Brevet FR2370944A1 — publié le 19780609

La présente invention concerne un dispositif destiné à équiper des échangeurs de chaleur pour éviter que le système de tubes chauffé par de la vapeur ne subisse une érosion en cas d'amené de vapeur de chauffe contenant de l'eau et qui passe dans l'espace à vapeur par des fenêtres d'entrée de vapeur. Les liquides véhiculés dans les tubes d'échangeurs de chaleur sont fréquemment chauffés par de la vapeur et il en est ainsi par exemple pour le-préchauffage de l'eau d'alimentation dans des centrales électriques à vapeur. La vapeur se présente alors souvent sous forme de vapeur saturée ayant une certaine teneur en eau. Dans des centrales nucléaires, par exemple, -la vapeur présente au bout des premières phases de travail, c'est-à-dire lorsqu'elle possède encore une forte den sité, des taux d'humidité élevés. L'utilisation d'une telle vapeur humide en tant que fluide chauffant dans des échangeurs de chaleur est problématique.Aux vitesses élevées qui sont communiquées a' la vapeur pour des raisons constructives, les tubes subissent des phénomènes d'érosion par suite de l'eau entralnée par la vapeur. Des dégâts de ce genre sont causés en particulier aux parties du système dè tubes qui sont directement soumises au courant de vapeur humide entrant dans l'espace à vapeur par les fenêtres d'entrée de vapeur de la paroi. Il est connu de permettre aux gouttes d'eau entraînées avec la vapeur humide d'être isolées de celle-ci par des moyens spéciaux prévus séparément. A cette fin, on utilise entre autres l'action de cycl-ones, chicanes et organes d'extraction d'humidité. Des dispositifs de ce genre, qui visent à séparer l'eau à un haut degré de la vapeur, nécessitent une vitesse d'afflux relativement faible. Ceci conduit à un encombrement relativement important de ces différents organes. Or, la présente invention cherche à éviter l'érosion des tubes d'échangeurs de chaleur par une autre voie. Il s'agit suivant la présente invention de permettre, sans avoir recours à des appareils additionnels encombrants, de supprimer l'action érosive exercée sur les tubes d'échangeurs de chaleur par l'eau entraînée par la vapeur. La solution apportée à ce problème suivant la présente invention consiste à ce que les fenetres d'entrée de vapeur présentent individuellement un remplissage perméable au mélange vapeur/eau et dont la densité est telle que l'énergie cinétique de l'eau entraînée par la vapeur soit dissipée en grande partie lors de son passage par le remplissage. Suivant la présente invention, le remplissage est constitué de préférence par des fils métalliques minces entrelacés sous la forme d'un tapis ou liés de manière irrégulière. Un tel dispositif permet de supprimer efficacement l'érosion de tubes. Les tapis en fils minces entrelacés ou liés irrégulièrement ou sous forme de feutre ressemblent aux organes d'extraction dthumidité connus tels qu'ils sont utilisés par exemple pour séparer des gouttes d'eau d'une vapeur humide. Cependant, l'utilisation des tapis suivant l'invention ne vise pas à obtenir cette action de séparation. A des vitesses de déplacement élevées de la vapeur cette action ne peut d'ailleurs pas se produire. L'utilisation du tapis suivant la présente invention a plutat pour but de permettre à l'énergie cinétique des gouttes d'eau entraînées d'être dissipée dans une large mesure avant l'entrée dans l'espace à vapeur de sorte qu'une érosion des tubes n risque pas de se produire. Cette action est fondée sur le fait que les gouttes d'eau contenues dans la vapeur humide heurtent des fils du tapis, se trouvent ainsi freinées et poursuivent leur trajet sous une forme plus finement divisée. Suivant une autre forme de réalisation de la présente invention on utilise pour le remplissage, au lieu du tapis en fils métalliques minces, des tôles dites de métal déployé disposées en une ou plusieurs couches. Suivant encore une autre forme de réalisation de l'invention, on peut utiliser des tales perforées en une ou plusieurs couches. Il est en outre également prévu,suivant la présente invention, d'utiliser un remplissage formé d'une combinaison du tapis en fils minces entrelacés ou liés irrégulièrement avec uneou plusieurs tôle(s) perforée(s) ou en métal déployé reliée(s) au tapis. Enfin, une dernière forme de réalisation de l'invention consiste à n'équiper du remplissage que certaines des fenêtres d'entrée de vapeur. Suivant l'invention, la densité du-remplissage est choisie de façon à obtenirunedissipation d'énergie suffisante et capable d'éviter l'érosion. Il s'agit d'optimiser la densité du remplissage de manière à concilier une dissipation d'énergie suffisante pour éviter l'érosion avec une chute de pression aussi réduite que possible. Un tel compromis optimal peut astre avantageusement établi au cours d'essais. Une densité détermi- née du tapis peut être obtenue par exemple par un degré correspondant de pressage préalable ou d'entrelacement. On peut également agir sur cette densité du tapis par le choix de l'épaisseur et de la forme du fil. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré au dessin annexé. La figure unique est une coupe transversale dlun réchauffeur d'eau d'alimentation. Son récipient comportant la paroi 1 est équipé d'un ensemble de tubes 2 qui s'étend sur une partie ou l'ensemble de la section de l'espace à vapeur 3 et véhicule le liquide à réchauffer. La vapeur de chauffe s'écoule par la tubulure 4 dans la double paroi en forme de segment annulaire 5 pour passer enfin par l'intermédiaire des fenêtres d'entrée de vapeur 6 dans l'espace à vapeur 3 de ltéchangeur de chaleur. Le nombre et la taille des fenêtres d'entrée de vapeur reparties sur la paroi 1, également en direction axiale, sont déterminés par des données constructives. Les fenêtres d'entrée de vapeur 6 sont chacune munies d'un remplissage qui, constitué par un tapis 8 en fils métalliques minces tressés ou pressés sous forme de feutre, est maintenu dans un cadre 9. En heurtant le tapis, les gouttes d'eau entraînées lors de l'entrée de la vapeur dans le récipient subissent une perte d'énergie cinétique, en se divisant, de façon à supprimer l'action érosive normalement produite par le mélange vapeur/eau sur les tubes. L'eau entraînée fréquemment le long de la paroi 1 à l'intérieur de la double paroi 5 par suite de certains phénomènes de condensation et d'écoulement est également mise hors d'état de nuiré, en ce qui concerne l'action érosive, par le tapis 8 qui dissipe de l'énergie et réduit 1'accumulation- d'eau. Dans la fenêtre d'entrée de vapeur représentée en haut sur la figure le tapis est combiné avec une tôle perforée 7 qui le précède. Au lieu de la tôle perforée peut également être utilisée une tôle dite de métal déployé. Il est en outre possi- ble de prévoir les tôles perforées ou de métal déployé en combinaison avec le tapis de façon à obtenir une structure a' couches multiples. Dans ce cas, les tôles perforées ou en métal déployé peuvent être placées soit d'un côté soit des deux côtés du tapis. Enfin, le remplissage peut être constitué exclusivement par des tôles perforées ou des tôles en métal déployé. Dans le cas d'une structure à couches multiples composées de tôles perforées celles-ci sont reliées entre elles et espacées d'une faible distance par interposition de pièces d'éc tement. En cas d'utilisation de tôles en métal déployé un certain espacement entre les différentes tôles est déjà obtenu par suite de l'épaisseur de la tôle déformée. Cependant, ici aussi le choix d'une autre distance entre les tôles peut être avantageux pour influer sur l'action du dispositif. Il peut être utile, en présence de multiples fenêtres d'entrée de vapeur, de n'équiper l'une ou quelques-unes d'entre elles du remplissage, dans la mesure où cela suffit déjà à écarter l'action érosive de la vapeur humide sur le système de tubes. A condition -d'optimiser correctement les effets du remplissage, la chute de pression inévitablement subie par la vapeur de chauffe en cas d'utilisation des tapis dans les fenêtres d'entrée de vapeur est faible et peut Xetre acceptée, compte tenu des avantages que la protection des tubes offre. Dans le cadre de la présente invention, on peut également utiliser pour les tapis, au lieu de fils métalliques, une autre matière quelconque en forme de fil double d'une résistance mécanique suffisante et présentée sous une forme liée lrrégu- lièrement. En outre, les tôles perforées ou de métal déployé utilisées à la place du tapis ou en combinaison avec celui-ci peuvent être réalisées de diverses façon en ce qui concerne les formes des ouvertures. REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à équiper des échangeurs de chaleur afin d'éviter que le système de tubes chauffé par la vapeur ne subisse une érosion en cas d'amenée de vapeur de chauffe contenant de l'eau et qui passe par des fenêtres d'entrée de vapeur dans l'espace à vapeur, caractérisé en ce que les fenêtres entrée de vapeur présentent individuellement un remplissage perméable au mélange vapeur/eau et dont la densité est telle que l'énergie cinétique de l'eau libre entraînée avec la vapeur soit dissipée dans une large mesure par le remplissage lors du passage du mélange vapeur/eau à travers celui-ci. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage est constitué par des fils métalliques minces entrelacés sous la forme d'un tapis ou liés d'une manière irrégulière. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage est constitué par une tôle en métal déployé ou par plusieurs tôles en métal déployé reliées entre elles pour former une structure à couches multiples. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage est constitué par une tôle perforée ou par plusieurs tôles perforées reliées entre elles de façon à former une structure à plusieurs couches. 5 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage est constitué par la combinaison d'un tapis en fits métslliques mincesentrelacés tu reliés irréga- lièrement avec une ou plusieurs tôle(s) perforée(s) ou en métal déployé relié(s) au tapis. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une partie seulement des fenêtres d'entrée de vapeur de l'échangeur de chaleur est équipée d'un remplissage perméable au mélange vapeur/eau.