Brevet FR2287668A1 — publié le 19760507

La présente invention due à id collaboration du COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE et de STEIN-INDUSTRIE, en particulier de Messieurs Pierre POUDERDUX, Jean ANDRO, Guy SALON et Jean PERRIER, a pour objet un dispositif de protection utilisable dans les échangeurs de chaleur. On connaît des échangeurs dans lesquels un fluide primaire apporte des calories à un fluide secondaire parcourant un faisceau de tubes de circulation, ceux-ci étant rendus solidaires d'une plaque tubulaire présentant des orifices de passage dans lesquels s'adaptent lesdits tubes. L'invention s'applique plus particulièrement aux échangeurs dans lesquels le fluide primaire est constitué par un mental liquide, notamment du sodium, le fluide secondaire étant formé par de l'eau transformée partiellementou totalement en vapeur. Dans les échangeurs à plaques tubulaires, la liaison entre ces plaques et les tubes est réalisée au moyen de soudures. On constate alors, en fonctionnement, l'existence de gradients therm,lq-ues importants donc de contralntes, au niveau de ces soudures, car les plaques et les tubes sont fortement chauffés d'un côté par le fluide primaire et sont énergiquement refroidis de l'autre, par le fluide secondaire. Par aslleursr il se produit fréquemment, du sein de l'écoulement du fluide primaire, des variations de température notables qui entraînent l'apparition de contraintes supplémentaires variables en intensité et en direction mais qui s'exercent également dans les plaques tubulaires au niveau des soudures avec les tubes. Diverses solutions ont déjà été envisagées pour limiter la création de telles contraintes. On a tenté de réduire le transfert des calories entre les fluides primaire et secon daire au niveau des 3onctions soudées entre les tubes et les plaques. C'est ainsi qu'il a été envisagé d'utiliser des manchettes tubulaires entourant chaque jonction et délimitant, avec la paroi externe du tube auquel elle est associée, un espace annulaire de protection. Cependant, dans de telles réalisations, le volume délimité entre la paroi extérieure des tubes et la paroi intérieure des manchettes est en communication directe avec l'échan geur, de sorte qu'il n'y a pas vraiment création de volumes clos contenant du sodium stagnant. Plus récemment, il a été proposé un dispositif de protection pour les échangeurs de chaleur qui utilisent encore des manchettes cylindriques coaxiales aux tubes parcourus par le fluide secondaire, mais dont la conception et la forme sont telles que lesdits volumes sont fermés autour des jonctions, et éventuellement mis en communication avec le reste de l'échangeur par des ouvertures de petites dimensions. Dans ces dispositifs de protection, les manchettes associées au faisceau de tubes sont munies, à une de leurs extrémités, de collerettes qui s'imbriquent les unes dans les autres. Bien que cette disposition procure une sécurité de fonctionnement améliorée par rapport aux dispositifs antérieurs, l'existence des collerettes conduit à un montage qui nécessite l'imbrication des collerettes les unes dans les autres, notamment par vissage, ce qui impose de monter les tubes et leur manchette couche après couche. D'aute part, dans de tels dispositifs, les manchettes sont solidaires de la plaque tubulaire inférieure et le blocage de l'ensemble des manchettes est réalisé par une ceinture de frettage entourant les manchettes périphériques. Ces moyens d'assemblage sont donc complexes. La présente invention a justement pour objet un dispositif de protection thermique qui est plus simple dans sa conception et dans sa mise en oeuvre que ceux de l'art antérieur et dont les performances sont-équivalentes. Selon la caractéristique essentielle de l'invention, les manchettes disposées autour des tubes ne comportent plus de collerettes imbriquées les unes dans les autres, et elles sont suspendues à une plaque perforée ; cette plaque délimite avec lesdites manchettes et la plaque tubulaire des volumes pratiquement clos, remplis de sodium stagnant, ce qui réduit considérablement les gradients thermiques et, par conséquent, les contraintes. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un dispositif de protection pour échangeur de chaleur à plaques tubulaires qui comprend, dans une virole externe, un faisceau de tubes de circulation liés a une de leurs extrémités à iine plaque tubulaire et comportant, pour chaque tube, une manchette cylindrique coaxiale entourant le tube avec jeu sur une partie de sa longueur et au voisinage des extrémités liées à ladite plaque tubulaire, ledit dispositif de protection étant caractérisé en ce que lesdites manchettes sont suspendues par leur extrémité supérieure à une plaque perforée présentant des orifices de passage dans lesquels s'adaptent lesdites manchettes, ladite plaque perforée étant fixée à une virole dont la base s'applique contre la plaque tubulaire par l'effet de tirants disposés entre la plaque tubulaire et la plaque perforée. Le dispositif de l'invention réalise ainsi une protection thermique efficace au niveau des soudures des tubes avec la plaque tubulaire. De plus, il protège les tubes contre les effets dus à une fuite pouvant survenir au niveau des soudures entre tubes et plaque. Le dispositif de l'invention ne supporte pas de surpression en cas de rupture d'un tube au niveau des plaques et ne risque donc pas de déformer ou drendom mager les tubes voisins. Enfin, il se prête facilement à la détection de fuites au niveau des plaques, par la détection d'hydrogène effectuée à l'aide de moyens de prélèvement disposés dans la zone de transition créée entre la plaque perforée et la plaque tubulaire. De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique d'un échangeur de chaleur à plaques tubulaires équipé du dispositif de protection de l'invention - la figure 2 représente une coupe du dispositif de protection conforme à l'invention. Sur la figure 1, est représenté schématiquement un échangeur de chaleur constitué par une virole extérieure 2 contenant un faisceau de tubes de circulation 4, parcourus par un fluide secondaire introduit dans l'échangeur par un conduit inférieur 6 et guidé vers l'extérieur par un conduit de sortie 8. Le fluide primaire circule à l'intérieur de la virole 2 et entre les tubes 4. I1 est introduit par un conduit d'arrivée 10 et extrait par un conduit de sortie 12 A la partie inférieure de l'échangeur, les tubes 4 sont rendus solidaires d'une plaque tubulaire 14 présentant des orifices de passage 16 dans lesquels s'adaptent les tubes 4. A la partie supérieure, l'arrangement entre les tubes et la plaque tubulaire est le même. L'échangeur représenté est muni, à sa partie inférieure, dtun dispositif de protection 18 qui va maintenant être décrit en détail à l'aide de la figure 2. On retrouve sur cette figure des éléments représentés sur la figure 1 et qui portent, pour simplifier, les mêmes références. C'est le cas des tubes 4 parcourus par le fluide secondaire, de la plaque ttubulaire 14 munie d'ouvertures 16 et de la virole extérieure 2. Selon l'invention, le dispositif de protection thermique comprend des manchettes 20 entourant chaque tube 4, lesdites manchettes étant suspendues à leur extrémité supérieure à une plaque perforée 22. Ces manchettes peuvent par exemple être soudées sur ladite plaque perforée au droit des ouvertures 24 ménagées dans la plaque et adaptées au diamètre des manchettes. Une virole 26 est soudée sur la plaque perforée 22 et l'ensemble plaque 22 - virole 26 est appliqué, par la base 28 de la virole, contre le plaque tubulaire 14. Cette application s'effectue par des tirants 30 vissés dans la plaque tubulaire et coopérant avec des écrous 32 disposés du côté de la plaque perforée 22. Chaque manchette 20 présente avantageusement, à son extrémité inférieure, près de la plaque tubulaire 14, au moins un orifice 34 permettant le passage du sodium lors d'une opération de vidange ou de prélèvement. La plaque perforée 22 peut avantageusement être pLO- longée jusqu'au voisinage de la virole 2 de l'échangeur, pour assurer la protection de la liaison plaque tubulaire 14-virole 26. Après cette description, il est clair que la mise en place dans l'échangeur d'un tel dispositif, est particulièrement aisée car la fixation sur la plaque tubulaire 14 s'effectue simplement par l'intermédiaire de la virole 26 et des tirants 30. D'autre part, on remarquera que la partie inférieure des manchettes 20 n'est pas nécessairement en contact avec la plaque tubulaire 14. Enfin, les manchettes extérieures ne jouent aucun rôle dans le maintien et la fixation de l'ensemble sur la plaque tubulaire, ce qui réduit les contraintes sur ces manchettes. En plus des avantages ayant trait à la protection thermique et la simplicité de montage qui viennent d'être soulignés, le dispositif de l'invention en procure d'autres qui tiennent, en particulier, à la possibilité d'utiliser des dispositifs annexes de contrôle de l'étanchéité de l'échangeur. A cette fin, le dispositif peut comprendre en outre, contre la face intérieure de la plaque perforée 22, un tube 40 destiné au prélèvement du fluide primaire. Ce tube 40 peut être muni d'orifices 42 débouchant dans le volume délimité par la plaque perfore 22, la virole 26 et la plaque tubulaire 14 ; ce tube est relié par un conduit 44 à des pompes de prélèvement de sodium et des moyens d'analyse non représentés. Selon une autre variante de réalisation, le dispositif peut comporter en outre un tube d'injection d'hydrogène 46, permettant d'étalonner le système de détection de fuites. Après cette description, on voit que le dispositif de l'invention présente un grand nombre d'avantages qu'on peut résumer ainsi - le sodium, situé entre la plaque perfore L2 t la plaque tubulaire 14 et entre les manchettes et les tubes, est relativement statique, de sorte qu'il s'établit, dans cette zone de transition, un faible gradient de températre ; - les manchettes entourant les tubes d'échange pro tègent chaque tube de ses voisins ; ; - la section entre tubes d'échange et manchettes est constante et permet l'évacuation des produits de réaction en cas de réaction violente et c'est la manchette qui supporte seule, dans ce cas, la surpression j - la mise en oeuvre du dispositif est simple - un tube de prélèvement peut être aisément disposé sous la plaque perforée, ce qui permet le contrôle de la pureté du sodium. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection pour échangeur de chaleur comprenant, dans une virole externe, un faisceau de tubes de circulation liés à une de leurs extrémités à une plaque tubulaire et comportant, pour chaque tube, une manchette cylindrique coaxiale, entourant le tube avec jeu sur une partie de sa longueur au voisinage des extrémités liées à ladite plaque tubulaire, caractérisé en ce que lesdites manchettes sont suspendues par leur extrémité supérieure à une plaque perforée présentant des orifices de passage dans lesquels s'adaptent lesdites manchettes, ladite plaque perforée étant fixée à une virole dont la base s'applique contre la plaque tubulaire par l'effet de tirants disposés entre la plaque tubulaire et la plaque perforée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties supérieures des manchettes sont soudées à la plaque perforée. 3. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérise en ce que chaque manchette comporte au moins un orifice au voisinage de l'extrémité inférieure située près de la plaque tubulaire. 4. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque perforée se prolonge Jusqu'à la virole externe de l'échangeur. 5. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un tube de prélèvement débouchant sous ladite plaque perforée. 6. Dispositif de protection selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tube d'injection d'hydrogène sous la plaque perforée.