gaxeta de folha de tubo 6. Normalmente, o permutador de calor requer um conjunto divisório para acomodar uma configuração de fluxo do lado do tubo de duas passagens. O conjunto divisório pode incluir um elemento de luva 2, uma placa divisória 3, uma cobertura divisória 4 e/ou um anel 17 para direcionar o fluido de um bocal de entrada de canal através de duas ou mais passagens de tubo para uma abertura de saída. Aqueles versados na técnica reconhecerão que a divisória pode ser aplicada tanto na entrada quanto na saída.

[0046] Com referência ainda ao permutador de calor do estado da técnica da Figura 1A, o elemento de anel de travamento 9 é preso contra o canal do casco do permutador de calor usando roscas - o anel de travamento 9 sendo dotado de roscas macho e o canal sendo dotado de roscas fêmea correspondentes. Será entendido e reconhecido que as roscas são superfícies de suporte de carga de modo que, quando o permutador de calor está sendo montado, as roscas absorvem a pré- carga do parafuso. Além disso, durante a operação do permutador de calor, carga hidrostática é aplicada ao conjunto de cobertura do plugue 19 a qual, por sua vez, é transferida diretamente para as roscas supracitadas.

[0047] Com referência agora à Figura 1B, é ilustrada uma vista seccional transversal parcial de um permutador de calor tubular e conjunto de fechamento que foi construído de acordo com uma modalidade ilustrada da presente invenção, denominado de modo geral pelo numeral 100. Similar ao permutador de calor do estado da técnica da Figura 1A, o permutador de calor 100 é um permutador de calor de tipo casco e tubo que inclui um casco 70, com o casco 70 tendo um elemento de casco 15 formado integralmente com ou unido a um elemento de canal 7, com o casco 70 configurado para receber um feixe tubular (não mostrado). O elemento de canal do permutador de calor 7 tem, de preferência, pelo menos duas aberturas que permitem acesso para que o fluxo de fluido entre e saia dos tubos do feixe inserido. O conjunto de fechamento de extremidade ou "plugue de fechamento" consiste, de preferência, em um elemento de anel de travamento anular 9, anéis de compressão 21 e 22 e um elemento de cobertura anular 19. Ele inclui ainda um diafragma 8 e uma gaxeta de diafragma 10. O plugue de fechamento é removível, de modo que a permitir a inserção e retirada de um feixe tubular removível, ao mesmo tempo em que também é capaz de manter uma vedação estanque e absorver as cargas resultantes sob alta pressão durante operação do permutador de calor 100. A porção terminal aberta do elemento de canal 7 é fechada (vedada) pelo plugue de fechamento (por exemplo, a cobertura 19 e o anel de travamento 9). O elemento de anel de travamento 9 contém, de preferência, meios para vedar o canal do permutador de calor 7 contra o diafragma 8 ao comprimir a gaxeta 10 usando parafusos 12, hastes de compressão 14 e um anel de compressão 21. Conforme mostrado na Figura 1B, o elemento de cobertura 19 é preso de forma removível ao elemento de anel de travamento 9, de modo que o elemento de anel de travamento 9 tenha uma superfície de diâmetro interno formada, de preferência, com uma configuração de escareamen- to configurada para receber uma configuração escareada cooperante localizada em uma superfície de diâmetro externo do elemento de cobertura 9. De acordo com as modalidades ilustradas, o menor diâmetro interno do elemento de cobertura 19 é, de preferência, menor do que o maior diâmetro externo do elemento de anel de travamento 9 para formar a configuração escareada entre eles.

[0048] Com referência ainda à Figura 1B, o fluxo de fluido do lado do casco é separado do fluxo de fluido do canal que entra nos tubos (não mostrado) por uma folha de tubo 1 e uma gaxeta de folha de tubo 6. O permutador de calor 100 normalmente requer um conjunto divisório para acomodar uma configuração de fluxo lateral de tubo de duas passagens. No entanto, aqueles versados na técnica reconhecerão que os aspectos inventivos da presente invenção podem ser usados com permutadores de calor de passagem única ou permutadores de calor com mais de 2 passagens. O conjunto divisório inclui, nesta modalidade, um elemento de luva 2, uma placa divisória 3 e uma cobertura divisória 4 para direcionar o fluido do bocal de entrada do canal através de duas ou mais passagens de tubo para a abertura de saída. Será entendido que a divisória pode ser aplicada tanto à entrada como à saída.

[0049] O elemento de anel de travamento 9 do conjunto de plugue de fechamento é preso contra a porção terminal aberta do canal 7 do casco do permutador de calor 100, de preferência usando um conjunto de travamento de tipo baioneta, de preferência que consiste em seções de cubo moldadas 23A e 23B. Com referência agora às Figuras 4-6 (e com referência ainda à Figura 1B), o elemento de anel de tra- vamento 9 é, de preferência, moldado com seções de cubo 23A formadas na porção de superfície externa circunferencial do elemento de anel 9, com cada seção de cubo 23A separada por seções semicilín- dricas sem cubo 24A. Da mesma forma, uma porção terminal aberta do canal 7 do permutador de calor 100 é, de preferência, moldada com seções de cubo 23B formadas em uma porção terminal circunferencial interna do canal de permutador de calor 7 separada por seções semi- cilíndricas sem cubo 24B. A pluralidade de seções de cubo do anel de travamento espaçadas 23A do anel de travamento 9 é configurada para intertravar com seções de cubo do canal 23B correspondentes formadas sobre uma porção de superfície interna cilíndrica do canal 7 do permutador de calor 100.

[0050] De acordo com as modalidades ilustradas, durante a montagem do elemento de plugue de fechamento (por exemplo, o elemento de anel 9 e elemento de cobertura 19) dentro de uma porção terminal do canal 7 do permutador de calor 100, o elemento de anel de tra- vamento 9 é inserido na extremidade aberta do canal cilíndrico 7 coa- xialmente ao longo do eixo longitudinal da câmara interna do permuta- dor de calor 100, de modo que as superfícies de suporte de carga de cada um dos elementos de anel 9 e o diâmetro interno da extremidade aberta do canal cilíndrico 7 do permutador de calor 100 de modo que nenhuma carga seja transferida entre o elemento de anel 9 do conjunto de plugue de fechamento e o permutador de calor 100, em contraste com as estruturas e métodos do estado da técnica supracitados. Somente após o elemento de anel de travamento 9 ser girado para engate por travamento com o permutador de calor alongado 100 há uma transferência de carga do permutador de calor 100 para o elemento de plugue de fechamento. Isto é conseguido ao girar o elemento de anel 9 do conjunto de plugue de fechamento em torno do eixo longitudinal da câmara interna do permutador de calor alongado 100 para fazer com que as seções de cubos 23A do elemento de anel 9 sejam presas de forma removível com seções de cubo cooperantes 23B localizadas no diâmetro interno da extremidade aberta do canal cilíndrico 7 do permu- tador de calor 100, facilitando a transferência de carga do canal 7 do permutador de calor 100 para o elemento de anel 9 do conjunto de plugue de fechamento. Será reconhecido que o elemento de anel 9 é girado menos de 360 graus para fazer com que as seções de cubo 23A do elemento de anel sejam presas de forma removível (intertra- vem) com as seções de cubo 23B correspondentes formadas em uma porção de diâmetro interno da extremidade aberta do canal cilíndrico 7 do permutador de calor 100. Em uma modalidade, o elemento de anel 9 é girado aproximadamente 22,5 graus, pelo que cada seção de cubo 23A e 23B se estende aproximadamente 22,5 ao longo da porção cir- cunferencial do elemento de anel 9 e a extremidade aberta do canal cilíndrico 7 do permutador de calor 100 onde eles são, respectivamente, formados.

[0051] Em outras modalidades, será reconhecido ainda que o ele- mento de anel de travamento 9 e o elemento de cobertura 19 podem ser integrados em um componente unitário singular. Além disso, em ainda outras modalidades, o elemento de anel de travamento 9 pode ser dividido em dois ou mais componentes. Em outras modalidades, as seções de cubo 23A e 23B podem ter um formato ou design diferente em uma porção do elemento de anel de travamento 9 em relação às outras.

[0052] De acordo com as modalidades ilustradas, a configuração de cubo supracitada pode ser configurada em oito seções, de modo que haja oito seções de cubo (23A e 23B) e oito regiões sem cubo (24A e 24B), respectivamente, fornecidas no elemento de anel 9 e no diâmetro interno da extremidade aberta do canal cilíndrico 7 do permu- tador de calor 100. No entanto, aqueles versados na técnica reconhecerão prontamente que o número de regiões de cubo pode variar sem se afastar dos aspectos inventivos da presente invenção. Por exemplo, pode haver 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 regiões com cubo combinadas com 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 regiões sem cubo.

[0053] Durante a montagem do plugue de fechamento com o canal aberto 7 do permutador de calor, e em contraste com o estado da técnica descrito acima, as superfícies de suporte de carga dos cubos 23A e 23B não são danificadas durante a inserção do conjunto de plugue de fechamento no canal 7 do permutador de calor. Esta configuração também assegura o alinhamento adequado do diafragma 8 em relação ao canal 7 do permutador de calor. Além disso, será reconhecido que as seções de cubo 23A e 23B supracitadas podem ser formadas (por exemplo, usinadas) com um passo de rosca de modo que o conjunto de plugue de fechamento avance axialmente para dentro no canal 7 do permutador de calor 100 à medida que ele é girado.

[0054] Com referência ainda às Figuras 4-6, e de acordo com de- terminadas modalidades, um elemento de trilho vertical 25 é formado adjacente aos cubos de canal 23B, ou cubos de anel de travamento 23A, ou ambos, para evitar que os cubos 23A, 23B entrem em contato com qualquer uma das superfícies metálicas durante a inserção. Será reconhecido que fornecer os trilhos 25 no elemento de anel de trava- mento 9 pode ser preferido, uma vez que a fabricação pode ser mais fácil, já o anel de travamento 9 pode ser girado independentemente enquanto o canal 7 do permutador de calor 100 não pode ser girado independentemente durante a fabricação.

[0055] De acordo com outras modalidades ilustradas, um elemento de batente anular vertical 26 (flange) pode ser fornecido no elemento de anel de travamento 9 que corresponde à localização do diafragma 8 citado no presente documento. O elemento de batente 26, de preferência, se estende em torno da circunferência externa do elemento de anel de travamento 9 para assegurar que a cavidade em formato de fenda sem cubo que é formada quando o anel de travamento 9 é girado no lugar seja coberta e nenhum material estranho possa entrar. Deve ser observado que isto facilita para que o elemento de cobertura 19 e o diafragma 8 sejam posicionados corretamente sem a necessidade de "estimativas" com base em medições externas. Isto está em contraste com os designs de plugue roscado do estado da técnica, onde o posicionamento do elemento de anel de travamento era determinado pelo número de voltas e o passo da rosca, o que poderia introduzir variações. Será reconhecido que a configuração do elemento de batente 26 mostrado na Figura 6 deve ser entendida como uma configuração ilustrativa, uma vez que outras configurações podem ser fornecidas para assegurar que a cavidade em formato de fenda sem cubo que é formada quando o anel de travamento 9 é girado no lugar esteja coberta e nenhum material estranho possa entrar.

[0056] Como mostrado nas Figuras 4-6, as seções de cubo 23A, 23B, de preferência, se alinham perpendicularmente ao eixo longitudinal do elemento de anel de travamento 9 e do canal 7 do permutador de calor 100. Será reconhecido que, em outras modalidades, as seções de cubo podem ser formadas (por exemplo, usinadas) em um ângulo em relação ao eixo longitudinal do elemento de anel de trava- mento 9 e o canal 7 do permutador de calor 100, de modo que o elemento de anel de travamento 9 avance uma distância menor para o canal 7 durante rotação do elemento de anel de travamento. Será ainda reconhecido que o tamanho e o formato do cubo para as seções de cubo 23A e 23B não precisam ser idênticos para todas as seções de cubo, dependendo de qual comprimento do elemento de anel de tra- vamento 9 e o conjunto de canal 7 permitem que o elemento de anel de travamento 9 seja inserido livremente no canal 7, e as seções de cubo 23A e 23B do elemento de anel de travamento 9 e do canal 7 correspondem entre si.

[0057] Com referência específica agora à Figura 6, o elemento de anel de travamento 9 do conjunto de plugue de fechamento é mostrado sendo inserido na extremidade aberta do canal 7 do permutador de calor. Será reconhecido que o elemento de anel de travamento 9 é inserido no canal 7 de modo que as regiões sem cubo 24A, 24B do anel de travamento 9 e do canal 7, respectivamente, permitem que as regiões de cubo 23A, 23B deslizem. Por exemplo, o conjunto de plugue de fechamento pode ser carregado (o elemento de anel de travamento 9) no canal 7 do permutador de calor em um ângulo de cerca de 22,5° a partir da orientação travada final, de modo que as regiões sem cubo 24A, 24B do anel de travamento 9 e do canal 7, respectivamente, permitam que as regiões de cubo 23A, 23B deslizem para que as superfícies de suporte de carga sejam impedidas de contatar os trilhos. Uma vez que o elemento de plugue de fechamento está totalmente inserido no canal 7 do permutador de calor, ele é girado para uma po- sição travada. Por exemplo, o conjunto de plugue de fechamento pode ser girado 22,5° no sentido horário para a posição travada. Esta rotação pode ser realizada de várias maneiras, por exemplo, usando uma barra aparafusada ao elemento de anel de travamento 9 para fornecer alavanca suficiente para girar o elemento de anel de travamento 9 manualmente ou mediante uso de um cabo preso ao elemento de anel de travamento 9 e um guindaste para fornecer uma força tangencial para cima ou mediante uso de engrenagens de cremalheira circulares montadas no canal 7 do permutador de calor e uma engrenagem de pinhão correspondente montada no elemento de anel de travamento 9, com uma alavanca usada para girar a engrenagem de pinhão a qual, por sua vez, aplica uma força tangencial para girar o elemento de anel de travamento 9. Um outro recurso de segurança pode ser fornecido onde um entalhe 27 é fornecido em um conjunto de cubos do elemento de anel de travamento 9 e um entalhe guia 28 correspondente é formado na porção terminal aberta do canal 7 do permutador de calor para assegurar que o elemento de anel de travamento 7 só possa ser inserido em uma orientação em relação ao canal 7.

[0058] Com referência à Figura 4, as marcações externas no anel de travamento 9 e canal 7 enfatizam ainda a orientação correta do elemento de anel de travamento 9 e um elemento de batente vertical 29 pode ser formado na porção terminal aberta do canal 7 adjacente à região sem cubo 24B que tem uma largura maior do que a largura de um trilho 27 localizado nas seções de cubo 23A para assegurar que os respectivos cubos 23A e 23B não possam girar acidentalmente e engatar prematuramente durante inserção, ao mesmo tempo em que também ajuda a orientar a inserção do anel de travamento 9, de modo que os cubos 23A e 23B permaneçam protegidos.

[0059] Com referência agora às Figuras 1B e 3, um diafragma 8 é, de preferência, engatado contra o elemento de cobertura do canal 19 de modo que a carga de pressão do fluxo de fluido no canal 7 do per- mutador de calor seja transmitida através do diafragma 8 para o elemento de cobertura de canal 19. A carga de pressão sobre o elemento de cobertura de canal 19 é, então, transmitida para o elemento de anel de travamento 9. O canal 7 é, de preferência, vedado por uma gaxeta de diafragma 10. A gaxeta de diafragma 10 é, de preferência, comprimida por uma pluralidade de parafusos de compressão 12 e hastes de compressão 14 (coletivamente "elementos de compressão") axialmente localizada ao longo de uma fileira externa do elemento de anel de travamento 9 que passa através de orifícios roscados, de preferência formados sobre o elemento de anel de travamento 9. Estes parafusos de compressão 12 e hastes de compressão 14 transmitem uma força através de um anel de compressão externo frouxo 21 posicionado in-termediário ao elemento de anel de travamento 9 e ao diafragma 8 em uma porção de borda do diafragma 8 e sua gaxeta de diafragma 10. Será entendido que a fileira interna de parafusos de compressão 11, 13 pode estar localizada ao longo do raio do elemento de cobertura anular 19 ou do elemento de anel de travamento 9, conforme requerido pelos diâmetros do elemento de torção elástico 60 e do anel de rolamento 50, conforme descrito abaixo.

[0060] Será reconhecido que o diafragma 8 está configurado para defletir, de preferência, uma determinada quantidade sob as pré- cargas do parafuso e da pressão interna pelo que, se o conjunto do elemento de plugue de fechamento não for inserido o suficiente axialmente dentro no canal 7 do permutador de calor 100, então, a fileira externa de parafusos de pressão 14 do elemento de anel de travamen- to 9 precisará ser avançada ainda mais para fazer com que a gaxeta de diafragma 10 vede, e a fileira interna de parafusos de pressão 13 do elemento de cobertura 19 precisará ser avançada ainda mais para fazer com que a gaxeta de folha de tubo 6 vede, deste modo, fazendo com que o diafragma 8 deforme em maior extensão quando pressão é aplicada ao canal 7. Durante o período de fabricação, verificações dimensionais podem ser realizadas para assegurar que as tolerâncias de usinagem sejam aceitáveis para localizar adequadamente o fechamento. Após a fabricação, calços podem ser adicionados entre o diafragma 8 e o conjunto de plugue de fechamento. Alternativamente, os cubos no conjunto de plugue de fechamento podem ser usinados com um passo de modo que o conjunto de plugue de fechamento avance axialmente para dentro no canal 7 do permutador de calor 100 à medida que ele é girado. Ao girar o conjunto de plugue de fechamento até que ele contate o diafragma 8, então, avançar a fileira externa de parafusos de pressão 14 para comprimir a gaxeta 21 e, então, retrair a fileira externa de parafusos de pressão 14, o plugue de fechamento pode ser girado ainda mais para minimizar o espaço entre o conjunto de plugue de fechamento e o diafragma 8. Uma vez que a verificação dimensional é realizada, o conjunto de plugue de fechamento é inserido em um movimento linear no canal 7 do permutador de calor 100, o que pode ser realizado usando uma empilhadeira, um guindaste ou outra combinação de equipamentos já necessários para o manuseio do feixe tubular, portanto, nenhuma ferramenta ou equipamento especial é necessário em contraste com o estado da técnica mencionado.

[0061] Durante a montagem, e com referência agora às Figuras 1B e 3, será reconhecido que, quando a fileira interna de parafusos de compressão 13 do elemento de cobertura 19 é apertada, uma carga axial é transferida através das hastes de compressão 11 para um anel de compressão frouxo (interno) 22 através do diafragma 8 para um conjunto de carregamento de folha de tubo que consiste em um anel de rolamento 50, um elemento de torção elástico 60 e um elemento de luva 2, de modo que a gaxeta de folha de tubo 6 seja comprimida contra a face posterior da folha de tubo 1 e o casco 15. Esta carga axial é denominada como a pré-carga. Será reconhecido que esta pré-carga evita vazamentos em virtude da pressão diferencial entre o lado do casco e o lado do tubo do permutador de calor 100.

[0062] Será reconhecido ainda que o conjunto de carregamento de folha de tubo supracitado acomoda, de preferência, cargas térmicas que causam a expansão térmica diferencial entre o canal 7, a folha de tubo 1 e o conjunto de carregamento de folha de tubo supracitado (por exemplo, anel de rolamento 50, um elemento de torção elástico 60 e luva elemento 2). A expansão térmica diferencial é causada por dois mecanismos. O primeiro é quando o canal 7 é mais frio do que a folha de tubo 1 e o conjunto de carregamento de folha de tubo (por exemplo, anel de rolamento 50, um elemento de torção elástico 60 e elemento de luva 2) em virtude do escoamento de fluido de processo quente, o qual está em contato íntimo com os componentes, mas amplamente protegidos do canal 7 pelo elemento de luva 2 e pela perda de calor no canal 7 para o ambiente circundante ou por variações rápidas na temperatura do fluido que fazem com que a temperatura dos componentes internos relativamente finos mude em uma taxa mais rápida do que o canal comparativamente espesso. Tais condições ocorrerão inevitavelmente durante a inicialização (aquecimento) e durante uma reinicia- lização ou desarme da usina e subsequente restabelecimento da temperatura de operação. O segundo mecanismo é quando o material usado para formação do canal 7 tem um coeficiente de expansão térmica menor do que os materiais usados para a folha de tubo 1 e o conjunto de carregamento de folha de tubo (por exemplo, anel de rolamento 50, um elemento de torção elástico 60 e elemento de luva 2). Por exemplo, isto é comum quando aço carbono é usado para o canal 7 e aço inoxidável é usado para os componentes dentro do permuta- dor de calor.

[0063] Quando a expansão térmica total da folha de tubo 1 e do conjunto de carregamento de folha de tubo (por exemplo, anel de rolamento 50, um elemento de torção elástico 60 e elemento de luva 2) é maior do que a expansão térmica total do canal 7, a expansão térmica diferencial resultante deve ser acomodada por uma deformação no permutador de calor 100. Em virtude da rigidez relativamente alta do canal 7 necessária para contenção segura da pressão, a deformação ocorre principalmente nos elementos de rigidez relativamente mais baixa no conjunto de carregamento de folha de tubo (por exemplo, anel de rolamento 50, um elemento de torção elástico 60 e um ele-mento de luva 2). Se as tensões causadas por esta deformação excederem a tensão de escoamento dos elementos, o resultado será uma deformação irrecuperável ou plástica. O elemento de luva 2, em virtude da presença de perfurações formadas no mesmo para admitir fluido na câmara interna do permutador de calor 100, não tem rigidez uniforme ao redor. Portanto, as cargas térmicas podem resultar em deformação plástica desigual do elemento de luva 2, de modo que a carga sobre a gaxeta 22 não pode ser recuperada simplesmente ao reapertar a fileira interna de parafusos de compressão 13. Quando as cargas térmicas voltam ao normal, a carga de compressão axial restante no conjunto de carregamento de folha de tubo (anel de rolamento 50, um elemento de torção elástico 60 e elemento de luva 2) é reduzida abaixo das cargas aplicadas durante o aperto dos parafusos de compressão 13 do elemento de cobertura. Esta carga pode ser reduzida abaixo da carga mínima necessária para vedação da gaxeta de folha de tubo 6 se a deformação plástica for grave o bastante. Isto resulta em um vazamento indesejável entre o lado do casco e o lado do tubo do permutador de calor 100.

[0064] De acordo com as modalidades ilustradas, para acomodar a expansão térmica diferencial sem deformação plástica no permuta- dor de calor, é fornecido um elemento complacente, conforme descrito agora. O elemento complacente é conseguido através da implementação de um elemento de torção elástico 60, conforme mostrado nas Figuras 1B e 2. Conforme mostrado, o elemento de torção elástico anular 60 contata, de preferência, uma porção circunferencial externa, em uma primeira área de contato 61, o elemento de luva 2 no lado voltado para o tubo 1 na proximidade de seu raio externo, e contata, em uma porção circunferencial interna, o anel de rolamento 50, em uma segunda área de contato 63, no lado voltado para o diafragma 8, na proximidade de seu raio interno. Quando os parafusos de compressão internos 13 são pré-carregados, as forças axiais são transmitidas através do elemento de torção elástico 60 em suas áreas de contato 61 e 63 supracitadas. Estas forças aplicadas em raios diferentes sobre o elemento de torção elástico 60 criam uma carga de torção sobre o elemento de torção elástico 60, de modo que sua circunferência interna seja defletível em relação à sua circunferência externa em uma direção axial para torção do elemento de torção elástico 60 para que esta carga de torção seja resistida por um aumento na tensão e uma rotação de torção que permite que o raio externo do elemento de torção elástico 60 se mova em direção ao diafragma 8 do conjunto de plugue de fechamento e seu raio interno se mova em direção à folha de tubo 1.

[0065] Será reconhecido que o anel de rolamento 50 protege o diafragma 8 contra danos pelo contato com o elemento de torção elástico 60 durante rotação. Quando o permutador de calor 100 está em operação, as cargas de pressão reduzirão a carga no elemento de torção elástico 60, deformando o conjunto de plugue de fechamento para longe da folha de tubo 1, mas a expansão térmica diferencial aumentará a carga. Deve ser entendido que o elemento de torção elástico 60 é projetado e configurado para se deformar elasticamente até que uma expansão térmica diferencial máxima necessária seja atingida. Quan- do as cargas durante a operação do permutador de calor permanecem abaixo deste limite máximo, as cargas sobre o elemento de torção elástico 60 retornarão à pré-carga inicial quando as cargas térmicas e de pressão forem removidas. De acordo com as modalidades ilustradas, o elemento de torção elástico 60 pode ser formado para ter uma faixa de deflexão entre 25 mm a 75 mm - no entanto, o elemento de torção elástico 60 não deve ser entendido como limitado à faixa de deflexão supracitada, uma vez que pode ser configurado como uma função da escala do tamanho dimensional do permutador de calor 100. No entanto, se expansão térmica diferencial excessiva for encontrada, tal como durante uma excursão térmica não intencional do fluido de processo, o elemento de torção elástico 60 deforma plasticamente para limitar as cargas aplicadas ao conjunto de plugue de fechamento para evitar falha do conjunto de plugue de fechamento e/ou a vedação fornecida pelo diafragma 8. Será reconhecido que, quando as cargas térmicas e de pressão são removidas, as cargas sobre o elemento de torção elástico 60 cairão abaixo da pré-carga inicial, e podem cair até zero. O elemento de torção elástico 60 pode ser formado de materiais que não estão sujeitos à corrosão, fluência e perda de resistência em altas temperaturas, de preferência ligas com alto teor de níquel incluindo (porém sem limitações) Inconel 625 e Inconel 718.

[0066] Com referência agora à Figura 2, as dimensões relevantes ilustrativas para o design do elemento de torção elástico 60 são agora descritas. Será entendido que a dimensão "a" é o raio externo, a dimensão "b" é o raio interno, a dimensão "h" é a altura e a dimensão "t" é a espessura do elemento de torção elástico 60. A dimensão "a" é menor do que o raio interno definido pelo canal 7 do permutador de calor 100, de modo a fornecer um espaço para expansão térmica radial e rotação sob carga. A proporção a/b é maior do que 1 e, de preferência, menor do que 3 para uma carga axial para criar uma carga de torção sobre o elemento de torção elástico 60. A dimensão "h" é de aproximadamente 50 % do seu limite de deflexão elástica quando pré- carga e cargas operacionais (pressão e térmica) são aplicadas. A dimensão "t" é selecionada de modo que a carga axial esteja abaixo da carga máxima permitida na gaxeta da folha de tubo 6 quando o elemento de torção elástico 60 é comprimido pela soma do deslocamento de pré-carga e a expansão térmica diferencial de design, de modo que o elemento de torção elástico 60 deforme elasticamente. O material do elemento de torção elástico 60 é selecionado de modo que o elemento se deforme plasticamente acima desta carga máxima permitida. Será reconhecido que as folhas de tubos 1, o elemento de luva 2, o anel de rolamento 50, o anel de compressão 22, as hastes de compressão 11 e os parafusos de compressão 13 são projetados para permanecer elásticos até ou acima da carga axial total de pressão, pré-carga e cargas térmicas.

[0067] Será reconhecido que, nas modalidades ilustradas (por exemplo, Figuras 2 e 3), o elemento de torção elástico 60 deve ser entendido como tendo uma seção transversal quadrilátera com porções de canto arredondadas. Em modalidades ilustradas alternativas, outras configurações de seções transversais para o elemento de torção elástico 60 podem ser usadas, incluindo um formato retangular ou um formato com lados geralmente arredondados. Além disso, nas modalidades ilustradas no presente documento, o conjunto de carregamento de folha de tubo inclui um único elemento de torção elástico 60. Será entendido que, em algumas modalidades, a fim de atender aos requisitos de design quanto à pressão mínima aplicada à gaxeta de folha de tubo 6 e deslocamento máximo aplicado ao diafragma 8, o elemento de torção elástico 60 pode ser projetado com uma alta rigidez, de modo que a expansão térmica máxima não possa ser acomodada sem deformação plástica. Em tal caso, mais de um elemento de torção elástico 60 pode ser empilhado em série para aumentar a capacidade de expansão térmica. Por exemplo, a Figura 7 ilustra um design que usa três elementos de torção elásticos 60. Será reconhecido que, quando um número ímpar de elementos de torção elásticos 60 é usado, os parafusos de compressão internos (11, 13 e 22) podem estar em um raio circular de parafusos em comum localizado sobre o elemento de placa de cobertura 19. E, quando um número par de elementos de torção elásticos 60 é usado, os parafusos de compressão internos estão, de preferência, localizados no elemento de anel de travamento 9 em um raio circular de parafusos maior. Além disso, em designs com vários elementos de torção elásticos 60, um anel de alinhamento é, de preferência, incluído para manter o alinhamento entre eles.

[0068] Com referência agora à Figura 3, é ilustrado o comportamento do diafragma 8 após pré-carga dos parafusos de compressão 13 e 14 e a aplicação de pressão a partir do canal 7 do permutador de calor 100. Conforme mostrado, na gaxeta de diafragma 10, o anel de compressão 21 é deslocado para longe do elemento de anel de trava- mento 9 do conjunto de plugue de fechamento para comprimir o diafragma 8 e a gaxeta de diafragma 10. Quando pressão é aplicada a partir do canal 7 do permutador de calor 100, o diafragma 8 é deformado até que repouse contra o elemento de anel de travamento 9 e elemento de placa de cobertura 19 na região 31. Isto cria uma área com altas tensões de flexão no diafragma 8 em um raio menor do que aquele do anel de compressão 21. A fim de evitar ruptura do diafragma 8, o anel de compressão 21 é, de preferência, mais largo e formado com uma superfície curvada para reduzir as tensões de flexão.

[0069] Similar ao anel de compressão externo 21, o anel de compressão interno 22 é deslocado para longe do elemento de cobertura 19 do conjunto de plugue de fechamento para comprimir o diafragma 8 e o conjunto de carregamento de folha de tubo. Conforme mostrado, o diafragma 8 é dobrado em torno de ambos os lados do anel de compressão interno 22 quando a pressão do canal 7 do permutador de calor é aplicada, criando duas áreas com altas tensões de flexão no diafragma 8. A fim de evitar ruptura do diafragma 8, o anel de compressão interno 22 também pode ser feito mais largo e receber uma superfície curvada para reduzir as tensões de flexão.

[0070] Com determinadas modalidades ilustradas descritas acima, será reconhecido que várias modalidades não limitativas descritas no presente documento podem ser usadas separadamente, combinadas ou combinadas seletivamente para aplicações específicas. Além disso, algumas das várias características das modalidades não limitativas acima podem ser usadas sem o uso correspondente de outras características descritas. A descrição precedente deve, portanto, ser considerada meramente ilustrativa dos princípios, ensinamentos e modalidades exemplificativas da presente invenção, e não como uma limitação da mesma.

[0071] Por exemplo, há fechamentos de culatra de estilo A e de estilo B. As modalidades ilustradas acima se referem ao estilo A, o qual é tipicamente usado para aplicações de tipo de efluente de alimentação, onde os fluidos do lado do casco e os fluidos do lado do tubo não são independentes, de modo que a folha de tubo pode ser projetada apenas para pressão diferencial. No entanto, as modalidades ilustradas não devem ser entendidas como limitadas a tal fechamento de culatra de estilo A, uma vez que também abrange fechamentos de estilo B no qual a folha de tubo é soldada ao canal e não há necessidade de carregar uma gaxeta de folha de tubo e, portanto, nenhuma fileira interna de parafusos conforme mostrado, por exemplo, na Figura 8. Será entendido ainda que as modalidades ilustradas podem ser usadas com vários métodos do estado da técnica para obter a vedação interna.

[0072] Será entendido que as configurações descritas acima são apenas ilustrativas da aplicação dos princípios das modalidades ilustradas. Numerosas modificações e configurações alternativas podem ser concebidas por aqueles versados na técnica sem se afastar do escopo das modalidades ilustradas, e as reivindicações em anexo se destinam a cobrir tais modificações e configurações.

Claims

1. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um casco de permutador de calor alongado que tem uma câmara interna e que define um eixo longitudinal e tem uma extremidade aberta de canal cilíndrico (7); fornecer um conjunto de fechamento que tem um conjunto de travamento configurado para ser preso à extremidade aberta do canal cilíndrico (7) do casco do permutador de calor alongado; inserir o conjunto de travamento do conjunto de fechamento na extremidade aberta do canal cilíndrico (7) axialmente ao longo do eixo longitudinal da câmara interna do permutador de calor, de modo que as superfícies de suporte de carga de cada um do conjunto de fechamento e uma parede interna do casco alongado do permutador de calor não contatem uma com a outra; e girar o conjunto de fechamento em torno do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado para fazer com que o conjunto de travamento seja preso de forma removível a um conjunto de travamento cooperante proporcionado na parede interna do casco do permutador de calor alongado para fazer com que as superfícies de suporte de carga entrem em contato umas com as outras, de modo que uma carga seja transferida entre o conjunto de fechamento e o permutador de calor alongado.

2. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de fechamento é girado menos de 360 graus para fazer com que o conjunto de travamento do conjunto de fechamento seja preso de forma removível ao conjunto de travamento cooperante localizado na parede interna do casco alongado do permuta- dor de calor.

3. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o conjunto de travamento do conjunto de fechamento e o conjunto de travamento localizado na parede interna do casco do per- mutador de calor alongado formam cooperativamente um conjunto de travamento de baioneta.

4. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o conjunto de travamento de baioneta inclui: uma pluralidade de seções de cubo (23A, 23B) de anel de travamento (9) espaçadas localizadas em uma porção de superfície externa do conjunto de fechamento; e uma pluralidade de seções de cubo (23A, 23B) de anel de travamento (9) espaçadas localizadas na parede interna do casco do permutador de calor alongado configuradas para intertravar com as seções de cubo (23A, 23B) de canal correspondentes formadas no conjunto de fechamento.

5. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que inclui ainda, e antes de inserir o conjunto de travamento: inserir uma gaxeta de folha de tubo na extremidade aberta do canal cilíndrico (7) axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionada adjacente a uma configuração de ressalto do canal formada no casco do permutador de calor alongado; inserir uma folha de tubo na extremidade aberta do canal cilíndrico (7) axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do per- mutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente à gaxeta de folha de tubo para definir um lado do casco e um lado do canal dentro da câmara interna do casco do permutador de calor alon- gado, em que a câmara interna é configurada para receber de forma removível um feixe tubular posicionado dentro do lado do casco da câmara interna; inserir um elemento de luva anular na extremidade aberta do canal cilíndrico (7) axialmente ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente à folha de tubo; inserir um elemento de torção elástico na extremidade aberta do canal cilíndrico (7) ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente ao elemento de luva; inserir um anel de rolamento na extremidade aberta do canal cilíndrico (7) ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente ao elemento de torção elástico; e inserir um diafragma na extremidade aberta do canal cilíndrico (7) ao longo do eixo longitudinal do casco do permutador de calor alongado de modo a estar posicionado adjacente ao anel de rolamento.

6. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que inclui ainda: ajustar uma pluralidade de primeiros elementos de compressão alongados externos localizados ao longo de uma porção de raio externo do conjunto de fechamento que se estendem no conjunto de fechamento coaxialmente ao longo do eixo longitudinal do conjunto de fechamento de modo a transmitir uma força para um primeiro anel de compressão, o qual transmite uma força para uma porção de borda do diafragma e a gaxeta de diafragma de modo a comprimir a gaxeta de diafragma contra o diafragma; e ajustar uma pluralidade de segundos elementos de compressão alongados internos localizados ao longo de uma porção de raio interno do conjunto de fechamento que se estendem no conjunto de fechamento coaxialmente ao longo do eixo longitudinal do conjunto de fechamento de modo a transmitir uma força para um segundo anel de compressão, o qual transmite uma força contra uma porção do diafragma, fazendo com que uma porção do diafragma seja defletida dis- talmente do conjunto de fechamento e em direção ao elemento de torção elástico do conjunto de permutador de calor quando o conjunto de fechamento é preso ao casco do permutador de calor.

7. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a folha de tubo, elemento de luva, primeiro e segundo anéis de compressão, conjunto de fechamento e cada um dos primeiro e segundo elementos de compressão alongados são configurados para permanecer elásticos até ou acima de uma carga axial total de pressão, pré-carga e cargas térmicas quando o conjunto de fechamento é preso ao casco do permutador de calor.

8. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que, quando os elementos de compressão alongados são pré- carregados, os elementos de compressão transmitem a pré-carga através de um primeiro percurso de carga axial para uma primeira área de contato do elemento de torção elástico, o qual transmite a pré- carga através de um percurso de carga de torção através do elemento de torção elástico para uma segunda área de contato do elemento de torção elástico, o qual transmite a pré-carga através de um segundo percurso de carga axial para uma gaxeta de folha de tubo.

9. Processo para montagem de um conjunto de permutador de calor tubular, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a carga de torção é resistida por um aumento na tensão e uma rotação de torção que permitem que a primeira área de contato do elemento de torção elástico se mova em direção à folha de tubo.

10. Processo para montagem de um conjunto de permuta- dor de calor tubular, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o conjunto de fechamento inclui posicionar um ele-mento de cobertura de formato cilíndrico que tem um diâmetro externo a ser preso concêntrico com uma porção interna de um elemento de anel de travamento (9) de formato cilíndrico que define uma porção de superfície do elemento de cobertura externo cilíndrico e uma porção interna de formato cilíndrico, em que a porção de superfície externa é dotada do conjunto de travamento do conjunto de fechamento.

11. Conjunto de fechamento configurado para ser preso de forma removível a uma extremidade aberta do canal (7) de uma câmara interna de um conjunto de permutador de calor, caracterizado pelo fato de que compreende: um elemento de anel de travamento (9) de formato cilíndrico que define uma porção de superfície externa cilíndrica e uma porção interna de formato cilíndrico, em que a porção de superfície externa é dotada de uma pluralidade de seções de cubo (23A, 23B) de anel de travamento (9) espaçadas configuradas para intertravar com seções de cubo (23A, 23B) de canal correspondentes formadas em uma porção de superfície interna cilíndrica do conjunto de permutador de calor; e um elemento de cobertura de formato cilíndrico concêntrico preso na porção interna do elemento de anel de travamento (9).

12. Conjunto de fechamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o elemento de cobertura é preso de forma removível ao elemento de anel de travamento (9), pelo que o elemento de anel de travamento (9) tem uma superfície de diâmetro interno com uma configuração de ressalto configurada para receber uma configuração de ressalto cooperante localizada em uma superfície de diâmetro externo do elemento de cobertura.

13. Conjunto de fechamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada seção de cubo do anel de travamento (9) se estende em um ângulo prescrito que se estende a partir da porção de superfície externa do elemento de anel de trava- mento (9) configurada para intertravar com as seções de cubo (23A, 23B) angulares correspondentes localizadas em cada seção de cubo do canal formada na porção de superfície interna cilíndrica do conjunto de permutador de calor.

14. Conjunto de fechamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um elemento de flange que se estende para cima localizado no elemento de anel de tra- vamento (9) configurado para parar a rotação do conjunto de fechamento na câmara interna do conjunto de permutador de calor.

15. Conjunto de fechamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um diafragma configurado para ser posicionado adjacente ao anel de travamento (9) e aos elementos de cobertura.

16. Conjunto de fechamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que inclui ainda: uma pluralidade de elementos de compressão de anel de travamento alongados externos ajustáveis que podem ser presos de forma removível no elemento de anel de travamento (9), cada elemento de compressão de anel de travamento alongado externo passando através de um respectivo orifício coaxialmente formado com um eixo longitudinal no elemento de anel de travamento (9) de modo a transmitir uma força para um primeiro anel de compressão, o qual transmite uma força para uma porção de borda do diafragma; e uma gaxeta de diafragma comprimida contra o diafragma, de modo que o diafragma esteja posicionado intermediário à gaxeta de diafragma e ao primeiro elemento de anel de compressão através de ajuste dos elementos de compressão do anel de travamento alongado externo quando o elemento de anel de travamento (9) é preso de forma removível à câmara interna do conjunto de permutador de calor tubular.

17. Conjunto de fechamento, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que inclui ainda uma pluralidade de elementos de compressão de cobertura alongados internos ajustáveis presos de forma removível no elemento de cobertura, cada elemento de compressão de cobertura alongado interno passando através de um respectivo orifício coaxialmente formado com um eixo longitudinal no elemento de cobertura de modo a transmitir uma força para um segundo anel de compressão, o qual transmite uma força contra uma porção do diafragma, fazendo com que uma porção do diafragma seja defletida distalmente do elemento de cobertura e em direção à câmara interna do conjunto de permutador de calor quando o conjunto de fe-chamento é preso de forma removível à extremidade aberta da câmara interna do conjunto do permutador de calor.

18. Conjunto de fechamento, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo anéis de compressão, hastes de compressão e parafusos de compressão são configurados para permanecer elásticos até ou acima de uma carga axial total de pressão, pré-carga e cargas térmicas quando o conjunto de fechamento é preso de forma removível à extremidade aberta da câmara interna do conjunto do permutador de calor.

19. Conjunto de fecho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a porção de superfície externa do elemento de travamento é dotada de uma ranhura vertical formada substancialmen- te perpendicular ao eixo longitudinal do elemento de anel de travamen- to (9) configurada para receber de forma deslizante em um entalhe correspondente formado na porção de superfície interna do conjunto de permutador de calor perpendicular ao eixo longitudinal do eixo do permutador de calor para facilitar a inserção do elemento de anel de travamento (9) na porção de superfície interna do conjunto de permu- tador de calor.