Brevet FR2096486A1 — publié le 19720218

La présente invention se rapporte aux échangeurs de chaleur à enveloppe et tubes, et notamment aux échangeurs de ce genre à tubes en carbone. On utilise couramment ces appareils pour traiter des liquides corrosifs. 5 De façon générale, ces échangeurs comportent une envelop pe cylindrique, habituellement en acier, contenant un grand nombre de tubes, q.ui sont généralement en graphite. Ces tubes sont normalement maintenus en place, à distance les uns des autres, par deux plaques tubulaires de carbone, disposées aux 10 extrémités de l'échangeur. On a déjà proposé diverses techniques pour tenir compte des différences de dilatation thermique de l'enveloppe et des tubes. L'un de ces procédés consiste à incorporer un soufflet dans l'enveloppe, les deux plaques tubulaires étant solidaires 15 des extrémités de celle-ci, de façon que ce soufflet absorbe la différence des dilatations entre cette enveloppe et ces tubes. Un premier inconvénient de ce montage est qu'il est très onéreux pour les échangeurs de chaleur de grandes dimensions. De plus, et cela est plus important, étant donné que 20 les plaques tubulaires sont généralement soudées aux extrémités des tubes et sont solidaires des extrémités de l'enveloppe, il n'est pas possible de retirer aisément le faisceau tu-bulaire pour l'entretien périodique. Par ailleurs, il n'est pas facile d'examiner la surface extérieure des tubes, à cause 25 de la fixation rigide des plaques tubulaires. Un autre procédé de compensation de la différence des dilatations thermiques consiste à utiliser de l'autre côté une plaque tubulaire et un couvercle flottants, ces éléments étant entourés par le fluide extérieur aux tubes et disposés hermé-30 tiquement dans l'enveloppe. Bien que cette technique soit utilisable, elle n'est pas absolument satisfaisante, parce qu'elle exige une enveloppe plus longue que si l'échangeur comportait un soufflet, et il faut un couvercle distinct pour l'extrémité flottante, ainsi qu'un joint supplémentaire pour ce couvercle. 55 De plus, les fuites du joint vers l'intérieur ne sont pas visibles et on ne peut donc déceler aisément si les liquides traités se mélangent et en déterminer la cause. Un grave inconvénient des échangeurs de ce genre réside dans le fait qu'il est difficile d'examiner l'extérieur des tubes pour constater leur 40 entartrage ou leur endommagement. 71 23053 2 2096486 La présente invention concerne un échangeur de chaleur à plaque tubulaire flottante, mais ne présentant pas les défauts précités, facilitant l'examen de l'extérieur des tubes, pouvant être démonté aisément en permettant d'examiner et de rem-5 placer facilement tous les joints, ne nécessitant pas de couvercle supplémentaire de l'extrémité de l'enveloppe et n'empêchant pas de retirer aisément le faisceau tubulaire. Conformément à l'invention, la plaque tubulaire flottante de l'échangeur se trouve entièrement à l'extérieur de l'en-10 veloppe, à une certaine distance axiale de l'extrémité de cette dernière. Le dispositif qui permet d'obtenir ce résultat se longue compose de préférence d'une/chemise métallique cylindrique partant axialement de l'intérieur de l'enveloppe et en contact avec la plaque /^ife 0^fusfedn utilise une garniture pour réaliser 15 l'étanchéité entre la paroi intérieure de l'enveloppe et la paroi extérieure de la chemise, tout en permettant à ces parois de coulisser l'une dans l'autre. On utilise aussi un dispositif de serrage pour appliquer cette chemise contre la plaque tubulaire flottante, de façon que toutes deux flottent solidai-20 rement à l'intérieur de la garniture. On utilise un joint entre les surfaces en contact de la chemise et de la plaque. Puisqu'il se trouve à l'extérieur de l'enveloppe, on peut le changer de manière relativement simple en cas de fuite. D'autres caractéristiques et avantages de la présente 25 invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, dont la figure unique représente, à titre explicatif, mais nullement limitatif, une coupe axiale d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention. Cet échangeur comporte une enveloppe cylindrique S con-30 tenant un grand nombre de tubes T en graphite, qui sont maintenus écartés les uns des autres par deux plaques tubulaires 10 et 12, en graphite, auxquelles ils sont fixés. La plaque 10 est fixée à cette enveloppe S par des boulons (non représentés) passant dans les collerettes B. La plaque 12 n'est pas soli-35 daire de l'enveloppe, mais en est écartée axialement par une longue chemise métallique cylindrique 14, qui part axialement de l'intérieur de cette enveloppe et vient toucher la face intérieure de cette plaque. L'autre côté de cette chemise est en contact avec un presse-étoupe extérieur 16 qui constitue un 4-0 joint entre l'enveloppe et l'atmosphère ambiante, qui est 71 23055 3 2096486 convenablement en amiante, en graphite, en "Téflon", etc... et qui permet aussi à la paroi extérieure de la chemise de coulisser sur la paroi intérieure de l'enveloppe. Des organes de serrage 18 appliquent cette chemise contre la plaque tubulaire 12. Ils peuvent se composer d'une couronne fendue 17 qui est logée dans une gorge de la chemise et contre laquelle s'applique une couronne d'appui 15 reliée par des tirants à la collerette 19 du couvercle 20. La face extérieure de la plaque 12 est entourée par ce couvercle. Un joint 22 est disposé entre les surfaces en contact de la chemise 14 et de cette plaque 12, de façon à empêcher le liquide contenu dans l'enveloppe, extérieurement aux tubes,de fuir. En service, le déplacement axial de la plaque 12, de la chemise 14 et du couvercle 20,figuré par la flèche sur le dessin, compense les différences de dilatation et de contraction thermiques entre les tubes T et l'enveloppe S. Le presse-étoupe 16 empêche le fluide de fuir pendant ce déplacement. Pour examiner rapidement la surface extérieure des tubes, il suffit de retirer les tirants 13 qui maintiennent le couvercle, puis de repousser axialement la couronne d'appui 15» la couronne fendue 17 et la chemise 14 vers la plaque fixe 10, ce qui fait apparaître ces tubes. On remarquera que seuls les joints 22 et 24 sont nécessaires à l'extrémité flottante de l'échangeur et qu'ils sont toujours apparents et accessibles et peuvent être vérifiés et remplacés en cas de besoin. Pour retirer l'ensemble du faisceau et des plaques tubulaires, on exécute les mêmes opérations que celles qui ont été décrites ci-dessus pour la vérification, puis on enlève le couvercle 26. On peut alors retirer le faisceau et les plaques de l'enveloppe. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra y apporter diverses variantes sans sortir de son cadre. 71 23058 4 2096486 REVENDICATIONS 1°) - Echangeur de chaleur comportant une enveloppe cylindrique contenant des tubes en carbone, maintenus à une certaine distance par des plaques tubulaires en carbone, dont 5 l'une est flottante et peut coulisser axialement par rapport à cette enveloppe, caractérisé par des dispositifs destinés à soutenir cette plaque flottante à une certaine distance axiale de l'extrémité de l'enveloppe, en réalisant une jonction hermétique . 10 2°) - Echangeur de chaleur selon la revendication 1, ca ractérisé par le fait que les dispositifs précités comprennent une longue chemise cylindrique métallique partant de l'intérieur de l'enveloppe et en contact avec la plaque tubulaire, un presse-étoupe réalisant l'étanchéité entre la paroi inté- 15 rieure de cette enveloppe et la paroi extérieure de cette chemise, en permettant à ces parois de coulisser l'une dans l'autre, et des organes de serrage destinés à appliquer ladite chemise contre la plaque, si bien que celle-ci et la chemise constituent un élément qui peut flotter dans le presse-étoupe. 20 3°) - Echangeur de chaleur selon la revendication 2, ca ractérisé par un joint disposé entre les surfaces en contact de la plaque tubulaire flottante et de la chemise.