EP0442795A1 - Echangeur de chaleur démontable à tubes en épingles à cheveux disposés dans des plans parallèles - Google Patents

Echangeur de chaleur démontable à tubes en épingles à cheveux disposés dans des plans parallèles Download PDF

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EP0442795A1
EP0442795A1 EP91400333A EP91400333A EP0442795A1 EP 0442795 A1 EP0442795 A1 EP 0442795A1 EP 91400333 A EP91400333 A EP 91400333A EP 91400333 A EP91400333 A EP 91400333A EP 0442795 A1 EP0442795 A1 EP 0442795A1
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D7/082—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
    • F28D7/085—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
    • F28D7/087—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions assembled in arrays, each array being arranged in the same plane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F28F9/0131—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies formed by plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/02—Removable elements

Definitions

  • the present invention relates to a removable heat exchanger between a fluid circulating inside horizontal tubes in multiple hairpins, mounted on vertical tubular plates orthogonal to the tubes, and a gas charged with solid particles circulating around these tubes at l inside an enclosure in the shape of a rectangular parallelepiped, each tube being connected to the inlet and the outlet by branches passing through the walls of the enclosure, said tubular plates being pierced with oval windows forming buttonholes in line with the tube bends and circular openings to the right of the straight lengths of the tubes.
  • exchangers are used in particular for cooling ash from a circulating fluidized bed reactor, before their recycling in the reactor.
  • the object of the present invention is to provide a heat exchanger of this kind whose repairs can be carried out in a simpler and faster manner, with much less handling, and entail much lower costs.
  • the heat exchanger according to the invention is characterized in that the oval windows are pierced in line with the elbows of the tubes situated on the side of the wall traversed by the branches and in that the wall of the enclosure opposite to that traversed by the branches is removable.
  • oval windows and the circular openings are provided with sleeves.
  • Figure 1 shows the exchanger in side elevation, the plane of the figure being parallel to the planes of multiple hairpins, with section of the wall of the enclosure.
  • Figure 2 shows it in section between two tubular plates, the plane of the figure being perpendicular to the planes of the hairpins.
  • FIG. 3 shows a front view of the detail of a "buttonhole" of a tube plate for the passage of a tube bend.
  • FIG. 4 represents the same "buttonhole” seen in profile, with the protective sleeves of the tubes (detail IV of FIG. 1)
  • FIG. 5 represents the detail of a passage orifice with a straight length of tube end with its sheath (detail V of FIG. 1).
  • the exchanger has a chamber lined with refractory 1 around a set 2 of tubes with multiple hairpins mounted in parallel planes.
  • the chamber has on one of its sides facing one of the tubular plates a removable wall 3 making it possible to remove from this chamber one or the other of the hairpin tubes such as 15.
  • On the floor of the chamber are arranged with fluidization air injectors 4.
  • the multiple hairpin tube shown is connected to the inlet 5 and outlet 6 collectors of the fluid to be heated in exchange for heat with the solid particles.
  • Tube branches 7 and 8 passing through the wall connect these collectors to the hairpin tube, which has straight inlet 9 and outlet 10 lengths and loops such as 11 on its right and 12 on its left.
  • the tube is held in fixed tubular plates 13, 14, 15. These plates are connected by spacers 16, 17, 18.
  • FIGS. 3 and 4 show on a larger scale the "buttonholes" 19 allowing the elbows of the tube to pass through the tubular plates 13, 14, 15.
  • the branches 21 and 22 pass through the lower and upper ends of the window 19.
  • FIG. 5 shows on a larger scale a circular orifice for the passage of the upper rectilinear branch 10 of the hairpin tube.
  • a circular sheath 27 is welded to the tubular plates 13, 14, 15 by weld beads such as 28.
  • the spacer 18 is also welded to the tubular plate by a weld bead 29.
  • the disassembly and reassembly of a tube made of multiple hairpins such as that shown in FIG. 1 is carried out as follows.
  • the sections of tube 7, 8 connecting it to the inlet and outlet manifolds 5 and 6 are cut.
  • the wall 3 of the enclosure facing the tubular plate 13 is dismantled.
  • the tube is then pulled by its loops such that 12 on the side of the opening cleared in the wall.
  • the loops such as 11 pass through the windows 19 of the tube plates 13, 14, 15 and its straight inlet and outlet lengths (10 + 8) and (9 + 7) pass through the circular sleeves such as 27.
  • the tube is completely removed from enclosure 1.
  • the elbows such as 11 of the tube are presented in the "buttonholes" of the tube plate 13, they are passed through them, then through the corresponding windows of the tubular plates 14, 15, while the straight lengths (10 + 8) and (9 + 7) pass through the circular sleeves 27 of these same tubular plates, then in the openings through the wall of the enclosure opposite the tubular plate 14.
  • the tube sections 7 and 8 are then welded again to re-establish their connection with the collectors 5 and 6. It is then possible to close the wall 3 of the enclosure facing the tubular plate 13 and put the heat exchanger back into service.

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Abstract

Echangeur de chaleur démontable entre un fluide circulant à l'intérieur de tubes horizontaux en épingles à cheveux multiples (2), montés sur des plaques tubulaires (13, 14, 15) verticales orthogonales aux tubes, et un gaz chargé de particules solides circulant autour de ces tubes (2) à l'intérieur d'une enceinte (1) en forme de parallélépipède rectangle, chaque tube étant relié à l'entrée et à la sortie par des branches (7, 8) passant à travers des parois de l'enceinte, lesdites plaques tubulaires (13, 14, 15) étant percées de fenêtres ovales (19) formant boutonnières au droit des coudes des tubes et d'ouvertures circulaires (20) au droit des longueurs droites des tubes, caractérisé en ce que les fenêtres ovales sont percées au droit des coudes (11) des tubes (2) situés du côté de la paroi traversée par les branches (7,8) et en ce que la paroi (3) de l'enceinte opposée à celle traversée par les branches (7, 8) est démontable. Le remplacement d'un tube (2) est très aisé et ne nécessite pas le démontage des plaques tubulaires (13, 14, 15). <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un échangeur de chaleur démontable entre un fluide circulant à l'intérieur de tubes horizontaux en épingles à cheveux multiples, montés sur des plaques tubulaires verticales orthogonales aux tubes, et un gaz chargé de particules solides circulant autour de ces tubes à l'intérieur d'une enceinte en forme de parallélépipède rectangle, chaque tube étant relié à l'entrée et à la sortie par des branches passant à travers des parois de l'enceinte, lesdites plaques tubulaires étant percées de fenêtres ovales formant boutonnières au droit des coudes des tubes et d'ouvertures circulaires au droit des longueurs droites des tubes.
  • Ces échangeurs sont notamment utilisés pour le refroidissement de cendres issues d'un réacteur à lit fluidisé circulant, avant leur recyclage dans le réacteur.
  • Ces échangeurs sont soumis à des phénomènes d'érosion par les particules circulant autour de leurs tubes, qui nécessitent des réparations fréquentes, chaque fois que l'un des tubes est percé.
  • Dans un échangeur de ce type décrit dans le document US-A-4522157, pour remplacer un tube en épingles à cheveux il faut démonter une ou deux plaques tubulaires selon le tube considéré.
  • Les autres tubes ne sont dès lors plus soutenus, ce qui oblige à prévoir au cours d'intervention un maintien provisoire des extrémités des épingles en remplacement de ou des plaques retirées.
  • La présente invention a pour but de procurer un échangeur de chaleur de ce genre dont les réparations puissent être effectuées de façon plus simple et plus rapide, avec beaucoup moins de manutentions, et entraînent des frais bien moindres.
  • L'échangeur de chaleur selon l'invention est caractérisé en ce que les fenêtres ovales sont percées au droit des coudes des tubes situés du côté de la paroi traversée par les branches et en ce que la paroi de l'enceinte opposée à celle traversée par les branches est démontable.
  • De préférence les fenêtres ovales et les ouvertures circulaires sont munies de fourreaux.
  • Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un échangeur de chaleur démontable selon. l'invention.
  • La figure 1 représente l'échangeur en élévation latérale, le plan de la figure étant parallèle aux plans des épingles à cheveux multiples, avec coupe de la paroi de l'enceinte.
  • La figure 2 le représente en coupe entre deux plaques tubulaires, le plan de la figure étant perpendiculaire aux plans des épingles à cheveux.
  • La figure 3 représente de face le détail d'une "boutonnière" de plaque tubulaire pour le passage d'un coude de tube.
  • La figure 4 représente la même "boutonnière" vue de profil, avec les fourreaux de protection des tubes (détail IV de la figure 1)
  • La figure 5 représente le détail d'un orifice de passage d'une longueur droite d'extrémité de tube avec son fourreau (détail V de la figure 1).
  • Dans la figure 1, l'échangeur comporte une chambre garnie de réfractaire 1 autour d'un jeu 2 de tubes en épingles à cheveux multiples montés dans des plans parallèles.
  • La chambre comporte sur l'un de ses côtés faisant face à l'une des plaques tubulaires une paroi démontable 3 permettant de retirer de cette chambre l'un ou l'autre des tubes en épingle à cheveux tels que 15. Sur le sol de la chambre sont disposés des injecteurs d'air de fluidisation 4.
  • Le tube en épingle à cheveux multiple représenté est relié à des collecteurs d'arrivée 5 et de sortie 6 du fluide à réchauffer en échange de chaleur avec les particules solides. Des branches de tube 7 et 8 traversant la paroi relient ces collecteurs au tube en épingle à cheveux, qui comporte des longueurs droite d'arrivée 9 et de sortie 10 et des boucles telles que 11 sur sa droite et 12 sur sa gauche. Le tube est maintenu dans des plaques tubulaires fixes 13, 14, 15. Ces plaques sont reliées par des entretoises 16, 17, 18.
  • Il est représenté à gauche en trait interrompu un tube en épingles à cheveux 30 sorti de l'enceinte 1 pour réparation (la porte 3 ayant été au préalable démontée à cet effet).
  • On voit en figure 2 les fenêtres ovales ou "boutonnières" telles que 19 des plaques tubulaires permettant le dégagement des coudes du tube en épingle à cheveux. Les branches rectilignes d'arrivée et de sortie 9, 10 traversent les plaques tubulaires par des orifices circulaires tels que 20.
  • Les figures 3 et 4 montrent à plus grande échelle les "boutonnières" 19 permettant le passage des coudes du tube à travers les plaques tubulaires 13, 14, 15. Les branches 21 et 22 passent par les extrémités inférieure et supérieure de la fenêtre 19. Les fourreaux en forme de U inférieur 23 et supérieur 24, soudés sur la plaque tubulaire par des cordons de soudure tels que 25 et 26, protègent les branches 21 et 22 contre une détérioration par l'arête de la "boutonnière" lorsque l'on retire le tube en épingle à cheveux. Des espaceurs, non représentés, maintiennent l'écartement entre les deux branches du tube au niveau de ces "boutonnières". '
  • La figure 5 représente à plus grande échelle un orifice circulaire de passage de la branche rectiligne supérieure 10 du tube en épingle à cheveux. Un fourreau circulaire 27 est soudé sur les plaques tubulaires 13, 14, 15 par des cordons de soudure tels que 28. L'entretoise 18 est également soudée sur la plaque tubulaire par un cordon de soudure 29.
  • Le démontage et le remontage d'un tube en épingles à cheveux multiples tel que celui représenté en figure 1 s'effectuent comme suit. On coupe les tronçons de tube 7, 8 le reliant aux collecteurs d'arrivée et de sortie 5 et 6. On démonte la paroi 3 de l'enceinte faisant face à la plaque tubulaire 13. On tire alors le tube par ses boucles telles que 12 du côté de l'ouverture dégagée dans la paroi. Les boucles telles que 11 passent à travers les fenêtres 19 des plaques tubulaires 13, 14, 15 et ses longueurs droites d'arrivée et de sortie (10 + 8) et (9 + 7) passent à travers les fourreaux circulaires tels que 27. On retire entièrement le tube de l'enceinte 1.
  • On effectue alors la réparation nécessaire sur le tube, puis on procède à son remontage. A cet effet, on présente dans les "boutonnières" de la plaque tubulaire 13 les coudes tels que 11 du tube, on les fait passer à travers celles-ci, puis à travers les fenêtres correspondantes des plaques tubulaires 14, 15, cependant que les longueurs droites (10 + 8) et (9 + 7) passent à travers les fourreaux circulaires 27 de ces mêmes plaques tubulaires, puis dans les ouvertures à travers la paroi de l'enceinte en face de la plaque tubulaire 14. On soude alors à nouveau les tronçons de tube 7 et 8 pour rétablir leur liaison avec les collecteurs 5 et 6. On peut alors refermer la paroi 3 de l'enceinte faisant face à la plaque tubulaire 13 et remettre en service l'échangeur.

Claims (2)

1/ Echangeur de chaleur démontable entre un fluide circulant à l'intérieur de tubes horizontaux en épingles à cheveux multiples (2), montés sur des plaques tubulaires (13, 14, 15) verticales orthogonales aux tubes, et un gaz chargé de particules solides circulant autour de ces tubes (2) à l'intérieur d'une enceinte (1) en forme de parallélépipède rectangle, chaque tube étant relié à l'entrée et à la sortie par des branches (7, 8) passant à travers des parois de l'enceinte, lesdites plaques tubulaires (13, 14, 15) étant percées de fenêtres ovales (19) formant boutonnières au droit des coudes des tubes et d'ouvertures circulaires (20) au droit des longueurs droites des tubes, caractérisé en ce que les fenêtres ovales sont percées au droit des coudes (11) des tubes (2) situés du côté de la paroi traversée par les branches (7, 8) et en ce que la paroi (3) de l'enceinte opposée à celle traversée par les branches (7, 8) est démontable.
2/ Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fenêtres ovales (10) et les ouvertures circulaires (20) sont munies de fourreaux (23, 24, 27).
EP91400333A 1990-02-14 1991-02-12 Echangeur de chaleur démontable à tubes en épingles à cheveux disposés dans des plans parallèles Expired - Lifetime EP0442795B1 (fr)

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