EP0219882B1 - Procédé et dispositif automatique de nettoyage d'un échangeur de chaleur pour fluides gazeux - Google Patents

Procédé et dispositif automatique de nettoyage d'un échangeur de chaleur pour fluides gazeux Download PDF

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EP0219882B1
EP0219882B1 EP86114805A EP86114805A EP0219882B1 EP 0219882 B1 EP0219882 B1 EP 0219882B1 EP 86114805 A EP86114805 A EP 86114805A EP 86114805 A EP86114805 A EP 86114805A EP 0219882 B1 EP0219882 B1 EP 0219882B1
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EP
European Patent Office
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channels
injection
elastic members
additional
exchanger
Prior art date
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Expired
Application number
EP86114805A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0219882A1 (fr
Inventor
Paul Barroyer
Eric Piat
Bernard Foucher
Léon Bouilliez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Neu SA
Original Assignee
Neu SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Neu SA filed Critical Neu SA
Priority to AT86114805T priority Critical patent/ATE39284T1/de
Publication of EP0219882A1 publication Critical patent/EP0219882A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0219882B1 publication Critical patent/EP0219882B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G7/00—Cleaning by vibration or pressure waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G1/00—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
    • F28G1/06—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances having coiled wire tools, i.e. basket type

Definitions

  • the present invention relates to a method and an automatic device for periodically cleaning the surfaces of a heat exchanger intended to treat gaseous fluids flowing in vertical channels defined between said surfaces.
  • Another means of combating fouling and clogging is to provide cleaning of the inside of the tubes.
  • Devices for this purpose have been provided, in particular for tubular heat exchangers intended for the treatment of liquids.
  • FR-A-2 435 292 also suitable in the case of a heat exchanger for the treatment of liquids, uses a mechanical device to periodically stretch a helical spring whose function is to scrape the substances deposited along the walls, thus preventing their deterioration by local overheating. It is recommended to use a tight fit along the wall of the tube.
  • the present invention relates to an automatic method and device for periodic cleaning of the internal surfaces of a heat exchanger for gaseous fluids which makes it possible to obtain a vibration of elastic scraping elements placed inside the channels of the heat exchanger, and this by simple pneumatically actuated means, in order to solve the problems posed by the adaptation of known cleaning devices to heat exchangers intended to treat gaseous fluids.
  • the automatic method of periodic cleaning of the surfaces of a heat exchanger for gaseous fluids flowing in vertical channels between said surfaces makes use of elastic elements permanently arranged in said channels and capable of being vibrated to perform cleaning of said surfaces.
  • the elastic elements are vibrated successively for at least one group of channels of the heat exchanger, by means of an injection of an additional compressed gas in a position such that it induces in said group of channels a flow of gaseous fluid coming from the exchanger.
  • the additional gas injection control can be done manually intermittently, or according to a sequence determined for each group of channels of the exchanger under the control of an automatic control system.
  • the injection of the additional gas under pressure can be done in the axis or in the plane of symmetry of the channels, or even in an inclined manner depending on the applications.
  • the injection of the additional compressed gas is preferably carried out by means of nozzles placed in a position upstream of the mouth of each channel of the heat exchanger.
  • the invention also relates to an automatic device for periodically cleaning the surfaces of a heat exchanger for gaseous fluids which allows the implementation of the method of the invention.
  • the device of the invention comprises injection pipes for additional compressed gas opening upstream, in front of the openings of the channel groups and an injection control device suitable for successively and periodically controlling for each group of channels, an injection of additional compressed gas inducing in the group of channels a flow of gaseous fluid coming from the exchanger, thus causing the vibration of the elastic elements being in the group of channels.
  • the elastic elements are preferably fixed at their two ends in the vicinity of the two ends of the channels.
  • the elastic elements may only be fixed at their upper end, close to the opening, the lower end of the elastic elements then being free.
  • the injection pipes preferably have injection nozzles which direct the flow of additional compressed gas towards the upper opening of the channels. These nozzles can also serve as a fixing for the upper part of the elastic elements, either directly or by means of additional elements integral with the nozzles or fixed to the nozzles.
  • the elastic elements are arranged in the vertical channels of the heat exchanger in the immediate vicinity of their internal walls, without however coming into contact with said walls during normal operation of the exchanger, that is to say outside cleaning periods.
  • the elastic elements therefore act as turbulators disturbing the boundary layer in the vicinity of the internal walls of the channels, which makes it possible to circulate the gas flow at a low speed which is preferably between approximately 8 and 12 m / second, and more particularly between approximately 8 and 10 m / second.
  • the elastic elements consist of metal wires wound in a helix.
  • metal wires provided with a plurality of blades extending radially, advantageously aerodynamically profiled, so as to vibrate the whole of the elastic element by the action of the gas flow induced by the additional compressed gas from the injection lines.
  • the heat exchanger is of the cross-flow tubular type in which hot and dusty gases flow inside vertical tubes 1, preferably from top to bottom. low.
  • the cooling air flows transversely to the direction of the hot and dusty gases, outside of the tubes 1 and between them.
  • the invention could also be applied, without notable modifications, to an exchanger of the tube-shell type with flow parallel to the tubes of the cooling gases, or to another type, and in particular to a heat exchanger. with plates.
  • the tubes 1 are fixed to the upper 2a and lower 2b head plates by welding according to a conventional method in the construction of exchangers of this type.
  • the tubes 1 thus communicate with an upper plenum 3 which is used for the admission or extraction of hot and dusty gases through an intake or extraction orifice which is not shown in the figures, and with a lower plenum 4 comprising an extraction or admission orifice also not shown.
  • the lower plenum 4 preferably has, as illustrated in FIG. 1, the shape of a hopper making it possible to facilitate the recovery of the solid particles which will settle there during the cleaning operations.
  • the dimensioning of the gas passage sections is chosen so that a flow speed of between approximately 8 and 12 m / second, and preferably approximately 8 and 10 m / second, is obtained. It is indeed advisable not to adopt a too high flow speed, in order not to create exaggerated pressure drops. Furthermore, a flow rate that is too low would cause prohibitive bulk for the entire apparatus.
  • the choice of the diameter of the tubes is made so as to allow the passage of gases with the suitable flow speed which has just been mentioned, while allowing the insertion of the elastic cleaning elements.
  • the elastic elements are formed in the example illustrated in Figures 1 and 2 by a metal wire 5 wound in a helix and forming a spring.
  • the springs 5 are rigidly fixed at their upper 6 and lower 7 ends, which both protrude from the upper and lower ends of the tubes 1.
  • the lower ends 7 of the springs 5 are fixed to a grid 8 itself rigidly mounted by means not illustrated in the figures, in the lower plenum 4.
  • the grid 8 has a mesh identical to that of the axes of the tubes 1 of the exchanger. It will however be understood that a different attachment could perfectly well be envisaged.
  • the lower part 7 of the spring 5 is fixed by means of hooks 9 allowing easy disassembly.
  • hooks 9 allowing easy disassembly.
  • other means could be used, and in particular a bolting or pinning fastening, insofar as easy disassembly remains possible.
  • injection nozzles 10 for an additional compressed gas which can for example be compressed air or steam pressurized water.
  • the nozzles 10 have ends of small diameter which can be for example between 4 and 10 mm approximately, it being understood that the choice of the diameter of the injection nozzle depends on the diameter of the tubes 1 of the exchanger.
  • the nozzles 10 are centered on the axes of the tubes 1 and placed at a certain distance above the opening of the tubes 1. It would be possible, in a variant, for the axis of the nozzles 10 to have a certain inclination relative to the 'axis of the tubes 1, which would then direct the compressed additional gas jet towards the periphery of the elastic elements 5, causing a different excitation.
  • each injection pipe 12 equipped with its plurality of vertical tubes 11 and injection nozzles 10, allows the injection of gas into a row of tubes 1 ( Figure 2).
  • a control valve 14 which can be actuated manually or by means of a solenoid valve controlled by an automatic mechanism, allows the periodically controlled injection of the additional compressed gas contained in the reservoir 13, for this row of tubes 1.
  • FIG. 3 there is seen a first embodiment of such an attachment.
  • the injection tube 11 is provided with longitudinal fins 15 in which are made perforations 16 allowing the passage and the winding of the upper end of the spring 5.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment in which the spring 5 is terminated by a winding 17 of smaller diameter than the spring 5, the winding 17 being threaded on the end of the injection tube 11 and blocked by a clamping element 18. It will of course be noted that 'it would be perfectly possible to fix the upper ends of the springs 5 by other means, for example directly on the injection pipe 12, or else on a separate support rigidly mounted in the upper plenum 3.
  • the device of the invention operates in the following manner.
  • a gas is injected into a row of tubes 1 additional tablet at a pressure of the order of 2 to 6 bars via the nozzles 10.
  • This injection which is carried out for a relatively short duration, for example between 1 / 10th of a second and a few seconds, instantly induces a flow of fluid gas from the upper plenum 3 and the tubes 1 of the adjacent rows.
  • This induced gaseous fluid flow rate is of the order of four to six times the flow rate of the additional compressed gas injected through the nozzles 10.
  • the flow speed thus created inside the tubes 1 is therefore very high.
  • the amount of movement thus provided is communicated to the springs 5 and the resulting agitation is damped in the flow and along the walls of the tubes 1 by impact and scraping, which results in cleaning and maintenance of the state. internal surfaces of the tubes 1 of the heat exchanger.
  • FIG. 5 illustrates a variant of the device of the invention in which the upper end of each tube 1 of the exchanger is fitted with a mouth piece 19 partially penetrating inside the tube 1.
  • the piece of mouth 19 can be fixed to tube 1 by threading as illustrated in FIG. 5, or by any other means such as snap-fastening, welding, gluing, etc.
  • the mouthpiece 19 is profiled in the manner of a nozzle convergent, so as to induce a greater flow of gaseous fluid under the effect of the injection of the additional compressed gas by the nozzles 10 placed as before at a certain distance from the mouth of the tubes 1. It is thus possible to further reduce the flow rate of the additional compressed gas necessary for the periodic cleaning operation.
  • FIG. 6 schematically shows an elastic element of different structure which can be used in the context of the invention.
  • the blades 21 then cause the cleaning by impacts and scraping as previously.
  • the elastic element constituted by the spring 5 or by the cable 20 provided with the fins 21, or even by any other equivalent means be placed inside the tube 1 or of the vertical channel of the exchanger, so as to be in close proximity to its internal walls, without however coming into contact with said walls during normal operation of the heat exchanger outside of the cleaning periods.
  • the boundary layer is effectively disturbed by portions of the elastic element located in the vicinity of the internal walls of the tubes 1 and cleaning is better ensured during the injection of compressed gas.
  • the elastic elements have been rigidly fixed at their upper and lower ends. It will however be understood that it would be possible in a variant not to fix the lower ends of the elastic elements. These then remain free of any hindrance in the vicinity of their lower end 7 and can somehow float in the gas flow. The vibration characteristics caused by the injection of additional compressed gas and the induced gas flow are then different and can be adapted to certain particular problems of clogging.

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif automatique de nettoyage périodique des surfaces d'un échangeur de chaleur destiné à traiter des fluides gazeux s'écoulant dans des canaux verticaux définis entre lesdites surfaces.
  • Le problème posé par l'encrassement des surfaces d'échange des échangeurs de chaleur est un obstacle important pour leur exploitation. Pour les échangeurs de chaleur destinés à traiter des fluides gazeux, on constate tout d'abord une diminution du flux de chaleur échangé en raison de l'encrassement des parois entre lesquelles s'écoule le fluide gazeux. Par ailleurs, on constate des dépôts de poussière qui peuvent rapidement atteindre des épaisseurs non négligeables, ce qui entraîne une augmentation considérable des pertes de charge.
  • Les échangeurs de chaleur étant en général constitués d'un certain nombre de canaux en parallèle, l'encrassement entraîne un risque de colmatage d'une partie de la section de passage des gaz, ce qui se traduit par une perte de surface d'échange entraînant une diminution d'efficacité de l'échangeur. En effet, il est très difficile d'assurer une distribution rigoureusement uniforme des débits dans la totalité des canaux en parallèle d'un tel échangeur de chaleur. Ainsi, il est concevable qu'un certain nombre de canaux reçoivent moins de débit que d'autres. Tous les canaux étant en général géométriquement identiques, les vitesses d'écoulement dans certains canaux peuvent donc être moindres que dans d'autres. La vitesse de dépôt des particules de poussière variant en sens inverse de la vitesse d'écoulement des gaz, il en résulte un dépôt préférentiel des particules solides le long des parois des zones moins bien alimentées de l'échangeur. Les caractéristiques de pertes de charge des canaux obstrués augmentent rapidement avec la diminution de leur diamètre hydraulique, ce qui entraîne à nouveau une réduction des vitesses d'écoulement. Ainsi le phénomène s'auto- entretien et s'accélère même jusqu'à l'obturation complète de certains canaux.
  • Pour éviter ces inconvénients, on procède généralement à l'entretien régulier des surfaces d'échange. Cet entretien peut se faire de manière discontinue avec intervention humaine périodique. Un tel processus présente cependant l'inconvénient d'entraîner des coûts de main d'oeuvre importants ainsi que des pertes de productivité en raison des arrêts nécessaires de l'installation.
  • On a donc envisagé de lutter contre l'encrassement des échangeurs de chaleur en agissant à la source même du phénomène. On a tout d'abord imaginé de lutter contre le colmatage des échangeurs de chaleur en organisant les écoulements de manière rigoureusement uniforme de façon que les dépôts solides se produisent simultanément sur toutes les surfaces. L'épaisseur des dépôts tend alors asymptotiquement vers une limite pour laquelle la vitesse d'érosion contrebalance la vitesse de dépôt. Une telle limite stable pour A'épaisseur des dépôts évite le colmatage partiel de la section de passage des gaz dans l'échangeur. Le FR-A-2 524132 décrit une telle réalisation dans laquelle le passage des gaz est organisé de manière parfaitement uniforme. On ne peut cependant exclure un déséquilibre accidentel de l'alimentation qui entraînerait alors un début de colmatage.
  • Un autre moyen de lutte contre l'encrassement et le colmatage est de prévoir un nettoyage de l'intérieur des tubes. Des dispositifs a cet effet ont été prévus, en particulier pour les échangeurs de chaleur tubulaires destinés au traitement des liquides.
  • On connaît par exemple l'utilisation de corps souples de taille légèrement supérieure au diamètre des tubes, que l'on force par poussée hydraulique sur toute leur longueur (voir EP-A 41 698). Un tel procédé n'est cependant pas applicable dans le cas d'un écoulement gazeux compressible.
  • Dans certains cas, on a préconisé d'utiliser les contraintes de frottement des fluides sur les parois d'échange et leur brusque variation pour détacher les dépôts particulaires on connaît par exemple un dispositif de ramonage à la vapeur ou à l'air comprimé des tubes de fumée des chaudières (voir EP-A-29 933). Mais tous les dépôts solides ne se laissent pas détacher sous l'influence des seules contraintes de frottement, et seul un râclage mécanique pourrait garantir un entretien régulier des surfaces d'échange.
  • Pour les échangeurs de chaleur destinés à traiter les liquides, on a déjà imaginé d'utiliser une spirale métallique élastique mise en agitation par la circulation du liquide FR-A-2 479 964). Dans un tel procédé, la quantité de mouvement transmise par le liquide suffit à provoquer l'agitation du fil métallique qui entre en contact répétitif avec les parois internes des tubes, ef fectuant ainsi le nettoyage. Toutefois, dans le cas d'un fluide gazeux, un tel procédé ne pourrait pas être utilisé, les quantités de mouvement transmises par les gaz n'étant pas suffisantes dans des conditions normales d'utilisation. Une augmentation de la vitesse d'écoulement du fluide gazeux pour obtenir l'effet désiré, entraînerait l'apparition de pertes de charge beaucoup trop importantes.
  • Le FR-A-2 435 292 également adapté au cas d'un échangeur de chaleur pour le traitement des liquides, utilise un dispositif mécanique pour étirer périodiquement un ressort hélicoïdal dont la fonction est de râcler les substances déposées le long des parois, empêchant ainsi leur détérioration par surchauffe locale. Il est préconisé d'utiliser un ajustement serré le long de la paroi du tube.
  • L'utilisation d'un tel dispositif mécanique pour un échangeur de chaleur destiné à traiter les fluides gazeux, en particulier à haute température pouvant dépasser 800° C, poussiéreux et éventuellement agressifs, présenterait des difficultés considérables à la fois sur le plan de la conception et de la fiabilité.
  • La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif automatiques de nettoyage périodique des surfaces internes d'un échangeur de chaleur pour fluides gazeux qui permette d'obtenir une mise en vibration d'éléments élastiques de râclage placés à l'intérieur des canaux de l'échangeur de chaleur, et ce par des moyens simples actionnés pneumatiquement, afin de résoudre les problèmes posés par l'adaptation des dispositifs de nettoyage connus aux échangeurs de chaleur destinés à traiter des fluides gazeux.
  • Selon l'invention, le procédé automatique de nettoyage périodique des surfaces d'un échangeur de chaleur pour fluides gazeux s'écoulant dans des canaux verticaux entre lesdites surfaces, fait usage d'éléments élastiques disposés en permanence dans lesdits canaux et capables d'être mis en vibration afin d'effectuer le nettoyage desdites surfaces. La mise en vibration des éléments élastiques se fait, selon l'invention, successivement pour au moins un groupe de canaux de l'échangeur de chaleur, au moyen d'une injection d'un gaz comprimé supplémentaire dans une position telle qu'elle induise dans ledit groupe de canaux un débit de fluide gazeux provenant de l'échangeur.
  • La commande d'injection du gaz supplémentaire peut être faite manuellement par intermittence, ou selon une séquence déterminée pour chaque groupe de canaux de l'échangeur sous le contrôle d'un automatisme de pilotage.
  • L'injection du gaz supplémentaire sous pression peut se faire dans l'axe ou dans le plan de symétrie des canaux, ou encore de manière inclinée selon les applications.
  • L'injection du gaz supplémentaire comprimé se fait de préférence au moyen de tuyères placées dans une position en amont de l'embouchure de chaque canal de l'échangeur de chaleur.
  • L'invention a également pour objet un dispositif automatique de nettoyage périodique des surfaces d'un échangeur de chaleur pour fluides gazeux qui permet la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le dispositif de l'invention comprend des conduites d'injection de gaz comprimé supplémentaire débouchant en amont, devant les ouvertures des groupes de canaux et un dispositif de commande d'injection adapté pour commander successivement et périodiquement pour chaque groupe de canaux, une injection de gaz comprimé supplémentaire induisant dans le groupe de canaux un débit de fluide gazeux provenant de l'échangeur, provoquant ainsi la mise en vibration des éléments élastiques se trouvant dans le groupe de canaux. Ces vibrations qui se produisent à la fois de façon longitudinale, transversale et en rotation, provoquent une multitude de contacts entre les éléments élastiques et les parois internes des canaux de l'échangeur de chaleur, entraînant ainsi un râclage de ces parois et un détachement des particules solides qui peuvent alors tomber sous l'action de la gravité, dans les canaux verticaux et/ou être entraînées par l'écoulement gazeux.
  • Les éléments élastiques sont de préférence fixés à leurs deux extrémités au voisinage des deux extrémités des canaux.
  • Dans une variante, les éléments élastiques peuvent n'être fixés qu'à leur extrémité haute, voisine de l'ouverture, l'extrémité basse des éléments élastiques étant alors libre.
  • Les conduits d'injection comportent de préférence des tuyères d'injection qui dirigent l'écoulement de gaz comprimé supplémentaire vers l'ouverture supérieure des canaux. Ces tuyères peuvent en outre servir de fixation pour la partie supérieure des éléments élastiques, soit directement, soit par l'intermédiaire d'éléments supplémentaires solidaires des tuyères ou fixés aux tuyères.
  • Les éléments élastiques sont disposés dans les canaux verticaux de l'échangeur de chaleur au voisinage immédiat de leurs parois internes, sans toutefois entrer en contact avec lesdites parois lors du fonctionnement normal de l'échangeur, c'est-à-dire en-dehors des périodes de nettoyage.
  • Pendant le fonctionnement normal de l'échangeur, les éléments élastiques jouent donc le rôle de turbulateurs perturbant la couche limite au voisinage des parois internes des canaux, ce qui permet de faire circuler l'écoulement gazeux à une vitesse basse qui est de préférence comprise entre environ 8 et 12 m/seconde, et plus particulièrement entre environ 8 et 10 m/seconde.
  • Dans un mode de réalisation préféré, les éléments élastiques sont constitués de fils métalliques enroulés en hélice. Dans une variante, on peut utiliser des fils métalliques munis d'une pluralité de pales s'étendant radialement, avantageusement profilées aérodynamiquement, de façon à mettre en vibration l'ensemble de l'élément élastique par action de l'écoulement gazeux induit par le gaz comprimé supplémentaire provenant des conduites d'injection.
  • L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs, et illustrée par les dessins annexés, sur lesquels:
    • la figure 1 est une vue partielle en élévation en coupe d'un échangeur de chaleur tubulaire comportant un dispositif automatique de nettoyage périodique selon l'invention;
    • la figure 2 est une vue partielle en coupe de côté de l'échangeur de la figure 1;
    • les figures 3 et 4 illustrent deux variantes de fixation de la partie haute des éléments élastiques;
    • la figure 5 illustre en vue agrandie schématiquement et en coupe, une variante de réalisation de l'extrémité haute d'un tube d'échangeur de chaleur; et
    • la figure 6 illustre schématiquement en coupe une variante d'élément élastique pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention.
  • Tel qu'il est illustré sur les figures 1 et 2, l'échangeur de chaleur est du type tubulaire à courant croisé dans lequel des gaz chauds et poussiéreux s'écoulent à l'intérieur de tubes verticaux 1, de préférence du haut vers le bas. L'air de refroidissement s'écoule de manière transversale à la direction des gaz chauds et poussiéreux, à l'extérieur des tubes 1 et entre ceux-ci. On comprendra bien entendu que l'invention pourraît également s'appliquer sans modifications notables, à un échangeur du type tubes-calandre avec écoulement parallèle aux tubes des gaz de refroidissement, ou encore à un autre type, et en particulier à un échangeur de chaleur à plaques.
  • Les tubes 1 sont fixés aux plaques de tête supérieure 2a et inférieure 2b par soudure selon un procédé classique dans la construction des échangeurs de ce type. Les tubes 1 communiquent ainsi avec un plenum supérieur 3 qui sert à l'admission ou l'extraction des gaz chauds et poussiéreux par un orifice d'admission ou d' extraction qui n'est pas représenté sur les figures, et avec un plenum inférieur 4 comportant un orifice d'extraction ou d'admission également non représenté. Le plenum inférieur 4 a de préférence, comme illustré sur la figure 1, la forme d'une trémie permettant de faciliter la récupération des particules solides qui viendront s'y décanter lors des opérations de nettoyage.
  • Le dimensionnement des sections de passage des gaz est choisi de façon qu'une vitesse d'écoulement comprise entre environ 8 et 12 m/sconde, et de préférence environ 8 et 10 m/seconde, soit obtenue. Il convient en effet de ne pas adopter une vitesse d'écoulement trop importante, afin de ne pas créer de pertes de charge exagérées. Par ailleurs, une vitesse d'écoulement trop basse entraînerait un encombrement prohibitif pour l'ensemble de l'appareil. Le choix du diamètre des tubes se fait de façon à permettre le passage des gaz avec la vitesse d'écoulement convenable qui vient d'être mentionnée, tout en permettant l'insertion des éléments élastiques de nettoyage.
  • Les éléments élastiques sont constitués dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2 par un fil métallique 5 enroulé en hélice et formant ressort. Les ressorts 5 sont fixés de manière rigide à leurs extrémités haute 6 et basse 7, qui dépassent toutes deux des extrémités haute et basse des tubes 1. Les extrémités inférieures 7 des ressorts 5 sont fixées à une grille 8 elle-même montée rigidement par des moyens non illustrés sur les figures, dans le plenum inférieur 4. Dans l'exemple illustré, la grille 8 présente une maille identique à celle des axes des tubes 1 de l'échangeur. On comprendra cependant qu'une fixation différente pourrait parfaitement être envisagée.
  • La fixation de la partie basse 7 du ressort 5 se fait au moyen de crochets 9 permettant un démontage aisé. On pourrait là encore utiliser d'autres moyens, et en particulier une fixation à boulonnage ou à épinglage, dans la mesure où le démontage facile reste possible.
  • Dans la partie haute de l'échangeur de chaleur et à l'intérieur du plenum supérieur 3, se trouvent disposées une pluralité de tuyères d'injection 10 pour un gaz comprimé supplémentaire qui peut par exemple être de l'air comprimé ou de la vapeur d'eau sous pression. Les tuyères 10 comportent des extrémités de faible diamètre pouvant être compris par exemple entre 4 et 10 mm approximativement, étant entendu que le choix du diamètre de la tuyère d'injection dépend du diamètre des tubes 1 de l'échangeur.
  • Les tuyères 10 sont centrées sur les axes des tubes 1 et placées à une certaine distance au-dessus de l'ouverture des tubes 1. Il serait possible dans une variante, que l'axe des tuyères 10 présente une certaine inclinaison par rapport à l'axe des tubes 1, ce qui permettrait alors d'orienter le jet de gaz supplémentaire comprimé vers la périphérie des éléments élastiques 5, entraînant une excitation différente.
  • Les tuyères d'injection 10 sont reliées par de petits tubes verticaux 11 à un conduit d'injection 12 lui-même connecté à un réservoir de gaz comprimé 13. On notera que dans l'exemple illustré, chaque conduit d'injection 12 équipé de sa pluralité de tubes verticaux 11 et des tuyères d'injection 10, permet l'injection de gaz dans une rangée de tubes 1 (figure 2).
  • Une vanne de commande 14 qui peut être actionnée manuellement ou au moyen d'une électrovanne pilotée par un automatisme, permet l'injection commandée périodique du gaz comprimé supplémentaire contenu dans le réservoir 13, pour cette rangée de tubes 1.
  • La fixation de l'extrémité supérieure 6 des ressorts 5 peut être faite directement sur les tubes verticaux 11. En se reportant à la figure 3, on voit un premier mode de réalisation d'une telle fixation. Selon ce mode de réalisation, le tube d'injection 11 est muni d'ailettes longitudinales 15 dans lesquelles sont pratiquées des perforations 16 permettant le passage et l'enroulement de l'extrémité supérieure du ressort 5. La figure 4 montre une variante de réalisation dans laquelle le ressort 5 est terminé par un enroulement 17 de plus petit diamètre que le ressort 5, l'enroulement 17 étant enfilé sur l'extrémité du tube d'injection 11 et bloqué par un élément de serrage 18. On notera bien entendu qu'il serait parfaitement possible de fixer les extrémités supérieures des ressorts 5 par d'autres moyens, par exemple directement sur la conduite d'injection 12, ou encore sur un support séparé monté rigidement dans le plenum supérieur 3.
  • Le dispositif de l'invention fonctionne de la manière suivante. Pour procéder au nettoyage périodique des parois internes des tubes 1, on injecte dans une rangée de tubes 1, un gaz comprimé supplémentaire à une pression de l'ordre de 2 à 6 bars par les tuyères 10. Cette injection, qui se fait pendant une durée relativement courte, par exemple comprise entre 1/l0ème de seconde et quelques secondes, induit instantanément un débit de fluide gazeux en provenance du plenum supérieur 3 et des tubes 1 des rangées voisines. Ce débit de fluide gazeux induit est de l'ordre de quatre à six fois le débit du gaz comprimé supplémentaire injecté par les tuyères 10. La vitesse d'écoulement ainsi créée à l'intérieur des tubes 1, est donc très importante. La quantité de mouvement ainsi fournie est communiquée aux ressorts 5 et l'agitation qui en résulte est amortie dans l'écoulement et le long des parois des tubes 1 par chocs et râclage, ce qui entraîne le nettoyage et l'entretien de l'état des surfaces internes des tubes 1 de l'échangeur de chaleur.
  • Il est ainsi possible d'empêcher l'encrassement des tubes de léchangeur sans générer de pertes de charge trop importantes puisque la vitesse d'écoulement, en fonctionnement normal en-dehors des périodes de nettoyage, peut être choisie à une valeur relativement basse comme on l'a mentionné précédemment. Les performances d'échange thermique sont par ailleurs améliorées grâce à l'insertion à l'intérieur des tubes des ressorts 5 qui jouent le rôle de turbulateurs dont l'effet de suppression des couches limites compense la réduction de la vitesse d'écoulement. L'utilisation d'un système de commande manuel ou automatique permet de contrôler parfaitement la fréquence d'injection du gaz comprimé supplémentaire et d'optimiser ainsi l'usure et la fréquence de remplacement des éléments élastiques constitués par les ressorts 5.
  • La figure 5 illustre une variante du dispositif de l'invention dans laquelle l'extrémité supérieure de chaque tube 1 de l'échangeur est équipée d'une pièce d'embouchure 19 pénétrant partiellement à l'intérieur du tube 1. La pièce d'embouchure 19 peut être fixée sur le tube 1 par filetage comme illustré sur la figure 5, ou par tout autre moyen tel qu'encliquetage, soudure, collage, etc. La pièce d'embouchure 19 est profilée à la façon d'un convergent de tuyère, de façon à induire un plus grand débit de fluide gazeux sous l'effet de l'injection du gaz comprimé supplémentaire par les tuyères 10 placées comme précédemment à une certaine distance de l'embouchure des tubes 1. Il est ainsi possible de réduire encore le débit du gaz comprimé supplémentaire nécessaire à l'opération de nettoyage périodique.
  • La figure 6 montre schématiquement un élément élastique de structure différente pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention. Sur cette figure, on a représenté un tube 1 à l'intérieur duquel l'élément élastique est constitué par un câble 20 présentant de faibles ondulations et muni d'une pluralité de pales 21 s'étendant radialement et présentant un profil aérodynamique de façon à pouvoir être entraînées de manière tourbillonnaire dans l'écoulement gazeux parallèle à l'axe du tube 1. Les pales 21 provoquent alors le nettoyage par chocs et râclage comme précédemment.
  • Dans tous les cas, on notera qu'il est important que l'élément élastique constitué par le ressort 5 ou par le câble 20 muni des ailettes 21, ou encore par tout autre moyen équivalent, soit placé à l'intérieur du tube 1 ou du canal vertical de l'échangeur, de façon à être à proximité immédiate de ses parois internes, sans toutefois entrer en contact avec lesdites parois lors du fonctionnement normal de l'échangeur de chaleur en-dehors des périodes de nettoyage. De ce fait, la couche limite se trouve effectivement perturbée par des portions de l'élément élastique se trouvant au voisinage des parois internes des tubes 1 et le nettoyage est mieux assuré lors de l'injection de gaz comprimé.
  • Dans les exemples illustrés, les éléments élastiques ont été fixés rigidement à leurs extrémités supérieure et inférieure. On comprendra cependant qu'il serait possible d'envisager dans une variante de ne pas fixer les extrémités inférieures des éléments élastiques. Ceux-ci restent alors libres de toute entrave au voisinage de leur extrémité inférieure 7 et peuvent en quelque sorte flotter dans l'écoulement gazeux. Les caractéristiques de vibration entraînées par l'injection de gaz comprimé supplémentaire et l'écoulement gazeux induit sont alors différentes et peuvent être adaptées à certains problèmes particuliers de colmatage.

Claims (16)

1. Procédé automatique de nettoyage périodique des surfaces d'un échangeur de chaleur pour fluides gazeux s'écoulant dans des canaux verticaux entre lesdites surfaces, au moyen d'éléments élastiques (5, 20, 21) disposés en permanence dans lesdits canaux (1) et capables d'être mis en vibration afin d'effectuer le nettoyage desdites surfaces, caractérisé par le fait que la mise en vibration des éléments élastiques (5, 20, 21) est faite successivement pour au moins un groupe de canaux (1) de l'échangeur de chaleur au moyen d'une injection d'un gaz comprimé supplémentaire dans une position telle qu'elle induise un débit de fluide gazeux provenant de l'échangeur dans ledit groupe de canaux.
2. Procédé automatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la commande d'injection de gaz supplémentaire est faite manuellement par intermittence.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la commande d'injection de gaz supplémentaire est faite selon une séquence déterminée pour chaque groupe de canaux de l'échangeur sous le contrôle d'un automatisme de pilotage.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'injection de gaz supplémentaire est faite dans l'axe ou dans le plan de symétrie des canaux.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'injection de gaz supplémentaire est faite de manière inclinée par rapport à l'axe ou au plan de symétrie des canaux.
6. Procédé selon les revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que l'injection de gaz supplémentaire est faite au moyen de tuyères (10) placées dans une position en amont de l'ouverture de chaque canal (1).
7. Dispositif automatique de nettoyage périodique des surfaces d'un échangeur de chaleur pour fluides gazeux s'écoulant dans des canaux verticaux (1) défini entre lesdites surfaces, comportant des éléments élastiques disposés en permanence dans lesdits canaux (1) et capables d'être mis en vibration afin d'effectuer le nettoyage desdites surfaces, caractérisé par le fait qu'il comprend des conduites d'injection (10, 11, 12) de gaz comprimé supplémentaire débouchant devant les ouvertures de groupes de canaux (1) et un dispositif de commande d'injection (14) adapté pour commander successivement et périodiquement pour chaque groupe de canaux, une injection de gaz comprimé supplémentaire induisant dans ledit groupe de canaux (1) un débit de fluide gazeux provenant de l'échangeur, provoquant la mise en vibration des éléments élastiques (5, 20, 21) se trouvant dans ledit groupe de canaux.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les éléments élastiques sont fixés au moins à leur extrémité haute voisine de l'ouverture amont des canaux.
9. Dispositif selon les revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que les éléments élastiques sont fixés à leurs deux extrémités au voisinage des extrémités des canaux.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que les conduites d'injection comportent les tuyères d'injection (10) dirigeant l'écoulement de gaz comprimé supplémentaire vers l'ouverture supérieure des canaux (1).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les éléments élastiques (5) sont fixés auxdites tuyères (10, 11).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que les éléments élastiques (5, 20, 21) sont disposés dans les canaux (1) au voisinage immédiat de leurs parois internes, sans toutefois entrer en contact avec lesdites parois lors du fonctionnement normal de l'échangeur, en-dehors des périodes de nettoyage.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les éléments élastiques sont constitués par des fils métalliques (5) enroulés en hélice.
14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les éléments élastiques sont constitués par des fils métalliques (20) munis d'une pluralité de pales (21) s'étendant radialement.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, adapté à un échangeur de chaleur tubulaire, caractérisé par le fait que chaque tube est équipé intérieurement d'un élément elastique et coopérant avec une tuyère d'injection (10) communiquant avec un conduit d'injection (12) de gaz supplémentaire sous pression.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait que l'extrémité supérieure de chaque tube (1) comporte une pièce d'embouchure (19) de profil convergent coopérant avec la tuyère d'injection (10) pour augmenter le débit de fluide gazeux induit par l'injection de gaz comprimé supplémentaire.
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