EP0143432B2 - Dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, et procédé de fabrication de ce dispositif - Google Patents

Dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, et procédé de fabrication de ce dispositif Download PDF

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EP0143432B2 EP84114069A EP84114069A EP0143432B2 EP 0143432 B2 EP0143432 B2 EP 0143432B2 EP 84114069 A EP84114069 A EP 84114069A EP 84114069 A EP84114069 A EP 84114069A EP 0143432 B2 EP0143432 B2 EP 0143432B2
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger with a bundle of horizontal tubes in a vertical plane, comprising pairs of vertical tubes provided with half-fins on their sides which face each other, these half-fins having a profile comprising notches of circular shape, and being of spacing equal to that of the tubes, in particular for boilers of superheated steam generator. It also extends to a method of manufacturing this device.
  • a heat exchanger of this type comprising a fin pierced with holes of diameter slightly greater than that of the tubes to be supported, at a pitch equal to that of the tubes of the bundle.
  • Each vertical tube thus comprises a half-fin, integral with that of the other vertical tube by bridges arranged between the successive horizontal tubes of the bundle, but the middle part of these bridges, in contact with the horizontal tubes at high temperature, and relatively distant from the two vertical tubes, is poorly cooled by conduction.
  • the bridges formed between the vertical tubes oxidize or corrode quickly, due to their high temperature in often corrosive gases.
  • this device is only applicable to heat exchangers with a single loop, without which the tubes could not be threaded individually in the holes of the fin.
  • Document FR-A-2 336 621 describes a support for horizontal tubes for a heat exchanger in which the tubes are arranged in notches of horizontal spacers with a radius of curvature greater than theirs, and locked between these spacers using bolted rods and nuts. Such a tube support rigidly fixes them, and reveals significant stresses during thermal expansion and contraction.
  • the object of the present invention is to provide an exchanger which does not have a poorly cooled zone, and is therefore less exposed to corrosion, and which does not rigidly fix the tubes of the heat exchange bundle, so as to avoid cracking of the welds. under the effect of thermal stresses or vibrations.
  • the heat exchanger according to the invention is characterized in that the radius of the notches is slightly greater than that of the tubes of the bundle, in that the notches are separated by tabs of width between 25 and 40% of the width separating the two vertical tubes from a pair, in that the horizontal tubes are arranged in the notches with a little play, and in that the adjacent vertical tubes have from place to place pinches where they are brought together one of the other and welded to a horizontal spacer.
  • the method of manufacturing the exchanger of the invention is characterized in that several superimposed junction fins are welded between groups of parallel vertical tubes, reserving between two fins an empty zone of lesser height, in that the '' each fin is drilled with holes slightly larger in diameter than the tubes of the bundle to be supported, then in that the zones of the fin are cut between the holes parallel to the axis of the vertical tubes so as to eliminate a middle portion of between 20 and 50% of the initial width of the fin, in that one introduces the horizontal tubes into the notches of the half-fins formed with a little play, in that one clamps vertical tubes to bring them closer to each other in empty areas of lesser height, and in that they are welded to a horizontal spacer.
  • the superheater bundle 1 is placed between vertical cooled screens 2 and 3. It is suspended from the pairs of vertical tubes 4, 5, 6, the latter being fixed at the top of the boiler in a manner not shown.
  • the vertical suspension tubes 7 and 8 are provided with half-fins in the zones 9 and 10 separated by the zone 11 or they are pinched one towards the other and welded to a horizontal spacer 12.
  • the bundle tubes such as 13, 14, 15 are disposed in notches of half fins welded to the vertical tubes, separated by tabs 16, 18, 20 on the side of the tube 7 and 17, 19, 21 on the side of the tube 8.
  • These notches have a radius of curvature slightly greater than that of the tubes 13, 14, 15, so that these can be introduced therein with a little play, but have a good contact surface with the half-fins welded to the vertical tubes.
  • the tongues 16, 18, 20, 17, 19, 21 do not have their internal edge too far from the corresponding vertical tube, so that they are well cooled by conduction from this tube.
  • Figure 3 shows on a larger scale the detail 111 of Figure 2.
  • the tongues 16, 18, 17, 19 have a width 1 between 25 and 40% of the width L separating the two vertical tubes.
  • the profile of the half fins welded to the vertical tubes is obtained by a cutting means which provides a regular profile, without sharp edges.
  • the invention applies firstly to superheater and reheater bundles of boilers subjected to corrosive combustion gases; it would also apply to horizontal bundles of tubes in contact with corrosive gases at high temperature, for example in the chemical industry.

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Description

  • La présente invention concerne un échangeur de chaleur à faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, comprenant des paires de tubes verticaux munis de demi-ailettes sur leurs côtés se faisantface, ces demi-ailettes ayant un profil comprenant des échancrures de forme circulaire, et étant d'écartement égal à celui des tubes, notamment pour chaudières de générateur de vapeur surchauffée. Elle s'étend en outre à un procédé de fabrication de ce dispositif.
  • On a proposé un échangeur de ce genre, comprenant une ailette percée de trous de diamètre légèrement supérieur à celui des tubes à supporter, à un pas égal à celui des tubes du faisceau. Chaque tube vertical comporte de la sorte une demi-ailette, solidaire de celle de l'autre tubevertical pardes ponts disposés entre les tubes horizontaux successifs du faisceau, mais la partie médiane de ces ponts, au contact des tubes horizontaux à température élevée, et relativement éloignée des deux tubes verticaux, est mal refroidie par la conduction. Les ponts formés entre les tubes verticaux s'oxydent ou se corrodent rapidement, du fait de leur température élevée dans des gaz souvent corrosifs. Par ailleurs, ce dispositif n'est applicable qu'à des échangeurs de chaleur à une seule boucle, sans quoi l'on ne pourrait enfiler les tubes individuellement dans les trous de l'ailette.
  • On a aussi proposé de souder des selles entre les tubes horizontaux du faisceau et des tubes porteurs verticaux. Celles-ci sont à une distance suffisamment faible des tubes verticaux pour être bien refroidis par conduction, mais les tubes du faisceau leur sont liés rigidement, ce qui entraîne des contraintes importantes dues aux dilatations thermiques ou aux vibrations, pouvant occasionner des fissures dans les soudures.
  • On a également proposé de souder des plats entre deux tubes verticaux parallèles adjacents. Mais ces plats ont une dimension trop importante, et on retombe dans la difficulté signalée ci-dessus à propos de l'ailette percée de trous. Leur partie médiane, mal refroidie par conduction, est soumise à une température excessive, pouvant entraîner sa destruction par oxydation ou corrosion.
  • On a proposé dans le document US-A-3 267 913 un dispositif de suspension comportant des paires de tubes verticaux munis de demi-ailettes comportant des échancrures circulaires de logement des tubes horizontaux séparées par des zones non échancrées. Les tubes horizontaux sont soudés dans les échancrures et viennent au contact des tubes verticaux. La liaison entre tubes horizontaux et tubes verticaux et donc rigide, ce qui entraîne les contraintes importantes dues aux dilatations thermiques ou aux vibrations déjà signalées ci-dessus.
  • Le document FR-A-2 336 621 décrit un support de tubes horizontaux pour échangeur de chaleur dans lequel les tubes sont disposés dans des échancrures d'entretoises horizontales de rayon de courbure supérieur au leur, et bloqués entre ces entretoises à l'aide de tiges boulonnées et d'écrous. Un tel support de tubes fixe ceux-ci de façon rigide, et fait apparaître des contraintes importantes lors de dilatations et contractions thermiques.
  • La présente invention a pour but de procurer un échangeur quine comporte pas de zone mal refroidie, et soit donc moins exposé à la corrosion, et quine fixe pas rigidement les tubes du faisceau d'échange de chaleur, de façon à éviter les fissurations de soudures sous l'effet de contraintes thermiques ou de vibrations.
  • L'échangeur de chaleur selon l'invention est caractérisé en ce que le rayon des échancrures est un peu supérieur à celui des tubes du faisceau, en ce que les échancrures sont separées par des languettes de largeur comprise entre 25 et 40 % de la largeur séparant les deux tubes verticaux d'une paire, en ce que les tubes horizontaux sont disposés dans les échancrures avec un peu de jeu, et en ce que les tubes verticaux adjacents comportent de place en place des pincements où ils sont rapprochés l'un de l'autre et soudés à une entretoise horizontale.
  • Le procédé de fabrication de l'échangeur de l'invention est caractérisé en ce que l'on soude entre des groupes de tubes verticaux parallèles plusieurs ailettes de jonction superposées, en réservant entre deux ailettes une zone vide de moindre hauteur, en ce que l'on perce chaque ailette de trous de diamètre un peu supérieur à celui des tubes du faisceau à supporter, puis en ce que l'on découpe les zones de l'ailette entre les trous parallèlement à l'axe des tubes verticaux de façon à en éliminer une portion médiane comprise entre 20 et 50 % de la largeur initiale de l'ailette, en ce que l'on introduit les tubes horizontaux dans les échancrures des demi-ailettes formées avec un peu de jeu, en ce que l'on pince les tubes verticaux pour les rapprocher l'un de l'autre dans les zones vides de moindre hauteur, et en ce que l'on les y soude à une entretoise horizontale.
  • Il est décrit ci-aprés, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un échangeur de chaleur à faisceau de tubes horizontaux forment surchauffeur ou resurchauffeur de générateur de vapeur.
    • La figure 1 représente le faisceau de tubes en élévation.
    • La figure 2 représente une vue en coupe selon lI- ll de la figure 1, montrant partiellement un couple de tubes verticaux de suspension.
    • La figure 3 représente à plus grande échelle le détail Ill de la figure 2, comprenant un tube du faisceau, l'encoche dans laquelle il est engagé et la languette qui le soutient.
  • Dans la figure 1, le faisceau surchauffeur 1 est disposé entre des écrans refroidis verticaux 2 et 3. Il est suspendu aux couples de tubes verticaux 4, 5, 6, ces derniers étant fixés dans le haut de la chaudière de manière non représentée.
  • Dans la figure 2, les tubes verticaux de suspension 7 et 8 sont munis de demi-ailettes dans les zones 9 et 10 séparées par le zone 11 ou ils sont pincés l'un vers l'autre et soudés à une entretoise horizontale 12. Les tubes du faisceau tels que 13, 14, 15 sont disposés dans des encoches de demi-ailettes soudées aux tubes verticaux, séparées par des languettes 16, 18, 20 du côté du tube 7 et 17, 19, 21 du côté du tube 8. Ces encoches sont de rayon de courbure un peu supérieur à celui des tubes 13, 14, 15, de sorte que ceux-ci peuvent y être introduits avec un peu de jeu, mais présentent une bonne surface de contact avec les demi-ailettes soudées aux tubes verticaux. Parail- leurs, les languettes 16, 18, 20,17, 19, 21 n'ont pas leur bord interne trop éloigné du tube vertical correspondant, de sorte qu'elles sont bien refroidies par conduction à partir de ce tube.
  • La figure 3 représente à plus grande échelle le détail 111 de la figure 2. Les languettes 16, 18, 17, 19 ont une largeur 1 comprise entre 25 et 40 % de la largeur L séparant les deux tubes verticaux.
  • Le profil des demi-ailettes soudées aux tubes verticaux est obtenu par un moyen de découpage qui procure un profil régulier, sans arêtes aigües.
  • L'invention s'applique en premier lieu aux faisceaux surchauffeurs et resurchauffeurs de chaudières soumis à des gaz de combustion corrosifs; il s'appliquerait aussi à des faisceaux horizontaux de tubes au contact de gaz corrosifs à température élevée, par exemple dans l'industrie chimique.

Claims (3)

1. Echangeur de chaleur à faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical (1), comprenant des paires (4, 5, 6) de tubes verticaux (7, 8) munis de demi-ailettes sur leurs côtés se faisant face, ces demi-ailettes ayant un profil comprenant des échancrures de forme circulaire, et étant d'écartement égal à celui de ces tubes, caractérisé en ce que le rayon des échancrures est un peu supérieure celui des tubes du faisceau, en ce que les échancrures sont séparées par des languettes (16,18, 20,17,19,21) de targeur (1) comprise entre 25 et 40 % de la largeur (L) séparant les deux tubes verticaux d'une paire, en ce que les tubes horizontaux sont disposés dans les échancrures avec un peu de jeu, et en ce que les tubes verticaux adjacents comportent de place en place des pincements (11) où ils sont rapprochés l'un de l'autre et soudés à une entretoise horizontale (12).
2. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soude entre des groupes de tubes verticaux parallèles plusieurs ailettes de jonction superposées, en réservant entre deux ailettes une zone vide de moindre hauteur, en ce que l'on perce chaque ailette de trous de diamètre un peu supérieur à celui des tubes du faisceau à supporter, puis en ce que l'on découpe les zones de l'ailette entre les trous parallèlement à l'axe des tubes verticaux de façon à en éliminer une portion médiane comprise entre 20 et 50 % de la largeur initiale de l'ailette, en ce que l'on introduit les tubes horizontaux dans les échancrures des demi-ailettes formées avec un peu de jeu, en ce que l'on pince les tubes verticaux pour les rapprocher l'un de l'autre dans les zones vides de moindre hauteur, et en ce que l'on les y soude à une entretoise horizontale.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on effectue le perçage des trous des ailettes et le découpage des zones médianes entre les trous par un moyen de découpage assurant un profil régulier et sans arêtes aigües.
EP84114069A 1983-11-25 1984-11-22 Dispositif de suspension d'un faisceau de tubes horizontaux dans un plan vertical, et procédé de fabrication de ce dispositif Expired - Lifetime EP0143432B2 (fr)

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EP0143432A3 EP0143432A3 (en) 1985-11-27
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