FR2579739A1

FR2579739A1 - Device for protecting heat-exchanger tubes and method for assembling this device

Info

Publication number: FR2579739A1
Application number: FR8504580A
Authority: FR
Inventors: Roger Bessouat; Gerard Charbonnier; Jacques Labernardiere; Daniel Germain
Original assignee: Stein Industrie SA
Current assignee: Stein Industrie SA
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1986-10-03
Also published as: FR2579739B1

Abstract

Device for protecting heat-exchanger tubes and method for assembling this device. Device for protecting heat-exchanger tubes of boilers or appliances for treating gas against corrosion and/or erosion by smoke or gases, formed of shells 6, 7, 10, 11, made of refractory material resisting corrosion and/or erosion, fitted around the horizontal parts of the tubes 1. The shells have a U-shaped cross-section, and are characterised in that they are provided with internal notches 21, 22, their bottom surrounding the lowest tube, and fit into one another while leaving some play allowing the differential expansions of the tube and shells, and in that each shell is fixed to this same tube by a horizontal key 12, 27 which is housed in the internal notches between the arms of the U in the region of the upper generatrix of this tube, and in that the penultimate 10, 36 and the last shell 11, 37 are fixed to this tube by a common key 20, 38.

Description

Dispositif de protection de tubes d'échange de chaleur et procédé de montage de ce dispositif
La présente invention concerne un dispositif de protection de tubes d'échange de chaleur, disposés essentiellement en panneaux verticaux de parties horizontales superposées dans des chaudières ou appareils de traitement de gaz, contre la corrosion et/ou l'érosion par des fumées ou des gaz chargés de poussières, formé de coquilles en matériau réfractaire résistant à la corrosion et/ou à l'érosion enfilées autour des parties horizontales des tubes. Elle s'détend en outre à un procédé de montage de ce dispositif.Device for protecting heat exchange tubes and method for mounting this device
The present invention relates to a device for protecting heat exchange tubes, essentially arranged in vertical panels of horizontal parts superimposed in boilers or gas treatment apparatus, against corrosion and / or erosion by fumes or gases. charged with dust, formed of shells of refractory material resistant to corrosion and / or erosion threaded around the horizontal parts of the tubes. It also extends to a method of mounting this device.

Les tubes d'échange de chaleur faisant partie des échangeurs de surchauffe de la vapeur d'eau formée dans les faisceaux de vaporisation de chaudières sont soumis à des températures externes élevées, de l'ordre de 11000 à 12000C, et à des fumées souvent corrosives, notamment celles provenant de la combustion de fuel-oils présentant un rapport vanadium/sodium élevé (supérieur à 7). Ils sont exposés à une corrosion par ces fumées, en particulier au-dessus de cavités proches du foyer de la chaudière, où la température des fumées peut être plus élevée que dans le reste de la section droite de la chaudière. The heat exchange tubes forming part of the superheat exchangers of the water vapor formed in the vaporization bundles of boilers are subjected to high external temperatures, of the order of 11000 to 12000C, and to often corrosive fumes. , especially those from the combustion of fuel oils with a high vanadium / sodium ratio (greater than 7). They are exposed to corrosion by these fumes, in particular above cavities near the hearth of the boiler, where the temperature of the fumes can be higher than in the rest of the straight section of the boiler.

Par ailleurs, dans certains appareils de traitement de gaz chargés de poussières abrasives, des panneaux de tubes d'échange de chaleur se trouvent exposés à l'impact de ces gaz et soumis à une érosion sévère. In addition, in some gas treatment devices loaded with abrasive dust, panels of heat exchange tubes are exposed to the impact of these gases and subjected to severe erosion.

On a déjà proposé de protéger les tronçons de tubes horizontaux inférieurs des panneaux d'échangeurs surchauffeurs à l'aide de coquilles, soit en acier réfractaire, emboitées et soudées sur ces tronçons de tubes, soit de coquilles cylindriques en matériau réfractaire tel que le carbure de silicium. Les coquilles en acier soudées sur les tubes sont soumises à des contraintes thermiques sévères, pouvant entrainer la rupture des soudures. Les coquilles en matériau réfractaire ne peuvent être changées en cas de dégradation qu'en coupant le tronçon de tube quelles doivent protéger. Par ailleurs, s'il est facile de munir les tubes d'échangeurs surchauffeurs de ces coquilles au cours de la fabrication de ces échangeurs, il est extrêmement difficile de munir de telles coquilles des tubes existants de surchauffeurs dont on a constaté qu'ils se corrodaient. It has already been proposed to protect the lower horizontal tube sections of the superheater heat exchanger panels using shells, either of refractory steel, fitted and welded on these tube sections, or of cylindrical shells of refractory material such as carbide. of silicon. The steel shells welded to the tubes are subjected to severe thermal stresses, which can cause the welds to rupture. The shells of refractory material can only be changed in the event of degradation by cutting the section of tube which they must protect. Furthermore, if it is easy to provide the tubes of superheater exchangers with these shells during the manufacture of these exchangers, it is extremely difficult to provide such shells of existing tubes with superheaters which have been found to be corroded.

La présente invention a donc pour but de procurer un dispositif de protection de tels tubes d'échange de chaleur qui ne soit pas soumis à des contraintes thermiques élevées en fonctionnement et qui soit facile à mettre en place, même sur des tubes existants. The present invention therefore aims to provide a device for protecting such heat exchange tubes which is not subjected to high thermal stresses in operation and which is easy to install, even on existing tubes.

Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que les coquilles sont de section droite en forme de U, munies d'encoches internes, leur fond entourant le tube le plus bas, et stemboitent les unes dans les autres en laissant subsister un jeu permettant les dilatations différentielles du tube et des coquilles, en ce que chacune est fixée à ce même tube par une clavette horizontale venant se loger dans les encoches internes entre les branches du U au niveau de la génératrice supérieure de ce tube, et en ce que la dernière et l'avant-dernière coquille sont fixées à ce tube par une clavette commune. The device according to the invention is characterized in that the shells are of U-shaped cross section, provided with internal notches, their bottom surrounding the lowest tube, and stemboit each other leaving a clearance allowing the differential expansions of the tube and the shells, in that each is fixed to this same tube by a horizontal key coming to be housed in the internal notches between the branches of the U at the level of the upper generatrix of this tube, and in that the last and penultimate shell are fixed to this tube by a common key.

Lorsque les parties horizontales des tubes se terminent à une extrémité par un coude de raccord avec un tronçon vertical, la coquille de la zone du coude est en forme d'équerre tronquée, et elle est munie d'une part d'une clavette horizontale s'appuyant sur la partie horizontale du tube, d'autre part d'une clavette verticale s'appuyant sur la partie verticale du tube. When the horizontal parts of the tubes end at one end with a connecting elbow with a vertical section, the shell of the elbow area is in the form of a truncated square, and it is provided on the one hand with a horizontal key s 'pressing on the horizontal part of the tube, on the other hand a vertical key pressing on the vertical part of the tube.

Le procédé de mise en place du dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'on introduit une coquille en forme de U munie d'encoches internes autour de la partie extrême du tube à protéger, en ce que l'on introduit une clavette à l'intérieur de la coquille dans ses encoches internes, puis en ce que l'on emboîte successivement chacune des coquilles suivantes sur la coquille précédente, en la fixant sur le tube à protéger par une clavette. The method of installing the device according to the invention is characterized in that a U-shaped shell is provided with internal notches around the end part of the tube to be protected, in that a key inside the shell in its internal notches, then in that each of the following shells is successively fitted onto the previous shell, by fixing it to the tube to be protected by a key.

Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, des dispositifs de protection des tubes inférieurs d'un panneau vertical de tubes horizontaux d'un échangeur surchauffeur de chaudière selon l'invention et leurs procédés de montage. It is described below, by way of example and with reference to the figures of the appended drawing, devices for protecting the lower tubes of a vertical panel of horizontal tubes of a boiler superheater exchanger according to the invention and their methods mounting.

La figure 1 représente en élévation un dispositif de protection dans lequel les tubes, horizontaux dans leur majeure partie, se terminent par un coude de raccordement à un tronçon vertical. Figure 1 shows in elevation a protection device in which the tubes, horizontal for the most part, end with a bend for connection to a vertical section.

La figure 2 représente une coupe en section droite selon l'axe Il-Il de la figure 1 de deux panneaux verticaux parallèles munis du dispositif de protection. 2 shows a section in cross section along the axis Il-Il of Figure 1 of two parallel vertical panels provided with the protection device.

La figure 3 représente en plan vus de dessus des dispositifs fixés à des tubes traversant sur la gauche la paroi de la chaudière. Figure 3 shows in plan view from above of the devices fixed to tubes crossing on the left the wall of the boiler.

Il est représenté dans la figure 1 les trois tubes inférieurs 1, 2, 3 d'une boucle d'un panneau d'échangeur-surchauffeur. Le dispositif de protection n'est fixé que sur le tube inférieur 1, le plus exposé à l'impact des fumées corrosives, dont le sens d'écoulement vertical ascendant est représenté par la flèche. Les tubes se terminent à une faible distance de l'écran de la chaudière 4 par un coude, suivi d'un tronçon vertical. Ils sont supportés à l'aide de groupes de deux tubes verticaux tels que 5 (l'autre tube étant masqué) de manière connue, non représentée. It is shown in Figure 1 the three lower tubes 1, 2, 3 of a loop of an exchanger-superheater panel. The protection device is fixed only on the lower tube 1, the most exposed to the impact of corrosive fumes, the upward vertical direction of flow of which is represented by the arrow. The tubes end at a short distance from the screen of the boiler 4 by an elbow, followed by a vertical section. They are supported using groups of two vertical tubes such as 5 (the other tube being hidden) in a known manner, not shown.

Le dispositif de protection se compose des coquilles 6, 7, 10, 11. La coquille 6 protège le coude du tube 1. Elle est fixée à ce tube à l'aide d'une clavette horizontale 12, prenant appui sur la génératrice supérieure du tube, et d'une clavette verticale 13, prenant appui sur la génératrice interne du tronçon vertical du tube. The protection device is made up of the shells 6, 7, 10, 11. The shell 6 protects the elbow of the tube 1. It is fixed to this tube by means of a horizontal key 12, resting on the upper generator of the tube, and a vertical key 13, bearing on the internal generator of the vertical section of the tube.

La coquille 6 est munie sur sa droite d'un épaulement 8 dans lequel s'emboite en laissant subsister un léger jeu 14 un épaulement de la coquille suivante 7. Cette dernière est maintenue en place par une clavette 17 et comporte sur sa droite un épaulement 92 dans lequel s'emboite avec un léger jeu 18 un épaulement de la coquille suivante, et ainsi de suite. Les jeux subsistants entre les coquilles sont destinés à permettre les dilatations et contractions différentielles des tubes et des coquilles, le coefficient de dilatation des coquilles en matériau réfractaire tel que le carbure de silicium étant notablement inférieur à celui des tubes en acier. The shell 6 is provided on its right with a shoulder 8 in which fits together leaving a slight clearance 14 a shoulder of the following shell 7. The latter is held in place by a key 17 and has on its right a shoulder 92 in which fits with a slight clearance 18 a shoulder of the following shell, and so on. The remaining clearances between the shells are intended to allow differential expansion and contraction of the tubes and shells, the coefficient of expansion of the shells of refractory material such as silicon carbide being notably lower than that of steel tubes.

Les deux coquilles 10, 11 les plus proches des tubes verticaux de support sont différentes des autres pour permettre un ajustement précis par sciage à longueur de la coquille 10 lors du montage sur site. La coquille 10 ne présente pas d'évidement du côté de la coquille 11, et elles sont fixées sur le tube I par une clavette commune 20 et glissées ensemble de l'écran 4 vers les tubes porteurs 5. Les coquilles 7 et 6 sont montées ensuite emboitées les unes dans les autres en respectant les jeux 14 et 18. The two shells 10, 11 closest to the vertical support tubes are different from the others to allow precise adjustment by sawing to length of the shell 10 during assembly on site. The shell 10 does not have a recess on the side of the shell 11, and they are fixed to the tube I by a common key 20 and slid together from the screen 4 towards the carrier tubes 5. The shells 7 and 6 are mounted then fitted into each other while respecting the clearances 14 and 18.

La figure 2 montre comment les coquilles sont introduites par basculement autour des tubes à protéger lorsque le montage nlest pas possible par le bas, du fait de la présence du tube d'une autre boucle. Figure 2 shows how the shells are introduced by tilting around the tubes to be protected when mounting is not possible from below, due to the presence of the tube of another loop.

Les coquilles 7 représentées en place autour des tubes 1 ont été initialement badigeonnées d'un ciment réfractaire au niveau des encoches internes telles que 21, 22 dans lesquelles seront mises en place les clavettes 17. Puis les coquilles sont présentées, entre le tube 1 et un tube 28 d'un panneau inférieur (position 27 représentée en trait tireté), et repoussées vers le haut en les redressant. On y introduit alors par leur extrémité libre les clavettes 17. On procède de même de proche en proche pour les coquilles 10, 11, 7 et 6 de la figure 1, en emboîtant les coquilles les unes dans les autres tout en laissant subsister un jeu, et en introduisant les clavettes telles que 17 et 20.The shells 7 shown in place around the tubes 1 were initially brushed with refractory cement at the level of the internal notches such as 21, 22 in which the keys 17 will be put in place. Then the shells are presented, between the tube 1 and a tube 28 of a lower panel (position 27 shown in dashed lines), and pushed upwards by straightening them. The keys are then introduced at their free end 17. The same procedure is carried out step by step for the shells 10, 11, 7 and 6 of FIG. 1, by fitting the shells into each other while leaving a clearance , and by introducing the keys such as 17 and 20.

La figure 3 représente un autre cas de montage avec accès supérieur. Cette figure représente de dessus trois tubes inférieurs 31 de panneaux de surchauffeurs, à un niveau où les tubes traversent l'écran 47, 48 de la chaudière. Ces tubes sont supportés grâce à des tubes verticaux tels que 32, 33. Le tube 31 est protégé par les coquilles 34, 35, s'emboîtant les unes dans les autres, à l'exception des coquilles d'extrémité 36, 37. La coquille 34 vient en butée par des chanfreins 45, 46 contre les tubes verticaux 47, 48 constituant l'écran de chaudière garni de béton réfractaire 49, 50. L'étanchéité relative est réalisé par un garnissage réfractaire complémentaire 51. FIG. 3 represents another mounting case with upper access. This figure shows from above three lower tubes 31 of superheater panels, at a level where the tubes cross the screen 47, 48 of the boiler. These tubes are supported by vertical tubes such as 32, 33. The tube 31 is protected by the shells 34, 35, which fit into each other, with the exception of the end shells 36, 37. The shell 34 abuts by chamfers 45, 46 against the vertical tubes 47, 48 constituting the boiler screen lined with refractory concrete 49, 50. The relative sealing is produced by a complementary refractory lining 51.

Les autres coquilles 35 sont embottées successivement sur la coquille précédente. Puis on positionne provisoirement la coquille d'extrémité 37 en appui sur ses chanfreins 52, 53 contre les tubes porteurs 32, 33. La coquille 36 ne présente pas d'évidement du côté de la coquille 37 pour permettre une mise à longueur par sciage pour obtenir un ajustement précis lors du montage sur site. On met en place la coquille 36 en écartant légèrement sur la droite de la figure les tubes porteurs 32, 33. On met en place la clavette 38 commune aux coquilles 36, 37, et emboite l'ensemble des coquilles 36, 37 sur la coquille 35 par relâchement des tubes porteurs 32, 33.The other shells 35 are successively swaged on the previous shell. Then the end shell 37 is provisionally positioned in abutment on its chamfers 52, 53 against the carrier tubes 32, 33. The shell 36 does not have a recess on the side of the shell 37 to allow cutting to length by sawing for obtain a precise adjustment during assembly on site. The shell 36 is put in place by slightly moving the carrier tubes 32, 33 slightly to the right of the figure. The key 38 common to the shells 36, 37 is put in place and the set of shells 36, 37 is fitted onto the shell 35 by loosening the carrier tubes 32, 33.

On comprendra que lorsque l'une des coquilles vient à être endommagée, il suffit pour effectuer la réparation de retirer les coquilles en sens inverse du montage, de lui substituer une coquille neuve, puis de remettre en place les coquilles temporairement retirées. It will be understood that when one of the shells comes to be damaged, it suffices to carry out the repair by removing the shells in the opposite direction to the assembly, by replacing it with a new shell, then by replacing the shells temporarily removed.

On peut en outre munir des panneaux de tubes d'échange de chaleur horizontaux d'un dispositif de protection selon l'invention, sans avoir à retirer les tubes en place, en enfilant successivement des coquilles de dimensions adaptées à ces tubes sur les tubes à protéger. It is also possible to provide panels of horizontal heat exchange tubes with a protective device according to the invention, without having to remove the tubes in place, by successively threading shells of dimensions adapted to these tubes on the tubes to protect.

Claims

1 / Device for protecting heat exchange tubes of boilers or gas treatment devices against corrosion and / or erosion by fumes or gases, formed of shells (6, 7, 10, 11, fig. 1) of refractory material resistant to corrosion and / or erosion, threaded around the horizontal parts of the tubes (1), characterized in that the shells are of cross section in the form of

U, provided with internal notches (21, 22, FIG. 2), their bottom surrounding the lowest tube, and fit into each other, leaving a clearance allowing the differential expansions of the tube and the shells, and in that each is fixed to this same tube by a horizontal key (12, 17) which is housed in the internal notches between the branches of the U at the level of the upper generatrix of this tube, and in that the penultimate (10, 36) and the last shell (11, 37) are fixed to this tube by a common key (20, 38).

2 / Device according to claim 1, wherein the horizontal parts of the tubes end at one end by a connecting elbow with a vertical section, characterized in that in the region of the elbow the shell (6) is square-shaped truncated, and in that it is provided on the one hand with a horizontal key (12) resting on the horizontal part of the tube, on the other hand with a vertical key (13) resting on the part vertical of the tube.

3 / Device according to claims 1 or 2, characterized in that the end shells (11, 34, 37) have chamfers (45, 46, 52, 53, fig.3) allowing support on the carrier tubes ( 32, 33) or screen (47, 48) without sharp edges on these tubes.

4 / Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the keys (12, 17) are immobilized in the interior of the shells by a refractory cement.

5 / A method of setting up the device according to claim 1, characterized in that one introduces a U-shaped shell provided with internal notches (21, 22) around the end part of the tube to be protected, in that that a key (17) is introduced inside the shell in internal notches, then in that one successively fits each of the following shells onto the previous shell, fixing it on the tube to be protected by a key 6 / A method of fitting the device according to claim 2, characterized in that a shell (6) is lastly introduced in the form of a truncated square and a U-shaped cross section around the bend of the tube to be protected, and in that it is fixed to this tube using a vertical key (13) and a horizontal key (12), after having fitted it to the previous shell (7).