WO1982003675A1 - Dispositif pour revaporiser des gaz liquefies et procede pour fabriquer un tel dispositif - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for evaporating liquefied gases, such as methane, at low temperature.
- gases for example methane or natural gas
- a very low temperature for example - 160 ° C
- gases are stored and / or transported in the liquid state, at a very low temperature, for example - 160 ° C, and, to use them, they must be brought in the vicinity of ordinary temperature, and in the gaseous state.
- This re-vaporization is usually carried out under fairly high pressure, around 100 bars, in exchangers of the water-run type, formed by a bundle of tubes traversed by the product to be evaporated and on the surface of which water is made to run.
- the bundle tubes are welded to an inlet manifold, where the product is brought under pressure, at low temperature and in the liquid state, and an outlet manifold, where the vaporized product is at about the same pressure. than at the entrance, but at a temperature close to ambient.
- the materials used to manufacture the vaporizing devices have been aluminum alloys of the A-GS type, containing as alloying elements magnesium and silicon, or of the A-Z5G type containing about 5% of zinc and lower magnesium.
- These alloys present difficulties with regard to their mechanical characteristics and their welding; they also have the disadvantage of poor resistance to corrosion in the presence of water laden with chlorides, such as brackish water which is frequently found in the vicinity of the unloading ports of LNG carriers, these corrosions appearing especially at the level welds of the tubes on the manifolds.
- the present invention therefore provides a device for evaporating liquified gases, comprising a bundle of aluminum alloy tubes containing magnesium welded at one of their ends to a manifold which receives the liquefied gas, at low temperature and under high pressure, and, at the other end, to an outlet manifold which evacuates the vaporized gas, at a temperature close to ambient and under a pressure close to that of the inlet manifold, this device further comprising means for producing a runoff of water on the outside surface of the tubes.
- the alloy used contains: magnesium 3.5 to 4.5% manganese 0.2 to 0.7%, chromium 0.05 to 0.25%, and at most 0.4% silicon, 0.5% iron, 0.10% copper, 0.25% zinc and 0.15% titanium, the rest being aluminum with the usual impurities, and each tube has, over practically its entire length , on the one hand, the internal fins and, on the other hand, two di-metrically opposed external fins.
- Figure 1 is a sectional view of a tube of the vaporizer device;
- Figure 2 is a diagram showing the welding mode.
- the section of a tube comprises a circular central body 1, provided with two diametrically opposite outer fins 2, 3, each of them having a cross section which decreases by moving away from the body, without canceling out at the end, and is connected to the body by a fillet.
- the body has an interior passage 4, presenting eight interior fins 5.
- Figure 2 shows in section a tube and a manifold.
- the preparatory operations include: a) disengagement of the external fins 2 over a length of approximately 120mm, b) tapered bore of the interior of the tube 1 so as to gradually reduce the height of the internal fins 5 to zero but without reducing the thickness of the tube between these fins, c) drilling in the manifold 6, through the flat, of a radial bore of diameter equal to the inside diameter of the tube 1 after removal of the fins 5, d) concentric to the bore described in c), the bore of the manifold 6, from the flat, to a depth of about 5mm, with a diameter equal to the outside diameter of the tube 1, e) execution on the manifold of a groove 8 concentric with the bore 7, l space between this groove and the bore being equal to the wall thickness of the tube 1 outside the internal fins.
- the usefulness of this groove is to reduce the stress concentrations at the welding level; f) fitting of the tube 1 into the bore described in d), g) execution of the weld 9 between the tube 1 and the flat portion
- the tubes are welded to the manifolds with their outer fins in the same plane, separated by an interval of the order of a millimeter so as to form a panel.
- the interval between the tubes is chosen so as to allow for expansion, but without the risk of creating discontinuities due to the film of water flowing on the panel.
- a heating water distributor is arranged around the outlet manifold; it consists of an open bottom channel, which lets out a suitable water flow on both sides of the panel.
- the panel is extended beyond the last tube by a profile parallel to this tube, having at least one wing located in the extension of the outer fin of this tube which is directed towards the outside of the panel, this wing being separated from said fin by a distance similar to that which separates the fins from each other inside the panel, about 1mm for example. This avoids a discontinuity of the runoff film at the edge of the last tube.
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Abstract
Le dispositif est du type a ruissellement d'eau et comprend un faisceau de tubes (1), de preference assembles en panneaux et relies a des collecteurs d'entree et de sortie sur lesquels on fait ruisseler un courant d'eau. Pour resister aux eaux salees, on utilise un alliage AG4MC et la section de chaque tube (1) comporte deux ailettes exterieures diametralement opposees (2, 3), et des ailettes interieures (5). Il est de preference obtenu par filage. Application a la revaporisation du gaz naturel.
Description
Dispositif pour revaporiser des gaz liquéfiés
La présente invention est relative à un dispositif pour revaporiser des gaz liquéfiés, tels que du méthane, à basse température.
Divers gaz, par exemple le méthane ou le gaz naturel, sont stockés et/ou transportés à l'état liquide, à une température très basse, par exemple - 160°C, et, pour les utiliser, on doit les ramener au voisinage de la température ordinaire, et à l'état gazeux. Cette revaporisation se fait habituellement sous pression assez élevée, 100 bars environs, dans des échangeurs du type à ruissellement d'eau, constitués par un faisceau de tubes traversés par le produit à revaporiser et sur la surface desquels on fait ruisseler de l'eau. Les tubes du faisceau sont soudés à un collecteur d'entrée, où le produit est amené sous pression, à basse température et à l'état liquide, et un collecteur de sortie, où le produit vaporisé se trouve sous à peu près la mime pression qu'à l'entrée, mais à température voisine de l'ambiante.
Jusqu'ici, les matériaux utilisés pour fabriquer les dispositifs revaporiseurs ont été les alliages d'aluminium du type A-GS, contenant comme éléments d'alliage du magnésium et du silicium, ou du type A-Z5G contenant environ 5% de zinc et du magnésium en plus faible proportion. Ces alliages présentent des difficultés en ce qui concerne leurs caractéristiques mécaniques et leur soudage ; ils présentent de plus l'inconvénient d'une mauvaise résistance à la corrosion en présence d'eaux chargées de chlorures, telles que les eaux saumâtres qu'on trouve fréquemment au voisinage des ports de déchargement de navires méthaniers, ces corrosions apparaissant surtout au niveau des soudures des tubes sur les collecteurs.
D'autres alliages sont évidemment utilisables, mais ils présentent alors des difficultés d'obtention et de mise en forme, si bien qu'on ne peut les utiliser que sous forme de tubes de dessin très simple et qu'on obtient alors de médiocres coefficients d'échange, ce qui oblige à avoir des dispositifs de plus grandes dimensions, donc plus coûteux. Le problème qui se pose est donc celui d'obtenir une combinaison satisfaisante entre la nature du métal, le dessin de l'appareillage, et notamment des tubes, et le mode de soudure.
La présente invention fournit donc un dispositif revaporiseur pour gaz liquifiés, comprenant un faisceau de tubes en alliage d'aluminium contenant du magnésium soudés à une de leurs extrémités à un collecteur qui reçoit le gaz liquéfié, à basse température et sous pression élevée, et, à l'autre extrémité, à un collecteur de sortie qui évacue le gaz revaporisé, à température voisine de l'ambiante et sous une pression voisine de celle du collecteur d'entrée, ce dispositif comportant en outre des moyens pour produire un ruissellement d'eau sur la surface extérieure des tubes. Selon l'invention, l'alliage utilisé contient : magnésium 3,5 à 4,5% manganèse 0,2 à 0,7%, chrome 0,05 à 0,25%, et au plus 0,4% de silicium, 0,5% de fer, 0,10% de cuivre, 0,25% de zinc et 0,15% de titane, le reste étant de l'aluminium avec les impuretés usuelles, et chaque tube comporte, sur pratiquement toute sa longueur, d'une part des ailettes intérieures et, d'autre part, deux ailettes extérieures di-amétralement opposées.
L'invention sera expliquée plu3 en détail en s'aidant des figures parmi lesquelles :
Figure 1 est une vue en coupe d'un tube du dispositif vaporiseur ; Figure 2 est un schéma montrant le mode de soudage. Selon la figure 1, la section d'un tube comprend un corps central circulaire 1, pourvue de deux ailettes extérieures diamétralement opposées 2, 3, chacune d'elle ayant une section transversale qui diminue en s'écartant du corps, sans s'annuler en extrémité, et se raccorde au corps par un congé. Le corps comporte un passage intérieur 4, présentant huit ailettes intérieures 5.
L'épaisseur de la paroi du tube entre deux ailettes est d'environ 1/10 du diamètre du corps alors que la longueur radiale d'une ailette est d'environ une fois et demie cette épaisseur. Le tube est un profilé obtenu par filage, l'alliage utilisé, qui est connu sous le nom de A-G4MC, se prêtant bien à cette technique. Dans une réalisation pratique, chaque tube a une longueur d'environ 5 m, le diamètre extérieur du corps est de 40 mm, les longueurs des ailettes extérieures et intérieures étant respectivement de 20 et 6 mm. La forme particulière du tube a exigé la mise au point d'une technique particulière pour souder ces tubes sur les collecteurs.
Ceux-ci sont des tubes de diamètre nettement supérieur à celui des tubes, et du même métal. Ils sont- à paroi épaisse pour résister à la pression et au poids des tubes de vaporisation, et présentent un méplat sur leurs côtés supérieur et inférieur, ce méplat étant de largeur supérieure au diamètre extérieur du corps des tubes de vaporisation.
La figure 2 montre en coupe un tube et un collecteur.
Les opérations préparatoires comprennent : a) dégagement des ailettes extérieures 2 sur une longueur de 120mm environ, b) alésage conique de l'intérieur du tube 1 de façon à ramener progressivement la hauteur des ailettes internes 5 à zéro mais sans diminuer l'épaisseur du tube entre ces ailettes, c) perçage dans le collecteur 6, à travers le méplat, d'un alésage radial de diamètre égal au diamètre intérieur du tube 1 après enlèvement des ailettes 5, d) concentriquement à l'alésage décrit en c), l'alésage du collecteur 6, à partir du méplat, sur une profondeur de 5mm environ, d'un diamètre égal au diamètre extérieur du tube 1, e) exécution sur le collecteur d'une gorge 8 concentrique à l'alésage 7, l'espace entre cette gorge et l'alésage étant égal à l'épaisseur de paroi du tube 1 en dehors des ailettes intérieures. L'utilité de cette gorge est de réduire les concentrations de contraintes au niveau du soudage ; f) emmanchement du tube 1 dans l'alésage décrit en d), g) exécution de la soudure 9 entre le tube 1 et le méplat du collecteur 6.
Les tubes sont soudés sur les collecteurs avec leurs ailettes extérieures dans un même plan, séparées par un intervalle de l'ordre du millimètre de façon à former un panneau. L'intervalle entre les tubes est choisi de façon à permettre le jeu des dilatations, mais sans risque de créer des discontinuités dues au film d'eau qui ruisselle sur le panneau. un distributeur d'eau de réchauffage est disposé autour du collecteur de sortie ; il est constitué d'un chenal à fond ouvert, qui laisse échapper un débit d'eau convenable sur les deux faces du panneau.
Suivant une disposition intéressante, le panneau est prolongé au delà du dernier tube par un profilé parallèle à ce tube, ayant au moins une aile située dans le prolongement de l'ailette extérieure de ce tube qui est dirigé vers l'extérieur du panneau, cette aile étant séparée de ladite ailette par une distance analogue à celle qui sépare les ailettes les unes des autres à l'intérieur du panneau, environ 1mm par exemple. On évite ainsi une discontinuité du film d'au de ruisselement au bord du dernier tube.
Claims
REVENDICATIONS
1/ Dispositif revaporiseur pour gaz liquéfiés comprenant un faisceau de tubes (1) en alliage d'aluminium contenant du magnésium soudés à une de leurs extrémités à un collecteur d'entrée qui reçoit le gaz liquéfié, à basse température et sous pression élevée, et, à l'aut mité, à un collecteur de sortie qui évacue le gaz revaporisé, à température voisine de l'ambiante et sous une pression voisine de celle du collecteur d'entrée, ce dispositif comportant en outre des moyens pour produire un ruissellement d'eau sur la surface extérieur des tubes, caractérisé en ce que l'alliage utilisé contient : magnésium à 4,5%, manganèse 0,2 à 0,7%, chrome 0,05 à 0,25%, et au plus 0,4% de silicium, 0,5 de fer, 0,10% de cuivre, 0,25% de zinc et 0,15% de titane, le reste étant de l'aluminium avec les impuretés usuelles, et en ce que chaque tube comporte, sur pratiquement toute sa longueur, d'une part des ailettes intérieures (5) et, d'autre part, deux ailettes extérieures (2, 3) diamétralement opposées.
2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes (1) sont fixés. en ligne sur les collecteurs (6) parallèlement les uns aux autres avec leurs ailettes extérieures dans le même plan et séparées par un intervalle suffisant pour permettre le libre jeu des dilatations et déformations mais insuffisant pour causer une discontinuité dans un film d'eau, et en ce que le bord du panneau ainsi formé comporte, au-delà du dernier tube, un profilé parallèle à ce tube, ayant au moins une aile située dans le prolongement de l'ailette extérieure de ce tube qui est dirigé vers l'extérieur du panneau, cette aile étant séparée de ladite ailette par une distance analogue à celle qui sépare les ailettes les une des autres à l'intérieur du panneau.
3/ Procédé pour fabriquer un dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé, en ce qu'on utilise des collecteurs tubulaires présentant sur leur longueur un méplat de largeur au moins égale au diamètre extérieur du tube compte non tenu des ailettes extérieures, et en ce que, pour souder les tubes sur les collecteurs d'entrée et de sortie, on effectue les opérations préparatoires suivantes : a) dégagement des ailettes extérieures sur une longueur de 120mm environ ;
b) alésage conique de l'intérieur du tube de façon à ramener progressivement la hauteur des ailettes internes à 0 mais sans diminuer l'épaisseur du tube entre ces ailettes ; c) perçage dans le collecteur, à travers le méplat, d'un alésage (7) radial de diamètre égal au diamètre intérieur du tube après enlèvement des ailettes, d) concentriquement à l'alésage décrit en c), l'alésage du collecteur, à partir du méplat, sur une profondeur de 5ιnm environ, d'un diamètre égal au diamètre extérieur du tube après enlèvement des ailettes, e) exécution sur le collecteur d'une gorge 8 concentrique à l'alésage 7, l'espace entre cette gorge et l'alésage étant égal à l'épaisseur de paroi du tube 1 en dehors des ailettes intérieures ; f) emmanchement du tube dans l'alésage décrit en d) ; g) exécution de la soudure entre le tube et le méplat du collecteu
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