Brevet FR2347639A1 — publié le 19771104

La présente invention concerne un tube en U de grande longueur a branches aller et retour séparées par une distance relativement faible, pour échangeur indirect de chaleur entre deux fluides dont l'un au moins subit une variation de température importante a son passage au contact de la surface d'échange de chaleur du tube. Elle concerne également des faisceaux de tubes en U de ce genre. De tels tubes en U sont employés depuis longtemps dans des échangeurs de chaleur0 On a cependant été conduit récemment a appliquer des faisceaux de tubes de ce genre pour la transmission de débits de chaleur extrêmement élevés ce qui conduit a de grandes longueurs des branches des tubes, pouvant dépasser 10 ou même 20 metres.Si l'une des branches est à une temperature moyenne notablement supérieure a celle de }'autre, dans le cas où soit le fluide interne au tube, soit le fluide externe, soit les deux, subissent des écarts de température importants de l'entrée la sortie de la surface d'échangeur de chaleur, la dilatation plus forte de la branche en question entraîne une contrainte excessive sur la partie du tube réunissant les deux branches, et par suite sa déformation ou même sa rupture, à moins que l'on n'écarte beaucoup ces deux dernieres l'une de l'autre, ce qui augmente alors de façon excessive la dimension transversale et le coût de l'échangeur. La présente invention a pour but de remédier a ces inconvenients, et de procurer un tube en U de grande longueur à branches aller et retour séparées par une distance relativement faible, qui puisse être utilisé dans un échange indirect de chaleur où l'un au moins des fluides subit un écart de température important, sans qu'il apparaisse de contrainte excessive et de risque de deformation ou de rupture de la partie du tube reliant les deux branches. Le tube en U selon l'invention est caractérisé en ce que sa partie reliant les branches aller et retour comporte au moins une boucle latérale dans un plan formant un angle notable avec le plan formé par lesdites branches, et de longueur suffisante pour permettre la dilatation différentielle des deux branches sans apparition de contraintes risquant de provoquer la détérioration du tube. De préférence, le plan de la boucle reliant les deux branches aller et retour du tube est sensiblement perpendiculaire au plan formé par ces deux branches, car c'est dans ce cas que la diminution des contraintes est maximale. La boucle de liaison comprend avantageusement deux branches paralleles. Un faisceau de tubes en U selon l'invention est caractérisé en ce que ses tubes dont les branches aller et retour sont les plus proches les unes des autres comprennent chacun une boucle latérale telle que définie ci-dessus, les tubes dont les branches aller et retour sont les plus éloignées ne comportant pas nécessairement une telle boucle, car la longueur de la partie des tubes reliant les deux branches lui permet de s'adapter aux dilatations différentielles sans contraintes excessives. Il est décrit ci-apres, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, des faisceaux de section droite respectivement rectangulaire et circulaire de tubes en U selon l'invention, pour la surchauffe de vapeur d'eau à pression modérée circulant entre les tubes par échange de chaleur avec de la vapeur d'eau sous pression plus élevée circulant dans les tubes. La figure 1 est une vue en perspective d'une partie des tubes d'un faisceau de section droite rectangulaire dans la zone d'extrémité, les tubes internes du faisceau comportant les boucles latétales facilitant leur dilatation différentielle, et les tubes externes ne comportant pas de boucle. La figure 2 est une vue en élévation de l'extrémité du même faisceau, avec arrachement de la plupart des tubes externes dépourvus de boucle de dilatation différentielle. La figure 3 est une vue en élévation latérale avec arrachement partiel des tubes du même faisceau. La figure 4 est une vue en plan, avec arrachement partiel de certains tubes et coupe de certains autres, du même faisceau. La figure 5 est une vue en élévation de l'extrémité d'un faisceau de section droite circulaire. La figure 6 est une vue en élévation latérale avec arrachement partiel des tubes du faisceau de la figure 5. La figure 7 est une vue en plan, avec arrachement partiel de certains tubes et coupe de certains autres, du faisceau de la figure 5. Dans la figure 1, la plaque de support des tubes la plus voisine de leur extrémité est désignée par 1. La disposition générale des tubes est en quinconce. Le faisceau tubulaire comporte en premier lieu des tubes extérieurs en U du type habituel 2, disposés dans des plans verticaux, l'écartement des branches supérieure et inférieure des tubes étant suffisant pour permettre leur dilatation différentielle sans contraintes excessives. Le faisceau tubulaire comporte en outre dans sa partie centrale des tubes munis d'une boucle latérale dans un plan perpendiculaire à celui des branches aller et retour. Il est représenté sur la figure en trait plein des tubes externes tels que 3, 4, 5, 6. Le tube 3 comporte une branche aller 3A, puis une boucle comprenant une partie horizontale 7, une partie verticale 8, et à nouveau une partie horizontale 9 parallele à la partie 7, se raccordant à la branche de retour 10 du tube. Les parties verticales des boucles sont disposées dans un même plan vertical, la largeur latérale des boucles étant donc constante, abstraction faite de la légère différence due à la disposition en quinconce des tubes. Une autre rangée de tubes comportera des boucles disposées de la mime manière, mais décalées vers l'intérieur du pas d'écartement latéral des rangées de tubes, par exemple la boucle comprenant la partie horizontale 11, la partie verticale 12 et la partie horizontale 13 (figures 2 et 3). De la sorte les longueurs des boucles latérales rabattues dans un plan perpendiculaire sont sensiblement constantes, ce qui permet de réduire sensiblement au meme niveau les contraintes résiduelles s'exerçant sur les tubes. La figure 4 permet de mieux voir les positions relatives des parties verticales des boucles latérales, qui se disposent suivant une première rangée correspondant aux tubes 3, 5, 7 et 4, 6, 8 ..., une seconde rangée correspondant aux tubes tels que 14 et 15, une troisieme rangée représentée en coupe en 33, etc..., l'ensemble des rangées s'alignant dans des plans verticaux parallèles au plan de trave 25 dans la figure 4, 450 par rapport au plan de symétrie du faisceau tubulaire. Les figures 5 à 7 représentent des vues analogues à celles des figures 2 à 4, mais relatives à un faisceau tubulaire de section droite circulaire. La plaque de support des tubes la plus voisine de leur extrémité y est également désignée par 1. Le faisceau contenu dans la virole cylindrique 31, se raccordant par un tronçon conique 32 au corps principal cylindrique de l'echangeur, comprend également des tubes extérieurs en U du type habituel, tels que 2 à 22, disposés en totalité dans des plans verticaux. Il comprend en outre des tubes munis d'une boucle latérale dans un plan perpendiculaire à celui des branches aller et retour, tels que le tube 3, dont la boucle latérale se compose ttune branche horizontale supérieure 7, une branche verticale 8 et une branche horizontale inférieure 9, le tube de retour étant désigné par 10. Le tube 4, adjacent au tube 3, comporte une boucle latérale composée d'une branche horizontale supérieure 11, d'une branche verticale 12 dans le même plan vertical que la branche 8 du tube- 3, et d'une branche horizontale inférieure 13. Les tubes plus proches du centre du faisceau que les tubes 3 et 4 comportent également des boucles, dont les branches verticales sont disposées, dans des plans plus proches du plan vertical de symétrie de celui-ci, et se répartissent dans des plans paralleles au plan vertical de trace 25 sur la figure 7. Bien que les dispositions des tubes qui viennent d'être décrites en référence aux figures du dessin paraissent préférables, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1/ Tube en U de grande longueur à branches aller et retour séparées par une distance relativement faible, pour échangeur de chaleur entre deux fluides dont l'un au moins subit une variation de temperature importante entre son entrée et sa sortie de l'échangeur, caractérisé en ce que la partie du tube (3 fig. 1) reliant les branches aller et retour comporte au moins une boucle latérale (7,8,9) dans un plan formant un angle notable avec le plan formé par lesdites branches aller et retour, et de longueur suffisante pour permettre la dilatation différentielle des deux branches sans apparition de contraintes risquant de provoquer la détérioration du tube. 2/ Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de la boucle latérale reliant les deux branches aller et retour du tube est sensiblement perpendiculaire au plan formé par ces deux branches. 3/ Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boucle latérale reliant les deux branches aller et retour comprend deux segments parallèles (7,9). 4/ Faisceau de tubes en U de grande longueur pour échangeur de chaleur entre deux fluides dont l'un au moins subit une variation de température importante entre son entrée et sa sortie de l'échangeur, caractérisé en ce que les tubes du faiceau dont les branches aller et retour sont les plus proches les unes des autres sont des tubes selon l'une des revendications 1 à 3. 5/ Faisceau de tubes en U selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tubes du faisceau dont les branches aller et retour sont les plus éloignées les unes des autres (2) ne comportent pas de boucle latérale hors de leur plan.