Brevet FR2068823A1 — publié le 19710903

Dans des réacteurs destinés à réaliser des réactions chimiques (fours de contact), de la chaleur est transmise à un fluide éehangeur de chaleur constitué le plus souvent par des sels en fusion. On fait circuler le fluide éehangeur de chaleur dans 5 le réacteur au moyen d'une pompe, un réfrigérant étant interposé pour maintenir la température constante. Dans ce cas la chaleur produite dans le réacteur est transmise à l'eau circulant dans le faisceau de tubes du réfrigérant. Jusqu'ici il existe en principe deux méthodes pour mainte-10 nir une certaine température de service : a) La totalité du fluide éehangeur de chaleur s'écoule de manière cyclique du réacteur dans le réfrigérant et inversement. Le réglage de la température par évacuation de chaleur est obtenu au moyen de l'eau d'alimentation amenée au réfrigé- 1 5 rant ; b) Du fluide éehangeur de chaleur circulant dans le réacteur on dérive seulement un courant partiel qui est dirigé à travers un réfrigérant pour retourner ensuite dans le réacteur. Dans ce dernier le courant partiel se mélange avec le bain de sels 20 restant. Les raccords prévus pour la sortie et la rentrée du courant partiel sont disposés dans le réacteur aux endroits où. il existe une différence de pression. De ce fait il n'est pas nécessaire de prévoir une pompe de circulation supplémentaire pour ce courant partiel. 25 Le système décrit sous a) a pour inconvénient que l'évapo- ration et la surchauffe de l'eau s'effectue nécessairement dans une zone du faisceau de tubes. Aux endroits où. l'eau est amenée à la phase vapeur, les matières constitutives de l'appareillage sont soumises à de fortes charges thermiques alternatives qui 30 provoquent souvent des fissures dues à la contrainte. En ce qui concerne le système décrit sous b) il existe des réfrigérants dans lesquels le réglage de la quantité partielle du fluide réfrigérant s'écoulant à travers le réfrigérant s'effectue au moyen d'un tiroir. Une telle forme de construction pré-35 sente également des inconvénients. Si le réacteur est faiblement chargé, la quantité de chaleur à évacuer est faible. Dans ce cas la quantité de bain de sels est fortement réduite par le tiroir. La quantité ainsi réduite du fluide éehangeur de chaleur s'écoule par conséquent 70 41344 2 2068823 d'une manière relativement lente à travers le réfrigérant. En raison de la longue durée de séjour le bain de sels est fortement refroidi. Par conséquent, une faible quantité de bain de sels présentant une forte différence de température retourne 5 dans le réacteur, ce qui provoque des perturbations dans le fonctionnement du réacteur. En outre, les matières constitutives de l'appareillage sont soumises à des tensions thermiques importantes dues aux fortes différences de température. Si par contre la quantité de chaleur à évacuer du réacteur 10 est importante, le tiroir est largement ouvert, la quantité partielle du fluide éehangeur de chaleur, qui s'écoule à travers le réfrigérant, est importante et par conséquent la durée de séjour dans le réfrigérant est faible. Le bain de sels se trouve dons â sa sortie du réfrigérant encore à une température rela- ! i 15 tivement élevée. Dans ce cas une forte quantité de bain de sels i présentant une faible différence de température retourne dans le réacteur. Etant donné que la quantité de chaleur à évacuer est donc inversement proportionnelle à la différence de température (en-20 trée dans le réfrigérant / sortie du réfrigérant), l'installa-. tion ne peut guère être réglée dans le sens voulu. En outre, en raison des conditions indiquées ci-dessus, la Surface des réfrigérants ne peut pas être calculée de manière précise. Si la surface' de refroidissement est trop grande, la quantité partielle 25 de bain de sels retournant dans le réacteur se trouve pour toutes -î* •les conditions de charge approximativement à la température par trop basse de l'eau présente dans le réfrigérant. En outre, la répartition du courant d'écoulement dans le réacteur est compromise du fait que lors du réglage par le ti-30 roir la quantité partielle provisoirement dérivée à partir du circuit de circulation du réacteur et s'écoulant par le réfrigérant se trouve chaque fois modifiée* ' - La présente invention a pour objet d'éviter de tels inconvénients. En conséquences elle consiste à disposer dans la zone 35 du réfrigérant un conduit de dérivation qui permet au moyen d'un organe de réglage de diviser la quantité partielle constante"de fluide éehangeur de chaleur, dérivée du réacteur, de manière va- j riable en deux courants s'écoulant d'abord parallèlement et se réunissant ensuite, dont l'un seulement est amené au contact du , i 70 41344 3 2068823 faisceau de tubes du réfrigérant. Suivant une autre caractéristique de la présente invention l'organe de réglage réalisé sous forme de tiroir est disposé de manière que suivant sa position il relie au conduit de dériva-5 tion une section partielle plus ou moins grande de la tubulure d'entrée destinée à amener au réfrigérant la quantité de fluide éehangeur de chaleur dérivée du réacteur. Sous ce rapport il est en outre avantageux de disposer le faisceau de tubes du réfrigérant de manière excentrée par rap-10 port à l'axe longitudinal d'une paroi extérieure correspondante et ce de préférence de telle manière que la partie la plus large du conduit de dérivation annulaire, formée par la paroi extérieure et une paroi intérieure, se trouve sur le côté d'entrée dans la zone de l'organe de réglage. 15 II est également recommandable qu'à l'intérieur de la.pa roi interne entourant le faisceau de tubes du réfrigérant pour le séparer du conduit de dérivation il se trouve à certains intervalles axiaux des disques annulaires alternativement plus grands et plus petits qui, afin d'imprimer un parcours sinueux 20 à la quantité partielle de fluide éehangeur de chaleur à refroidir, laissent subsister respectivement à leur périphérie intérieure ou extérieure une section de passage libre. la présente invention est expliquée ci-dessous à l'aide des dessins annexés qui présentent une seule forme de réalisation 25 applicable à différentes installations d'ensemble. La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un réfrigérant. La fig. 2 est une coupe transversale du réfrigérant. La fig. 3 représente l'agencement du réfrigérant dans le cas d'un réacteur muni d'un dispositif de circulation intérieur. 30 La fig. 4 est la vue de dessus correspondante. La fig. 5 représente l'agencement du réfrigérant dans le cas d'un réacteur muni d'un dispositif de circulation extérieur. La fig. 6 est la vue de dessus correspondante. Le réfrigérant des fig. 1 et 2 présente une paroi exté-35 rieure 1 dans laquelle un faisceau de tubes 2 comportant les deux plaques tubulaires 3, 4 et les chapes raccordées 5, 6 est disposé de manière excentrée. Le faisceau de tubes 2 est dans sa zone médiane entouré d'une paroi interne 7 à l'intérieur de laquelle plusieurs disques annulaires 8-10 et 11, 12 présentant 70 41344 4 2068823 alternativement des diamètres plus grands et plus petits sont placés les uns au-dessus des autres à des intervalles réguliers. Les disques plus grands 8-10 s'étendent avec leur bord extérieur jusqu'à la paroi intérieure 7 et même au-delà de celle-5 ci ; les disques plus petits 11, 12 s'étendent avec leur bord intérieur jusqu'à un conduit 13 traversant le faisceau de tubes 2 sur toute la longeur de l'espace médian non muni de tubes. De ce fait la quantité partielle de fluide éehangeur de chaleur s'écoulant entre une tubulure d'entrée latérale 14 et 10 une tubulure de sortie latérale 15 à travers la paroi intérieure 7 est dans la zone du faisceau de tubes 2 dirigée de bas en haut suivant un parcours sinueux indiqué par des flèches à la fig. 1, afin que la chaleur soit transmise le mieux possible à l'agent réfrigérant s'écoulant par les tubes du faisceau 2. 15 Cet agent réfrigérant est amené par le conduit central 13 dans l'espace collecteur limité par la chape inférieure 5 et évacué par le conduit 16 de l'espace collecteur limité par la chape supérieure 6. » La tubulure d'entrée 14 et la tubulure de sortie 15 pla-20 cées verticalement l'une au-dessus de l'autre se trouvent respectivement à peu près au niveau de l'extrémité inférieure et de l'extrémité supérieure du faisceau de tubes 2 et ce dans la zone périphérique de la partie présentant la plus grande largeur d'ouverture entre la paroi extérieure 1 et la paroi inté-25 rieure 7. Dans cette zone il se trouve un tiroir 17 en forme de caisson qui peut au-moyen d'une barre 18 être déplacé vers le haut et vers le bas dans des guides 19 de manière à libérer mie section partielle plus ou moins grande de la tubulure 14 pour le pâssage d'une quantité correspondante de fluide éehangeur de 30 chaleur entre les tubes du faisceau 2, alors que la section partielle restante de la tubulure d'enti-ée communique avec l'ouverture, formée entre la paroi extérieure 1 et la paroi intérieure 7, qui sert de conduit de dérivation 20. La quantité partielle de fluide éehangeur de chaleur s'écoulant par ce con-35 duit de dérivation n'est donc pratiquement pas influencée par le fluide réfrigérant et ne se réunit avec la quantité partielle refroidie qu'immédiatement devant la tubulure de sortie 15. Afin de réaliser de la manière indiquée ci-dessus la séparation des deux quantités partielles de fluide éehangeur de cha 70 41344 5 2068823 leur lors de l'entrée dans la paroi extérieure 1 du réfrigérant, le disque inférieur 8 s'étend au-delà de la paroi intérieure 7 jusqu'à la paroi extérieure 1, un moyen de tension étant seulement prévu dans l'ouverture en forme de croissant entre les deux 5 parois pour permettre au tiroir 19 d'y passer de manière étanche. Cette forme de réalisation du réfrigérant coaferme à l'invention présente, outre sa construction simple et rationnelle, plusieurs avantages sur le plan du fonctionnement. La quantité de fluide éehangeur de chaleur mise en circulait) tion, qui s'écoule par le réfrigèrent à bais, de sels, et par conséquent également la quantité de fluide éehangeur de chaleur circulant dans le réacteur ainsi que la distribution du courant d'écoulement dans ce dernier sont constantes pour toutes les conditions de charge. 15 La caractéristique de réglage a une allure linéaire, c'est- à-dire que la différence de température entre le bain de sels entrant dans le réfrigérant et celui sortant du réfrigérant croit de manière linéaire en passant de 0 pour un réacteur non chargé à l'écart de température maximal à pleine charge. Lorsque 20 l'écart de température est 0, le tiroir se trouve en position basse et la quantité totale s'écoule par le conduit de dérivation sans parvenir dans la zone du faisceau de tubes du réfrigérant. Lorsque le réacteur se trouve chargé, le tiroir est tiré vers le haut, la quantité de fluide amenée au contact des tubes 25 du réfrigérant s'accroît et la quantité restante, qui est dirigée par le conduit de dérivation, diminue. La différente de température entre le bain de sels entrant dans le réfrigérant et celui qui sort du réfrigérant s'établit loi's que les deux courants partiels provisoirement séparés se sont mélangés l'un à l'autre. 30 La surface de refroidissement nécessaire ne peut pas être calculée d'une manière précise. En outre ? par suite de l'encrassement, la valeur du transfert de chaleur diminue avec le temps. Ceci présente pour les systèmes connus 1'inconvénient que le fluide éehangeur de chaleur est au début trop fortement refroidi 35 et qu'après un temps de service prolonge; la chaleur risque de ne plus pouvoir être transmise suffisamment. On évite cet inconvénient suivant la présente invention en choisissant une surface de refroidissement supérieure à celle initialement requise, sans que cela conduise à un refroidissement excessif du fluide 70 41344 6 2068823 éehangeur de chaleur* En disposant le faisceau de tubes 2 de manière excentrée à l'intérieur de la paroi extérieure 1, on obtient entre oelle-ci et la paroi intérieure 7 un espace en forme de croissant qui 5 dans la sone située entre le disque inférieur 8 et le disque supérieur 10 sert cle conduit de dérivation réglable 20. L'une des quantités partielles ô© 'bain de sels passe au-dessous de ce conduit de dérivation à travers l'espace annulaire en forme de croissant pour arriver de torns lea côtés uniformément•dans la 10 son® ta faisceau d© tubes 2 et, après avoir effectué le parcoure d'écoulement régi par- les disons s 8-12 et avoir fait objet d'un échange de chaleur correspondant avec ie fluide réfrigérant, se mélange au-dessus du conduit da dérivation à nouveau dans toutes les directions et par conséquent de manière très intensive avec 15 l'autre quantité partielle, non refroidie, du bain de sels. Le faisceau d© tubes 2 da réfrigérant à courants partiels PQtrfe être réalisa 'en tant qu'évaporateur ou reckauffeur de gaz ou encore cosse évaperateur suivi d'un surchauffeur• Au lieu du conduit de dérivation 20 placé à l'intérieur de 20 la paroi extérieure 1, on peut également disposer à l'extérieur Se cette dernière un conduit qui joue le nêise rôle. Dans la réalisation roprésoatw© aux figa 3 et 4 un courant -partiel du bain de sels servant as fluide éehangeur de chaleur passe à partir du réacteur 21 dois le oonduit sami-cireulaire 22 25 ' et de celui-ci dans le réfrigéras-'.; 23. Lorsque cette quantité de - bain de sels a été dirigée vers 1s haut dans le réfrigérant, corame décrit à propos des fige 1 et 2, elle retourne à l'état refroidi dans le réacteur 21 en passant par un autre conduit seai-circulaire 24o 30 La circulation du bain de sels dans le réacteur 21 et de la quantité partielle dirigée à travers le réfrigérant' est assurée par m groupa raoto-poaps pésétrant do oaniôre somme d'en haiv,-eentr alesient dans le réaeteïâr et qui est à son extrémité inférieure muni" d'une hélice 25, le Moteur de commande correspo'i-55 dant 26 étant disposé à son extrémité, supérieure. •"Dans l'autre réalisation, représentée aux fig. 5 et 6, 'le groupe moto-pompe comportant égalessnt une hélice 27 et-un moteur de commande 28 axialement aligné avec cette dernière est disposé latéralement à côté du réacteur 29. Dans ce cas le bain de sels 70 41344 7 2068823 est véhiculé à partir de l'espace de pompage par un conduit circulaire inférieur 30 pour passer en partie dans le réacteur 29 et pour une autre partie dans le réfrigérant 31 placé de l'autre côté du réacteur et est ensuite ramené dans l'espace de 5 pompage par l'intermédiaire d'un conduit circulaire supérieur 32. 70 41344 8 2068823 REVENDICATIONS 1 - Réfrigérant prévu pour le passage d'une quantité partielle réglable du fluide éehangeur de chaleur circulant dans un réacteur? caractérisé en ce que dans la zone du réfrigérant 1 5 il se trouve un conduit de dérivation 20 qui permet au moyen d'un organe de réglage 17 de diviser la quantité partielle constante de fluide éehangeur de chaleur, dérivée du réacteur 21,28» de manière variable en deux courants s'écoulant passagèrement en parallèle et se réunissant ensuite, dont l'un seulement est 10 amené au contact du faisceau de tubes 2 du réfrigérant. 2 - Réfrigérant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de réglage réalisé sous forme de tiroir 17 est disposé de manière que suivant sa position il relie au conduit de dérivation 20 une section partielle plus ou moins grande de 15 la tubulure d'entrée 14 servant à amener le fluide éehangeur de chaleur à partir du réacteur 21, 28 au réfrigérant. 3 - Réfrigérant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de tubes 2 âu réfrigérant est disposé de manière excentrée par rapport à l'axe longitudinal d'une paroi ex- 20 térieure correspondante 1 et ce de préférence de telle façon que la partie la plus large du conduit de dérivation annulaire 20 formée par la paroi extérieure et la paroi intérieure 7 se trouve sur le côté d'entrée dans la zone de l'organe de réglage 17. 4 - Réfrigérant suivant la revendication 3, caractérisé en 25 ce qu'à l'intérieur de la paroi interne 7 entourant le faisceau de tubes 2 pour le séparer du conduit de dérivation 20 il se trouve à certains intervalles axiaux des disques annulaires 8-10 et 11, 12 alternativement plus grands et plus petits qui, afin d'imprimer un parcours sinueux à la quantité partielle de fluide 30 éehangeur de chaleur à refroidir, laissent subsister à leur pourtour intérieur ou extérieur une section de passage libre.