EP1934546A1 - Dispositif reducteur d'encrassement d'un echangeur thermique tubulaire - Google Patents

Dispositif reducteur d'encrassement d'un echangeur thermique tubulaire

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EP1934546A1
EP1934546A1 EP06794344A EP06794344A EP1934546A1 EP 1934546 A1 EP1934546 A1 EP 1934546A1 EP 06794344 A EP06794344 A EP 06794344A EP 06794344 A EP06794344 A EP 06794344A EP 1934546 A1 EP1934546 A1 EP 1934546A1
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EP
European Patent Office
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tube
fluid
upstream
trunnion
turns
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Application number
EP06794344A
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German (de)
English (en)
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EP1934546B1 (fr
Inventor
Bernard Cottard
Emmanuelle Petitjean
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TotalEnergies Marketing Services SA
Original Assignee
Total France SA
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Publication date
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Publication of EP1934546B1 publication Critical patent/EP1934546B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F28F13/125—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation by stirring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/008—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using scrapers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0059—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for petrochemical plants

Definitions

  • Reducing device for fouling a tubular heat exchanger Reducing device for fouling a tubular heat exchanger.
  • the present invention relates to a novel device for reducing clogging of tubes in which a fluid circulates, in particular tubes of a heat exchanger, of the type comprising a rotating element generating turbulence, used in industry, in particular oil or petrochemical.
  • They have in common a movable element, generally in the form of a spiral, attached to the upstream end of the tube so as to be able to rotate freely therein under the effect of the flow of the fluid.
  • the dimensions of the movable element and the inside of the tube are such that the movable element does not continuously scrape the inner wall of the tube, in order to avoid any harmful consequences. over the life of the tube and / or the movable member.
  • the effect of reducing fouling of the tubes is mainly due to the increase in fluid turbulence which prevents the formation of hot spots and the formation of deposits, thanks to a thermal homogenization effect, and also, at a significant shear effect near the wall, allowing to pick up deposits weakly attached to the same wall.
  • the Applicant furthermore describes in Application EP 0 369 851 a movable element comprising, in all its transverse sections, at least one sharp edge shaped specifically so that it can scrape the inner surface of the tube.
  • the only fragile point of the devices of the state of the art is their fastening system and more precisely the trunnion through which the movable element is retained in its fixed part serving to hook the device at the upstream end of the device. tube.
  • the movable member which can measure several meters, and which is rotated by the fluid, is generally several tens of times larger and heavier than the trunnion, thus exerting on it a considerable traction force.
  • This pulling force associated with high rotational speeds of the order of 500 to 2000 revolutions per minute, exposes the attachment system to significant friction which causes rapid wear of moving parts.
  • the fastening systems currently used in refinery heat exchangers have an average life of between 12 and 36 months. It is of course desirable to extend this duration because the replacement of these systems requires the opening of the heat exchanger, which can lead to the complete shutdown of the installation in which it operates, causing de facto expenses and a loss of earnings for the operator.
  • the Applicant has therefore undertaken research to better understand and overcome the wear problems of the metal parts forming the known systems for attaching rotating elements in rotation in tubes traversed by a fluid.
  • This research has shown that the wear phenomena were greatest at the trunnion, and in particular where it was in frictional contact with sharp edges of the bearing or a wear ring, possibly present. .
  • This wear profile is attributed to the fact that the movable element, which is rotated by the fluid and which generally has an outer diameter smaller than the inside diameter of the tube, decenters the trunnion of its axis of rotation and imposes on it a rotational movement describing a cone of revolution.
  • the Applicant has also found that the first turns of the helix are also worn, despite the fact that they have a outer diameter less than the inner diameter of the tube which should, in principle, prevent any friction against the wall of the tube.
  • the Applicant has therefore set itself the goal of reducing as much as possible the phenomena of friction and wear described above in order to significantly extend the service life of the fastening systems carrying the moving parts of the known cleaning devices. .
  • This object has been achieved by means of a fastening system which comprises a flexible coupling connecting the trunnion of the movable member to the generally helical portion extending along a portion of the tube and rotated by the flow of the fluid.
  • the subject of the present invention is therefore a device for reducing fouling of a tube traversed by a fluid, of the type comprising at least one turbulence-generating element, said device consisting of a mobile rotary element and a fixed element. forming bearing, adapted to be rigidly secured to the upstream end of the tube, characterized in that:
  • the movable element attached to the fixed element, comprises an upstream part forming a trunnion and a downstream part, generating turbulence, shaped so as to be rotated by the flow of fluid in the tube, and in that than,
  • the upstream and downstream parts are connected to each other by a flexible elongate connector, deformable over its entire length.
  • connection is generally meant according to the invention a connection “that can be folded and folded easily without breaking or deteriorating” (see The New Little Robert, June 2000 Edition) having the meaning “elastic, foldable, handy.
  • the invention also relates to a heat exchanger comprising a plurality of tubes traversed by a fluid, characterized in that such a fouling reducing device is attached to the upstream end of at least one of these tubes.
  • the flexible connection between the trunnion and the helical portion rotated by the fluid allows some "decoupling" of these two parts. They rotate, certainly, always at the same speed and the other but the decentring stress that the helical part previously exerted on the downstream end of the trunnion is substantially reduced, because it is now damped by the entire length of the fitting .
  • the cone The revolution described by the journal is therefore reduced to a minimum or even nonexistent, and the journal rotates substantially parallel to the geometric axis of the tube.
  • the flexible connector used in the present invention may be of any material provided that it has sufficient chemical and mechanical resistance under the operating conditions of the device.
  • the flexible coupling is preferably made of metal, in particular of steel, and most particularly of stainless steel, or else of plastic, of carbon fibers, of synthetic fibers, of elastomer or of a composite material consisting of a combination of several of these materials
  • the flexible connector may be, for example, a cable formed of braided or twisted strands, a chain formed of intertwined rings or a corrugated tube formed by a succession of rings articulated to each other.
  • the flexible connector When the flexible connector is braided or twisted cable type, it preferably comprises a number of strands between 1 and 100, preferably between 1 and 50.
  • a flexible connector having a length of between 1 cm and 5 cm, and preferably between 2 and 4 cm. Its diameter will be between 2 and 10 mm and preferably between 4 and 8 mm.
  • This flexible connection is fixed between the downstream end of the pin and the upstream end of the portion rotated. Fixing to these two parts can be done according to known techniques, for example by welding, crimping or screwing, or by gluing.
  • the rotatably driven portion may in principle have any suitable asymmetrical shape allowing the fluid flowing through the tube to rotate it about the axis of said tube.
  • the most efficient form, creating maximum turbulence for minimal pressure drop, is the helix which is therefore used in almost all devices of the type described in the introduction and is also preferred for the present invention.
  • This propeller must have an outer diameter less than the inside diameter of the tube to not scrape continuously the inner wall thereof.
  • the outer diameter of the propeller must however be sufficiently close to the inside diameter of the tube to create, in addition turbulence, sufficient shear forces near the surface of the tube, to pick up deposits or particles weakly attached to the wall. Satisfactory turbulence and shear effects are generally obtained for systems where the ratio of the outside diameter of the helix to the inside diameter of the tube is between 0.5 and 0.9, preferably between 0.6 and 0.8. .
  • Ratios between the above ranges have been found to be low enough to prevent frictional contact between the tube and the propeller over most of the length of the tube, except for the first turn (s). (s) of the propeller.
  • the Applicant has found that for ratios of the outer diameter of the helix to the inside diameter of the tube included in the ranges indicated above, at least the first turn of the helix, and sometimes also the two or three subsequent turns, could show signs of wear by friction. Although this phenomenon is attenuated for flexible coupling fastening systems as described in this application, it may nevertheless persist under certain operating conditions of the device according to the invention. This problem has been solved through the use of a helix in which the outer diameter of the first turn, or first turns, is smaller than the outer diameter of the other turns of the helix.
  • the number of "first" turns concerned by this decrease in diameter does not generally exceed 1 to 5% of the totality of the turns of the helix.
  • the ratio of their outer diameter to the inside diameter of the tube is between 0.1 and 0.6, preferably between 0.2 and 0.6.
  • their outer diameter preferably increases progressively from upstream to downstream.
  • the fixed bearing element intended to receive and support the trunnion, can have a great variety of shapes, insofar as it fulfills two functions which are on the one hand, to ensure the robustness of the fastener to the trunk. end of the exchanger tube, and secondly, to minimize restrictions on fluid flow.
  • It preferably has the shape of a stirrup comprising a central portion pierced with an orifice intended to receive the trunnion of the movable element, and two branches, symmetrical to each other, having a shape enabling them to be fixed. sure the upstream end of the tube.
  • This OIe 1 caliper of the bearing part is known and is described for example in the applications EP 0 233 092, EP 0 282 406, and EP 0 369 851 of the Applicant. It may be for example a stirrup whose ends form a hollow cylinder intended to grip the end of the tube, as described in EP
  • the ends of the two branches may be engaged by force in the upstream end of the tube to resiliently bear against the inner wall thereof .
  • the invention also includes any other system for rendering a bearing portion rigidly secured to the upstream end of the tube.
  • the pin is retained in the bearing orifice by a first stop provided at its upstream end and secured thereto.
  • a second abutment, tubular is provided on the central part of the stirrup extending the orifice intended to receive the trunnion of the movable element.
  • This second abutment, integral with the bearing has a function of maintaining the journal in the axis of rotation of the movable element and is therefore preferably relatively long.
  • one or more wear washers are provided between the first abutment and the second abutment.
  • This wear washer is free, that is to say integral solidarity of the movable element or the fixed element. It is preferably made of a different material or of different hardness, or even an anti-friction type with a very low coefficient of friction, which is generally softer than the materials of the first and second stops. Examples of such materials include steels, especially heat-treated steels, copper alloys, ceramics, and graphites.
  • the known wear washers for example of EP 0 233 092, EP 2 637 659 and EP 0 282 406, have friction surfaces which are flat or complementary to the friction surface of the abutment. Preferably, it will be sought to minimize the contact surfaces by the adoption of specific shapes to wear washers and / or tabular stops.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of a tube with a cleaning device according to the invention attached to the upstream end of this tube.
  • FIG. 1 shows a fouling reduction device according to the invention with a mobile part 3 and a fixed part 2 fixed at the upstream end of a tube 1.
  • terms “upstream” and “downstream” are defined with respect to the flow direction of the fluid passing through the tube 1, represented by the arrow B.
  • the fixed part 2 of the device has the shape of a stirrup constituted by a plate 7 pierced with a central orifice, and two branches 8, in principle symmetrical to each other with respect to the axis of the tube, the ends of which bear against the inner wall of the tube.
  • the fixed part further comprises a tubular abutment 10 integral with the plate 7.
  • the channel of this abutment 10 is aligned with the orifice of the plate and forms with it a single long channel which is used mainly to hold the pin 4 in the rotation axis of the movable element 3.
  • the movable element 3 In the fixed part 2 is mounted, free in rotation, the movable element 3.
  • This movable element is constituted, starting from the upstream end thereof, of a stop 9, a pin 4 secured to the stop 9, a flexible connector 6 in stainless steel cable, and finally the helical portion 5 rotated in the direction of the arrow A, by the flow of the fluid .
  • a wear ring 11 is provided between the abutment 9 integral with the pin and the abutment 10 integral with the yoke.
  • FIG. 2 shows an enlargement of the upstream part of the device according to the present invention.
  • the difference with respect to FIG. 1 lies in the fact that the metal pin 4 is replaced by an extension of the flexible connector 6 whose downstream end is made integral with the stop 9.
  • the wear washer 11 and stopper 10 described above apply to this particular application of the present invention.
  • the Applicant has used the operating conditions of the heat exchanger of the example of the application EP 1 227 292.
  • each of the 564 tubes is mounted a fouling reducing device according to the present invention.
  • the movable member of the fouling reducing device has a diameter of 1.2 mm and consists of an alloy containing 64.9% nickel, 8.75% molybdenum and 26.35% iron.
  • the flexible coupling used is a cable consisting of 50 strands of stainless steel wound in the direction of rotation of the movable element.
  • the length of the flexible connector is 1.5 cm, its diameter is 5 mm.
  • the ratio of the outside diameter of the turns of the turbulence generating element to the inside diameter of the tube is equal to 0.65.
  • the first three turns have a smaller diameter than the next turns. The ratio of the diameter of these first three turns to the inside diameter of the tube varies from 0.2 to 0.5.
  • the service life of more than 99% of the fouling reducing devices increases from 2 years to 4 years.
  • the service life of the fastening system of the fouling reduction device is therefore very significantly improved.
  • the traces of frictional wear observed on the inner wall of the tube are much less accentuated than those recorded with the reducing devices of the fouling of the state of the art.
  • the first turns have almost no signs of wear on their outer part.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif réducteur d'encrassement d'un tube (1) traversé par un fluide, ledit dispositif étant constitué d'un élément rotatif mobile (3) et d'un élément fixe (2) formant palier, apte à être rendu rigidement solidaire de l'extrémité amont du tube (1), l'élément mobile (3), rattaché à l'élément fixe (2), comportant une partie amont (4) formant un tourillon et une partie aval (5), génératrice de turbulences, conformée de manière à être entraînée en rotation par l'écoulement du fluide dans le tube (1), et les parties amont (4) et aval (5) étant reliées l'une à l'autre par un raccord souple longiligne (6) déformable sur toute sa longueur.

Description

Dispositif réducteur d'encrassement d'un échangeur thermique tubulaire.
La présente invention concerne un nouveau dispositif réducteur d'encrassement de tubes dans lesquels circule un fluide, notamment de tubes d'un échangeur thermique, du type comportant un élément rotatif générateur de turbulences, utilisé dans l'industrie, notamment pétrolière ou pétrochimique.
On connaît depuis une vingtaine d'années environ, des dispositifs installés de manière mobile en rotation à l'intérieur de tubes d'échangeurs de chaleur dans le but de prévenir un éventuel encrassement dû, par exemple, à des impuretés en suspension ou à des dépôts de sels minéraux dissous dans le fluide, à du coke en formation dans un procédé de craquage thermique ou à des espèces soufrées solubles dans des hydrocarbures. Ces impuretés ou ce coke qui ont tendance, dans certaines conditions de température et de pression, à se déposer sur les parois internes des conduits empruntés par le fluide, provoquent ainsi des restrictions de débit préjudiciables au bon fonctionnement du procédé situé en aval ou, plus grave, des points chauds sur la surface interne du tube, pouvant entraîner une détérioration de sa structure métallique et provoquer ainsi des fuites de produits. De tels dispositifs sont décrits par exemple dans les demandes EP
0 174 254, EP 0 233 092, FR 2 637 659, EP 0 282 406, EP 0 369 851 er EP 1 227 292 de la Demanderesse. Ils ont en commun un élément mobile, généralement en forme d'hélice, fixé à l'extrémité amont du tube de manière à pouvoir tourner librement dans celui-ci sous l'effet de l'écoulement du fluide. Dans les dispositifs décrits dans les documents cités précédemment, les dimensions de l'élément mobile et de l'intérieur du tube sont telles que l'élément mobile ne racle pas de façon continue la paroi interne du tube, afin d'éviter toutes conséquences néfastes sur la durée de vie du tube et/ ou de l'élément mobile. L'effet de la réduction de l'encrassement des tubes est principalement dû à l'augmentation de la turbulence du fluide qui empêche la formation des points chauds et la formation de dépôts, grâce à un effet d'homogénéisation thermique, et aussi, à un effet de cisaillement important à proximité de la paroi, permettant de décrocher des dépôts faiblement attachés à cette même paroi. La Demanderesse décrit en outre dans la demande EP 0 369 851 , un élément mobile comportant, dans toutes ses sections transversales, au m'oins une arête vive conformée spécifiquement pour qu'elle puisse racleη la surface interne du tube. |Le seul point fragile des dispositifs de l'état de la technique est leur système d'attache et plus précisément le tourillon par lequel l'élément mobile est retenu dans sa partie fixe servant à l'accrochage du dispositif à l'extrémité amont du tube. En effet, l'élément mobile qui peut mesurer plusieurs mètres, et qui est entraîné en rotation par le fluide, est généralement plusieurs dizaines de fois plus grand et lourd que le tourillon, exerçant ainsi sur celui-ci une force de traction considérable. Cette force de traction, associée à des vitesses de rotation importantes de l'ordre de 500 à 2000 tours par minute, expose le système d'attache à des frottements importants qui entraînent une usure rapide des pièces en mouvement.
Les systèmes d'attache utilisés actuellement dans les échangeurs de chaleur des raffineries ont une durée de vie comprise en moyenne, entre 12 et 36 mois. On souhaite bien entendu allonger cette durée car le remplacement de ces systèmes impose l'ouverture de l'échangeur de chaleur, pouvant entraîner l'arrêt complet de l'installation dans laquelle il fonctionne, provoquant de facto des dépenses et un manque à gagner pour l'exploitant.
La Demanderesse a par conséquent entrepris des recherches visant à mieux comprendre et à surmonter les problèmes d'usure des pièces métalliques formant les systèmes connus pour attacher des éléments mobiles en rotation dans des tubes traversés par un fluide. Ces recherches ont montré que les phénomènes d'usure étaient les plus importants au niveau du tourillon, et en particulier aux endroits où celui-ci était en contact de frottement avec des arêtes vives du palier ou d'une rondelle d'usure, éventuellement présente. Ce profil d'usure est attribué au fait que l'élément mobile, qui est entraîné en rotation par le fluide et qui présente généralement un diamètre extérieur plus faible que le diamètre intérieur du tube, décentre le tourillon de son axe de rotation et lui impose un mouvement de rotation décrivant un cône de révolution.
La Demanderesse a également constaté que la ou les premières spires de l'hélice sont également usées, en dépit du fait qu'elles ont un diamètre externe inférieur au diamètre intérieur du tube ce qui devrait, en principe, empêcher tout frottement contre la paroi du tube.
La Demanderesse s'est donc fixé pour but de réduire le plus possible les phénomènes de frottement et d'usure décrits ci-dessus afin de prolonger de manière significative la durée de vie des systèmes d'attache portant les éléments mobiles des dispositifs de nettoyage connus. Ce but a été atteint grâce à un système d'attache qui comporte un raccord souple reliant le tourillon de l'élément mobile à la partie, généralement hélicoïdale, s'étendant le long d'une partie du tube et entraînée en rotation par l'écoulement du fluide.
La présente invention a par conséquent pour objet un dispositif réducteur d'encrassement d'un tube traversé par un fluide, du type comportant au moins un élément générateur de turbulences, ledit dispositif étant constitué d'un élément rotatif mobile et d'un élément fixe formant palier, apte à être rendu rigidement solidaire de l'extrémité amont du tube, caractérisé en ce que :
- l'élément mobile, rattaché à l'élément fixe, comporte une partie amont formant un tourillon et une partie aval, génératrice de turbulences, conformée de manière à être entraînée en rotation par l'écoulement du fluide dans le tube, et en ce que,
- les parties amont et aval sont reliées l'une à l'autre par un raccord souple longiligne, déformable sur toute sa longueur.
Par raccord « souple », on entend généralement selon l'invention un raccord « qu'on peut plier et replier facilement sans casser ni détériorer » (cf. Le Nouveau Petit Robert, Edition de Juin 2000) ayant la signification « élastique, pliable, maniable ».
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de tubes traversés par un fluide, caractérisé en ce qu'un tel dispositif réducteur d'encrassement est fixé à l'extrémité amont d'au moins un de ces tubes
Le raccord souple entre le tourillon et la partie hélicoïdale entraînée en rotation par le fluide permet un certain « découplage » de ces deux pièces. Elles tournent, certes, toujours à la même vitesse l'une et l'autre mais la contrainte de décentrage que la partie hélicoïdale exerçait auparavant sur l'extrémité aval du tourillon est sensiblement réduite, car elle est amortie désormais par toute la longueur du raccord. Dans les systèmes d'attache à raccord souple selon l'invention, le cône de révolution décrit par le tourillon est par conséquent réduit au minimum voire inexistant, et le tourillon tourne sensiblement parallèlement à l'axe géométrique du tube.
Le raccord souple utilisé dans la présente invention peut être en n'importe quel matériau pourvu qu'il présente une résistance chimique et mécanique suffisantes dans les conditions de fonctionnement du dispositif. Le raccord souple est de préférence en métal, en particulier en acier, et tout particulièrement en acier inoxydable, ou encore en plastique, en fibres de carbone, en fibres synthétiques, en élastomère ou en un matériau composite constitué d'une association de plusieurs de ces matériaux
Le raccord souple peut être, par exemple, un câble formé de brins tressés ou torsadés, une chaîne formée d'anneaux entrelacés ou encore un tube annelé formé par une succession d'anneaux articulés les uns aux autres.
Lorsque le raccord souple est de type câble tressé ou torsadé, il comprend de préférence un nombre de brins compris entre 1 et 100, de préférence entre 1 et 50.
Pour un élément mobile de 10 mètres, on préférera un raccord souple ayant une longueur comprise entre 1 cm et 5 cm, et de préférence, entre 2 et 4 cm. Son diamètre sera compris entre 2 et 10 mm et de préférence entre 4 et 8 mm.
Ce raccord souple est fixé entre l'extrémité aval du tourillon et l'extrémité amont de la partie entraînée en rotation. La fixation à ces deux pièces peut se faire selon des techniques connues, par exemple par soudage, sertissage ou vissage, ou encore par collage.
La partie entraînée en rotation peut en principe avoir n'importe quelle forme asymétrique appropriée permettant au fluide qui s'écoule à travers le tube de l'entraîner en rotation autour de l'axe dudit tube. La forme la plus efficace, créant une turbulence maximale pour une perte de charge minimale, est l'hélice qui est de ce fait utilisée dans la quasi- totalité des dispositifs du type décrit en introduction et est également préférée pour la présente invention.
Cette hélice doit avoir un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du tube pour ne pas racler en continu la paroi interne de celui-ci. Le diamètre extérieur de l'hélice doit toutefois être suffisamment proche du diamètre intérieur du tube pour créer, en plus des turbulences, des forces de cisaillement suffisantes à proximité de la surface du tube, pour décrocher des dépôts ou particules faiblement fixés à la paroi. On obtient généralement des effets de turbulence et de cisaillement satisfaisants pour des systèmes où le rapport du diamètre extérieur de l'hélice au diamètre intérieur du tube est compris entre 0,5 et 0,9, de préférence entre 0,6 et 0,8.
Des rapports compris entre les fourchettes ci-dessus se sont avérés suffisamment faibles pour empêcher un contact de frottement entre le tube et l'hélice sur presque toute la longueur de celle-ci, à l'exception de la ou des première(s) spire(s) de l'hélice. Comme indiqué précédemment, la Demanderesse a constaté en effet que, pour les rapports du diamètre extérieur de l'hélice au diamètre intérieur du tube compris dans les fourchettes indiquées ci-dessus, au moins la première spire de l'hélice, et parfois également les deux ou trois spires suivantes, pouvait présenter des traces d'usure par frottement. Bien que ce phénomène soit atténué pour les systèmes d'attache à raccord souple tels que décrits dans la présente demande, il peut néanmoins persister dans certaines conditions de fonctionnement du dispositif selon l'invention. Ce problème a pu être résolu grâce à l'utilisation d'une hélice dans laquelle le diamètre extérieur de la première spire, ou des premières spires, est inférieur au diamètre extérieur des autres spires de l'hélice.
Le nombre de « premières » spires concernées par cette diminution de diamètre ne dépasse généralement pas 1 à 5 % de la totalité des spires de l'hélice. Pour ces spires, le rapport de leur diamètre extérieur au diamètre intérieur du tube est compris entre 0, 1 et 0,6, de préférence entre 0,2 et 0,6. Lorsque plusieurs spires sont concernées, leur diamètre extérieur augmente de préférence progressivement de l'amont vers l'aval. L'élément fixe formant palier, destiné à recevoir et à supporter le tourillon, peut présenter une grande variété de formes, dans la mesure où il remplit deux fonctions qui sont d'une part, d'assurer la robustesse de l'attache à l'extrémité du tube d'échangeur, et d'autre part, de minimiser les restrictions à l'écoulement du fluide. Il a de préférence la forme d'un étrier comportant une partie centrale percée d'un orifice destiné à recevoir le tourillon de l'élément mobile, et deux branches, symétriques l'une à l'autre, ayant une forme permettant de les fixer sur l'extrémité amont du tube. Cette OmIe1 en étrier de la pièce formant palier est connue et est décrite par exemple dans les demandes EP 0 233 092, EP 0 282 406, et EP 0 369 851 de la Demanderesse. Il peut s'agir par exemple d'un étrier dont les extrémités forment un cylindre creux destiné à enserrer l'extrémitjé du tube, tel que décrit dans EP
0 233 092, ou, de préférence, d'un étrier en un matériau rigide mais élastique, dont les extrémités des deux branches puissent être engagées de force dans l'extrémité amont du tube pour prendre élastiquement appui contre la paroi interne de celui-ci. L'invention englobe toutefois également tout autre système permettant de rendre une partie formant palier rigidement solidaire de l'extrémité amont du tube.
Dans un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention, le tourillon est retenu dans l'orifice du palier grâce à une première butée prévue à son extrémité amont et solidaire de celle-ci. Une deuxième butée, tubulaire, est prévue sur la partie centrale de l'étrier en prolongement de l'orifice destiné à recevoir le tourillon de l'élément mobile. Cette deuxième butée, solidaire du palier, a une fonction de maintien du tourillon dans l'axe de rotation de l'élément mobile et est de ce fait de préférence relativement longue. Lorsque l'élément mobile est entraîné en rotation par le fluide qui traverse le tube, la première butée solidaire du tourillon vient en contact de frottement avec la deuxième butée, tubulaire, solidaire de l'élément fixe.
Dans un mode de réalisatiorTpréféré du dispositif de la présente invention, une ou plusieurs rondelles d'usure sont prévues entre la première butée et la deuxième butée. Cette rondelle d'usure est libre, c'est-à-dire solidaire ni de l'élément mobile ni de l'élément fixe. Elle est constituée de préférence d'un matériau différent ou de dureté différente, ou encore de type anti-friction à très faible coefficient de frottement, généralement plus tendre que les matériaux des première et deuxième butées. On peut citer à titre d'exemples de tels matériaux, les aciers, notamment les aciers traités thermiquement, les alliages cuivreux, les céramiques, ainsi que les graphites.
Les rondelles d'usure connues par exemple de EP 0 233 092, EP 2 637 659 et EP 0 282 406, ont des surfaces de frottement plates ou complémentaires à la surface de frottement de la butée. De préférence, on cherchera à réduire le plus possible les surfaces en contact par l'adoption de formes spécifiques aux rondelles d'usure et/ ou aux butées tabulaires.
La présente invention est illustrée à présent en référence aux figures ci-après dans lesquelles La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un tube avec un dispositif de nettoyage selon l'invention fixé à l'extrémité amont de ce tube.
La figure 2 montre une vue d'un mode spécifique de réalisation du dispositif d'attache de l'élément mobile dans le tube. La figure 1 montre un dispositif de réduction d'encrassement selon l'invention avec une partie mobile 3 et une partie fixe 2, fixé au niveau de l'extrémité amont d'un tube 1. Dans l'ensemble de la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la direction d'écoulement du fluide qui traverse le tube 1, représentée par la flèche B. La partie fixe 2 du dispositif a la forme d'un étrier constitué d'un plateau 7 percé d'un orifice central, et de deux branches 8, en principe symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe du tube, dont les extrémités viennent s'appuyer contre la paroi interne du tube. La partie fixe comprend en outre une butée tubulaire 10 solidaire du plateau 7. Le canal de cette butée 10 est aligné avec l'orifice du plateau et forme avec celui-ci un canal unique assez long qui sert principalement à maintenir le tourillon 4 dans l'axe de rotation de l'élément mobile 3. Dans la partie fixe 2 est montée, libre en rotation, l'élément mobile 3. Cet élément mobile est constitué, en partant de l'extrémité amont de celui-ci, d'une butée 9, d'un tourillon 4 solidaire de la butée 9, d'un raccord souple 6 en câble acier inox, et enfin de la partie hélicoïdale 5 entraînée en rotation, dans la direction de la flèche A, par l'écoulement du fluide. On remarquera que toutes les spires de l'hélice n'ont pas la même taille mais que les deux premières ont un diamètre extérieur inférieur à celui des spires suivantes. Par ailleurs, une rondelle d'usure 11 est prévue entre la butée 9 solidaire du tourillon et la butée 10 solidaire de l'étrier.
La figure 2 montre un agrandissement de la partie amont du dispositif selon la présente invention. La différence par rapport à la figure 1 réside dans le fait que le tourillon métallique 4 est remplacé par un prolongement du raccord souple 6 dont l'extrémité aval est rendue solidaire de la butée 9. Bien sûr, toutes les configurations possibles de la rondelle d'usure 11 et de la butée 10 décrites ci-dessus, s'appliquent à cette application particulière de la présente inver.tion.
L'invention est illustré à présent à l'aide de l'exemple de réalisation suivant. Exemple
Pour tester l'efficacité du dispositif selon l'invention, la Demanderesse a utilisé les conditions de fonctionnement de l'échangeur thermique de l'exemple de la demande EP 1 227 292.
Ces conditions sont les suivantes : - Echangeur thermique d'une raffinerie dans lequel est réchauffé jusqu'à 2600C, par l'intermédiaire d'un résidu de distillation, un pétrole brut de type arabe léger non dépourvu de ses sels minéraux (pas de dessalage) ;
- Diamètre intérieur des tubes de l'échangeur : 20,2 mm ; - Longueur des tubes : 6100 mm ;
Dans chacun des 564 tubes est monté un dispositif réducteur d'encrassement conforme à la présente invention. L'élément mobile du dispositif réducteur d'encrassement a un diamètre de 1,2 mm et est constitué d'un alliage contenant 64,9 % de nickel, 8,75 % de molybdène et 26,35 % de fer. Le raccord souple utilisé est un câble constitué de 50 brins en acier inox enroulés dans le sens de rotation de l'élément mobile. La longueur du raccord souple est de 1,5 cm, son diamètre est de 5 mm. Le rapport du diamètre extérieur des spires de l'élément générateur de turbulences au diamètre intérieur du tube est égal à 0,65. Les trois premières spires ont un diamètre inférieur à celui des spires suivantes. Le rapport du diamètre de ces trois premières spires au diamètre intérieur du tube varie de 0,2 à 0,5.
Dans les conditions ci-dessus, la durée de vie de plus de 99% des dispositifs réducteurs d'encrassement passe de 2 ans à 4 ans. La durée de vie du système d'attache du dispositif de réduction d'encrassement est donc très significativement améliorée. De plus, les traces d'usure par frottement observées à sur la paroi intérieure du tube sont nettement moins accentuées que celles enregistrées avec les dispositifs réducteurs de l'encrassement de l'état de la technique. Les premières spires ne présentent quasiment plus de traces d'usure sur leur partie extérieure.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif réducteur d'encrassement d'un tube (1) traversé par un fluide, du type comportant au moins un élément générateur de turbulences, ledit dispositif étant constitué d'un élément rotatif mobile (3) et d'un élément fixe (2) formant palier, apte à être rendu rigidement solidaire de l'extrémité amont du tube (1), caractérisé en ce que :
- l'élément mobile (3), rattaché à l'élément fixe (2), comporte une partie amont (4) formant un tourillon et une partie aval (5), génératrice de turbulences, conformée de manière à être entraînée en rotation par l'écoulement du fluide dans le tube (1), et en ce que,
- les parties amont (4) et aval (5) sont reliées l'une à l'autre par un raccord souple longiligne (6) déformable sur toute sa longueur.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccord souple (6) est un câble constitué de brins tressés ou torsadés, une chaîne ou un tube annelé.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le raccord souple (6) est en métal, de préférence en acier, et en particulier en acier inoxydable, ou en plastique, en fibres de carbone, en fibres synthétiques, en élastomère ou en un matériau composite constitué d'une association de plusieurs de ces matériaux.
4. Dispositif selon les revendications 2, caractérisé en ce que le câble comprend un nombre de brins compris entre 1 et 100 et de préférence entre 1 et 50.
5. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur du raccord souple (6) est comprise entre 1 cm et 5 cm, et de préférence, entre 2 cm et 4 cm.
6. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre du raccord souple est compris entre 2 et 10 mm, et de préférence entre 4 et 8 mm.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie aval (5) génératrice de turbulences est en forme d'hélice.
8. Dispositif selon les revendications 7, caractérisé en ce que le rapport du diamètre extérieur de l'hélice au diamètre intérieur du tube est compris entre 0,5 et 0,9, de préférence entre 0,6 et 0,8.
9. Dispositif selon les revendications 7 à 8, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la première spire ou des premières spires de l'hélice est inférieur au diamètre extérieur des autres spires de l'hélice.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport du diamètre extérieur de la première spire, ou des premières spires, au diamètre intérieur du tube est compris entre 0, 1 et 0,6, de préférence entre 0,2 et 0,6.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément fixe (2) formant palier est un étrier comportant une partie centrale (7) percée d'un orifice destiné à recevoir le tourillon (4) de l'élément mobile (3), et deux branches (8), symétriques l'une à l'autre, ayant une forme permettant de les fixer sur l'extrémité amont du tube (1).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'une première butée (9) est prévue à l'extrémité du tourillon (4) et qu'une deuxième butée (10), tubulaire, est prévue sur la partie centrale (7) de l'étrier en prolongement de l'orifice destiné à recevoir le tourillon de l'élément mobile, formant avec celui-ci un canal de maintien du tourillon.
13. Echangeur de chaleur comprenant une pluralité de tubes (1) traversés par un fluide, caractérisé en ce qu'un dispositif réducteur d'encrassement selon l'une quelconque des revendications précédentes, est fixé à l'extrémité amont d'au moins un de ces tubes. """"""-
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