Brevet FR2137971A1 — publié le 19721229

17^90 1 2Î37971 La présente invention concerne un échangeur thermique comportant des plaques tubulaires fixées dans une enveloppe pour un faisceau de tubes disposé à l'intérieur de l'enveloppe, des raccords d'adduction et d'évacuation pour un médium à redroidir cir-5 culant à travers les tubes et des raccords d'adduction et d'évacuation pour un fluide refroidisseur sous pression circulant autour des tubes. Dans un échangeur thermique de ce type, il peut se présenter des difficultés quand il s'agit de refroidir un médium très chaud. 10 Cela peut arriver par exemple quand un tel échangeur thermique est employé dans la fabrication de l'ammoniac, du méthanol, de l'éthy-lène ou de l'hydrogène, dans laquelle il faut refroidir des gaz de réaction très chauds, ayant des températures de 900°C et plus, et dans laquelle des pressions élevées régnent du fait du fluide 15 refroidisseur. En outre, des différences de dilatation interviennent entre l'enveloppe de 1'échangeur et les tubes. Les plaques tubulaires subissent ainsi des contraintes particulièrement élevées, de sorte que l'on doit employer des plaques tubulaires très épaisses. Du côté de l'entrée du médium chaud, on doit prendre des dis-20 positions pour éviter toute surchauffe des plaques tubulaires, qui provoquerait un affaiblissement inadmissible. On a déjà proposé diverses solutions pour remédier à ces inconvénients. Une des solutions retenues consiste à refroidir le médium chaud en injectant un fluide refroidisseur dans le médium 25 chaud. Mais un tel procédé supprime la pureté du produit et amène une baisse d'efficacité. On a cherché aussi à isoler les plaques tubulaires du côté de l'entrée du médium chaud, mais les contraintes thermiques peuvent facilement provoquer des fissures dans l'isolation, ce qui peut amener une inadmissible surchauffe des plaques 30 tubulaires. Une autre solution a été trouvée dans l'agencement d'éléments de renforcement dans l'espace parcouru entre les tubes par le fluide refroidisseur. Ces éléments de renforcement donnent appui aux plaques tubulaires, de sorte que celles-ci peuvent être plus 35 minces. Ainsi se produit un meilleur refroidissement des plaques tubulaires par le fluide refroidisseur circulant auteur des tubes, et la surchauffe du métal se produit moins facilement. Un inconvénient de ces éléments de renforcement est qu'ils exigent de la place entre les tubes, de sorte que 1'échangeur thermique doit être 40 construit moins compact et devient donc plus onéreux. 72 17490 2 2137971 L'invention vise à réaliser une solution du problème posé qui élimine les inconvénients des solutions connues. Suivant l'invention, les tubes s'étendent jusqu'à dépasser vers le haut l'une des plaques tubulaires, et sont fixés par leur 5 extrémité libre dans une plaque-écran fixée à l'enveloppe, placée à quelque distance de ladite plaque tubulaire et ayant une épaisseur beaucoup moindre que cette dernière, et l'espace formé à l'intérieur de l'enveloppe entre cette plaque tubulaire et la plaque-écran est pourvu de raccords d'admission et d'évacuation pour un 10 fluide refroidisseur. La plaque-écran, qui est placée au voisinage de l'entrée du médium chaud, est mince, avec par exemple une épaisseur égale à 20 fc de celle de la plaque tubulaire, et peut donc encaisser facilement les contraintes thermiques résultant de la différence de températures entre le médium chaud et le fluide re-15 froidisseur. La plaque tubulaire est épaisse ; le fluide refroidisseur circulant entre la plaque tubulaire et la plaque-écran protège l'épaisse plaque tubulaire des contraintes thermiques. Suivant l'invention, les raccords d'admission et d'évacuation de l'espace compris entre la plaque tubulaire et la plaque-écran 20 peuvent être reliés aux raccords principaux d'admission et d'évacuation de l'enveloppe, de telle sorte que le même fluide refroidisseur circule dans les deux espaces à refroidir. Il n'y a alors aucun risque que, par suite d'une moins bonne étanchéité entre les tubes et l'épaisse plaque tubulaire, un mélange des deux fluides refroi-25 disseurs se produise. La plaque-écran a alors exclusivement une fonction d'étanchéité, tandis que la plaque tubulaire épaisse encaisse les forces. Les forces exercées sur la mince plaque-écran par le fluide refroidisseur sont transmises à l'épaisse plaque tubulaire. Les forces qui prennent naissance d'une différence de 30 dilatation de l'enveloppe et des tubes sont entièrement encaissées par la plaque tubulaire épaisse. La plaque-écran est soulagée de ces forces. Seules les forces qui résultent de la pression exercée par le fluide refroidisseur agissent sur la plaque-écran. Suivant l'invention, la plaque tubulaire et la plaque-écran 35 peuvent être reliées par des éléments d'appui supplémentaires disposés entre les tubes. Dans une réalisation de ce type, la résistance aux forces qui agissent sur la mince plaque-écran ne dépend pas exclusivement de la liaison entre les tubes et la plaque tubulaire épaisse. Ces forces sont maintenant transmises aussi par les 40 éléments d'appui, de la mince plaque-écran à l'épaisse plaque 72 17490 3 2137971 tubulaire. L'invention est expliquée dans la description suivante d'un exemple de réalisation, avec référence au dessin. L'échangeur thermique est formé d'une enveloppe 1, à l'inté-5 rieur de laquelle est disposé un faisceau de tubes 2. Les tubes 2 sont fixée par une extrémité dans une plaque tubulaire 3 et par l'autre extrémité dans une plaque tubulaire 4. Les plaques tubulaires 3 et 4 sont reliées rigidement à 1'enveloppe 1. Les tubes 2 s'etendent au-delà de la plaque tubulaire 4 et sont fixés par tO leur extrémité libre dans une mince plaque-écran 5. L'enveloppe 1 est pourvue d'un raccord d'adduction 6 pour un fluide refroidisseur et d'un raccord de sortie 7 pour le même fluide. L'espace 8 formé à l'intérieur de l'enveloppe 1^ entre la plaque tubulaire 4 et la plaque-écran 5, est pourvu d'une adduction 9 et d'une évacuation 15 10 pour un fluide refroidisseur. Les raccords 6, 7, 9 et 10 peuvent être reliés entre eux de telle sorte qu'un même fluide refroidisseur circule autour des tubes 2 dans l'enveloppe 1 et autour des tubes 2 dans l'espace 8. Les gaz chauds qui doivent être conduits à travers les tubes 2 peuvent être admis par une entrée 11. A l'au-20 tre extrémité, ils quittent les tubes 2 par une sortie 12. Quand un gaz très chaud est admis par l'entrée 11, ce gaz, en raison du bon refroidissement de la plaque-écran 5» n'aura pas d'influence néfaste sur cette plaque-écran 5. Dans la plaque écran, ne s'établiront pas de grandes différences de température. L'épaisse 25 plaque tubulaire 4 est balayée des deux côtés par un courant de fluide refroidisseur, de sorte qu'à travers la grande épaisseur de cette plaque tubulaire ne prendront pas naissance des contraintes thermiques inadmissibles. La pression qui règne dans l'espace entourant les tubes peut être encaissée par l'épaisse plaque tubu-30 laire 4 et aussi par la plaque tubulaire 3. Si une pression élevée règne aussi dans l'espace 8, les forces exercées sur la plaque-écran 5 sont transmises par les tubes 2 à l'épaisse plaque tubulaire 4. Les plaques tubulaires 3 et 4 transmettent les forces à l'enveloppe 1 . 35 Entre la plaque tubulaire 4 et la plaque-écran 5 peuvent encore être disposés des éléments d'appui supplémentaires. Un tel élément d'appui supplémentaire est représenté en traits interrompus sur le dessin et désigné par la référence 13. La transmission des forces de la plaque-écran à la plaque tubulaire 4 ne dépend 40 plus alors exclusivement des tubes 2„ 72 17490 4 2137971 REVENDICATIONS 1Echangeur thermique à plaques tubulaires fixées dans une enveloppe, comprenant un faisceau de tubes disposé à l'intérieur de l'enveloppe, des raccords d'admission et d'évacuation pour un 5 médium à refroidir circulant à travers les tubes et des raccords d'admission et d'évacuation pour un fluide refroidisseur sous pression circulant autour des tubes, caractérisé en ce que les tubes s'étendent jusqu'à dépasser vers le haut l'une des plaques tubulaires et sont fixés par leur extrémité libre dans une plaque-10 écran fixée à l'enveloppe, placée à quelque distance de ladite plaque tubulaire et ayant une épaisseur beaucoup moindre que cette dernière, et en ce que l'espace formé à l'intérieur de l'enveloppe entre ladite plaque tubulaire et la plaque-écran est pourvu de raccords d'admission et d'évacuation pour un fluide refroidisseur. 15 2.- Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les raccords d'admission et d'évacuation de l'espace compris entre la plaque tubulaire et la plaque-écran sont reliés aux raccords principaux d'admission et d'évacuation de l'enveloppe, de telle sorte que le même fluide refroidisseur circule à travers 20 les deux espaces à refroidir. 3.- Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la plaque tubulaire et la plaque-écran sont reliées par des éléments d'appui supplémentaires disposés entre les tubes.