ITMI20010594U1

ITMI20010594U1 - Giunzione di un tubo non raffreddato e di un tubo raffreddato, in particolare per scambiatori di calore a doppio tubo

Info

Publication number: ITMI20010594U1
Application number: IT2001MI000594U
Authority: IT
Original assignee: Olmi Spa
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-12
Also published as: EP1310758A2; EP1310758A3

Description

"Giunzione di un tubo non raffreddato e di un tubo raffreddato, in particolare per scambiatori di calore a doppio tubo"

II presente trovato si riferisce alla giunzione fra un tubo non raffreddato e un tubo raffreddato. In particolare, tale tipo di giunzione ? indirizzata alla realizzazione di scambiatori di calore a doppio tubo per realizzare i cosiddetti TLE (Transfer Line Exchanger)?

Nella tecnica nota sono ben conosciuti i problemi che si hanno in corrispondenza della giunzione fra tubi raffreddati e non raffreddati. Infatti, il tubo raffreddato ? in sostanza realizzato con due tubi coassiali inseriti uno nell?altro, per definire un tubo interno percorso dal fluido caldo (ad esempio il gas in uscita da un forno) e da un mantello esterno che individua ? intercapedine nella quale scorre il fluido di raffreddamento (ad esempio acqua) che ? immesso nell?intercapedine attraverso un raccordo presente sulla parete laterale del mantello in prossimit? dell?estremit? del tubo raffreddato. Tale struttura a ?doppia parete? deve essere raccordata con il tubo non raffreddato, che ? ?a singola parete?.

Per ottenere il raccordo fra i tubi, si impiega generalmente un elemento di raccordo con una prima estremit? tubolare a parete singola, sulla quale viene saldato il tubo non raffreddato, e una opposta estremit? a doppia parete, con le due pareti concentriche sulle quali vengono saldati rispettivamente tubo interno e mantello esterno del tubo raffreddato. La sezione trasversale dell?elemento di raccordo pu? essere assimilata ad una forcella.

In un tale tipo di giunzione le pareti dei tubi e del raccordo a forcella nei punti contigui presentano temperature differenti che producono dilatazioni deleterie per la robustezza dell?accoppiamento. Inoltre, le saldature fra tubo raffreddato e raccordo a forcella sono in una zona non ben raffreddata, poich? il raccordo di immissione del fluido refrigerante nell?intercapedine si trova pi? avanti lungo il tubo raffreddato. Nella tecnica nota si ? cercato di porre rimedio a tale situazione, ponendo nella zona interna della ?forcella? un materiale refrattario, che riducesse la trasmissione del calore verso le zone di saldatura.

E? inoltre stato proposto di connettere l?elemento a forcella e il tubo raffreddato solo in corrispondenza del mantello esterno del tubo raffreddato, cos? da permettere una dilatazione termica indipendente per le parti interne di tubo e raccordo, che sono a contatto con il fluido caldo. Ci? richiede naturalmente che la intercapedine di raffreddamento presente nel tubo raffreddato venga chiusa all?estremit? del tubo prima che giunga all?elemento di raccordo. Diversamente verrebbe a mancare la tenuta idraulica fra ? interno del tubo raffreddato (percorso dal fluido caldo) e l?intercapedine del fluido di raffredamento. Inoltre, viene a crearsi un?altra, intercapedine contenente il refrattario, pi? o meno aperta al fluido caldo, che disturba il flusso e che pu? innescare la formazione di coke.

Oltre alla complessit? e al costo di realizzazione, una simile soluzione soffre comunque di periodiche rotture del materiale refrattario, che deve perci? essere sostituito, con un lavoro e un costo non indifferenti. Inoltre, i ?bracci? della forcella che accolgono 1?isolante devono essere relativamente lunghi per accogliere lisolante in quantit? adeguata e spostare sufficientemente lontano dalla zona calda la giunzione fra il raccordo a forcella e il tubo raffreddato. Ci? comporta un ulteriore aumento dei costi della giunzione, visto che l?elemento a forcella, per sua natura, deve essere realizzato in materiale di maggiore pregio (e perci? di costo pi? elevato) rispetto al resto della struttura.

Scopo generale del presente trovato ? ovviare agli inconvenienti sopra menzionati fornendo una robusta e relativamente economica giunzione fra un tubo non raffreddato e un tubo raffreddato, in particolare per realizzare scambiatori TLE.

In vista di tale scopo si ? pensato di realizzare, secondo il trovato, una giunzione fra un tubo non raffreddato e un tubo raffreddato a doppia parete, con intercapedine fra le pareti percorsa da fluido di raffreddamento immesso nell? intercapedine attraverso un passaggio laterale prossimo alla giunzione, comprendente una zona di giunzione con sezione longitudinale genericamente a forcella per avere un estremo tubolare singolo connesso al tubo non raffreddato e un opposte estremo tubolare doppio a cui sono connesse le corrispondenti pareti del tubo raffreddato a doppia parete, cos? che il fondo della forcella costituisca chiusura terminale dell?intercapedine, caratterizzata dal fatto che in prossimit? della forcella ? presente fra le due pareti un elemento deflettore che devia verso il fondo della forcella il fluido di raffreddamento che entra nell?intercapedine attraverso il detto passaggio laterale prima che il fluido di raffreddamento si avv?i lungo il tubo a doppia parete.

Per rendere pi? chiara la spiegazione dei principi innovativi del presente trovato ed i suoi vantaggi rispetto alla tecnica nota si descriver? di seguito, con l'aiuto dei disegni allegati, una possibile realizzazione esemplificativa applicante tali principi. Nei disegni:

-figura 1 rappresenta una vista in sezione longitudinale della giunzione secondo il trovato;

-figura 2 rappresenta una vista sezionata lungo la linea II-II di figura 1.

Con riferimento alle figure, in figura 1 ? mostrata la sezione longitudinale di una giunzione, indicata genericamente con 10, realizzata secondo il trovato. Tale giunzione ? realizzata fra un tubo non raffreddato 11 e un tubo raffreddato a doppia parete 12. Il tubo raffreddato 12 ha una intercapedine 13 fra le pareti la quale ? percorsa da fluido di raffreddamento immesso nell?intercapedine attraverso un passaggio laterale 14 prossimo alla giunzione.

La zona di giunzione 15 ha sezione longitudinale genericamente a forcella per avere un estremo tubolare singolo 16 connesso al tubo non raffreddato e un opposto estremo tubolare doppio 17, 18 a cui sono connesse le corrispondenti pareti 19, 20 del tubo raffreddato a doppia parete. In tale modo, il fondo 21 della forcella costituisce chiusura terminale dell?intercapedine 13.

In prossimit? della forcella ? presente fra le due pareti affrontate un elemento deflettore 22 che devia verso il fondo 21 della forcella il fluido di raffreddamento che entra nell?intercapedine attraverso il passaggio laterale 14 prima che il fluido di raffreddamento si avv?i lungo il tubo a doppia parete.

Come si vede bene nella figura, la zona di giunzione a forcella 15 ? vantaggiosamente realizzata con un separato elemento a forcella 23, all?estremo 16 del quale ? saldato il tubo non raffreddato e all?opposto estrem? doppio 17, 18 ? saldato il tubo a doppia parete.

Come si vede bene nelle figure 1 e 2, l?elemento deflettore ? formato da un setto cilindrico disposto in posizione intermedia fra le doppie pareti e con estensione lungo le doppie pareti stesse. Un primo estremo 24 del setto cilindrico, opposto al fondo 21 della forcella, ? chiuso sulla parete pi? esterna dell? intercapedine, mentre l?opposto estremo 30 del setto cilindrico termina prossimo al fondo 21 della forcella per lasciare uno spazio per il passaggio del fluido fra le opposte facce del setto stesso. Come si vede bene sempre in figura 1, in prossimit? del primo estremo 24 il setto ? vantaggiosamente piegato verso l?esterno per congiungersi alla parete pi? esterna dell?intercapedine cos? da chiudere il passaggio. Sempre vantaggiosamente, in prossimit? di tale primo estremo 24 del setto sono presenti distanziali 25 disposti radialmente nell?intercapedine, come si vede bene anche in figura 2.

L?elemento a forcella ha le due estremit? 17, 18 che sono saldate alle due pareti del tubo a doppia parete con zone di saldatura 26, 27 delle due pareti che sono affrontate ad opposte facce dell?elemento deflettore 22.

Per permetterne l?agevole montaggio della connessione, la zona di saldatura 26 della parete pi? esterna ? pi? prossima al fondo 21 della forcella rispetto alla zona di saldatura 27 della parete pi? interna.

Per favorire il passaggio uniforme del fluido di raffreddamento il fondo 21 della forcella ? in sezione radiale arrotondato con asse di curvatura genericamente prossimo all?estremo libero del setto 22, cos? da avere sezione di passaggio del fluido fra le due facce del setto sostanzialmente costante.

A questo punto ? chiaro come si siano raggiunti gli scopi del trovato.

Il fluido di raffreddamento viene obbligato a scorrere lungo il percorso mostrato dalle frecce in figura 1. In tale modo, la zona di connessione ? raffreddata efficacemente dallo stesso fluido di processo e non ? necessario alcuno strato di refrattario nel fondo della forcella o altri sistemi per mantenere basse le temperature. Tale fondo pu? essere poco profondo a tutto vantaggio sia del raffreddamento che della economia di materiale.

E? stato sorprendentemente trovato che una giunzione cos? realizzata, pure non avendo tutte le complicazioni delle giunzioni di tecnica nota, ? di eccezionale robustezza e di lunghissima durata, non presentando quei punti di massima sollecitazione che sono stati trovati esistere nelle connessioni realizzate secondo la tecnica nota e che erano responsabili delle inevitabili delle rotture periodiche.

Naturalmente, la descrizione sopra fatta di una realizzazione applicante i principi innovativi del presente trovato ? riportata a titolo esemplificativo di tali principi innovativi e non deve perci? essere presa a limitazione dell'ambito di privativa qui rivendicato.

Ad esempio, le proporzioni delle parti potranno variare secondo le specifiche esigenze pratiche.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Giunzione (10) fra un tubo non raffreddato (11) e un tubo raffreddato a doppia parete (12), con intercapedine (13) fra le pareti percorsa da fluido di raffreddamento immesso nell?intercapedine attraverso un passaggio laterale (14) prossimo alla giunzione, comprendente una zona di giunzione (15) con sezione longitudinale genericamente a forcella per avere un estremo tubolare singolo (16) connesso al tubo non raffreddato e un opposte estremo tubolare a doppia parete (17, 18) a cui sono connesse le corrispondenti pareti (19, 20) del tubo raffreddato a doppia parete, cos? che il fondo (21) della forcella costituisca chiusura terminale dell?intercapedine, caratterizzata dal fatto che in prossimit? della forcella ? presente fra le due pareti (17-20) un elemento deflettore (22) che devia verso il fondo (21) della forcella il fluido di raffreddamento che entra nell?intercapedine attraverso il detto passaggio laterale (14) prima che il fluido di raffreddamento si avv?i lungo il tubo a doppia parete.
2. Giunzione secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la zona di giunzione a forcella (15) ? realizzata con un separato elemento a forcella (23) ad un estremo (16) del quale ? saldato il tubo non raffreddato e ad un opposto estremo (17, 18) del quale ? saldato il tubo a doppia parete.
3. Giunzione secondo rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l?elemento deflettore ? formato da un setto cilindrico (22) disposto in posizione intermedia fra le doppie pareti e con estensione lungo le doppie pareti, un primo estremo (24) del setto cilindrico che ? opposto al fondo (21) della forcella essendo chiuso sulla parete pi? esterna dell?intercapedine, e l?opposto estremo (30) del setto cilindrico terminando prossimo al fondo (21) della forcella per lasciare uno spazio per il passaggio del fluido fra le opposte facce del setto.
4. Giunzione secondo rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che in prossimit? del detto primo estremo (24) il setto ? piegato verso ? esterno per congiungersi alla parete pi? esterna dell? intercapedine.
5. Giunzione secondo rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che in prossimit? del detto primo estremo (24) del setto sono presenti distanziali (25) disposti radialmente nell? intercapedine.
6. Giunzione secondo rivendicazioni 2 e 3, caratterizzata dal fatto che l?elemento a forcella ha le due estremit? (17, 18) saldate alle due pareti del tubo a doppia parete con zone di saldatura (26, 27) delle due pareti che sono affrontate ad opposte facce dell?elemento deflettore (22).
7. Giunzione secondo rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che la zona di saldatura (26) della parete pi? esterna ? pi? prossima al fondo (21) della forcella rispetto alla zona di saldatura (27) della parete pi? interna.
8. Giunzione secondo rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il fondo (21) della forcella ? in sezione radiale arrotondato con asse di curvatura genericamente prossimo all?estremo libero del setto (22) per avere sezione di passaggio del fluido fra le due facce del setto sostanzialmente costante.