FR2953738A1 - Dispositif de rigidification des unites de conversion catalytique a lit radial - Google Patents

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Abstract

L'invention décrit une unité de conversion catalytique en lit radial présentant une enceinte extérieure cylindrique (1) appelée également panier, et une enceinte intérieure (2) également cylindrique, la zone annulaire comprise entre l'enceinte extérieure et l'enceinte intérieure constituant la zone réactionnelle (I), l'enceinte extérieure étant renforcée sur sa face externe par un double réseau de spirales entrecroisées s'étendant sur au moins la moitié de la hauteur de ladite unité.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui des unités en lit fixe ou mobile présentant une circulation radiale de la charge et des réactifs depuis la périphérie de l'enceinte réactionnelle vers le centre, ou depuis le centre de l'enceinte réactionnelle vers la périphérie. L'homme du métier qualifie de "radial" un écoulement des réactifs gazeux se faisant à travers un lit catalytique fixe ou mobile selon un ensemble de directions correspondant à des rayons orientés depuis la périphérie vers le centre, ou depuis le centre vers la périphérie. L'unité la plus représentative de ce type d'écoulement est le reformage régénératif des coupes hydrocarbures de type essences qu'on peut définir comme ayant un intervalle de distillation compris entre 80°C et 250°C. Mais le domaine d'application de la présente invention est plus large, et on peut citer outre le reformage catalytique des essences, l'isomérisation squelettale de divers coupes oléfiniques en C4, C5, ou encore le procédé de métathèse pour la production de propylène par exemple. Cette liste de procédé n'est pas exhaustive et la présente invention peut s'appliquer à tout type de système catalytique à flux radial et charge gazeuse. Ainsi pour les nouvelles technologies de l'énergie, le procédé éthanol vers diesel, par exemple, pourrait utiliser ce type de technologie. Certaines de ces unités à lit radial, dont le reformage régénératif, font appel à un écoulement du catalyseur dit en lit mobile, c'est à dire un écoulement gravitaire lent des particules de catalyseur confinées dans l'enceinte annulaire limitée par la paroi externe du réacteur et une paroi intérieure correspondant au collecteur central qui récupère les effluents réactionnels. Plus précisément, dans ce type d'unités à lit radial, le lit de catalyseur a une forme annulaire en ce qu'il s'étend depuis la périphérie extérieure de l'enceinte appelée aussi panier, jusqu'à la périphérie intérieure de ladite enceinte qui définit le collecteur central permettant la collecte des effluents.
La charge est généralement introduite par la périphérie extérieure du lit annulaire et traverse le lit catalytique de manière sensiblement perpendiculaire à la direction verticale d'écoulement de ce dernier. Les effluents réactionnels sont récupérés dans un collecteur central. La présente invention concerne l'aspect mécanique des réacteurs à flux radial et elle vise plus précisément à améliorer la résistance mécanique des paniers extérieurs. En effet, les paniers extérieurs peuvent être soumis à d'importantes contraintes mécaniques lors de phases transitoires non totalement contrôlées (arrêt d'urgence, exothermicité temporaire non contrôlée, non respect des procédures opératoires ...) pouvant conduire à un flambage d'une partie de l'enceinte extérieure (ou panier). Certains réacteurs sont particulièrement sensibles à cette problématique compte tenu de leur taille importante qui peut atteindre 5 mètres de diamètre et 20 mètres de hauteur. La grille externe peut subir un flambage par torsion, de type global, la structure cylindrique glissant autour de sa propre circonférence, tout en s'appuyant sur le lit de catalyseur. Global signifie dans le présent contexte, que le phénomène de flambage affecte une grande partie de la circonférence, sur une certaine hauteur du réacteur. Dans la suite du texte nous parlerons pour caractériser ce type de déformation de flambage de structure qui résulte d'un effort vertical dirigé vers le bas comprenant notamment la reprise d'une partie du poids de catalyseur. Ce flambage induit un affaissement local de la structure par un effet de torsion global du panier cylindrique.
EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR La majorité des réacteurs utilisés dans l'industrie pétrolière pour réaliser les réactions de reformage d'hydrocarbures ou d'isomérisation squelettale de coupes oléfiniques sont des réacteurs radiaux. Le lit catalytique a la forme d'un anneau cylindrique vertical limité du côté intérieur par une grille intérieure retenant le catalyseur, et du côté extérieur, par une autre grille du même type que la grille intérieure. Les grilles intérieures et extérieures sont perméables et laissent filtrer le gaz tout en retenant la matière granulaire constituée par le lit catalytique. Cette perméabilité permet du coté de la grille extérieure le passage de la charge dans le lit catalytique annulaire, et du côté de la grille intérieure le passage des effluents de réaction dans le collecteur central. La charge gazeuse entre par le sommet du réacteur et se répartit dans la zone de distribution située entre la paroi extérieure du réacteur et la grille extérieure, puis traverse de manière sensiblement radiale le lit catalytique annulaire. Après la traversée du lit catalytique, les effluents réactionnels sont collectés dans un collecteur cylindrique vertical à travers la grille intérieure de retenu du catalyseur. Par ailleurs, pour maintenir le niveau d'activité du catalyseur, on peut éventuellement remplacer une partie du catalyseur usé par du catalyseur frais. Ces opérations de soutirage de catalyseur usé et d'introduction de catalyseur frais sont réalisées selon l'art antérieur au moyen respectivement de jambes de soutirage placées en fond de réacteur, et de jambes d'introduction situées dans la zone annulaire entre la grille extérieure et la grille intérieure.
Le catalyseur utilisé dans les réacteurs de reformage peut avoir des formes diverses telles que par exemple extrudées, billes ou autres. Le diamètre ou diamètre équivalent des particules de catalyseur varie généralement entre 0.5 mm et 4 mm, et plus particulièrement 1,5 et 3 mm. Les contraintes de fabrication des internes de réacteurs sont en relation directe avec les caractéristiques physiques du catalyseur. La problématique liée à la technologie des réacteurs catalytiques à lit radial en phase gaz est essentiellement de confiner le catalyseur dans la zone annulaire délimitée par les grilles extérieure et intérieure, et ceci quelles que soient les conditions opératoires (en opération, en situation de refroidissement, de réchauffement, ou en cas d'arrêt urgence) pouvant engendrer des dilations différentielles importantes liées aux différents niveaux thermiques de l'unité. Selon l'art antérieur, les paniers extérieurs sont constitués d'un assemblage de fils verticaux ayant un profil en V (pour les paniers en grille de type "Johnson"), maintenus solidaires entre eux par un ensemble d'anneaux métalliques appelés anneaux horizontaux soudés aux fils verticaux en tout point de contact avec ces derniers.
La rigidité de l'ensemble constitué par les anneaux horizontaux et les fils verticaux, qu'on peut assimiler à une grille, est liée à la déformabilité des mailles de la grille. Dans le cas de la fabrication des grilles actuelles, cette rigidité est limitée par les connexions des fils verticaux et des anneaux horizontaux réalisées par soudure. La présente invention consiste en un dispositif destiné à améliorer la résistance mécanique des paniers extérieurs, et ainsi à limiter les éventuels phénomènes de flambage d'une partie de cette grille liés à des régimes transitoires durant lesquels une partie du poids du catalyseur est repris par la structure extérieure du panier. La présente invention consiste donc en un dispositif permettant un renforcement structurel du panier extérieur grâce à un nouveau système de filets constituant deux ensembles d'hélices croisées et soudées aux anneaux horizontaux constituant l'enceinte externe. Les filets hélicoïdaux peuvent selon une variante qui ne sera pas développée, être placés sur la face interne du panier, et dans ce cas, ils sont soudés aux fils verticaux. Dans la suite du texte on se limite au cas où les filets hélicoïdaux sont placés sur la face externe du panier.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES La figure 1 est une vue schématique d'une unité de type lit radial permettant de visualiser les éléments mécaniques principaux, enceinte externe (1), enceinte interne (2) , zone catalytique annulaire (3) ainsi que les entrées et sorties des flux réactionnels. La figure 2a selon l'invention est une vue détaillée de la structure grillagée de l'enceinte externe (1) permettant de visualiser les fils verticaux et les anneaux horizontaux (6) sur lesquels sont appliqués les filets hélicoïdaux (7) et (8) selon l'invention, leur inclinaison d'angle respectivement a et f3 par rapport à l'horizontal, et le nombre de points de soudure (9') qui les relient aux anneaux horizontaux (6). La figure 2b est une vue permettant de visualiser les fils verticaux (5) et un élément de filet hélicoïdal selon l'invention avec les paramètres dudit filet (épaisseur ep et hauteur La).
DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION La présente invention peut se définir comme un dispositif de renforcement des unités de conversion catalytique de coupes hydrocarbures fonctionnant en lit radial, ledit lit étant enfermé dans une zone annulaire comprise entre une enceinte externe cylindrique appelée panier (1) et une enceinte interne cylindrique (2), la face externe du panier (1) étant composée d'un système de fils verticaux séparés d'une distance horizontale comprise entre 0,1 et 5 mm, maintenus solidaires par un ensemble d'anneaux métalliques horizontaux séparés d'une distance verticale (Ea) comprise entre 5 et 200 mm, et préférentiellement comprise entre 10 et 100 mm, ledit panier étant renforcé sur sa face externe par un système de filets hélicoïdaux soudés aux anneaux horizontaux s'étendant sur une hauteur Hr comptée depuis la base du panier, ledit système de filets hélicoïdaux comprenant un premier ensemble d'hélices parallèles, d'angle d'inclinaison a par rapport à l'horizontale compris entre 10° et 80°, et de pas (P1) compris entre Pmin et Pmax respectivement définis par: P1 min = Ea / (2 cos a). (I) Pl max=Hrcosa (II) et un second ensemble d'hélices croisées par rapport au premier ensemble, d'angle d'inclinaison -a à plus ou moins 10° près, et de pas (P2) égal à (pi) à plus ou moins 10% près. De manière générale, la hauteur (Hr) sur laquelle s'étendent les deux ensembles d'hélices croisées est au moins égale à la moitié de la hauteur (H) de l'enceinte externe, comptée à partir de sa base, et préférentiellement comprise entre les 2/3 de la hauteur totale et la hauteur totale (H) de ladite enceinte externe. Dans un cas particulier préféré de la présente invention, la hauteur (Hr) sur laquelle s'étendent les deux ensembles d'hélices croisées est égale à la hauteur (H) de l'enceinte externe.
De manière générale, l'angle d'inclinaison a du réseau d'hélices est compris entre 10° et 80° par rapport à l'horizontale, préférentiellement compris entre 40° et 80°, et de manière encore préférée l'angle d'inclinaison a est compris entre 50° et 70°. Les filets hélicoïdaux constituant le renforcement selon la présente invention sont soudés aux anneaux horizontaux constituant l'enceinte externe ou panier. Le nombre de soudures (9') d'un filet hélicoïdal est, de manière générale, égal à une fraction du nombre total d'anneaux horizontaux rencontrés, cette fraction étant comprise entre 1 et 1/50, et préférentiellement comprise entre 1 et 1/20. Dans un cas particulier préféré de la présente invention, le nombre de points de soudure d'un filet hélicoïdal donné est égal au nombre d'anneaux horizontaux rencontrés par ledit filet hélicoïdal. L'épaisseur (ep) d'un filet hélicoïdal est généralement comprise entre 2 mm et 50 mm, et préférentiellement comprise entre 2 mm et 30 mm, et la largeur (la) dudit filet est généralement comprise entre 2 mm et 100 mm, et préférentiellement comprise entre 2 et 50 mm.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La présente invention peut se définir comme un dispositif de renforcement de la structure cylindrique grillagée constituant l'enveloppe externe ou panier des unités de conversion catalytique opérant en lit radial.
De telles unités sont en effet constituées d'une enveloppe externe (1) et d'une enveloppe interne (2) délimitant un espace annulaire (3) dans lequel se trouve confiné le lit de catalyseur (4). Le catalyseur généralement sous forme de particules de forme approximativement sphérique de diamètre généralement compris entre 0,5 et 5 mm, est introduit dans l'enceinte annulaire (3) par des jambes supérieures (10). Il est soutiré en partie inférieure de la zone annulaire (3) par des jambes de soutirage inférieures (11). La charge à traiter, généralement gazeuse, est introduite dans le réacteur par la conduite d'entrée (12) placée en partie supérieure du réacteur. Elle se retrouve dans la partie comprise entre l'enveloppe externe (15) du réacteur et la face externe de l'enceinte extérieure (1).
La charge pénètre alors dans l'enceinte annulaire (3) par son enveloppe externe (1) qu'elle traverse latéralement sur l'ensemble de la hauteur (H) de ladite enceinte extérieure (1).
Du fait de la structure grillagée de la paroi de l'enveloppe externe (1), la charge peut effectivement traverser ladite paroi puis se retrouver en contact avec le catalyseur (4) contenu dans la zone annulaire (3). La traversée des réactifs gazeux se fait selon une direction sensiblement perpendiculaire à la verticale et les effluents réactionnels traversent l'enceinte interne (2) dont la structure est analogue à la structure grillagée de l'enceinte externe (1). Les effluents réactionnels sont alors récupérés dans un collecteur central (14) duquel ils sont évacués par la conduite inférieure (13). L'invention porte sur le renforcement de la structure grillagée de l'enceinte externe (1) 10 également appelée panier. La face externe de l'enceinte externe (1) est composée d'un système de fils verticaux (5) séparés d'une distance horizontale comprise généralement entre 0,1 et 5 mm pour les procédés de reformage catalytique. De façon générale, la distance entre fils verticaux est inférieure au diamètre équivalent du catalyseur divisé par 2. 15 Les fils verticaux sont maintenus solidaires par un ensemble d'anneaux horizontaux (6) séparés d'une distance verticale (Ea) comprise entre 5 mm et 200 mm, et préférentiellement comprise entre 10 mm et 100 mm. Les filets hélicoïdaux (7) constituant l'invention forment un premier ensemble d'hélices parallèles régulièrement espacées d'un pas P1, et sont inclinés d'un angle a par rapport à 20 l'horizontale. Un second ensemble de filets hélicoïdaux se rajoute au premier ensemble de manière à se croiser avec le premier ensemble, en étant incliné d'un angle -a par rapport à l'horizontale. Les filets des deux ensembles viennent se placer au dessus de la face externe de l'enceinte externe (1) et sont soudés en un certain nombre de points de rencontre (9') avec les anneaux 25 horizontaux (6). Les deux ensembles de filets sont bien situés dans le même plan adhérent aux anneaux horizontaux. Cela signifie en pratique que le premier ensemble de filets étant en place, le second ensemble n'est pas simplement "superposé" au premier ensemble. Chaque filet du second ensemble est sectionné en chaque point de croisement avec un filet du premier 30 ensemble, et ce point fait l'objet d'une soudure (9) qui permet de connecter le dit filet du second ensemble avec le filet rencontré appartenant au premier ensemble.
Selon une variante de la présente invention, les soudures entre les filets hélicoïdaux (7) et les anneaux horizontaux (6) ont lieu à chaque point de rencontre (9'). Selon d'autres variantes de la présente invention, les soudures entre les filets hélicoïdaux (7) et les anneaux horizontaux (6) n'ont lieu qu'un point de rencontre sur deux, sur trois, sur quatre, la valeur statistique du nombre de points de rencontre étant liée aux paramètres de définition du filet hélicoïdal, à l'angle d'inclinaison a et au pas Pl. On note Ha (sur la figure 2a) la distance séparant les anneaux horizontaux sur lesquels s'effectuent les soudures. Les filets du réseau incliné d'un angle a (premier réseau) se croisent avec les filets du réseau incliné de l'angle ùa (second réseau). Il y a également une soudure (9) à chaque point de croisement entre les filets de chacun des deux réseaux, comme indiqué sur la figure 2. Les filets hélicoïdaux (7) forment un premier ensemble d'hélices inclinées par rapport à l'horizontal d'un angle a compris entre 10° et 80 °, et de façon préférée entre 40° et 80°, et de manière encore préférée compris entre 50° et 70°. La distance ou pas (Pl) entre deux hélices parallèles consécutives (ou filet hélicoïdal) du 15 premier ensemble est comprise entre une valeur minimale notée P 1 min et une valeur maximale notée P 1 max qui sont définies de la manière suivante: L' écartement minimal entre les hélices P 1 min est défini en fonction de l'écartement des anneaux horizontaux (Ea) de la grille externe par la relation (I) : Pl > P 1 min = Ea / (2 cos a). (I) 20 L'écartement maximal entre deux filets hélicoïdaux successifs P1 max est fonction de la hauteur de renforcement Hr, c'est à dire de la hauteur le long de laquelle les filets hélicoïdaux s'étendent, et de l'angle d'inclinaison a du réseau d'hélices considéré selon la relation (II) suivante: Pl <<Pi max = Hr cos a (II) 25 Le nombre N de filets hélicoïdaux formant le réseau est lié à l'angle d'inclinaison a et au pas PI par la relation suivante (III), dans laquelle D représente le diamètre du réacteur. P1= N . sin a (III) Le réseau des anneaux horizontaux est régulier avec un pas égale à Ea. Il en résulte que pour former un ensemble de points de soudure réguliers avec les anneaux horizontaux, la valeur du 30 pas P1 devrait en principe être un multiple de Ea. Cette condition n'est évidemment pas toujours réalisée, et en pratique on réalise les soudures sur tous les anneaux rencontrés lorsqu'on désire rester le plus conservatif possible. Lorsqu'on peut assouplir cette contrainte, on réalise les soudures tous les "x" anneaux horizontaux rencontrés. De manière générale, la valeur de x est comprise entre 1 et 25, et préférentiellement comprise entre 1 et 10. On peut exprimer la même condition en disant que Ha est comprise entre Ea et 50Ea, et préférentiellement compris entre Ha et 20Ea. En principe il est possible de définir le second réseau avec des caractéristiques d'angle R et de pas P2 différentes de celles du premier réseau d'angle a et de pas P 1. On reste dans le cadre de l'invention avec un choix de l'angle d'inclinaison du second réseau différent de ûa, et un choix du pas P2 différent de Pl.
De manière préférée, les deux réseaux ont le même angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale, c'est à dire que R = -a à plus ou moins 10° près. De manière préférée, le pas P 1 du premier réseau est égal au pas P2 du second réseau à plus ou moins 10% près, c'est à dire que l'égalité doit être comprise comme incluant tous les cas où P2 est compris entre 0,9 et 1,1 fois Pl.
La section des filets hélicoïdaux peut être de forme diverse. Préférentiellement elle sera rectangulaire de hauteur (ep) et de largeur (la) selon les notations de la figure 2b. L'épaisseur (ep) d'un filet hélicoïdal est comprise entre 2 mm et 50 mm, et préférentiellement comprise entre 2 mm et 30 mm. La largeur (la) d'un filet hélicoïdal est comprise entre 1 mm et 100 mm, et préférentiellement 20 comprise entre 2 mm et 50 mm. La hauteur (Hr) sur laquelle s'étend le dispositif des deux réseaux (7) et (8) de filets hélicoïdaux comptée depuis la base de l'enceinte externe (1) est un paramètre important du renforcement de la structure. Pour déterminer la hauteur minimale de renfort, la grille externe initiale (donc sans renfort) est 25 considérée comme une structure orthotrope, ce qui permet de déterminer la contrainte maximale admissible en compression pour éviter tout flambement. La hauteur de renforcement (Hr) est déterminée en fonction du coefficient de sécurité choisi (S) et du poids actif (Mact) sur la structure qui est lui même lié à une hypothèse sur le pourcentage de reprise selon l'expression (IV): K 30 HR >ûH. 1û S.Mact i expression dans laquelle K représente un coefficient expérimental qui se détermine à partir de la limite maximale admissible suivant l'hypothèse de calcul d'un cylindre orthotrope, et de la section équivalente supportant la charge, L'expression (IV) permet un calcul théorique de la hauteur de renforcement Hr. Dans la pratique, les renforts hélicoïdaux partent de la base de l'enceinte externe ou panier et se terminent dans la moitié supérieure dudit panier, c'est à dire que: Hr est compris entre H/2 et H (H étant la hauteur totale du panier), préférentiellement compris entre 2/3 H et H, et de manière encore préférée Hr est égale à H.
EXEMPLE Exemple de dimensionnement des renforts en hélice selon l'invention: La structure grillagée de l'enceinte externe (1) initiale est composée de fils verticaux (5) avec une section en triangle isocèle ayant une base de 3 mm et une hauteur de 4,5 mm.
Les fils verticaux (5) sont positionnés sur un diamètre De (voir figure 2a) et écartés les une des autres d'un espacement de 0,7 mm. Ces fils sont maintenus par des anneaux horizontaux de section rectangulaire espacés d'une distance Ea= 38 mm. Une connexion par soudure est établie à chaque intersection entre les fils verticaux et les anneaux horizontaux. L'ensemble des fils verticaux et horizontaux ainsi définis forme la 20 structure grillagée de type grille "Jonhson". Le tableau 1 présente les dimensions géométriques des 4 réacteurs constituant une unité de reformage régénératif des essences. La hauteur (H) est la hauteur du réacteur. Le diamètre (De) est le diamètre de l'enceinte externe ou panier. 25 Le diamètre interne (Di) est le diamètre de l'enceinte interne. On fait l'hypothèse d'une certaine masse de catalyseur "actif' du point de vue des efforts mécaniques, et d'un pourcentage de reprise donné (en l'occurrence 50%) du poids de catalyseur "actif' par la grille externe. Cette hypothèse de chargement permet d'estimer un coefficient de sécurité S1 défini comme le 30 rapport entre la charge maximale admissible en compression verticale pour éviter tout effondrement, et le chargement réellement appliqué.
Réacteur N° H [m] Grille externe Grille De [m] interne D; [m] 1 9 2,3 1,3 2 9 2,3 1,3 3 13 2,5 1,3 4 16 3 1,3 Tableau 1: Données géométriques des réacteurs
La structure initiale du panier constituée par l'ensemble des fils verticaux et des anneaux horizontaux est dite structure A (selon l'art antérieur). Cette structure peut être considérée comme un réseau orthotrope avec une rigidité établie uniquement par les liaisons formées par les soudures entre les fils verticaux et les anneaux horizontaux qui aboutit à l'évaluation d'un coefficient de sécurité S1 pour chaque réacteur donné dans le tableau 2. Réacteur N° SI 1 2,23 2 2,23 3 1,19 4 0,61 Tableau 2: Évaluation d'un coefficient de sécurité pour les grilles externes initiales Toute chose égale par ailleurs, le coefficient de sécurité diminue lorsque la taille du réacteur augmente, c'est la raison pour laquelle la problématique du renforcement de la structure mécanique des réacteurs se pose avec plus d'acuité pour les réacteurs de grande taille.
15 Dimensionnement n°1 d'un renfort selon l'invention: On réalise un premier dimensionnement d'un renfort par deux réseaux de filets hélicoïdaux croisés selon l'invention (structure B). Ce dimensionnement est fait de manière à élever les coefficients de sécurité des réacteurs 3 et 4 à un niveau supérieur à celui du premier réacteur (Si = 2,23) qui est, de par sa taille, le 20 moins sensible aux problèmes de flambage.10 Réacteur ep La P a N Soudure tous les N° [mm] [mm] [mm] [°] hélices anneaux sur 3 13.5 13.5 960 60 8 13 4 15 15 750 60 11 10 Tableau 3: Dimensions des réseaux de renfort par hélices
Le tableau 3 présente le dimensionnement des réseaux d'hélices pour les réacteurs 3 et 4 afin d'augmenter leurs coefficients de sécurité au niveau du premier réacteur.
La distance Ea séparant les anneaux ou fils horizontaux (38 mm) est imposée par la structure initiale de la grille externe. On réalise les soudures entre anneaux horizontaux et filet hélicoïdal de manière régulière à raison de 1 anneau soudé sur 13 pour le réacteur 3, et de 1 anneau soudé sur 10 pour le réacteur 4.
Le renforcement est appliqué au moins jusqu'à la hauteur minimale (Hr min) reporté sur le tableau 4. L'homme de métier peut choisir une hauteur de renforcement (Hr) différente de cette hauteur 15 minimale Hr > Hr min. Pour l'exemple nous avons sélectionné comme hauteur de renforcement Hr, respectivement 6,5 (1/2 de H) et 12 m (3/4 de H) pour les réacteurs 3 et 4. Hauteur Réacteur N° minimale de Hr(m) renfort Hr min 3 5,9 6,5 4 11,5 12 Tableau 4: Hauteur minimale de renfort Il en résulte les coefficients de sécurité donnés dans le tableau 5 ci dessous pour l'ensemble des 4 réacteurs. 20 Tableau 5: Evaluation d'un coefficient de sécurité pour les 4 réacteurs après renforcement
Dimensionnement n°2: Dans un deuxième exemple, on désire augmenter de 10% le coefficient de sécurité du premier 5 réacteur (2,23) en étudiant plusieurs solutions de renforcement selon l'invention. Tableau 6: Augmentation de 25% du coefficient de sécurité du premier réacteur
10 Le tableau 7 ci dessous présente des dimensionnements possibles du réseau de renforcement avec des angles d'hélice a (Q=-a) égale à 60°, le réseau étant étendu jusqu'à une hauteur de 4,5 m depuis la base du panier, soit H/2. Tableau 7: Dimensionnement de renforts possibles pour une augmentation de 25% du coefficient de sécurité Structure A (Grille initiale) SI 2,23 2,23 1,19 0,61 Structure B Structure (Renfort hélices) renforcée S2 S1 + S2 / 2,23 / 2,23 2,69 2.25 1,65 2,25 Réacteur N° 1 2 3 4 Structure A (Grille initiale) SI 2,23 Structure B Structure (Renfort hélices) renforcée S2 S1 + S2 0,49 2,72 Réacteur N° 1 Solution ep n° [mm] 1 5,1 2 2,1 3 5,4 4 10 5,2 6 2,5 La P [mm] [mm] 5,1 389 18,3 1038 20 1558 21,8 2077 6,5 501 20,5 1102 a N 1 anneau [°] hélices soudé sur 60 16 6 60 6 14 60 4 21 60 3 28 60 11 6 60 5 1 15 Plusieurs solutions (notées de 1 à 6) sont possibles pour atteindre un coefficient de sécurité recherché compte tenu de la valeur de Hr sélectionné. Ces solutions diffèrent par le choix des dimensions de chaque filet hélicoïdal (ep et La), du nombre (N) de filets constituant le système de renforcement, et par le nombre de soudures 5 effectuées sur les anneaux horizontaux. Le choix définitif entre les différentes solutions dépend de considérations pratiques de l'homme du métier, telles que, par exemple, la disponibilité des formes de filets hélicoïdaux et leur coûts. On constate sur le tableau 7 que plus le filet hélicoïdal a des dimensions faibles ( solution 1 10 par exemple), plus le nombre d'hélices est important (16 dans la solution 1 pour un ensemble, soit 32 pour les 2 ensembles croisés), et plus l'espacement (P) entre lesdits filets hélicoïdaux est faible ( 389 mm pour la solution 1).

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1) Unité de conversion catalytique de coupes hydrocarbures fonctionnant en lit radial, ledit lit étant enfermé dans une zone annulaire comprise entre une enceinte externe cylindrique appelée panier (1) et une enceinte interne cylindrique (2), la face externe du panier (1) étant composée d'un système de fils verticaux séparés d'une distance horizontale comprise entre 0,1 et 5 mm, maintenus solidaires par un ensemble d'anneaux métalliques horizontaux séparés d'une distance verticale (Ea) comprise entre 5 et 200 mm, et préférentiellement comprise entre 10 et 100 mm, ledit panier étant renforcé sur sa face externe par un système de filets hélicoïdaux soudés aux anneaux horizontaux s'étendant sur une hauteur Hr comptée depuis la base du panier, ledit système de filets hélicoïdaux comprenant un premier ensemble d'hélices parallèles, d'angle d'inclinaison a par rapport à l'horizontale compris entre 10° et 80°, et de pas (P 1) compris entre Pmin et Pmax respectivement définis par: P 1 min = Ea / (2 cos a). (I) Pl max = Hr cos a (II) et un second ensemble d'hélices croisées par rapport au premier ensemble, d'angle d'inclinaison - a à plus ou moins 10° près, et de pas (P2) égal à (P1) à plus ou moins 10% près.
  2. 2) Unité de conversion catalytique de coupes hydrocarbures fonctionnant en lit radial selon la revendication 1, dans laquelle les filets hélicoïdaux constituant le renforcement sont inclinés par rapport à l'horizontale d'un angle a compris entre 40° et 80°, et préférentiellement compris entre 50° et 70°.
  3. 3) Unité de conversion catalytique de coupes hydrocarbures fonctionnant en lit radial selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans laquelle la hauteur (Hr) sur laquelle s'étendent les deux ensembles d'hélices croisées est au moins égale à la moitié de la hauteur (H) de l'enceinte externe, comptée à partir de sa base, et préférentiellement comprise entre les 2/3 de la hauteur totale et la hauteur totale (H) de ladite enceinte externe.
  4. 4) Unité de conversion catalytique de coupes hydrocarbures fonctionnant en lit radial selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la hauteur (Hr) sur laquelle s'étendent les deux ensembles d'hélices croisées est égale à la hauteur (H) de l'enceinte externe.
  5. 5) Unité de conversion catalytique de coupes hydrocarbures fonctionnant en lit radial selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le nombre de soudures d'un filet hélicoïdal est égal à une fraction du nombre total d'anneaux horizontaux rencontrés, cette fraction étant comprise entre 1 et 1/25, et préférentiellement comprise entre 1 et 1/10. 10
  6. 6) Unité de conversion catalytique de coupes hydrocarbures fonctionnant en lit radial selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le nombre de soudures d'un filet hélicoïdal donné est égal au nombre d'anneaux horizontaux rencontrés par ledit filet hélicoïdal. 15
  7. 7) Unité de conversion catalytique de coupes hydrocarbures fonctionnant en lit radial selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'épaisseur (ep) d'un filet hélicoïdal est comprise entre 2 et 50 mm, préférentiellement comprise entre 2 et 30 mm, et la largeur (la) dudit filet est comprise entre 1 et 100 mm, préférentiellement comprise entre 2 et 50 20 mm.5
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