Brevet FR2431346A1 — publié le 19800215

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur et, plus particulièrement, le type d'échangeurs de chaleur qui utilisent un groupe de tubes parallèles et espaces supportés par des plaques tubulaires et enfermés sdans une enveloppe tubulaire, ltensemble des tubes et des plaques tubulaires étant désigné ci-après par 'tfaisceau tu bullaire'1. Dans les échangeurs de chaleur du type précité, il a été proposé d'utiliser un faisceau tubulaire comportant des plaques tubulaires assez épaisses percées pour y introduire les extrémités des tubes qui sont déformées radialement vers l'extérieur pour venir en prise avec les parois des orifices. Lorsqu'il est nécessaire d'établir une étanchéité aux fluides entre la surface externe des tubes et les parois des orifices, il est courant de souder d'une façon étanche les extrémités des tubes autour des joints entre ces derniers et les orifices. Les échangeurs de chaleur comportant de tels faisceaux tubulaires présentent certains inconvénients, par exemple ils rendent difficile un examen satisfaisant des soudures.Dans certaines conditions, lorsque les soudures entrent en contact avec des fluides corrosifs, des défauts alvéolaires qui ntont pas été détectés dans les soudures peuvent accumuler une certaine quantité de fluide et etre ultérieurement la cause de graves défaillances nécessitant une réparation de ltéqui- pement qui peut etre difficilement réalisable. Il a également e'été proposé, pour réaliser un faisceau tubulaire destiné à un échangeur de chaleur, dTassem bler les plaques tubulaires à distance 11 une de l'autre au moyen des tubes qui sont fixés aux extrémités sans brides de viroles bridées, ces dernières étant reliées aux extre- mités des tubes et par leurs brides aux plaques tubulaires. Les viroles sont de préférence des pièces forgées et les joints entre les brides des viroles et les plaques tubulaires, ainsi qu'entre les viroles et les extrémités des tubes, sont réalisés par des soudures bout à bout. On a constaté qu2 ces faisceaux tubulaires réalisés selon cette dernière proposition, lorsqu'ils sont utilisés avec des fluides corrosifs, sont sujets à la corrosion, notamment par les grains extrêmes exposés à la surface de la pièce forgée et à ltéro- sion due à la turbulence créée à l'intérieur du tube par la présence d'un bourrelet interne à l'endroit où se trouve la soudure bout à bout entre les viroles et ltextrémité des tubes. Selon la présente invention, un procédé de réalisation d'un faisceau tubulaire pour un échangeur de chaleur dans lequel un groupe de tubes parallèles et espacés est supporté par des plaques tubulaires aux extrémités dudit tube, consiste à déposer une matière d'apport de soudure autour des extrémités de chaque tube, à usiner la matière déposée pour former une bride annulaire autour de ltextré- mité de chaque tube et à souder lesdites brides aux orifices des plaques tubulaires. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une coupe d'un échangeur de chaleur ; et la figure 2 est une coupe à grande échelle de la partie de la figure 1 entourée du cercle désigné par Il. L'échangeur de chaleur, qui est représenté verticalement sur la figure 1, est d'une construction composite et est constitué de tubes et plaques en acier inoxydable. Un faisceau tubulaire 1 se compose d'un groupe de tubes parallèles et espacés 2 supportés à leurs extrémités par des plaques tubulaires 3. Le faisceau tubulaire 1 est relié à des colliers 4 d'une enveloppe préfabriquée 5 par des soudures bout à bout 6 à la périphérie des plaques tubulaires 3. Un soufflet 7 comportant quatre circonvolutions 8 définit une section expansible de ltenveloppe 5 pour compenser toute différence de dilatation thermique du faisceau tubulaire 1 et de l'enveloppe. L'enveloppe 5 se prolonge au-delà des plaques tubulaires 3 pour délimiter une chambre supérieure 9 et à sa base une chambre tubulaire 10 fermée par un couvercle bombe 11 présentant un raccord 12 se prolongeant vers le bas.Un grand tube de raccordement 13 solidaire de l'enveloppe 5 et situé entre les plaques tubulaires 3 donne accès à une chambre 14 délimitée par l'enveloppe 5 et les plaques tubulaires et deux plus petits tubes de branchement 15, 16, sont situés à proximité de la plaque tubulaire inférieure 3. Dans la région supérieure de l'enveloppe 5 à proximité de la plaque tubulaire supérieure 3 se trouvent des tubes de branchement 17, 18, 19. Les tubes de branchement 15, 16, 17, 18, communiquent avec la chambre 14 de l'enveloppe, tandis que le tube de branchement 19 communique avec la région de l'enveloppe située immédiatement au-dessus de la plaque tubulaire supérieure. L'échangeur de chaleur est destiné à être supporté dans la position verticale représentée sur la figure 1 par des consoles 20 fixées à l'enveloppe. L'échangeur de chaleur peut être utilisé comme évaporateur dans un appareil destiné à réduire le volume d'un effluent radioactif et à récupérer l'acide nitrique de ce dernier qui provient du traitement d'éléments combustibles irradiés d'un réacteur nucléaire. La liqueur radioactive dont le volume doit être réduit est introduite dans les tubes de 1 t évaporateur par le raccord 12 et de la vapeur d'eau ou autre vapeur chaude est introduite dans la chambre 14 par le raccord 13. La vapeur engendrée par échange de chaleur entre la vapeur d'eau chaude contenue dans la chambre 14 et la liqueur contenue dans les tubes 2 passe par l'intermédiaire de la chambre supérieure 9 dans un séparateur et la liqueur qui est ultérieurement séparée de la vapeur dans le séparateur est ramenée dans ltévaporateur par l'intermédiaire du raccord 12.Le tube de branchement 19 constitue une vidange (reliée au tube de branchement 12) pour toute liqueur qui n'est pas entraînée par la vapeur passant dans le séparateur et qui ne peut pas être évacuée par les tubes 2 à cause de la vitesse d'écoulement de la vapeur dans ces derniers. Le condensat provenant de la chambre 14 est évacué par le conduit de branchement 15. Le conduit 17 constitue un évent de la chambre de l'enveloppe et les conduits 16, 18 constituent des sorties reliées à des pompes aspirantes destinées à éliminer la vapeur non condensable. Pour réaliser le faisceau tubulaire, chaque tube 2 est coupé à une longueur qui est légèrement inférieure à la distance comprise entre les surfaces externes des plaques tubulaires 3. Un bouchon est introduit dans ltextrémité de l'alésage du tube 2 et une masse de matière d'apport de soudure est accumulée autour de chaque extrémité du tube 2 en utilisant un procédé de soudage manuel à l'arc. La matière d'apport déposée autour de chaque extrémité des tubes 2 est ensuite usinée pour former une bride annulaire autour du tube. Pour s'assurer de l'intégrité de la soudure entre le tube et la bride annulaire, cette soudure peut être radiographiée. Pour l'assemblage de ltéchangeur de chaleur, la bride annulaire entourant le tube est placée dans un orifice circulaire de la plaque tubulaire 3 et y est soudée bout à bout.La soudure bout a' bout entre la bride annulaire et la plaque tubulaire peut être radiographiée pour s'assurer de son intégrité. La matière d'apport constituant la bride recouvre et protège les grains extrêmes qui sont exposés à ltextrémité du tube 2. Etant donné que le tube 2 est réali sé par étirage, les grains se prolongent le long du tube et, par conséquent, aucun grain extreme n'est exposé à un liquide corrosif qui peut passer dans le tube. L'intérieur de l'alésage du tube est exempt de protubérances pouvant provoquer une turbulence et par suite une érosion. En consequence, des échangeurs de chaleur réalisés selon la présente invention offrent une meilleure résistance à la corrosion que les dispositifs antériéurs décrits plus haut. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé, au faisceau tubulaire et à ltéchangeur de chaleur décritsetreprésentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un faisceau tubulaire pour un échangeur de chaleur, dans lequel un groupe de tubes parallèles et espacés est supporté par des plaques tubulaires aux extrémités desdits tubes, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à déposer une matière d'apport de soudure autour des extrémités de chaque tube, à usiner la matière déposée pour former une bride annulaire autour de 1 t extrémité de chaque tube et à souder ces brides dans les orifices des plaques tubulaires. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tube est coupé à une longueur qui est légèrement inférieure à la distance comprise entre les surfaces externes des plaques tubulaires et en ce que la matière d'apport de soudure est déposée de façon que ladite matière recouvre et protège les extrémités extrêmes des tubes. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un bouchon est introduit dans l'alésage du tube pendant le dépôt de la matière d'apport. 4. Faisceau tubulaire caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 5. Echangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe tubulaire renfermant un faisceau tubulaire selon la revendication 4.