Brevet FR2518730A1 — publié le 19830624

La fabrication d'un raffineur ou échangeur tubulaire pose des problèmes constructifs difficiles, notamment lorsqu'il s'agit d'appareils de grandes dimensions et destines à être utilisés en position verticale. Un tel appareil est généralement constitué d'un faisceau de tubes minces parallèles enfermés dans une enveloppe extérieure cylindrique ou parallelépipedique et fixés à leurs deux extrémités sur des plaques tubulaires épaisses ; Ces tubes sont parcourus par un fluide et llespace entre les tubes est lui-même occupe par un produit auquel il s'agit d'apporter des calories (thermies ou frigories) ; En-outre, l'appareil est divisé en plusieurs sections par des plateaux intermédiaires perforés assurant une double fonction - en position horizontale de l'appareil (phases construction et transport) ils assurent le soutien des tubes pour limiter leur flexion sous leur propre poids et ils empêchent une déformation. excessive de la section de l'appareil ; - en position verticale de l'appareil (situation de service) ils assurent - la reprise des charges verticales dues à la pression hydrostatique s'exerçant eventuellement sur un plateau et à la présence éventuelle de tôles de répartition de chaleur disposees entre les nappes de tubes ; - le drainage du liquide, le long de cheminements déterminés, vers des " puits de drainage - la tenue mecanique de l'appareil dans les differentes -situations de fonctionnement en service, notamment en cas de fonctionnement éventuel sous vide. Ces plateaux intermédiaires sont soutenus en service par des tirants en nombre convenable fixes par soudure à leurs extrémités sur les plaques tubulaires épaisses. Pour satisfaire l'ensemble de ces contraintes, il a déjà éte proposé de réaliser l'enveloppe externe dïun tel appareil en tronçons séparés soudes sur les plateaux intermédiaires qui sont prevus débordants et de forte épaisseur (20 mm). Mais cette forte épaisseur des plateaux a pour incon vénient, outre son coût, de perturber les échanges thermiques et elle ne permet pas pour autant la suppression des tirants étant donne les efforts prévisibles ; il en résulte, à la soudure des tronçons d'enveloppe sur les cloisons, des retraits de soudure très importants qui ne peuvent être complètement maîtrisés et qui tendent à mettre les tirants en compression de sorte que ceux-ci ne peuvent plus remplir leur rôle. Par ailleurs, l'horizontalité et la planéité des plateaux intermédiaires doivent être aussi bonnes que possible afin de ne pas perturber l'écoulement du liquide vers les "puits de drainage". Il en résulte que l'influence des retraits de soudure, notamment lors de la soudure des tirants et des tôles de l'enveloppe externe, ne doit pas altérer l'horizontalité des points d'appui des plateaux qui doivent impérativement rester dans un même plan, ni la tension des tirants qui doit etre également répartie entre chacun. Pour résoudre le problème, l'invention a pour objet un mode de construction caractérisé en ce que les plateaux intermédiaires ont la forme de disques de tôle mince bordés par une jante généralement cylindrique, de diamètre inférieur au diamètre interne de l'enveloppe , et sont logés avec un jeu dans des anneaux de forte épaisseur de diamètre externe superieur au diamètre interne de l'enveloppe, ces anneaux étant soudes sur chacune de leurs faces aux bords de deux tronçons adjancents de llenveloppe. Ainsi, les plateaux étant simplement loges dans les anneaux de liaison entre tronçons d'enveloppe, mais non solidarisés avec eux, les retraits au soudage des tronçons d'enveloppe sur les anneaux n'ont pas d'effet sur les plateaux et ne risquent ni de les déformer ni de mettre les tirants en compression. Selon une autre disposition de l'invention les tirants ne sont pas soudés aux plateaux mais munis de pièces de butées destinées à supporter lesdits plateaux, ces pièces étant rigoureusement positionnées et fixes sur les tirants ; De telles pièces dé butées pourront être constituées par des bagues soudées sur les tirants ou par des tubes entretoises placés entre plateaux. Cette disposition permet de placer les points d'appui des plateaux-sur les tirants avec une très grande précision, la position des bagues pouvant être repérée à l'avance, ce qui assure la parfaite planéité et horzontalite des plateaux. De plus les plateaux sont supportés sans deformation par les tirants, et-leur faible epaisseur ne nuit pas à leur comportement en service. Les anneaux de forte épaisseur assurent, quant à eux la rigidité de 1 'ensemble. L'invention vise également le- procédé de construction et de montage selon lequel chaque ensemble plateau-jante est d'abord fixé dans un anneau par une liaison provisoire, par exemple quelques points de soudure et au fur et à mesure de la mise en place des tubes du faisceau et des tirants,les pièces de butée d-es tirants sont placées aux emplacements repérés, puis les tronçons d'enveloppe sont soudés aux anneaux après suppression de la liaison provisoire (par exemple par meulage ou burinage) Il en resulte que les retraits de l'enveloppe externe peuvent se faire librement sans effet sur les plateaux ; Le raccourcissement de l'enveloppe externe s'accompagne alors d-'un glissement des plateaux intermédiaires par rapport aux anneaux de renfort et d'un coulissement des tubes et tirants à travers la ou les plaques d'extrémités non encore soudées. L'invention est plus amplement décrite ci-après, avec référence au dessin annexé sur lequel - la fig. I est une vue perspective schématique avec arrachement partiel de llenveloppe d'un raffineur muni des dispositions de l'invention. - la fig.2 est une vue en coupe axiale partielle au niveau d'un plateau. En se reportant à ces figures on voit que l'invention se rapporte a la construction de tout appareil de type raffineur ou échangeur dans lequel un faisceau de tubes 7 est logé dans une enveloppe 12, ledit faisceau traversant des plateaux intermédiaires 1 entretoisés ou soutenus par des tirants 8. Les tubes 7 sont fixés à leurs deux extrémités sur des plaques d'extrémités épaisses 6, par soudage ou dudgeonnage. Comme exposé plus haut, à la différence de l'art connu selon lequel on utilise des plateaux 1 de forte épaisseur, de diamètre superieur au diamètre externe de l'enveloppe 12, et sur lesquels sont soudes les bords des tronçons ou viroles de l'enveloppe 12, l'invention prévoit des plateaux 1 de faible épaisseur ayant la forme d'un disque bordé à sa périphérie par une jante cylindrique 2 de diamètre externe inférieur au diamètre interne de l'enveloppei2 ; La jante 5 sera réalisée, comme représenté, sous la forme d'un plat soudé, ou encore par réalisation d'un bord tpmbé embouti si l'épaisseur du plateau 1 le permet. Les plateaux sont logés à faible jeu dans des anneaux de renfort de forte épaisseur 3. Le diamètre interne d'un anneau 3 est voisin du diamètre externe d'une jante 2 et son diamètre externe est pl-us grand que celui de l'enveloppe 12 ; Les tronçons ou viroles de l'enveloppe 12 situés de part et d'autre d'un anneau 3 sont soudes en 13 sur les faces opposées dudit anneau. Par ailleurs, contrairement à l'art connu, consistant à lier les tirants 8 aux plateaux 1 par soudure, l'invention -p.ré- voit de fixer sur l-es tirants 7 des bagues de butée 10 aux emplacements de chaque plateau 1 de façon à empêcher tout déplacement ou déformation du plateau soit dans un sens soit dans les deux sens. Dans le cas d'un appareil destiné a être vertical, il suffit de prevoir des bagues 10 sous la face inférieure dé chaque plateau 1. Conformément au procede selon l'invention, la rigidite des plateaux pendant la construction est assurée par des points de soudure provisoires 4 entre la bordure des plateaux et l'anneau renfort correspondant. Les retraits de soudure entraînés par ces points sont absorbés par l'élasticité du plat de bordure 2 Dans ces conditions, le déroulement du processus est le suivant : - Mise en place et calage des plaques d'extrémités épaisses 6. - Mise en place et calage des plateaux intermediaires minces 1 préalablement pointés provisoirement en 4 à l'in- térieur des anneaux renforts rigides 3. - Enfilage nappe par-nappe des tubes de faisceau 7, des tirants 8, des tôles eventuelles de -répartition de chaleur 9, et fixation/$%SrttIsbo%Sd7ure ou dudgeonnage sur une des plaques d'ex trématé (par exemple plaque de gauche). - Au fur et à mesure de l'enfilage des tirants, une bague 10 formant butee- de plateau est soudée sur chaque tirant en des points tracés préalablement sur les tirants au niveau de chaque plateau, -en sorte que les retraits de soudure sur chaque tirant s'égalisent. Les plateaux peuvent éventuellement être e n Il pointés l & èrement/sur cette bague pour éviter tout surelèvement ultérieur ou tout déplacement pendant le transport, notamment en en cas de construction sans tôles de repartition de ch-aleur qui contribuent au maintien- des plateaux intermediaires. - Mise en place et soudure angulaire en 13 des tôles de virole extérieure entre les anneaux renforts, en partant de la plaque d'extremite sur laquelle les tubes sont soudés. Au-fur et à mesure de la mise en place de ces tôles, les points de fixation provisoires 4 entre plateaux intermédiaires et anneaux renforts sont supprimés par meulage et burinage en sorte que les retraits de l'enveloppe externe peuvent se faire librement. Le raccourcissement de l'enveloppe externe est alors accompagné d'un glissement relatif des plateaux intermédiaires 1-2, par rapport aux anneaux renforts 3 et d'un coulissement des tubes et tirants à travers la plaque d'extrémité non soudée. Il n'y a donc aucun effort de compression sur les tubes ou les tirants. - soudure ou dud-geonnage des tubes et tirants sur la deuxième plaque d'extrémité. A titre d'exemple et pour fixer les idées, s'agissant d'un appareil dont la hauteur de faisceau est de tordre de 8 mètres, et dont la hauteur hors tout atteint environ 14 metres, la tôle constitutive des plateaux 1 pourra avoir une épaisseur de 6 mm, tandis que les anneaux 3 auront une epaisseur de 20 mm. On arrive ainsi à unallegement considérable de la construction et à une diminutio-n de son coût avec des résultats superieurs au point de vue de la planéité des plateaux. Les dimensions ci-dessus pourront varier dans de larges ltmites selon les dimensions et les conditions de service -de 1 'ap- pareil à construire (notamment condition de pression, température, densite du produit, cycles de fonctionnement susceptibles de créer des differénces de pression entre les faces des plateaux, coefficient de sécurité a prendre en compte).Cependant, conformement à l'invention, l'épaisseur de la tôle des plateaux 1 sera de préfé- rence comprise entre 1 et 10 mm d'épaisseur environ, tandis que l'épaisseur et la largeur des anneaux 3 seront calculées pour assurer la rigidite nécessaire tant en cours de construction et de transport qu'en cours de service. Le plat de bordure 2 (ou bord relevé, outre sa fonction pour la rigidité du plateau 1 pendant la construction, assure egalement la reten-ue du liquide en périphérie du plateau et l'appui éventuel d'une tôle perforée 5 formant d'une part tamis pour le produit interne (cristaux) et d'autre part retenue pour les plaques de répartition de chaleur 9. Dans ce but, conformément à l'invention , il sera oriente vers le haut, l'ensemble plateau 1 et bordure 2 formant cuvette. Les avantages de l'invention sont les suivants - Absence de déformation des plateaux 1 due aux inégalités de retrait des soudures de l'enveloppe 12. - Absence de mise en compression des tirants 8 par les retraits des soudures de l'enveloppe 12. - Meilleure précision de positionnement des points de soutien des plateaux 1 et de ce fait, diminution des déformations de plateaux intermédiaires 1. - Possibilité d'usinage precis des trous de passage des- tubes 7 de telle sorte que le cloisonnement possède l'étanchéité recherchée (jeuxde l'ordre de 2/10 mm) et qu'un contact efficace soit assuré entre tubes 7 et tôles de repartition 9 (precision de pas de perçage de l'ordre de 1 à 2/10 mm). - Allégement considérable de la construction et abaissement du prix de revient. - Suppression-des échanges thermiques entre plateaux 1 et enveloppe 12. - Suppression des perturbations apportées par l'épaisseur des plateaux 1 aux échanges thermiques internes. Diverses modifications ou variante-s peuvent être apportées à la realisation ainsi décrite sans sortir du cadre de l'invention notamment par adjonction ou équivalents. C'est ainsi que les bagues IO peuvent être remplacées par des tubes entretoises enfilés sur les tirants 8 et dont la longueur est exactement determinee pour occuper la distance entre plateaux 1, de telle sorte que leur face supérieure forme butée fixe et rigoureusement positionnee. Cette variante évite les soudures 14-(et les points 11). REVENDICATIONS 1. Mode de construction d'un raffineur ou changeur tubulaire comprenant un faisceau de tubes (7) parallèles enfermés dans une enveloppe extérieure (12), fixes à leurs extrémités sur des plaques tubulaires épaisses (6) et divisés en plusieurs sections par des plateaux intermediaires (1) perforés, caractérisé en ce que les plateaux intermédiaires (1) ont la forme de disques bordés par une jante généralement cylindrique (2) de diamètre inférieur au diamètre interne de l'enveloppe (12), ces plateaux étant logés avec un jeu dans des anneaux (3) de forte épaisseur, de diametre externe supérieur au diamètre interne de l'enveloppe (12), ces anneaux étant soudés sur chacune de leurs faces aux bords de deux tronçons adjacents de l'enveloppe (12). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que des tirants longitudinaux (8) traversant les plateaux (1) assurent le soutien en service desdits plateaux par l'interme- daire de pièces de butées (IO) qui sont rigoureusement positionnees et fixes sur les tirants (8). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pieces de butees (IO) sont des bagues soudées sur les tirants et positionnees sous les plateaux (I). 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pièces de butées (IO) sont des tubes entretoises enfiles sur les tirants (8) entre les plateaux(1). 5.Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que l'épaisseur de la tolu des plateaux (1) est de l'ordre de 1 à 10 mm. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les jantes (2) constituent une retenue de liquide et constituent à cette fin une bordure orientee vers le haut de l'appareil, l'ensemble plateau (1) jante (2) formant cuvette. 7. Procédé de construction et de montage d'un appareil -selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracterisé en ce que chaque ensemble plateau (1) - jante (2) ests'abord fixé dans un anneau (3) par une liaison provisoire, par exemple quelques points de soudure, et au fur et à mesure de lå mise en place des tubes du faisceau (7) et des tirants (8), les bagues de butees (IO) des tirants (8) sont soudées aux emplacements repérés, puis- les tronço-ns d'enveloppe (12) sont soudês aux anneaux (3) après suppression de la liaison provisoire (4).