EP2367642A1 - Dispositif pour la reduction de l'encrassement a l'interieur d'un tube - Google Patents

Dispositif pour la reduction de l'encrassement a l'interieur d'un tube

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EP2367642A1
EP2367642A1 EP09801738A EP09801738A EP2367642A1 EP 2367642 A1 EP2367642 A1 EP 2367642A1 EP 09801738 A EP09801738 A EP 09801738A EP 09801738 A EP09801738 A EP 09801738A EP 2367642 A1 EP2367642 A1 EP 2367642A1
Authority
EP
European Patent Office
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tube
turns
fluid
pitch
upstream
Prior art date
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Application number
EP09801738A
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German (de)
English (en)
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EP2367642B1 (fr
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Bernard Cottard
Brice Aquino
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TotalEnergies Marketing Services SA
Original Assignee
Total Raffinage Marketing SA
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Publication date
Application filed by Total Raffinage Marketing SA filed Critical Total Raffinage Marketing SA
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Publication of EP2367642A1 publication Critical patent/EP2367642A1/fr
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Publication of EP2367642B1 publication Critical patent/EP2367642B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
    • B08B9/027—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages
    • B08B9/032—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages by the mechanical action of a moving fluid, e.g. by flushing
    • B08B9/0321—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages by the mechanical action of a moving fluid, e.g. by flushing using pressurised, pulsating or purging fluid
    • 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
    • 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 device for reducing fouling inside a tube in which a fluid circulates, of the type comprising a rotary element generating turbulence, in particular in the tubes constituting the heat exchangers.
  • the present invention can particularly find application in industries, in particular the petroleum or petrochemical industry, which implement tubular heat exchangers in which fluids can circulate at high temperature and / or corrosive. Since approximately twenty years, devices have been installed rotatably inside heat exchanger tubes in order to prevent a possible fouling, for example due to impurities in suspension, to deposits. dissolved mineral salts in the fluid, coke forming in a thermal cracking process or sulfur species soluble in hydrocarbons.
  • a movable element generally in the form of a helix consisting of several turns all having the same pitch orientation, attached to the upstream end of the tube in such a way that the movable element can freely rotate in the tube under the effect of the fluid flow.
  • 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 consequences. detrimental to the service life of the metal structure of said tube and / or mobile element.
  • the reduction in fouling of the interior of the tubes is mainly due to the increase in fluid turbulence which decreases or even prevents the formation of hot spots and the formation of deposits. Without being bound by this theory, it is possible that this reduction of fouling is obtained through a thermal homogenization effect (rupture of the insulating thermal limit layer) and by a significant shear effect near the wall. This may make it possible to reduce or even avoid the formation of deposit (s), and / or to unhook, in whole or in part, any deposits weakly attached to the same wall before they start to grow in size and therefore become more resistant to tearing them away.
  • 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 to scrape the inner surface of the tube.
  • the Applicant has continued its research to extend the operating time of said fouling reducing devices inside the tubes and in particular heat exchanger tubes used in petroleum refineries. Indeed, the longer this operating time is elongated, the less it will be necessary to provide for the replacement of said devices after a possible break at the fixed upstream element, that is to say that the operator will avoid the opening of the heat exchanger considered, will also de facto avoid the risk of a complete shutdown of the installation in which said exchanger is implemented, and thus ultimately, avoid human risks, expenses and loss of profits.
  • the speed of the fluid inside the tube exceeds a limit value, for example greater than 1.5 m / s, the speed of rotation of the movable element can become very high (greater than 1500 rpm). ).
  • a limit value for example greater than 1.5 m / s
  • the speed of rotation of the movable element can become very high (greater than 1500 rpm). ).
  • the use of such a mobile element is not recommended because the phenomena of wear at the fixed upstream element can become too great and result in premature failure of the fastener of the element. mobile at this fixed upstream part. This break can lead to an unsatisfactory operating time for most operators, for example limited to 4 years.
  • the present invention relates to a device to remedy all or part of the problems mentioned above, in particular to have increased reliability and / or an increased range of use, while remaining simple to manufacture, inexpensive and / or easy to set.
  • the subject of the invention is a device for reducing fouling of the inside of a tube traversed by a fluid, of the type comprising at least one turbulence-generating element, said device consisting of a rotary element.
  • an upstream part forming a trunnion comprising a mechanical connection with the fixed element forming a bearing and allowing the free rotation of the movable element on itself around the axis of the tube;
  • downstream portion in the form of a helix consisting of several turns and shaped so as to be rotated by the flow of the fluid in the tube, in which: the upstream and downstream parts of the mobile rotary element are connected to each other; to one another by a flexible elongate connector deformable over its entire length, and the downstream part contains at least one portion of turn whose pitch is inverted with respect to the pitch of the other turns.
  • the invention relates to a device having a reduction in the speed of rotation of the movable part, associated with a fastening system, for example as described in FR 2 890 162, which comprises a flexible coupling connecting the trunnion of the movable member, positioned at the fixed upstream member, at the generally helical portion, formed of a plurality of turns, extending along a portion or the entire length of the tube and rotated by the flow of fluid flowing in said tube.
  • a reduction in the rotational speed of the movable element may allow use for fluid speeds greater than 1.5 m / s while remaining in rotational speed ranges limited to 1500 rpm to limit the phenomena of wear.
  • the subject of the invention is also a heat exchanger comprising a plurality of tubes traversed by a fluid, comprising at least one fouling reducing device according to the invention installed inside at least one of its tubes, in particular attached to the upstream end of at least one of these tubes.
  • 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 invention. device.
  • the flexible connector is preferably made of metal, in particular steel, and especially stainless steel.
  • the flexible connector may be, for example, a cable formed of braided or twisted strands preferably comprising a number of strands between 1 and 100, and more 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 can range from 2 to 10 mm and preferably from 4 to 8 mm.
  • This flexible coupling is fixed between the downstream end of the trunnion and the upstream end of the helically rotated portion.
  • the attachment to these two parts can be done according to known techniques, for example by welding, crimping, screwing, or by gluing.
  • the rotatably driven helical downstream portion may in principle have any suitable asymmetric shape allowing the fluid flowing through the tube to rotate it about the axis of said tube.
  • the most effective 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 helix may however be sufficiently close to the inside diameter of the tube to create, in addition to turbulence, sufficient shear forces near the surface of the tube, for example to pick up deposits or particles weakly attached to the tube. wall. Satisfactory turbulence and shear effects are generally obtained for systems where the ratio of the outer diameter of the helix to the inside diameter of the tube is from 0.5 to 0.9, preferably from 0.6 to 0.8.
  • Ratios between the above ranges have been found to be sufficient to avoid excessive frictional contact, or even to prevent frictional contact, between the tube and the propeller over almost the entire length 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 next two or three turns could show signs of chafing. 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 can be solved in whole or in part 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 first turn is the one closest to the tie.
  • 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 may be 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. on the upstream end of the tube.
  • This caliper shape 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 0 233 092, or, preferably, a stirrup made of a rigid material but the ends of the two branches can be forcibly engaged in the upstream end of the tube for resiliently bearing 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 may be 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 may have a function of maintaining the journal in the axis of rotation of the movable element and is preferably relatively long.
  • one or more wear washers are provided between the first stop and the second stop.
  • 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 reduce as much as possible the surfaces in contact by adopting shapes specific to wear washers and / or tubular abutments.
  • the metal pin is replaced by an extension of the flexible coupling whose downstream end is secured to the stop.
  • the mobile rotary element and more particularly its downstream portion in the form of a helix may consist of several turns and shaped so that said downstream portion is rotated by the flow of fluid in the tube.
  • the rotational speed of the mobile element essentially depends on the flow rate of fluid passing through the tube, said flow rate being variable, for example in the heat exchanger tubes, from 0.5 m / s to 3 m / s, for a pressure that can change between 5 and 30 bar.
  • This direction of rotation can be, according to the mounting of the turns constituting the downstream part of the movable element in the direction (not right) or inverse (not left) in the direction of rotation of the needles of a watch, without disturbing the efficiency of the reducing device of the fouling of the inside of a tube.
  • the portion of turns having a pitch inverted with respect to that of the other turns is represented by a percentage of the length of the movable element.
  • X for example 0.5%) of inverted pitch turns
  • Y for example 6 m
  • Z cm for example 3 cm
  • Y x X cm in this case 3 cm
  • Z cm for example 3 cm
  • the speed of the minimum fluid passing through the tube, to set in motion a device of 6 m in length having a portion of inverted pitch, will be more important than the% of turns with reversed pitch is important.
  • This minimum speed will always be greater than that of a standard device whose downstream part of the mobile element consists of a helix comprising only turns having a step in the same direction.
  • This minimum speed can be around 1.5 to 2 m / s while it is usually 0.5 m / s for a standard device.
  • the reduction of the rotational speed with respect to a standard device varies according to the speed of the fluid and the amount of inverted-pitch turns.
  • the rotational speed reduction intervals of the movable element can range from 95% (fluid velocity 2.0 m / s) to 54% (fluid velocity 3.0 m / s) for 15% length of the movable element consisting of a coil having an inverted pitch.
  • the reduction in rotational speed of the movable member can vary from 56% for a fluid velocity of 2.0 m / s to 16% for a fluid velocity of 3.0 m / s for 0.5% of inverted turns. Further data on the reduction of the rotational speed of the movable member is given in the example below.
  • 15% of the total length of the movable element with a total length of 6 m can make it possible to use the device that is the subject of the present invention with a fluid speed of 2.85 m / s, whereas this speed is limited. at 1.5 m / s for a standard device.
  • This rotational speed of 1500 rpm can also be achieved with 0.5% inverted turns for a fluid speed of 2.25 m / s (see fig 1).
  • a target speed of rotation of the moving element of 1000 rpm obtained with fluid speeds ranging from 2.05 m / s to 2.55 m / s, with respectively lengths of turns having inverted steps from 0.5% to 15%.
  • the speed of the permissible fluid with a standard device for a rotational speed of 1000 rpm is 1.45 m / s, without the possibility of going beyond without increasing the speed of rotation of the movable element.
  • the total pressure drop (that is to say the sum of the losses due to the fixed upstream element as described in FR 2 890 162, the length of the tube and the device object of the present invention) may be greater than that of a tube of the same length equipped with a standard device.
  • the increase in the pressure drop for a rotation speed of the movable element set at 1500 rpm can vary from 84% to 220% when the% of inverted pitch turns varies from 0.5% to 15%, 500 to 920 mbar and 500 to 1600 mbar respectively.
  • the total pressure drop can vary from 93% to 206%, from 440 to 850 mbar and from 440 to 1380 mbar when the% inverted pitch turns varies by 0.5%. at 15%.
  • FIG. 1 represents a device according to the invention
  • FIG. 2 is a diagram representing the speed of rotation as a function of the speed of the fluid for different% of length of turns having an inverted pitch
  • FIG. 3 is a diagram representing the% reduction in the speed of rotation of the device for different% of length of turns having a reversed pitch
  • FIG. 4 represents the pressure drop in a tube as a function of the speed for different% of length of turns having an inverted pitch.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of a tube with a device for reducing fouling inside a tube, object of the present invention, attached to the upstream end of said tube.
  • the device consists of a mobile part 2 and a fixed part 3 fixed at the upstream end of a tube 1.
  • Downstream are defined with respect to the flow direction of the fluid that passes through the tube 1 represented by the arrow F.
  • the fixed part 3 of the device has the shape of a stirrup consisting of a plate 9 pierced with a central orifice, and two branches 10, 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 portion further comprises a tubular abutment 1 1 secured to the plate 9.
  • the channel of this abutment 1 1 is aligned with the orifice of the plate and forms with it a single long enough channel which serves mainly to maintain the trunnion 4 in the axis of rotation of the movable element 2.
  • the movable element 2 In the fixed part 3 is mounted, free in rotation, the movable element 2.
  • This movable element is constituted, starting from the upstream end thereof, an abutment 5, a journal 4 integral with the stop 5, a flexible connector 7 in stainless steel cable, and finally the helical portion 6 rotated in the direction of the arrow F by the flow of the fluid. Note that all the turns of the helix are not the same size but the first two have a smaller outer diameter than the next turns.
  • a wear washer In addition, a wear washer
  • the downstream element 6 of the movable element 2 consists of several turns having an identical pitch. Only the turn 8 in Figure 1 has, in accordance with the invention a step reversed to that of other turns.
  • this turn (or of these turns) can be achieved by a simple inverted winding of the wire, for example stainless steel, constituting the downstream element in the form of a helix of the movable element, or can be attached to the downstream element by any means known in the art such as welding, crimping, screwing, gluing, etc.
  • the Applicant has used a model that uses cold water circulating in a plexiglass tube 6 m long and allows measurements of water flow, loss of charge at different lengths and the rotational speed of the movable element of the device object of the present invention.
  • test parameters are as follows:
  • composition of the alloy constituting the wire 64.9% of nickel, 8.75% of molybdenum and 26.35% of iron, angle of turn: 55 °,
  • the upstream portion of the movable member is constituted by a journal length of 8.0 cm and a diameter of 0.2 cm, according to the present invention, and is crimped to the flexible connector.
  • the fixed upstream element is also constituted in accordance with FR 2 890 162.
  • Figure 2 shows the ordinate speed of rotation (rpm) and abscissa the fluid velocity (m / s). These data were measured for moving elements 6 m in length, respectively (mark 1 in Figure 2) 0% reverse pitch turns, (2) 0.5% reverse pitch turns, (3) 2.0%, (4) 4.0%, (5)
  • FIG. 2 shows that the more the number of turns having an inverted pitch increases, the greater the reduction in the speed of rotation of the movable element. This reduction also increases as the fluid velocity decreases.
  • FIG. 3 represents in ordinate the% reduction in the speed of rotation of the device and in abscissa the% of length of inverted turns.
  • FIG. 4 is the ordinate of the total pressure loss
  • This pressure drop is the expression of the sum of the pressure losses corresponding to the fixed upstream element (fixing bracket), to the tube by itself and to the device object of the present invention.
  • the operating time of the device described was less than 4 years.
  • the lifetime of the device object of the present invention should reach 5 years or more, a period required by the operator of an oil refinery.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif réducteur d'encrassement de l'intérieur d'un tube (1) traversé par un fluide (F), du type comportant au moins un élément générateur de turbulences, ledit dispositif étant constitué d'un élément rotatif mobile (2) relié à un élément fixe formant palier (3), apte à être rendu rigidement solidaire de l'extrémité amont du tube (1), ledit élément rotatif mobile (2), comprenant une partie amont (4) formant un tourillon comprenant une liaison mécanique (5) avec l'élément fixe formant palier (3) et permettant la libre rotation de l'élément mobile (2) sur lui-même autour de l'axe du tube (1), une partie aval (6) en forme d'hélice constituée de plusieurs spires et conformée de manière à être entraînée en rotation par l'écoulement du fluide (F) dans le tube (1), dans lequel les parties amont (4) et aval (6) de l'élément rotatif mobile (2) sont reliées l'une à l'autre par un raccord souple longiligne déformable sur toute sa longueur (7), et la partie aval (6) contient au moins une portion de spire dont le pas est inversé (8) par rapport au pas des autres spires. Ainsi qu'un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de tubes traversés par un fluide et comprenant au moins un dispositif réducteur d'encrassement.

Description

Dispositif pour la réduction de l'encrassement à l'intérieur d'un tube
La présente invention concerne un dispositif pour réduire l'encrassement à l'intérieur d'un tube dans lequel circule un fluide, du type comportant un élément rotatif générateur de turbulences, en particulier dans les tubes constituant les échangeurs thermiques. La présente invention peut notamment trouver son application dans les industries, en particulier l'industrie pétrolière ou pétrochimique, qui mettent en œuvre des échangeurs de chaleur tubulaires dans lesquels circulent des fluides pouvant être à haute température et/ ou corrosifs. 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, par exemple dû à des impuretés en suspension, à des dépôts de sels minéraux dissous dans le fluide, à du coke en formation dans un procédé de craquage thermique ou encore à des espèces soufrées solubles dans des hydrocarbures. Ces impuretés, coke ou autres dépôts, ont tendance, en particulier dans certaines conditions de températures et de pressions, à se déposer sur les parois internes des conduits empruntés par le fluide. Ceci peut provoquer des restrictions de débits préjudiciables au bon fonctionnement du procédé situé en aval et/ ou des points chauds sur la surface interne du tube. Ces restrictions et/ ou points chauds peuvent entraîner une détérioration de la structure métallique dudit tube et provoquer ainsi des fuites de produits qui peuvent être dangereuses pour l'exploitant et/ ou le matériel.
Une autre conséquence de la formation de ces dépôt sur les parois internes des tubes d'échangeurs peut être la diminution au cours du temps de la qualité des transferts thermiques entre les fluides circulant dans et à l'extérieur des tubes, diminution susceptible de devenir in fine préjudiciable pour le rendement énergétique de l'unité de traitement ou de fabrication considérée.
Ils ont en commun un élément mobile, généralement en forme d'hélice constituée de plusieurs spires présentant toutes une même orientation de pas, fixé à l'extrémité amont du tube de façon telle que l'élément mobile puisse tourner librement dans le tube sous l'effet de l'écoulement du fluide. Dans de nombreux dispositifs décrits dans l'art antérieur, 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 de la structure métallique dudit tube et/ ou de l'élément mobile.
La réduction de l'encrassement de l'intérieur des tubes est principalement due à l'augmentation de la turbulence du fluide qui diminue, voire empêche la formation des points chauds et la formation de dépôts. Sans vouloir être lié par cette théorie, il est possible que cette réduction de l'encrassement soit obtenue grâce à un effet d'homogénéisation thermique (rupture de la couche limite thermique isolante) et par un effet de cisaillement important à proximité de la paroi. Ceci pouvant permettre de diminuer, voire d'éviter, la formation de dépôt(s), et/ ou de décrocher, en tout ou partie, les éventuels dépôts faiblement attachés à cette même paroi avant qu'ils commencent à croitre en tailles et donc devenir plus résistants à leur arrachement.
La Demanderesse décrit en outre dans la demande EP 0 369 851 , un élément mobile comportant, dans toutes ses sections transversales, au moins une arrête vive conformée spécifiquement afin de racler la surface interne du tube.
En plus des derniers perfectionnements apportés au dispositif par la Demanderesse, tels que décrits dans FR 2 890 162, et plus précisément l'utilisation d'un raccord souple longiligne pour relier l'élément mobile à l'élément amont fixe solidaire du tube, la Demanderesse a poursuivi ses recherches pour allonger la durée de fonctionnement desdits dispositifs réducteurs d'encrassement à l'intérieur des tubes et notamment des tubes d'échangeurs de chaleur utilisés dans les raffineries de pétrole. En effet, plus cette durée de fonctionnement sera allongée, moins il sera nécessaire de pourvoir au remplacement desdits dispositifs après une éventuelle rupture au niveau de l'élément amont fixe, c'est-à-dire que l'exploitant évitera ainsi l'ouverture de l'échangeur de chaleur considéré, évitera également de facto le risque d'un arrêt complet de l'installation dans laquelle ledit échangeur est implémenté, et donc in fine, évitera des risques humains, des dépenses et un manque à gagner. En outre, lorsque la vitesse du fluide à l'intérieur du tube dépasse une valeur limite, par exemple supérieure à 1,5 m/s, la vitesse de rotation de l'élément mobile peut devenir très importante (supérieure à 1500 t/mn). Dans ce cas l'utilisation d'un tel élément mobile n'est pas recommandée car les phénomènes d'usures au niveau de l'élément amont fixe peuvent devenir trop importants et avoir pour conséquence une rupture prématurée de l'attache de l'élément mobile au niveau de cette partie amont fixe. Cette rupture pouvant entraîner une durée de fonctionnement insatisfaisante pour la plupart des exploitants par exemple limitée à 4 années.
Cela peut en particulier être l'application de ce couple vitesse fluide/vitesse de rotation de l'élément mobile, qui rend problématique l'utilisation des dispositifs de la Demanderesse pour des vitesses de fluides supérieures à 1,5 m/s, vitesses néanmoins rencontrées dans de nombreux échangeurs de chaleur.
Ainsi, la présente invention a pour objet un dispositif visant à remédier en tout ou partie aux problèmes évoqués ci-dessus, en particulier de présenter une fiabilité accrue et/ ou une plage d'utilisation augmentée, tout en restant simple à fabriquer, peu cher et/ ou facile à fixer.
Selon un premier aspect, l'invention a pour objet un dispositif réducteur d'encrassement de l'intérieur 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 relié à un élément fixe formant palier, apte à être rendu rigidement solidaire de l'extrémité amont du tube, ledit élément rotatif mobile, comprenant, voire étant constitué de :
- une partie amont formant un tourillon comprenant une liaison mécanique avec l'élément fixe formant palier et permettant la libre rotation de l'élément mobile sur lui-même autour de l'axe du tube,
- une partie aval en forme d'hélice constituée de plusieurs spires et conformée de manière à être entraînée en rotation par l'écoulement du fluide dans le tube, dans lequel : - les parties amont et aval de l'élément rotatif mobile sont reliées l'une à l'autre par un raccord souple longiligne déformable sur toute sa longueur, et - la partie aval contient au moins une portion de spire dont le pas est inversé par rapport au pas des autres spires.
Ainsi, l'invention concerne un dispositif présentant une réduction de la vitesse de rotation de la partie mobile, associée à un système d'attache, par exemple tel que décrit dans FR 2 890 162, qui comporte un raccord souple reliant le tourillon de l'élément mobile, positionné au niveau de l'élément amont fixe, à la partie, généralement hélicoïdale, formée de plusieurs spires, s'étendant le long d'une portion ou sur la totalité de la longueur du tube et entraînée en rotation par l'écoulement du fluide circulant dans ledit tube.
Les recherches effectuées par la Demanderesse montrent que le dispositif connu peut présenter une résistance insuffisante au niveau de l'attache de l'élément mobile sur l'élément amont fixe. Ces études ont également montrés qu'une réduction de la vitesse de rotation de l'élément mobile peut permettre de minimiser les phénomènes d'usure au niveau dudit élément amont fixe, et en particulier aux endroits en contacts de frottement avec des arêtes vives d'un palier ou d'une rondelle d'usure, éventuellement présent.
De plus, une réduction de la vitesse de rotation de l'élément mobile peut permettre une utilisation pour des vitesses de fluides supérieures à 1,5 m/ s tout en restant dans des domaines de vitesses de rotation limités à 1500 t/mn, domaine permettant de limiter les phénomènes d'usures.
L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de tubes traversés par un fluide, comprenant au moins un dispositif réducteur d'encrassement selon l'invention installé à l'intérieur d'au moins un de ses tubes, en particulier fixé à l'extrémité amont d'au moins un de ces tubes.
Le raccord souple, utilisé dans la présente invention, par exemple celui tel que décrit dans FR 2 890 162, 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.
Le raccord souple peut être, par exemple, un câble formé de brins tressés ou torsadés comprenant de préférence un nombre de brins compris entre 1 et 100, et de manière plus préférée entre 1 et 50.
Pour un élément mobile de 6 mètres, on peut préférer un raccord souple ayant une longueur comprise entre 1 cm et 5 cm, et de préférence entre 2 et 4 cm. Son diamètre peut aller de 2 à 10 mm et de préférence de 4 à 8 mm. Ce raccord souple est fixé entre l'extrémité aval du tourillon et l'extrémité amont de la partie entraînée en rotation en forme d'hélice. La fixation à ces deux pièces peut se faire selon des techniques connues, par exemple par soudage, sertissage, vissage, ou encore par collage. La partie aval en forme d'hélice 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 peut 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, par exemple 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 va de 0,5 à 0,9, de préférence de 0,6 à 0,8.
Des rapports compris entre les fourchettes ci-dessus se sont avérés suffisants pour éviter un contact de frottement trop important, voire 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 peut être résolu en tout ou partie 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. La première spire est celle qui est le plus proche de l'attache.
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 peut être 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 forme 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'extrémité 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, peut être 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, peut avoir une fonction de maintien du tourillon dans l'axe de rotation de l'élément mobile et est 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 peut venir en contact de frottement avec la deuxième butée, tubulaire, solidaire de l'élément fixe.
Dans un mode de réalisation préféré 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 tubulaires.
Dans un autre mode préféré de l'invention, le tourillon métallique est remplacé par un prolongement du raccord souple dont l'extrémité aval est rendue solidaire de la butée. Bien sur, toutes les configurations possibles de la rondelle d'usure et de la butée s'appliquent à cette application particulière de la présente invention.
L'élément rotatif mobile et plus particulièrement sa partie aval en forme d'hélice peut être constitué de plusieurs spires et conformé de façon telle que ladite partie aval est mise en rotation par l'écoulement du fluide dans le tube. La vitesse de rotation de l'élément mobile dépend essentiellement du débit de fluide traversant le tube, ledit débit pouvant varier, par exemple dans les tubes d'échangeurs de chaleur, de 0,5 m/ s à 3 m/ s, pour une pression pouvant évoluer entre 5 et 30 bars.
C'est la disposition des spires et plus exactement le sens du pas des plus nombreuses spires présentant un pas identique qui détermine, au moins en partie, le sens de rotation de l'élément mobile. Ce sens de rotation peut être , suivant le montage des spires constituant la partie aval de l'élément mobile dans le sens (pas à droite) ou inverse (pas à gauche) au sens de rotation des aiguilles d'une montre, sans perturber l'efficacité du dispositif réducteur de l'encrassement de l'intérieur d'un tube. Dans la présente description, la portion de spires présentant un pas inversé par rapport à celui des autres spires est représentée par un pourcentage de la longueur de l'élément mobile.
C'est ainsi que, dans la présente description, l'expression « X (par exemple 0,5%) de spires à pas inversé » signifie, pour un élément mobile d'une longueur totale de Y (par exemple 6 m) constitué d'un enroulement de spires ayant toutes un pas de Z cm (par exemple 3 cm), une longueur de pas inversé de Y x X cm (en l'occurrence 3 cm), soit un nombre de spires de (Y x X) / Z (dans le cas exemplifié : 1 spire complète).
La vitesse du fluide minimum traversant le tube, pour mettre en mouvement un dispositif de 6 m de longueur présentant une portion de pas inversé, sera d'autant plus importante que le % de spires à pas inversé est important. Cette vitesse minimum sera toujours supérieure à celle d'un dispositif standard dont la partie aval de l'élément mobile est constituée d'une hélice comprenant seulement des spires présentant un pas dans le même sens. Cette vitesse minimum peut se situer autour de 1,5 à 2 m/s alors qu'elle est en général de 0,5 m/s pour un dispositif standard.
La réduction de la vitesse de rotation par rapport à un dispositif standard, varie selon la vitesse du fluide et la quantité de spires à pas inversé. Plus la vitesse du fluide est lente associée à une quantité importante de spires présentant un pas inversé par rapport aux autres spires, plus le ralentissement de la vitesse de rotation de l'élément mobile est important. Ainsi les intervalles de réduction de la vitesse de rotation de l'élément mobile peuvent aller de 95% (vitesse du fluide 2,0 m/s) à 54% (vitesse du fluide 3,0 m/s) pour 15% de longueur de l'élément mobile constitué de spire présentant un pas inversé. La réduction de la vitesse de rotation de l'élément mobile peut varier de 56% pour une vitesse de fluide de 2,0 m/ s à 16% pour une vitesse de fluide de 3,0 m/s pour 0,5% de spires à pas inversé. D'autres données sur la réduction de la vitesse de rotation de l'élément mobile sont indiquées dans l'exemple ci-dessous.
Si la cible de vitesse de rotation maximum de l'élément mobile est de 1500 t/mn pour minimiser l'usure de l'attache sur l'élément amont fixe, la mise en place de spires présentant un pas inversé sur
15% de la longueur totale de l'élément mobile d'une longueur totale de 6 m peut permettre d'utiliser le dispositif objet de la présente invention avec une vitesse de fluide de 2,85 m/s, alors que cette vitesse est limitée à 1,5 m/ s pour un dispositif standard. Cette vitesse de rotation de 1500 t/mn peut également être atteinte avec 0,5% de spires à pas inversé pour une vitesse de fluide 2,25 m/ s (cf. fig 1).
Il en est de même pour une vitesse cible de rotation de l'élément mobile de 1000 t/mn obtenue avec des vitesses de fluides variant de 2,05 m/s à 2,55 m/s, avec respectivement des longueurs de spires présentant des pas inversés de 0,5% à 15%. La vitesse du fluide admissible avec un dispositif standard pour une vitesse de rotation de 1000 t/ mn est de 1 ,45 m/s, sans possibilité d'aller au-delà sans augmenter la vitesse de rotation de l'élément mobile.
L'utilisation de différentes quantités de spires à pas inversé sur la partie aval de l'élément mobile peut donc permettre de réduire la vitesse de rotation de l'élément mobile pouvant aller jusqu'à 95% de sa vitesse initiale, ou d'utiliser à iso vitesse (1500 tours ou 1000 tours/ mn) ledit élément mobile pour des vitesses de fluide dans le tube de l'échangeur pouvant être plus de 50 % à 75% supérieure à la vitesse de fluide maximale admissible avec un dispositif standard. Cette amélioration procure la possibilité d'installer des dispositifs objet de l'invention dans des échangeurs ou le débit du fluide dans les tubes varie de 1 ,5 m/s à 3m/s.
En contrepartie de cette amélioration de l'utilisation de l'élément mobile comportant des spires à pas inversés, la perte de charge totale (c'est-à-dire la somme des pertes de charges dues à l'élément amont fixe tel que décrit dans FR 2 890 162, à la longueur du tube et au dispositif objet de la présente invention) peut être plus importante que celle d'un tube de même longueur équipé d'un dispositif standard. Ainsi l'augmentation de la perte de charge pour une vitesse de rotation de l'élément mobile fixé à 1500 t/mn peut varier 84% à 220% quand le % de spires à pas inversé varie de 0,5 à 15 %, passant respectivement de 500 à 920 mbars et de 500 à 1600 mbars.
Pour une vitesse de rotation de 1000 t/mn, la perte de charge totale peut varie de 93% à 206 %, passant de 440 à 850 mbars et de 440 à 1380 mbars quand le % spires à pas inversé varie de 0,5 % à 15 %.
En fonction des paramètres du fluide traversant les tubes de l'échangeur de chaleur et notamment son débit, on peut choisir de préférence des solutions intégrant des quantités de spires à pas inversés les plus faibles possibles par exemple pour minimiser les pertes de charges. C'est ainsi que pour un élément mobile de 6 m dont
0,5 % seulement de sa longueur totale est en pas inversé, une vitesse de rotation de 1500 T/mn peut être atteinte pour une vitesse de fluide de 2,25m/s soit une vitesse supérieure de 32% par rapport à un dispositif standard (1 ,5 m/ s) pour une perte de charge totale correspondante de 950 mbars, c'est-à-dire supérieure de 40 % à celle enregistrée par rapport à un dispositif standard avec la même vitesse de fluide.
Il est intéressant de noter que cette perte de charge enregistrée pour le dispositif objet de l'invention est du même ordre de grandeur que celle obtenue avec un autre dispositif pour réduire l'encrassement à l'intérieur d'un tube et disponible dans l'art, tel que décrit dans FR 2 479 964. Brève description des figures ;
- la figure 1 représente un dispositif selon l'invention, la figure 2 est un diagramme représentant la vitesse de rotation en fonction de la vitesse du fluide pour différents % de longueur de spires ayant un pas inversé,
- la figure 3 est un diagramme représentant le % de réduction de la vitesse de rotation du dispositif pour différents % de longueur de spires ayant un pas inversé, et
- la figure 4 représente la perte de charge dans un tube en fonction de la vitesse pour différents % de longueur de spires ayant un pas inversé.
La présente invention est illustrée à présent en référence à la figure 1 ci-après, qui est une vue en coupe longitudinale d'un tube avec un dispositif pour la réduction de l'encrassement à l'intérieur d'un tube, objet de la présente invention, fixé à l'extrémité amont dudit tube.
Sur cette figure 1 , le dispositif est constitué d'une partie mobile 2 et d'une partie fixe 3, 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 représenté par la flèche F.
La partie fixe 3 du dispositif a la forme d'un étrier constitué d'un plateau 9 percé d'un orifice central, et de deux branches 10, 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 1 1 solidaire du plateau 9. Le canal de cette butée 1 1 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 2.
Dans la partie fixe 3 est montée, libre en rotation, l'élément mobile 2. Cet élément mobile est constitué, en partant de l'extrémité amont de celui-ci, d'une butée 5, d'un tourillon 4 solidaire de la butée 5, d'un raccord souple 7 en câble acier inox, et enfin de la partie hélicoïdale 6 entraînée en rotation, dans la direction de la flèche F, 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
12 est prévue entre la butée 5 solidaire du tourillon et la butée 1 1 solidaire de l'étrier.
Bien sûr, toutes les configurations possibles de la rondelle d'usure 1 1 et de la butée 4 décrites ci-dessus, peuvent s'appliquer à cette application particulière de la présente invention.
L'élément aval 6 de l'élément mobile 2 est constitué de plusieurs spires ayant un pas identique. Seule la spire 8 sur la figure 1 présente, conformément à l'invention un pas inversé à celui des autres spires.
Le montage de cette spire (ou de ces spires) peut être réalisé par un simple enroulement inversé du fil métallique, par exemple en acier inoxydable, constituant l'élément aval en forme d'hélice de l'élément mobile, ou peut être attachée à l'élément aval par tout moyen connu dans la technique tels que le soudage, le sertissage, le vissage, le collage, etc.
La seule contrainte à l'installation de cette ou ces spires à pas inversé(s) est que son axe longitudinal soit aligné avec l'axe longitudinal de la majorité des spires constituant l'élément aval.
L'invention est illustrée 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 une maquette qui met en œuvre de l'eau froide circulant dans un tube en plexiglas de 6 m de long et qui permet des mesures de débit de l'eau, de pertes de charges à différentes longueurs ainsi que la vitesse de rotation de l'élément mobile du dispositif objet de la présente invention.
Les paramètres des essais sont les suivants :
- diamètre intérieur du tube : 2,00 cm,
- vitesse de l'eau dans le tube pouvant varier de 0,5 à 3,0 m/s, - pression du fluide à l'intérieur du tube : 16 bars,
- diamètre extérieur de l'élément mobile du dispositif : 1 ,96 cm,
- longueur de l'élément mobile : 6,0 m, - diamètre du fil en acier inoxydable constituant l'élément mobile: 0, 18 cm,
- composition de l'alliage constituant le fil : 64,9 % de nickel, 8,75 % de molybdène et 26,35 % de fer, - angle de spire : 55°,
- pas des spires : 3,0 cm,
- sens du pas des spires : droite,
- longueur du raccord souple : 4,0 cm,
- diamètre du raccord souple : 0,5 cm, - nombre de brins métalliques enroulés dans le sens de rotation de l'élément mobile constituant le raccord souple : 50,
La partie amont de l'élément mobile est constituée par un tourillon d'une longueur de 8,0 cm et d'un diamètre de 0,2 cm, conformément à la présente invention, et est relié par sertissage au raccord souple.
L'élément amont fixe est également constitué conformément à FR 2 890 162.
Les vitesses de rotations de l'élément mobile ont été enregistrées en fonction de la vitesse du fluide mesurée dans le tube (figure 2).
La figure 2 représente en ordonnée la vitesse de rotation (t/min) et en abscisse la vitesse du fluide (m/ s). Ces données ont été mesurées pour des éléments mobiles d'une longueur de 6 m présentant respectivement (repère 1 sur la figure 2) 0 % de spires à pas inversé, (2) 0,5% de spires à pas inversé, (3) 2,0%, (4) 4,0%, (5)
10%, (6) 12,2%, (7) 13,5% et enfin (8) 15,0% de spires à pas inversé.
La figure 2 montre que plus le nombre de spires présentant un pas inversé augmente et plus la réduction de la vitesse de rotation de l'élément mobile est importante. Cette réduction augmente également quand la vitesse du fluide diminue.
Les tableaux 1 , 2 et 3 ci-dessous regroupent pour des valeurs cibles de rotation de l'élément mobile égales à respectivement 1500 t/mn, 1000 t/mn et 500 t/mn, les vitesses de fluides admissibles en fonction du % pas inversé. II est rappelé que la vitesse de 1500 t/mn représente fréquemment la limite pour une vitesse d'usure jugée admissible de l'élément amont fixe avec un élément mobile ne comportant que des spires avec un pas dans un seul sens, et que cette vitesse de 1500 t/mn est obtenue seulement pour une vitesse de fluide égale à 1 ,5 m/s.
Tableau 1 : Vitesse de rotation de l'élément mobile 1500 t/mn
Tableau 2 : Vitesse de rotation de l'élément mobile 1000 t/mn
Tableau 3 : Vitesse de rotation de l'élément mobile 500 t/mn
De l'enseignement de ces 3 tableaux, on en déduit que lorsque l'élément mobile du dispositif comporte des spires à pas inversés, conformément à la présente invention, il est maintenant possible d'utiliser le dispositif conformément à l'invention, pour une vitesse de rotation de l'élément mobile déterminée, d'augmenter la vitesse du fluide dans les conditions ci-dessous : - pour 1500 t/mn, de l ,50m/s à 2,85 m/s, soit une augmentation de la vitesse du fluide de 67%,
- pour 1000 t/mn, de 1 ,4 m/s à 2,55 m/s, soit une augmentation de la vitesse du fluide de 82%,
- pour 500 t/mn de 1 , 15 m/s à 2,23 m/s soit une augmentation de la vitesse du fluide de 93% .
La réduction de la vitesse de rotation en fonction du pourcentage de pas inversé est maintenant mesurée. La figure 3 représente en ordonnée le % de réduction de la vitesse de rotation du dispositif et en abscisse le % de longueur de spires inversées.
Ces données ont été mesurées pour des éléments mobiles d'une longueur de 6 m présentant respectivement (repère 1 sur la figure 2) 0
% de spires à pas inversé, (2) 0,5% de spires à pas inversé, (3) 2,0%,
(4) 4,0%, (5) 10%, (6) 12,2%, (7) 13,5% et enfin (8) 15,0% de spires à pas inversé.
On voit que pour une vitesse de fluide de 1 ,5 m/s, on peut réduire la vitesse de rotation de l'élément mobile de 8% avec 0,5% de spires à pas inversés, et ceci jusqu'à 90% avec 12% de spires inversées.
Ces réductions étant propices à la baisse de l'usure de la tête.
La figure 4 représente en ordonnée la perte de charge totale
(mbars) enregistrée dans un tube de 6,00 m en fonction de la vitesse de rotation de l'élément mobile présentée en abscisse. Ces données ont été mesurées pour des éléments mobiles d'une longueur de 6 m présentant respectivement (repère 1 sur la figure 2) 0 % de spires à pas inversé, (2) 0,5% de spires à pas inversé, (3) 2,0%, (4) 4,0%, (5) 10%,
(6) 12,2%, (7) 13,5% et enfin (8) 15,0% de spires à pas inversé.
Cette perte de charge est l'expression de la somme des pertes de charges correspondant à l'élément amont fixe (étrier de fixation), au tube par lui-même et au dispositif objet de la présente invention.
Cette perte de charge augmente quand la vitesse de rotation augmente. Elle est d'autant plus importante que la quantité de spires présentant un pas inversé augmente.
On choisira donc, pour minimiser cette perte de charge des quantités de spires à pas inversés les plus faibles possibles
Dans FR 2 890 162, la durée de fonctionnement du dispositif décrit était inférieure à 4 années. Dans ces mêmes conditions de fonctionnement dudit dispositif et avec en plus une réduction de la vitesse de rotation de l'élément mobile, par exemple pour un débit de fluide de 1 ,5 m/ s et une vitesse de rotation de 1000 t/mn, la durée de vie du dispositif objet de la présente invention devrait atteindre 5 années ou plus, période requise par l'exploitant d'une raffinerie de pétrole.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif réducteur d'encrassement de l'intérieur d'un tube (1) traversé par un fluide (F), du type comportant au moins un élément générateur de turbulences, ledit dispositif étant constitué d'un élément rotatif mobile (2) relié à un élément fixe formant palier (3), apte à être rendu rigidement solidaire de l'extrémité amont du tube ( 1 ), ledit élément rotatif mobile (2), comprenant :
- une partie amont (4) formant un tourillon comprenant une liaison mécanique (5) avec l'élément fixe formant palier (3) et permettant la libre rotation de l'élément mobile (2) sur lui-même autour de l'axe du tube (1),
- une partie aval (6) en forme d'hélice constituée de plusieurs spires et conformée de manière à être entraînée en rotation par l'écoulement du fluide (F) dans le tube (1), dans lequel - les parties amont (4) et aval (6) de l'élément rotatif mobile (2) sont reliées l'une à l'autre par un raccord souple longiligne déformable sur toute sa longueur (7), et
- la partie aval (6) contient au moins une portion de spire dont le pas est inversé (8) par rapport au pas des autres spires.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le raccord souple (7) est de préférence en métal, en particulier en acier et de manière préférée en acier inoxydable.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le raccord souple (7) est un câble formé de brins tressés ou torsadés comprenant un nombre de brins compris entre 1 et 100, et de préférence entre 1 et 50.
4. Dispositif selon l 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur du raccord souple (7) est comprise entre 1 cm et 5 cm, et de préférence entre 2 et 4 cm.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre du raccord souple (7) est compris entre 2 et 10 mm et de préférence entre 4 et 8 mm.
6. Dispositif selon l 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie aval de l'élément mobile (6) génératrice de turbulences est en forme d'hélice.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport du diamètre extérieur de l'hélice au diamètre intérieur du tube
(1) est compris entre 0,5 et 0,9, de préférence entre 0,6 et 0,8.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, 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.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport du diamètre extérieur de la première spire, ou des premières spires, au diamètre intérieur du tube (1) est compris entre 0, 1 et 0,6, et de préférence entre 0,2 et 0,6.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément fixe (3) formant palier est un étrier comportant une partie centrale (9) percée d'un orifice destiné à recevoir le tourillon (4) de l'élément mobile (2), et deux branches (10), symétriques l'une à l'autre, ayant une forme permettant de les fixer sur l'extrémité amont du tube (1).
1 1. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une première butée (5) est prévue à l'extrémité du tourillon (4) et qu'une deuxième butée (1 1), tubulaire, est prévue sur la partie centrale (9) 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.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tourillon (4) est remplacé par un prolongement du raccord souple (7).
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'extrémité du raccord souple (7) est solidaire de la butée (5).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que une portion de l'élément mobile (2) est constituée de 15 % de spires à pas inversés.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les vitesses de fluides admissibles dans les tube sont supérieures de 50 % à 75 % aux vitesses de fluides utilisées avec un dispositif standard.
16. Echangeur de chaleur comprenant une pluralité de tubes ( 1) traversés par un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif réducteur d'encrassement selon l'une quelconque des revendications précédentes, en particulier fixé à l'extrémité amont d'au moins un de ces tubes.
EP09801738A 2008-12-19 2009-12-02 Dispositif pour la reduction de l'encrassement a l'interieur d'un tube Active EP2367642B1 (fr)

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