Brevet FR2519131A1 — publié le 19830701

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l'enlèvement de dépôts sur des surfaces chauffées à une haute température. Depuis l'introduction des chaudières tubulaires renfermant une eau à haute température, qui brûlent des com- bustibles provoquant des dép 8 ts importants, et de plus, avec l'adoption de certains échangeurs de chaleur fonction- nant à haute température, l'élimination des dépôts adhérant aux surfaces latérales du foyer est devenue un problème de plus en plus sérieux Les souffleurs de suie utilisant des jets de vapeur et/ou id'air ne peuvent enlever certains de ces dép 8 ts On sait depuis longtemps que des jets d'eau peu- vent être utilisés pour faciliter l'enlèvement des dépôts,et on sait également depuis de nombreuses années que le choc thermique et la fragilité des dépets provoqués par un jet d'eau, combinés à l'énergie du jet lui-même permettent sou- vent de déloger des dépôts qu'on ne peut enlever d'une chau- dière à vapeur par d'autres moyens Cependant, avant l'intro- duction du système à progression de jet constante décrit dans le brevet des Etats-Unis d'riérique N O 3 782 336 du ler jan- vier 1974 au nom de J E, Nelson, il était fréquemment im- praticable d'utiliser des jets d'eau à cette fin, car il n'était pas possible de maîtriser et de limiter le choc ther- mique à une valeur évitant une défaillance prématurée des 2. tubes. Rien que le système à progression de jet constan- te cité ci-dessus fasse appel à un jet concentré de haute vitesse, et qu'une proportion considérable de l'eau rebondis- se réellement sur les tubes ou sur les surfaces sales,pen- dant le fonctionnement du système, un certain refroidisse- ment et une certaine fragilité des dép 8 ts sont la conséquen- ce de l'impact du jet, et certains fendillements peuvent se produire qui aident à l'effet cinétique du jet dans le délo- gement des dépôts Cependant,le système à progression de jet constante de Nelson, a permis une telle réduction de la quantité d'eau employée et de la quantité d'eau restant en contact avec les tubes (ou avec les dépôts) tout en se vapoai- sant que la valeur totale de la rapide extraction de chaleur due au refroidissement et à la chaleur latente de vaporisa- tion fut, pour la première fois, réduite à des niveaux de sé- curité De fait,en usage normal,le système de Nelson a ré- duit l'effet du choc thermique à des niveaux très inférieurs au niveau maximum qui pourrait être toléré sans risque de dé- faillance prématurée des tubes, et il est fréquemment arri- vé qu'aucun fendillement important ou observable des dépôts ne se soit produit avant leur détachement réel. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif qui permettent de détacher encore plus rapide- ment des dépôts très chauds grâce à des moyens impliquant une applicationprécise d'un choc thermique de valeur contrô- lée en conjonction avec l'énergie cinétique due à un jet pul- sé, appliqué séparément, de grande vitesse. Un autre objet de la présente invention est un sys- tême o un jet d'eau pulsé de grande Vitesse frappe la sur- face du dépôt pendant son enlèvement, suivant un taux contrô- lé de progression et o avant d'être frappé par chaque impul- sion du jet, l'incrément de la surface qui doit être frappée est d'abord refroidi d'une manière limitée par un courant qui' a tendance à provoquer des fissures dans lesquellçs l'eau est entraînée par le jet pulsé de grande vitesse de manière à favoriser le détachement du dépôt par expansion de l'eau dans les fissures. 3, La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une vue en élévation de c 6 té, quelque peu schématique, d'un dispositif de nettoyage selon la présente invention; La figure 2 est une vue en élévation arrière pri- se suivant la flèche II de la figure 1; La 1 gure 3 est une vue en coupe longitudinale et diamétrale,à grande échelle, de la partie à buses du tube de lance; La figure 4 est une vue quelque peu schématique du moyen de génération d'impulsions, en partie en coupe longitudinale et en pxtie en élévation de côté; La figure 5 est une vue en coupe prise sensiblement le long de la ligne V V de la figure 4, dans le sens des flè- ches; La figure 6 est une vue en coupe détaillée prise sensiblement le long de la ligne VI VI de la figure 5, dans le sens des flèçhes; La figure 7 est une vue en coupe détaillée prise sensiblement le long de la ligne VI VII de la figure 4, dans le sens des flèches; et Les figures 8, 9 et 10 sont des diagrammes de temps représentant les positions successives de certains composants du mécanisme provoquant des pulsations, Les figures 1 et 2 représentent d'une manière quel- que peu schématique un souffleur de suie 12 à longue course dont la construction est dans ses grandes lignes semblable à celle des souffleurs du type bien connu dit IK, s'agissant de la construction de la poutre, du chariot et du mécanisme d'actionnement grâce auxquels un tube de lance 10 est intro- duit à l'intérieur d'une chaudière pendant son fonctionne- ment-puis en est retiré lorsque le souffleur est à l'arrêt. De tels souffleurs s Qnt conçus pour projeter un milieu de soufflage (typiquement de l'eau dans le type de construc- tion actuellement décrit) contre les dépôts qui se forment sur les surfaces latérales du foyer des grandes chaudières et autres échangeurs de chaleur à température élevée D'au- tres types de souffleurs pourraient être utilisés Le moyen spécifique de support et d'actionnement de lance qui est représenté ici est typique et ne constitue pas en lui-même une partie de la présente invention De tels détails de mé- canismes de souffleurs du type TK sont représentés et dé- crits dans de nombreux brevets des Etats-Unis d'Amérique et étrangers, dont le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 2.668 978 au nom de L S De Mart du 16 février 1954 et le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 439 376 au nom de John E Nelson du 22 avril 1969. Comme cela est classique dans les souffleurs de ce type,un tube de lance allongé 10 est destiné à être intro- duit, puis sorti de l'intérieur de la chaudière (le terme "chaudière" est utilisé à titre de commodité et comprend d'autres échangeurs de chaleur dont on souhaite enlever les dépôts qui se sont formés sur les surfaces latérales du foyer) Dans la présente invention, le souffleur est conçu pour projeter deux jets séparés contre la surface à nettoyer,comme cela appar Altra ci-après avec davantage de détails, mais comme cela est typique dans le cas des souf- fleurs dits à lance d'eau, lorsque le tube de lance est en saillie dans une chaudière et se trouve au-delà de la sur- face de la paroi d'eau, une buse (ou des buses dans le cas présent) situées à proximité de son extrémité projette le milieu de soufflage suivant un certain angle et vers l'ar- rière contre la surface intérieure encrassée de la paroi Les températures que l'on rencontre dans de telles zones sont typiquement sensiblement supérieures à l 100 l C Pendant son fonctionnement dans la chaudière, le tube de lance est déplacé angulairement et axialement de sorte que selon que sa rotation correspond à un angle complet de 3600, ou infé- rieur à 3600, le jet frappera la surface encrassée en sui- vant un trajet ayant la forme d'une spirale ou d'une spirale interrompue. Le tube de lance 10 est supporté en rotation à son extrémité arrière dans le chariot 20, lequel est monté de manière à pouvoir rouler sur les ailes inférieures d'une pou- 5. tre 22 en forme de I qui constitue l'élément de support principal de la structure et qui est protégée par un capot 23 enforme de canal en U Un moteur 24 monté sur le chariot, qui peut être alimenté par un câble souple 25 contient des engrenages appropriés (non représentés) grâce auxquels il actionne le chariot pour en provoquer le déplacement avec le tube de lance le long de la poutre en 1 et faire égale- ment tourner le tube de lance La construction d'un chariot de ce type comprenant les agencements d'engrenage et d'en- traînement sont bien connus et représentés dans les brevets de l'art antérieur cités ci-dessus et ne nécessitent aucune nouvelle description Le tube de lance 10 comprend un tube extérieur 17 dont l'extrémité distale se présente sous la forme d'une section 18 comportant un bloc de buses, et un tube intérieur 19 ayant un diamètre sensiblement plus pe- tit et disposé dans le tube extérieur 17 au moyen d'ailet- tes radiales de support 21 qui permettent une libre circu- lation du milieu de soufflage dans la partie du tube exté- rieure située en dehors du tube intérieur 19 Un élément de buse 26 est fixé dans un support 27 en forme de coupe dans le bloc de buses 18 dans le but de recevoir le milieu de soufflage acheminé par le tube extérieur 17 et à le dé- charger suivant un angle dirigé légèrement vers l'arrière (par exemple de 150)pour qu'il traverse une ouverture 29 pratiquée dans la section 18,le support 27 étant périphé- riquement soudé et scellé à la surface entourant l'ouverture 29. Le milieu de soufflage acheminé par le tube inté- rieur 19 traverse un coude 31 pour atteindre une autre buse 37 fixée de manière étanche dans le bloc de buses Un man- chon 39 entoure et isole la buse 37 de l'intérieur de la section du bloc de buses La buse 37 provoque la décharge du milieu dans une ouverture 41, Comme représenté en figure 3, la buse 37 est également inclinée vers l'arrière de manière à provoquer la décharge contre une paroi d'eau dans des ins- tallations du type cité précédemment. On notera qu'il est fait mention du nettoyage de 6. parois d'eau pour illustrer un type d'application de la présente invention De même, on notera que le milieu li- quide de soufflage,bien qu'étant typiquement de l'eau, pourrait être une solution aqueuse contenant un milieu de traitement La fourniture de liquide par l'intermédiaire du tube extérieur 17 et de la buse 26 se fait à partir d'une source (non représentée) qui est reliée à un raccord , et le liquide est acheminé en passant par un filtre 32 et une valve de commande 33 A partir de la valve 33, le fluide est acheminé, lorsque celle-ci est ouverte, par une conduite appropriée 34 et un raccord 35 jusqu'à un tuyau souple 28, qui est relié en rotation à l'extrémité arrière du tube de lance, Une conduite de dérivation 43 branchée sur la con- duite 34 en aval de la valve 33 conduit à un mécanisme provoquant des impulsions, représenté dans ses grandes li- gnes par la référence 70, qui sera décrit ultérieurement en détail Ce mécanisme fournit un fluide pulsé via une conduite de sortie 136, un second tuyau flexible 51, et un raccord tournant 53, à l'extrémité arrière du tube de lan- ce radialement intérieur 19. La valve 33 est ouverte et fermée par une patte 36 fixée au chariot Lorsque le chariot se déplace vers l'avant à partir de la position rétractée de la figure 1 jusqu'à une position telle que les buses se trouvent à l'intérieur de la chaudière,la patte vient heurter un bras de déclen- chement 38 de manière à actionner la valve 33 vers sa posi- tion d'ouverture, alors que lors du retour du chariot, la patte actionne ce bras dans le sens inverse de manière à fermer la valve. Le milieu de soufflage sortant de la buse 26 est utilisé en agent de refroidissement contr Olé de pré-condi- tionnement,Le milieu de soufflage sortant de la buse 37 sert de mécanisme d'impact, Le moyen provoquant des impul- sions interrompt périodiquement le débit de fluide déchar- gé par la buse 37 de manière à créer des impulsions brutales et finies L'espacement angulaire des buses 26 et 37 tant dans le sens axial du tube de lance qu'angulairement autour 7. de sa périphérie est tel qu'en marche la buse 26 est en avant de la buse 37 en suivant le même trajet, de sorte que le jet sortant de la buse 26 frappe chaque incrément de la surface d'impact suivant un intervalle de temps prédé- terminé avant le jet sortant de la buse 37 L'intervalle de temps, et le débit de la buse 26, sont liés à la vitesse de progression du jet sur la surface à nettoyer de façon que le liquide sortant de la buse 26 refroidisse suffisamment la surface encrassée pour que des fissures 4 soient provo- quées, mais l'intervalle de temps permet au liquide sortant de la buse 26 de se dissiper sensiblement à partir de la zo- ne refroidie avant que celle-ci ne soit frappée par le jet pulsé Cependant, l'intervalle de temps est suffisamment court pour que les fissures existent encore lorsque le jet pulsé frappe le dépôt Une partie du liquide du jet pulsé, qui possède une pression d'impact maximum beaucoup plus grande,est ainsi entraînée dans les fissures o son évapo- ration immédiate crée une pression au-dessous de la surfa- ce qui augmente l'effet de son énergie cinétique dans le dé- tachement du dépôt. Comme cela est connu, la pression d'impact maximum d'un jet pulsé peut être 50 fois plus grande que celle d'un jet continu La quantité d'eau déchargée par la buse 26 sous forme de courant constant peut être relativement petite, et à une pression plus basse, de sorte que le fluide a une moins grande tendance à rebondir sur la surface (comme cela est le cas d'une partie importante du jet pulsé) Le liquide sor- tant de la buse 26 assure une humidification suffisante de sorte que, par suite de l'absorption élevée de chaleur due à la chaleur latente de vaporisation, le fendillement du dépôt peut s'effectuer avec une faible quantité d'eau, D'au- tre part,le fluide pulsé est fourni à une très haute pres- sion, et s Qn impact est accru par les pulsations de sorte que, l ençore, une quantité d'eau relativement petite peut être utilisée qui, grâce à son énergie cinétique élevée et à l'effet de fracassement dû au courant de refroidissement sortant de la buse 26, enlève très efficacement le dépôt rendu fragile; les deux jets ne nécessitent qu'une quantité 8, totale d'eau relativement petite Bien que la quantité d'eau soit relativement petite, chaque impulsion du jet sortant de la buse 37 contient une masse importante qui est capable de provoquer un impact relativement élevé. Le moteur 24 du chariot est du type à vitesse va- riable et sa vitesse est commandée de manière à réguler la vitesse de progression du jet de façon que celle-ci soit sensiblement constante, comme cela est décrit dans le bre- vet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 782,336 du ler janvier 1974 au nom de Nelson, Les figures 4 à 10 représentent un mécanisme parti- culier provoquant des impulsions pour la fourniture de li- quide à la buse 37 L'ensemble provoquant des impulsions, représenté dans ses grandes lignes par la référence 70, est constitué d'un générateur rotatif d'impulsions, représenté par la référence 72, et d'un moteur 75 Il est destiné à être monté sur le souffleur, par exemple par fixation au canal de protection 23,comme représenté en figure 1. L'ensemble provoquant des impulsions comprend un corps cylindrique 74 fermé par des chapeaux de palier 76, 77, ce dernier étant traversé par un arbre d'entraînement 78 qui est solidaire d'un arbre du moteur, le moteur pouvant être un moteur à induction classique tournant à une vitesse d'environ 1.800 tours par minute Une chambre cylindrique 85 du corps 74 contient un rotor 90; le rotor est monté avec précision dans la chambre ou il peut tourner et est fixé à l'arbre 78. Un canal diamétral 91 ayant une section carrée s'étend dans le rotor 90 à proximité d'une de ses extrémités, représentée à gauche de la figure 4, et lors de la rotation de l'arbre, agit en valve interruptrice ou provoquant des impulsions; à chaque demi-tour du rotor, il réalise la liaison entre des -orifices d'entrée et de sortie 92, 93, diamétralement opposés et de section carrée, L'orifice d'entrée 92 a une section légèrement supérieure à celle du canal 9 l du rotor L'orifice de sortie 93 a les mêmes dimeng-tons que le canal 91. Près de son extrémité droite (vue en figure 4) le rotor est découpé en deux zones diamétralement opposées 104, de manière à créer des parties de lobe opposées 101, 102 À Rt ''' qui, pendant leur rotation sont alignées avec un orifice d'entrée 106 de fluide de dérivation et le bloquent à chaque demi-tour du rotor,constituant une valve de dériva- tion ou de décharge qui est actinnée en relation temporelle avec la valve de formation d'impulsions Deux orifices de sortie de dérivation, diamétralement opposés, 108, 109 s'étendent dans la paroi du logement 74 transversalement à l'orifice 106 et perpendiculairement à ce dernier Les ori- fices de sortie 108, 109 sont toujours en communication avec l'orifice d'entrée 106 via des surfaces 104, 105, sauf lorsque l'orifice 106 est bouché par l'un des lobes 101, 102. Les figures 8 à 10 représentent l'orientation relative des lobes et du canal 91, d'o il résulte que l'orifice d'en- trée 106 est bloqué par l'un des lobes 101, 102 chaque fois que le canal 91 assure la communication entre les orifices 92, 93. Les deux orifices 92 et 106 sont reliés, par exem- ple, par des raccords 112, 114 à l'alimentation en liquide sous pression, celle-ci se faisant à ces deux orifices d'en- trée du moyen générateur d'impulsions via une pompe de su- ralimentation 14, Un accumulateur 83 peut être relié à une conduite 82 via une valve manuelle 86 de manière à comman- der la pression de pointe ou "coup de bélier" à la valeur désirée, Les orifices de décharge 108, 109 sont reliés à la conduite d'alimentation 43 de l'ensemble provoquant les im- pulsions en amont de la pompe par une conduite 84 qui con- tient une valve manuelle 130 permettant d'imposer la chute de pression désirée On notera que les orifices de dériva- tion pourraient, en variante, se décharger dans l'atmosphè- re Le fluide pulsé provenant de l'orifice de sortie 93 est acheminé via une conduite 136 à un raccord 141 qui alimente le tube de lance intérieur 19 via le tube 51 et le raccord 53, Compte tenu de l'effet d'augmentation de l'impact de la forte pointe du méc Anis 5 e généXateur d'impulsions, certaines installations peuvent ne pas nécessiter l'utilisa- tion d'une poepe de suralimentation, selon les caractéristi- ques de la pression d'alimentation en eau et de la sévérité -de l'encrassage. Grace au contour carré du canal 91 et des orifi- ces 92, 93, dont les faces avant et arrière sont perpendi- culaxres au sens de rotation, et par suite de la rotation rapide du rotor, le débit vers le tube de lance intérieur et sa buse 41 est démarré et coupé rapidement et totalement de manière à créer des impulsions finies sans décroissance importante à chaque extr 6 mité,Plus précisément, on notera que le terme "carré" concerne une forme rectangulaire com- mode et qu'en fait la caractéristique en question ne dépend pas spécifiquement d'une section rectangulaire, mais pro- vient du fait que les surfaces qui sont situées en des posi- tions correspondant aux surfaces avant et arrière de la mas- se de liquide en rotation sont plates et sensiblement perpen- diculaires à une ligne tangente d un cercle décrit par un point du rotor. Les lobes 101, 102 sont quelques peu plus larges que l'orifice d'entrée l IQ de sorte que, comme représenté en figure 8, la dérivation est fermée légèrement avant 2 Q l'ouverture de l'orifice de sortie 93, ce qui a pour effet de provoquer l'établissement d'une pression qui crée une augmentation de la pression de pointe au début de l'impulsion, La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de varian- tes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 25191-31 11. REVENDICATIONS 1 Moyen pour détacher un dépôt adhérant à la surface chauffée d'un échangeur de chaleur ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend une lance d'eau compor- tant une pluralité de canaux isolés d'eau ( 17, 19) s'éten- dant longitudinalement à travers elle, une pluralité de bu- ses ( 26, 37) supportées par la lance comprenant au moins une buse reliée à l'un des canaux et une autre buse à un autre des canaux,un moyen ( 28, 51, etc) pour projeter un courant de liquide par l'intermédiaire de chacun des canaux et à partir de la buse ainsi reliée, un moyen ( 72) pour interrompre périodiquement le débit de l'une des bu- ses de manière à rompre le courant sortant de ladite bu- se afin de former des impulsions qui développent une pres- sion d'impact de pointe plus élevée que le courant sortant de l'autre buse,et un moyen ( 24, 20, etc) pour déplacer la lance suivant une configuration telle que des parties du dépôt situées suivant un trajet prédéterminé se trou- vent mises en contact d'abord avec le courant pressurisé d'impact plus faible, puis avec les impulsions. 2 Procédé de détachement d'un dépôt adhérant à la surface chauffée d'un échangeur de chaleur ou analo- gue fonctionnant à une température supérieure au point d'ébullition de l'eau, caractérisé en ce qu'il comprend l'application d'un liquide aqueux de refroidissement à une surface du dépôt de manière à en extraire la chaleur et ainsi provoquer une fissuration du dépôt puis alors que les fissures restent présentes, mais après que le liquide de refroidissement s'est sensiblement vaporisé, la direc- tion contre la même surface de dépôt d'un jet de liquide pulsé à grande vitesse, 3 Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lance se déplace à la fois longitudinalement et angulairement autour de son axe longitudinal, et en ce que les buses sont distantes-les unes des autres dans le sens longitudinal et dans le sens angulaire de manière à diriger leur décharge suivant le même trajet et selon un intervalle de temps prédéterminé. 12. 4 Moyen selon la revendication 1, caractérise en ce qu'il comprend un moyen ( 24, 20) pour déplacer la lance simultanément dans le sens longitudinal et dans le sens angulaire autour de son axe longitudinal, les buses étant distantes les unes des autres à la fois longitudina- lement et angulairement de façon à se déplacer successive- ment suivant le même trajet.