Brevet FR2343985A1 — publié le 19771007

L'invention se rapporte, premièrement, a un procédé pour obturer un trou ménagé dans une plaque tubulaire d'un échangeur de chaleur pour la réception d'une extrémité d'un tube faisant partie de cet échangeur et soudé a la plaque, ce procédé utilisant un bouchon métallique creux qui contient une matière explosive dont l'action est localement limitée et un détonateur et que l'on introduit dans le trou de la plaque pour qu'il s'y dilate ensuite radialement sous l'effet de l'explosion de la matière explosive, de manière à établir une liaison étanche aux gaz et aux liquides entre le bouchon et la paroi du trou , deuxièmement, un échangeur de chaleur comprenant au moins une plaque tubulaire qui a été obturée localement par application de ce procédé et, troisièmement, à un bouchon à l'aide duquel ce procédé peut être mis en oeuvre. On connaît, pour de telles applications, des bouchons en forme de godet cylindrique présentant une seule cavité ouverte à une extrémité du bouchon et contenant une seule charge explosive pour l'expansion radiale du bouchon. I1 s'est cependant avéré que de tels bouchons ne donnent pas de résultats très durables parce que, après l'explosion de la charge, il subsiste entre le bouchon et la surface de l'échangeur de chaleur qui l'entoure, au droit du fond de cette cavité, une fente accessible à l'un des deux fluides qui circulent dans l'échangeur de chaleur, de sorte qu'il peut se produire une corrosion dite en fissures dans la fente située entre le bouchon et la surface de la plaque tubulaire ou du tube qui entoure ce bouchon. L'invention vise à supprimer le risque de corrosion en fissures au droit des trous ainsi bouchés dans les plaques tubulaires d'échangeurs de chaleur. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que l'on utilise comme bouchon métallique un bouchon présentant deux cavités coaxiales séparées par une cloison, qui s'ouvrent respectivement sur les deux extrémités du bouchon et dont chacune contient une charge explosive et un détonateur et en ce que, après avoir mis ce bouchon en place dans le trou considéré de la plaque tubulaire, on met les deux charges à feu simultanément ou à peu près simultanément.L'explosion des charges d'un tel bouchon plaque les deux parties de paroi séparées par la cloison contre la surface environnante de ltéchangeur sans qutil subsiste une fente entre elles, et la fente qui subsiste au droit de la cloison - se comportant comme un fond pourwles deux cavités - entre le bouchon et la surface environnante n'est accessible à aucun des deux fluides qui circulent dans l'échangeur de chaleur. La mise à feu de la charge explosive dirigée vers l'extérieur, considérée par rapport au tube, peut être effectuée depuis l'extérieur et la mise à feu de la charge explosive dirigée vers l'intérieur peut être produite par le choc de l'explosion de la première charge. I1 n'est donc pas nécessaire dans ce cas de faire passer un détonateur à travers la cloison du bouchon, ce qui évite les fuites que cette traversée risque de provoquer après l'explosion. Pour éviter le risque que des fentes ne subsistent entre la surface environnante et les parties extrêmes du bouchon, il est recommandé d'utiliser un bouchon à deux charges dont les cavités s'évasent vers les extrémités du bouchon. La forme des cavités peut dans ce cas être conique, parabolique ou présenter un autre profil évasé se terminant par une arête vive à l'extrémité du bouchon. Pour obturer un trou d'une plaque tubulaire dans lequel le tube à obturer n'est engagé que sur une partie de l'épaisseur de la plaque, on peut utiliser un bouchon à deux charges explosives qui n' est engagé que dans la partie libre du trou et qui, sous l'effet de l'explosion de ses charges, se soude à joint étanche aux gaz et aux liquides uniquement à la paroi du trou. Toutefois, dans certains cas, on peut également utiliser un bouchon à deux charges explosives dont la partie munie de la charge dirigée vers l'intérieur, considérée par rapport au tube, est engagée dans le tube, tandis que sa partie qui est munie de la charge dirigée vers l'extérieur est logée dans la partie libre du trou de la plaque, de sorte que, sous l'effet de l'explosion des charges, il se forme des liaisons à joint étanche aux gaz et aux liquides, d'une part, entre la partie du bouchon dirigée vers l'intérieur et la surface interne du tube et, d'autre part, entre la partie du bouchon dirigée vers l'extérieur et la paroi du trou.Ce procédé, qui nécessite un bouchon dont le diamètre extérieur est plus petit au droit de l'une des cavités qu'au droit de l'autre cavité, peut également être mis en oeuvre pour l'obturation locale d'une plaque tubulaire dans laquelle les tubes sont engagés sur toute son épaisseur. Toutefois, le tube à obturer doit dans ce cas être éliminé par perçage et/ou alésage sur une partie de l'épaisseur de la plaque tubulaire avant la mise en place du bouchon à deux charges. En général, les tubes traversant toute l'épaisseur de la plaque tubulaire sont soudés à cette plaque sur la face de cette dernière qui est à l'opposé des tubes. L'élimination par alésage d'une partie d'un tube ainsi fixé sur une certaine longueur à partir de cette face de la plaque tubulaire supprime donc la fixation du tube. On peut alors utiliser un bouchon qui est engagé en partie dans ce tube et en partie dans la zone dégagée du trou de la plaque tubulaire et dont l'explosion des charges a pour effet non seulement d'obturer le tube, mais également de le réunir mécaniquement à la plaque tubulaire. Toutefois, dans un tel cas où le tube défectueux traverse toute l'épaisseur de la plaque tubulaire, on peut obturer ce tube également au moyen d'un bouchon logé uniquement dans ce dernier puis souder le tube à la plaque pour supprimer la fuite. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué plus haut, l'invention a également pour objet un échangeur de chaleur dont les plaques tubulaires contiennent chacune au moins un tube obturé, et dans lequel le bouchon utilisé pour cette obturation (a) présente deux cavités coaxiales séparées l'une de l'autre par une cloison et qui s'ouvrent respectivement sur les deux extrémités du bouchon, (b) n'est réuni à joint étanche aux gaz et aux liquides à la surface de l'échangeur de chaleur qui l'entoure que par les parties de ses parois qui entourent ces cavités et (c) est logé soit exclusivement dans le trou correspondant de la plaque tubulaire, soit en partie dans ce trou et en partie dans le tube, soit encore entièrement dans le tube. L'invention a également pour objet un bouchon métallique pour la mise en oeuvre du procédé décrit, comprenant deux cavités coaxiales séparées l'une de l'autre par une cloison, qui s'ouvrent respectivement sur les deux extrémités du bouchon et dont chacune contient une charge explosive et un détonateur. Suivant la façon dont un tel bouchon est logé dans la plaque tubulaire, le bouchon peut présenter des diamètres extérieurs égaux ou différents au droit de ses deux cavités. Dans ce cas, l'une des cavités du bouchon peut contenir un détonateur pouvant être actionné de l'extérieur, par exemple un détonateur électrique, et l'autre cavité peut contenir un détonateur actionné par un percuteur, constitué par exemple par une tige ou une plaquette et qui est appuyé contre la cloison du bouchon. Par ailleurs, les cavités du bouchon peuvent s'élargir progressivement en direction de leurs extrémités ouvertes, par exemple de telle manière que l'épaisseur de la paroi qui entoure chaque cavité soit presque réduite à zéro au bord de la cavité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe d'une partie d'une plaque tubulaire d'un échangeur de chaleur, d'une partie d'un tube de cet échangeur qui est fixé dans un trou de cette plaque et d'un bouchon métallique à expansion par explosion suivant une forme de réalisation connue qui est mis en place dans ce trou pour fermer ce tube - la figure 2 est une coupe analogue à la figure 1 mais représentant la partie de la plaque tubulaire et du tube après l'explosion de la charge explosive du bouchon - la figure 3 est une coupe représentant une partie d'une plaque tubulaire d'un échangeur de chaleur, une partie d'un tube de cet échangeur fixé dans un trou de cette plaque et un bouchon métallique à expansion par explosion suivant l'invention ; - la figure 4 est une coupe analogue à la figure 3 mais représentant la partie de la plaque tubulaire et du tube après l'explosion des charges explosives du bouchon - la figure 5 est une coupe d'une partie d'une plaque tubulaire d'un échangeur de chaleur d'une construction légèrement différente et d'une partie d'un tube fixé dans cette plaque, cette coupe représentant un bouchon métallique à expansion par explosion logé en partie dans la plaque et en partie dans le tube - la figure 6 est une coupe analogue à la figure 5 et représentant une partie de la plaque tubulaire et du tube après l'explosion des charges explosives du bouchon - la figure 7 est une coupe d'une partie d'une plaque tubulaire et d'une partie d'un tube qui font partie d'un échangeur de chaleur suivant encore une autre forme de réalisation ; et - la figure 8 est une coupe analogue représentant une partie de la plaque tubulaire et une partie du tube de la figure 7 mais après l'élimination par alésage du tube sur une partie de l'épaisseur de la plaque. Sur les figures 1, 2 et les figures 3,4, chacun des tubes 1 de l'échangeur de chaleur dont seul l'un est représenté sur les dessins, est engagé par l'une de ses extrémités dans un trou 2 qui traverse une plaque tubulaire 3,et ce tube est soudé en 4 à la plaque tubulaire dans la région de l'extrémité du trou qui est dirigée vers le tube. Si, au cours du fonctionnement, une fuite se produit dans la soudure 4 ou si le tube I se fissure, il est nécessaire de fermer provisoirement le trou 2 à joint étanche aux gaz et aux liquides au moyen d'un bouchon, faute de quoi les deux fluides qui circulent dans l'échangeur de chaleur entreraient en contact entre eux à travers la fuite ou la fissure. I1 a déjà été proposé d'utiliser, pour cette opération d'obturation d'un trou d'une plaque tubulaire et du tube qui débouche dans ce trou, un bouchon métallique à expansion par explosion possédant la construction suivant les figures 1 et 2. Ce bouchon est composé d'un corps métallique 5 en forme de godet dont le diamètre extérieur est légèrement plus petit que le diamètre du trou 2 et dans lequel sont disposées une couche plastique 6, faite par exemple de matière plastique, et une couche d'une substance explosive 7 portant un détonateur 8 qui peut être actionné électriquement de l'extérieur.Pour assurer le centrage du bouchon, on a muni ce dernier de nervures circonférentielles 9 qui ont pour fonction de laisser subsister entre le bouchon 5 et la paroi du trou 2 une fente 10 qui est nécessaire pour déterminer la formation d'une soudure étanche aux gaz et aux liquides entre le bouchon 5 et la plaque tubulaire 3 sous l'effet de l'explosion de la substance 7. L'inconvénient de ce bouchon connu consiste en ce que, après l'explosion de la substance explosive 7, il subsiste de la fente 10 une partie 10a qui est en communication directe avec l'une des enceintes de l'échangeur de chaleur, avec l'enceinte du tube fuyard 1 dans le cas considéré, c'est-à-dire, après l'obturation de ce tube, avec la partie de l'échangeur de chaleur qui entoure les tubes. On a constaté que le risque de corrosion est très important dans une telle fente qui n'est fermée qu'à l'une de ses extrémités. Le bouchon suivant l'invention représenté sur les figures 3 et 4 comprend un corps métallique 11 qui est muni de nervures de centrage 12, qui stajuste dans le trou 2 de la plaque tubulaire 3 en laissant libre une fente 13 et qui présente deux cavités 18, 18a (figure 3) s'ouvrant respectivement sur les deux extrémités du bouchon et dont chacune contient une couche plastique .14 14a une charge explosive 15 15a et un détonateur 16, 17. Le détonateur 16 peut être actionné de l'extérieur par voie électrique et le détonateur 17 est actionné par un percuteur 19 monté axialement mobile dans le corps lI et s'enfonçant dans la matière explosive du détonateur 17 sous l'effet du choc de l'explosion de la charge 15. Il ressort de la figure 4 que, sous l'effet de l'explosion des charges 15 15a, les deux parties terminales du bouchon 15 se réunissent à la plaque tubulaire 3 sans laisser subsister aucune fente entre elles et la plaque tubulaire, de sorte que la partie de fente 13a qui subsiste est isolée des deux enceintes de l'échangeur qui sont séparées l'une de l'autre par le bouchon, ce qui supprime le risque de corrosion en fissures. Le bouchon des figures 5, 6 ne se distingue de celui des figures 3, 4 que par le fait que la partie îla de ce bouchon qui est dirigée vers le tube 1 possède un diamètre suffisamment petit pour s'ajuster dans le tube 1 en laissant une fente 13a. Ce bouchon peut être utilisé lorsque les tubes sont engagés dans les trous 2 à peu près jusqu'à la moitié de l'épaisseur de la plaque tubulaire 3. La figure 6 montre que, sous l'effet de l'explosion des deux charges 15 15a la partie 11 du bouchon se soude à la plaque tubulaire en formant un joint étanche aux gaz et aux liquides et que la partie îla du bouchon se soude au tube 1 en formant un joint étanche aux gaz et aux liquides.Dans ce cas, également, la partie 13b de la fente initiale 13, 13a qui subsiste entre la plaque tubulaire 3, le tube 1 et le bouchon 11, lla est isolée des deux enceintes de l'échangeur de chaleur. Etant donné que le bouchon 11, lla des figures 5 et 6 établit une soudure supplémentaire entre le tube 1 et la plaque tubulaire 3, il peut également être utilisé dans les échangeurs de chaleur dont les tubes 1 traversent entièrement la plaque tubulaire 3 et ont été fixés à cette plaque, par exemple par soudage dans une couche rapportée de matière 20 résistant à la corrosion sur la face de la plaque qui est à l'opposé des tubes. S'il se produit une fuite dans un tel tube ou dans sa soudure de fixation, on peut éliminer le tube par perçage et/ou alésage jusqu'à la moitié de l'épaisseur de la plaque tubulaire 3 de la façon représentée sur la figure 8. Le tube 1 est alors libre dans la plaque 3. Si, ensuite, on met un bouchon 11, îla suivant la figure 5 en place en l'enfonçant en partie dans le trou 2 et en partie dans le tubes, sous l'effet de l'explosion des deux charges de ce bouchon, l'une des parties du bouchon se soude à joint étanche aux gaz et aux liquides à la plaque tubulaire et son autre partie au tube, de sorte que l'opération a pour effet non seulement d'obturer la fuite constatée mais également de souder à nouveau le tube sur la plaque tubulaire. I1 convient de remarquer que les cavités du bouchon 11 ou îla des figures 3, 4 ou des figures 5, 6 peuvent être cylindriques, comme la cavité du bouchon connu des figures 1 et 2. Toutefois, il est préférable que les cavités d'un bouchon selon llinvention présentent une forme qui s 'évase vers l'extrémité ouverte, par exemple une forme conique. On obtient alors avec une plus grande sécurité une soudure sans fente intercalaire entre les parties terminales du bouchon et les surfaces de l'échangeur de chaleur. Lorsque, dans les cas représentés sur les figures 5, 6 et 7, 8, la fuite est localisée 9 la soudure qui assemble le tube à la plaque tubulaire et lorsqu'il est impossible de réparer cette soudure, le bouchon ll ou 11, lla peut assurer la fonction de la soudure, ce bouchon étant percé après sa mise en place et l'explosion, de sorte que le tube considéré peut rester en service dans l'échangeur de chaleur. Il est évident que le bouchon à double charge suivant l'invention possède un avantage supplémentaire consistant dans le fait que les effets de propulsion du bouchon par les charges explosives se neutralisent mutuellement, ce qui réduit à peu près à zéro le risque de détérioration de la soudure qui fixe le tube à la plaque tubulaire par déplacement du bouchon dû à l'explosion. Bien entendu, diverses modifications et variantes pourront être apportées aux procédés et dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour obturer un trou ménagé dans une plaque tubulaire d'un échangeur de chaleur pour la réception d'une extrémité d'un tube faisant partie de cet échangeur et soudé à la plaque, ce procédé utilisant un bouchon métallique creux qui contient une matière explosive dont l'action est localement limitée et un détonateur et que l'on introduit dans le trou de la plaque pour qu'il s'y dilate ensuite radialement sous l'effet de l'explosion de la matière explosive, de manière à établir une liaison étanche aux gaz et aux liquides entre le bouchon et la paroi du trou, ce procédé étant caractérisé- en ce que l'on utilise comme bouchon métallique un bouchon résentant deux cavités coaxiales séparées par une cloison, qui s'ouvrent respectivement sur les deux extrémités du bouchon et dont chacune contient une charge explosive et un détonateur, et en ce que, après avoir mis ce bouchon en place dans le trou considéré de la plaque tubulaire, on met les deux charges à feu simultanément ou à peu près simultanément. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge explosive logée dans la cavité du bouchon qui est dirigée vers l'extérieur par rapport au tube est mise à feu de l'extérieur tandis que la charge explosive dirigée vers l'intérieur est mise à feu par le choc de l'explosion de la première charge. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un bouchon à deux charges dont les cavités s'élargissent progressivement vers leur extrémité ouverte. 4. Procédé suivant la revendication 1, destiné à obturer un trou d'une plaque tubulaire d'échangeur de chaleur dans lequel le tube à obturer n'est engagé que sur une partie de l'épaisseur de cette plaque, caractérisé en ce qu'on utilise un bouchon muni de deux charges explosives, qui n'est engagé que dans la partie libre du trou correspondant et qui, sous l'effet de l'explosion de ses charges, ne se réunit à joint étanche aux gaz et aux liquides qu'à la paroi du trou de la plaque tubulaire. 5. Procédé suivant la revendication 1, destiné à obturer un trou d'une plaque tubulaire d'échangeur de chaleur dans lequel le tube à obturer n'est engagé que sur une partie de l'épaisseur de la plaque, caractérisé en ce qu'on utilise un bouchon muni de deux charges explosives, dont la partie munie de la charge dirigée vers l'intérieur, considéré par rapport au tube, est engagée dans le tube tandis que sa partie qui est munie de la charge dirigée vers l'extérieur est logée dans la partie libre du trou de la plaque, de sorte que, sous l'effet de l'explosion de ces charges, il se forme des liaisons a joint étanche aux gaz et aux liquides, d'une part entre la partie du bouchon dirigée vers l'intérieur et la surface interne du tube et > d'autre part, entre la partie du bouchon dirigée vers l'extérieur et la paroi du trou. 6. Procédé salivant la revendication 5, destiné à obturer localement une plaque tubulaire dans laquelle les tubes sont engagés sur toute son épaisseur, caractérisé en ce que, avant de mettre le bouchon à deux charges en place dans la plaque tubulaire, on procède a un réalésage qui élimine le tube à obturer sur une partie de l'épaisseur de cette plaque. 7. Echangeur de chaleur comprenant au moins une plaque tubulaire qui a été obturée localement par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 6, au moyen d'un bouchon métallique creux, logé dans un trou de la plaque tubulaire, qui contenait initialement une matière explosive et des moyens de détonation, et qui a été dilaté radialement par l'explosion de cette matière, cet échangeur de chaleur étant caractérisé en ce que le bouchon présente deux cavités coaxiales séparées I'une de l'autre par une cloison, qui s'ouvrent respectivement sur les deux extrémités du bouchon et qui n'est réuni à joint étanche aux gaz et aux liquides la surface de l'échangeur de chaleur qui entoure ce bouchon que par les parties de paroi du bouchon qui entourent ses cavités. 8. Echangeur de chaleur suivant la revendication 7, comprenant au moins une plaque tubulaire, et dans lequel, du moins dans le trou obturé par le bouchon, le tube n'est engagé que sur une partie de l'épaisseur de cette plaque, cet échangeur étant caractérisé en ce que ce bouchon n'est logé que dans la partie libre du trou considéré et n'est réuni à joint étanche aux gaz et aux liquides qu'a la paroi de ce trou. 9. Echangeur de chaleur suivant la revendication 7, comprenant au moins une plaque tubulaire et dans lequel, au moins dans le trou de la plaque tubulaire qui est obturé par le bouchon, le tube n'est engagé que sur une partie de l'épaisseur de cette plaque, cet échangeur étant caractérisé en ce que la partie de ce bouchon qui présente-la cavité dirigée vers l'intérieur, considéré par rapport au tube en question, est engagée dans ce tube tandis que la partie de ce bouchon qui présente la cavité dirigée vers l'extérieur est engagée dans le trou correspondant de la plaque tubulaire, et en ce que la première partie du bouchon est réunie à joint étanche aux gaz et aux liquides à la surface interne de ce tube et en ce que sa deuxième partie est réunie à joint étanche aux gaz et aux liquides à la paroi du trou. 10. Bouchon pour-la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il présente deux cavités coaxiales séparées par une cloison, qui s'ouvrent respectivement sur ses deux extrémités, et dont chacune contient une charge explosive et un détonateur. 11. Bouchon suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'au moins ses diamètres extérieurs sont égaux au droit des cavités. 12. Bouchon suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il présente au droit d'une cavité un diamètre extérieur plus petit que celui qu'il présente au droit de l'autre cavité. 13. Bouchon suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le détonateur pour la charge explosive de l'une des cavités est actionné de l'extérieur et en ce que le détonateur pour la charge explosive de l'autre cavité est muni d'un percuteur disposé contre la cloison du bcuchon. 14. Bouchon suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ses cavités s'élargissent progressivement en direction de leurs extrémités ouvertes.