Brevet FR2079333A1 — publié le 19711112

L'invention concerne un échangeur de chaleur à haute pression à fond tubulaire de forte épaisseur, en particulier pour générateurs de vapeur de récupération dans des installations de synthèse d'ammoniac. 'les installations de ce genre nécessitent des échangeurs de chaleur qui doivent etre calculés pour des 2 températures de 5000C par exemple et des pressions de 300 kg/cm2 par exemple du coté gaz et des températures de 3300C par exemple et des pressions de 120 kg/cm2 par exemple du côté vapeur ou eau. Les fonds tubulaires et les préchambres doivent etre dimensionnés de telle sorte qu'il ne puisse pas se produire en service, sous l'effet de la charge et de la décharge, de déformations permanentes, mais seulement des déformations élastiques.~Des déformations permanentes importantes aboutissent en effet à la destruction, sous l'action répétée des différences de pression et de température. Certains fonds tubulaires connus sont exécutés de façon à servir en meme temps de bride pour la contrebride de la préchambre, ou au serrage de fonds tubulaires dans des brides. Il est connu également de souder des fonds tubulaires à une partie cylindrique en forme de bride de la pré chambre et d'établir alors une liaison avec le reste de la préchambre, pareillement par bride. Dans le cas où des fonds tubulaires servent simultanément de bride ou sont reliés au moyen d'une bride encore plus grande, on obtient des préchambres très volumineuses, soumises à de fortes contraintes correspondantes en raison de la pression élevée en service et de la grande surface sur laquelle peut s'exercer cette pression.Des fonds tubulaires à partie cylindrique soudée ou rapportée présentent en service des pointes de tension élevées au raccordement entre le fond tubulaire et l'enveloppe de la préchambre, car le raccordement du fond tubulaire à la partie cylindrique a pour conséquence une discontinuité brusque des lignes de tension. Les constructions connues demandent une grande quantité de matière et sont de ce fait très croûteuses. L'invention a pour but de réaliser un échangeur de chaleur à haute pression, dans lequel les pointes de tension soient aussi faibles que possible et la dépense de matière, minimale. Ce problème est résolu par l'invention, grâce au fait que la préchambre de l'échangeur de chaleur est formée du fond tubulaire à rallonge sphérique et d'un chapeau sphérique, dont la hauteur est plus grande que le rayon de la sphère. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, la rallonge sphérique du fond tubulaire constitue une zone sphérique ouverte et le chapeau sphérique est un hémisphère. 'les deux parties sphériques sont réunies au moyen de brides. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fond tubulaire à rallonge sphérique est relié au chapeau sphérique par soudure. l'es avantages que procure-l'invention résident notamment en ce qu'au raccordement entre le fond tubulaire et le prolongement sphérique, il ne se produit pas de discontinuité brusque des lignes de tension, de sorte que la répartition des tensions est favorable et garantit une distance sûre de la limite apparente d'élasticité. La sphère représente en outre la forme optimale en ce qui concerne la répartition des tensions et l'épaisseur de paroi pour une charge déterminée. Il en résulte un gain important de matière, du fait que l'épaisseur de paroi de la préchambre est aussi faible que possible pour une charge de pression prédéterminée, ce qui signifie en même temps une diminution du risque d'usinage. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente une préchambre avec fond tubulaire et rallonge sphérique, qui est soudée directement a un chapeau sphérique. ha figure 2 représente une pré chambre formée du fond tubulaire avec rallonge sphérique et bride, ainsi qu'un chapeau hémisphérique, pourvu pareillement d'une bride. 'la figure 3 représente une pré chambre avec fond tubulaire et rallonge sphérique, le chapeau sphérique étant formé de segments soudés ensemble. 'la figure 4 est une vue en élévation latérale de la figure 3, montrant la subdivision en segments. La rallonge sphérique 1 du fond tubulaire 2 peut être exécutée de diverses manières. Elle peut hêtre obtenue, par exemple, par forgeage à partir d'une grosse ébauche et usinage ultérieur par enlèvement de copeaux, ou encore seulement par enlèvement de copeaux à partir d'une seule pièce. Il y a lieu de donner la préférence à un procédé de fabrication par lequel il est certain qu'il ne se produira pas en charge des pointes de tension inacceptables au raccordement entre le fond tubulaire et le prolongement sphérique. Il est recommandé d'usiner soigneusement l'arrondi 3, car des stries d'usinage peuvent être à l'origine des criques de tension. Le chapeau sphérique 4 est fixé au moyen d'un cordon de soudure 5 et; constitue la préchambre de l'échangeur de chaleur 6, qui est agencé en fonction des conditions requises sur le plan thermique. Lenveloppe 7 peut être fixée au fond tubulaire de manière connue, par exemple par soudage ou vissage. La préchambre de l'échangeur de chaleur peut être également conformée suivant la figure 2. La jonction entre les deux cuvettes 8 et 9 peut être réalisée au moyen de brides et de boulons ou de crampons connus. Une autre forme de réalisation de la pré chambre de l'échangeur de chaleur est représentée dans la figure 3. Etant donné que dans la plupart des cas la pré chambre doit être recuite après le soudage pour faire disparaître les tensions internes, elle doit être suffisamment grande pour permettre le travail à l'intérieur necessaire pour le soudage ultérieur des tubes dans le fond. REVEN0)ICTIONS 1.- Préchambre pour échangeurs de chaleur à fond tubulaire de forte épaisseur, caractérisée en ce qu'elle est formée du fond tubulaire à rallonge sphérique et d'un chapeau sphérique, dont la hauteur est plus grande que le rayon de la sphère. 2.- Préchambre pour échangeurs de chaleur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la rallonge sphérique du fond tubulaire est une zone sphérique ouverte de rayon égal à celui de la sphère, cependant que le chapeau sphérique est un hémisphère et que les deux parties sphériques sont réunies au moyen de brides. 3.- Préchambre pour échangeurs de chaleur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la préchambre et le fond tubulaire constituent une construction soudée dsun seul tenant.