Brevet FR2539862A1 — publié le 19840727

e L'invention comporte un échangeur thermique pour le refroidissement de gaz chauds, en particulier des gaz chauds issus de la synthèse de l'ammoniac et avec l'utilisation d'eau en ébullition, échangeur thermique comportant des tubes recourbés en U disposés à l'intérieur d'une enveloppe et montés dans un diaphragme porte-tubes contigu à une chambre de sortie et à une chambre d'entrée prévue dans celle-ci et destinée aux gaz à refroidir, l'enveloppe portant des tubulures pour l'arrivée et l'évacuation de l'eau. Sur les échangeurs thermiques connus (brevet allemand 07 528 et demande de brevet allemand 30 49 409) on utilise exclusivement de l'eau en ébullition comme fluide de refroidissement des gaz chauds quittant un réacteur à ammoniac Il en résulte que les gaz ne peuvent être refroidis au-dessous du point d'ébullition de l'eau S'il advenait que des températures plus basses soient exigées, il faudrait amener les gaz à un nouvel échangeur thermique dans lequel de l'eau plus froide circulerait autour des tubes d'échange thermique parcourus par les gaz. Pour régler la température finale des gaz refroidis à un niveau déterminé, on connait, de plus, la technique consistant à mélanger aux gaz déjà refroidis un flux partiel de gaz chauds Sur un échangeur thermique connu (brevet allemand 28 46 455), ce flux partiel est amené de la chambre d'admission des gaz à la -chambre de sortie, par un tube disposé parallèlement aux tubes -d'échange thermique Le réglage du débit partiel se fait par un cône d'étranglement monté sur l'extrémité de sortie du tube. On connait également un générateur de vapeur à faisceau tubulaire (demande de brevet allemand 24 08 099) sur lequel une partie des tubes est entourée d'une enveloppe de réchauffage à travers laquelle passe la tubulure d'arrivée de l'eau à vaporiser -Cette enveloppe de réchauffage se raccorde par l'une de ses extrémités au diaphragme porte-tubes, son autre extrémité étant ouverte. Ce générateur de vapeur connu, à faisceau tubulaire et à étage de réchauffage incorporé, ne peut assurer le réchauffage que de l'exacte quantité d'eau qu'il transforme en vapeur C'est là un inconvénient car dans les installations de production d'ammoniac, l'eau réchauffée à partir du refroidisseur de gaz est aussi utilisée pour d'autres générateurs de vapeur Dans ces installations, l'implantation séparée du réchauffeur et de l'évaporateur comme refroidisseur de gaz est très onéreuse, car le corps des appareils doit être construit en grande épaisseur en raison de la pression élevée des gaz. L'invention a pour but d'améliorer un échangeur thermique du type décrit ci-dessus de telle sorte que dans cet échangeur thermique, le refroidissement des gaz puisse s'opérer jusqu'au dessous du point d'ébullition de l'eau, par réchauffage et vaporisation de quantités respectives d'eau indépendantes l'une de l'autre O L'invention résoud ce problème dans un échangeur du type ci-dessus utilisant de l'eau à ébullition, comportant des tubes en U à l'intérieur d'une enveloppe et montés dans un diaphragme porte-tubes contigu à une chambre de sortie et à une chambre d'entrée prévue dans celle-ci et destinée aux gaz à refroidir, l'enveloppe portant des tubulures pour l'arrivée et l'évacuation de l'eau, en prévoyant à l'intérieur de l'enveloppe des cloisons séparatrices disposées pour constituer une chambre de réchauffage fermée entourant au moins partiellement les branches de sortie de tous les tubes et en prévoyant pour la chambre de réchauffage des raccords distincts grâce auxquels cette chambre possède son propre circuit d'eau. Sur l'échangeur thermique conforme à l'invention, les gaz peuvent être refroidis jusqu'à une température relativement basse dans un étage unique La chambre servant au réchauffage de l'eau étant totalement séparée de l'étage de l'échangeur thermique assurant la vaporisation, les deux processus peuvent être découplés l'un de l'autre et conduits indépendamment l'un de l'autre. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple non limitatif de réalisation en référence aux dessins annexés qui représentent Figure 1: un échangeur thermique conforme à l'invention, en coupe longitudinale dans le plan horizontal repéré I-I sur la figure 2 (après rotation de 900 dans le sens horloge). Figure 2: le même échangeur vu en coupe dans le plan repéré II-II sur la figure 1 (après rotation de 90 dans le sens inverse horloge) - L'échangeur thermique représenté sert de préférence au refroidissement des gaz chauds quittant un réacteur à ammoniac L'échangeur thermique est monté horizontalement et présente une enveloppe ( 1) résistant à la pression A l'enveloppe ( 1) se raccorde un diaphragme porte-tubes ( 2) dans lequel sont montés les tubes ( 3) Ceux-ci sont recourbés en U et disposés de telle sorte que l'une des branches ( 4) de chacun des tubes ( 3) se situe près du centre du diaphragme ( 2), l'autre branche -( 5) se situant près du bord de ce diaphragmé Une autre disposition peut également être choisie pour les tubes ( 3) recourbés en U. Les tubes ( 3) sont parcourus par les gaz chauds à refroidir. L'admission et l'évacuation de ces gaz sont respectivement assurées par une chambre d'admission ( 6) et une chambre de sortie ( 7) La chambre de sortie ( 7) est soudée au bord du diaphragme ( 2) et dotée d'une tubulure de sortie ( 8) Une tubulure d'entrée ( 9) conduit à la chambre d'entrée ( 6) à travers la chambre de sortie ( 7). La chambre d'admission ( 6) est disposée concentriquement par rapport à la chambre de sortie ( 7) et raccordée au diaphragme ( 2) de telle sorte qu'une branche ( 4) d'un tube ( 3) recourbé en U débouche toujours dans la chambre d'admission ( 9) Cette configuration des chambres confère à l'échangeur thermique, en liaison avec la disposition décrite des tubes recourbés en U, une structure simple. Les gaz chauds traversent l'échangeur thermique dans le sens des flèches représentées Sur ce trajet, ces gaz chauds subissent l'effet refroidisseur d'un fluide parcourant l'espace situé hors des tubes ( 3) A l'intérieur de l'enveloppe ( 1), sont constituées des chambres séparées les unes des autres par des cloisons ( 10,11) raccordées au diaphragme ( 2) et à l'enveloppe ( 1) Dans le cas représenté, deux chambres de réchauffage ( 12) sont constituées dans le sens longitudinal de l'échangeur thermique, chambres qui entourent les branches de sortie ( 5) des tubes ( 3) Entre les chambres de réchauffage ( 12), est réservé un espace central ( 13) au travers duquel passent les branches d'entrée ( 4) des tubes ( 3). Les chambres de réchauffage ( 12) sont dotées à proximité du diaphragme ( 2) d'une tubulure d'admission ( 1 4) et, sur l'extrémité opposée de l'échangeur thermique, d'une tubulure d'évacuation ( 15), ces tubulures traversant l'enveloppe ( 1). Le fluide de refroidissement s'écoule donc dans les chambres de réchauffage ( 12) dans le sens indiqué par les flèches en trait interrompu, à contre-courant des gaz chauds L'espace central ( 13) est équipé d'une ou plusieurs tubulures d'admission ( 16) traversant la partie inférieure de s l'enveloppe ( 1) et d'une ou plusieurs tubulures d'évacuation ( 17) traversant la partie supérieure de l'enveloppe ( 1) Là également, les flèches en trait interrompu indiquent le sens de l'écoulement Le trajet suivi par le fluide de refroidissement à travers les chambres de réchauffage ( 12) est donc distinct de celui suivi par ce fluide à travers l'espace central ( 13). L'eau qui est d'abord réchauffée dans les chambres ( 12) est ensuite amenée à un générateur de vapeur extérieur, non représenté. L'espace central ( 13) est alimenté en eau à partir d'une enceinte de séparation de phases, par exemple un ballon du générateur de vapeur L'eau est partiellement vaporisée sur les branches d'entrée ( 4) des tubes ( 3) Le mélange eau-vapeur ainsi produit est envoyé à l'enceinte de séparation. La chambre d'entrée ( 6) présente dans sa paroi disposée parallèlement au diaphragme ( 2) une ouverture ( 18) la mettant en communication avec la chambre de sortie ( 7) A l'intérieur de la chambre d'entrée ( 6), est disposé, dans le prolongement de la tubulure d'entrée ( 9), un registre ( 19) manoeuvrable de l'extérieur par une tige ( 20) traversant l'ouverture ( 18) Le registre ( 19) commande le débouché de la tubulure ( 9) dans la chambre d'entrée ( 6) Suivant la position du registre ( 19), une fraction des gaz chauds pouvant varier de 0 à 100 o est admise directement dans la chambre de sortie ( 7) pour régler au niveau désiré la température de sortie des gaz. R E V E N D I C A T I O N S 1 Echangeur thermique pour le refroidissement des gaz chauds, en particulier des gaz chauds issus de la synthèse de l'ammoniac, utilisant de l'eau à ébullition et comportant des tubes recourbés en U ( 3) disposés à l'intérieur d'une enveloppe ( 1) et montés dans un diaphragme porte-tubes ( 2) contigu à une chambre de sortie ( 7) et à une chambre d'entrée ( 6) prévue dans celle-ci et destinée aux gaz à refroidir, l'enveloppe ( 1) portant des tubulures ( 16,17) pour l'arrivée et l'évacuation de l'eau, caractérisé par le fait qu'à l'intérieur de l'enveloppe ( 1), sont prévues des cloisons séparatrices ( 10,11) disposées en vue de constituer une chambre de réchauffage fermée ( 12) entourant au moins partiellement les branches de sortie ( 5) de tous les tubes ( 3), et par le fait que sont prévus pour la chambre de réchauffage ( 12) des raccords distincts ( 14,15) grâce auxquels cette chambre possède son propre circuit d'eau. 2 Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons séparatrices ( 10,11) sont raccordées au diaphragme porte-tubes ( 2) et à l'enveloppe ( 1) et partagent l'échangeur thermique en deux chambres de réchauffage ( 12) s'étendant longitudinalement et en un espace central ( 13) situé entre celles-ci. 3 Echangeur thermique selon l'une des revendications 1, ou 1 et 2, caractérisé en ce que l'échangeur thermique est en construction horizontale. 4 Echangeur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre d'entrée ( 6) présente une ouverture ( 18) la mettant en communication avec la chambre de sortie ( 7), ainsi qu'un dispositif de réglage permettant de doser le débit partiel de gaz chauds transitant par l'ouverture ( 18). Echangeur thermique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chambre d'entrée ( 6) est dotée d'une tubulure d'entrée ( 9) dans le prolongement de laquelle est disposé un registre ( 19) manoeuvrable de l'extérieur et commandant le débouché de la tubulure d'entrée ( 9) dans la chambre d'entrée ( 6).