Brevet FR2560962A1 — publié le 19850913

La présente invention concerne les échangeurs de chaleur à calandre multitubulaire. Un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire comporte une enveloppe ayant au moins une plaque à tubes dans laquelle sont soudés des tubes à extrémités ouvertes. Lors du fonctionnement, un premier fluide circule dans les tubes alors qu'un second fluide circule dans l'enveloppe et de la chaleur est échangée entre les fluides. Lorsqu'une fuite apparalt dans un tube, on rend couramment celui-ci inopérant par bouchage, mais lorsque de nombreux tubes sont ainsi rendus inopérants, l'échangeur de chaleur perd son efficacité et il est évidemment avantageux de disposer d'un procédé de réparation des tubes défectueux des échangeurs de chaleur, à la place de leur bouchage. Le brevet britannique#n0 2 032 559 décrit un procédé de réparation d'un tube défectueux d'un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire, qui comprend llintro- duction d'un manchon tubulaire dans le tube défectueux, et le soudage de maniere étanche des régions d'extrémités du manchon au tube et à la plaque à tubes afin que le défaut soit bouché. Bien qu'elles soient acceptables en général dans les conditions normales de fonctionnement, ces réparations peuvent présenter des risques dans des conditions transitoires de température étant donné la rigidité des manchons qui provoque l'application aux raccords d'extrémités de forces qui dépassent des limites de séciriti. L'invention concerne un procédé de réparation d'un tube défectueux dans un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire qui comprend l'introduction, dans le tube défectueux, d'un manchon tubulaire, et la fixation étanche des régions d'extrémités du manchon au tube afin que le défaut soit recouvert, le manchon tubulaire possédant l'une au moins des deux caractéristiques suivantes : une flexibilité axiale, et un clavetage mécanique au tube dans des positions adjacentes a la fixation dans les régions d'extrémités du manchon. La flexibilité axiale peut être obtenue par forma tion d'ondulations circonférentielles dans le manchon, en plusieurs positions sur sa longueur. Le clavetage mécanique peut être réalisé par roulage ou dilatation d'une autre sorte du matériau du manchon afin qu'il vi.enne en coopération étroite avec le tube ou la plaque à tubes, avec ou sans formation de gorges. La fixation du manchon et du tube peut être réalisée par soudage par explosion à chaque extrémité ou par soudage par explosion à une première extrémité et par brasage à l'autre extrémité. Par exemple, lorsqu'une transition de température par réduction doitêtre réalisée, un manchon rigide parait se contracter et fait subir aux raccords d'extrémités des contraintes importantes. Cependant, le manchon qui possède une. grande flexibilité axiale peut se contracter axialement et supprimer la force -appliquée aux raccords d'extrémités suffisamment pour qu'il soit sur que ceux-ci conservent leur intégrité. Lorsque des ondulations circonférèntielles sont utilisées, elles fléchissent et ont tendance à jouer le rôle d'un soufflet en permettant le déplacement axial nécessaire. Des précautions doivent etre prises, lors de la réalisation du manchon, pour que les contraintes de retrait, exercees lors d'une réduction de température (ou les contraintes de dilatation lors d'une élévation de la température) ne puissent pas se concentrer dans une partie amincie particulière qui pourrait constituer un point de faiblesse et de défaillance. L'épaisseur de la paroi doit etre maintenue constante sur toute la longueur du manchon. Lorsqu'un clavetage mécanique est utilisé sans flexibilité axiale du manchon, le clavetage peut absorber les force de contraction et de dilatation axiales indiquées dans le paragraphe précédent afin que la force exercée sur les ra'raccords d'extrémités soit supprimée. Evidemment, la combinaison de la flexibilité axiale et du clavetage mécanique augmente la confiance qu'on peut avoir dans l'intégrité de la réparation en présence de variations de température. L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire réparé par mise en oeuvre du procédé précité. Un procédé selon l'invention, d'un tube d'un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire est décrit à titre illustratif en référence au dessin annexé qui est une coupe partielle. Le dessin représente une plaque 1 à tubes et un tube 2 d'un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire assurant un transfert de chaleur entre un métal liquide circulant dans l'enveloppe et de l'eau circulant dans les tubes. Il existe de nombreux tubes 2 qui sont tous fixés de manière étanche à la plaque à tubes par soudage. Lors de l'utilisation, certaines soudures de tubes sur la plaque deviennent défectueuses,.et un manchon tubulaire 3 est introduit dans chaque tube ayant une soudure défectueuse 4 afin que l'obturation du tube par bouchage soit évitée, le manchon étant fixé de manière étanche dans une première région d'extrémité sur le tube et dans l'autre région d'extrémité à la plaque à tubes si bien que la soudure défectueuse est recouverte. Le manchon 3 a un certain nombre d'ondulations circonférentielles qui peuvent jouer le rôle de soufflets et permettent une dilatation axiale en cas de variation de température. La région d'extrémité inférieure du manchon 3 représenté sur le dessin est fixée au tube par brasage à haute température et la région d'extrémité supérieure est fixée à la plaque par soudage par explosion. La région inférieure d'extrémité du manchon a deux portées 5 dont le diamètre externe est tel qulil reste un espace suffisant pour que les portées puissent glisser librement dans le tube. Deux gorges 6 sont placées entre les portées et sont destinées à contenir une matière de brasage qui est mise sous une forme générale toroïdale afin qu'elle coopère avec les gorges comme des bagues élastiques avant l'intro duction du manchon dans le tube.En outre, avant l'introduc- tion du manchon dans le tube, la paroi interne du tube et l'ouverture de passage dans la calandre sont nettoyées et, après introduction du manchon, l'extrémité inférieure est dilatée radialement vers l'extérieur par déformation à la roulette afin que les portées soient presque au contact de la paroi du tube et laissent simplement un espace capillaire entre les portées du manchon et le tube pour le passage de la matière de brasage, l'outil de déformation étant évidemment introduit depuis l'espace qui se trouve au-dessus de la plaque à tubes. La tête de brasage assurant la liaison comporte un enroulement de chauffage par induction à haute fréquence placé dans le trou du manchon, dans la région voulue pour la brasure. Un second enroulèment de chauffage de plus grande longueur est utilisé pour le recuit du raccord après brasage. L'appareillage de brasage comprend un circuit à réaction dans lequel un signal de quelques millivolts, provenant d'un dispositif détecteur, peut être utilisé pour le réglage automatique du- cycle de brasage. Le dispositif de détection est un thermocouple, mais un dispositif plus élaboré peut comporter une optique à fibres destinée à mesurer les variations de température, un guide de lumière alimenté par un tube d'alimentation destiné à conduire des fils électriques et un tube de gaz de couverture pour l'opération de brasage. L'extrémité supérieure du manchon est soudée par explosion en 7 sur la plaque à tubes par détonation d'une charge d'un matériau explosif, placée dans le manchon afin que celui-ci soit violemment dilaté radialement et vienne en butée avec le trou de l'ouverture de la plaque à tubes si bien que le manchon est lié métallurgiquement à la plaque à tubes. Dans une variante de procédé, la paroi interne du tube et le trou formé dans la plaque à tubes sont nettoyés avant fixation par une technique d'électro-érosion, selon laquelle du matériau est retiré des surfaces de fixation du tube et de la plaque à tubes par des étincelles électri- ques répétées de courte durée formées entre la surface et une électrode placée dans le trou du tube et de la plaque à tubes, ou par une technique électrochimique. Dans une autre variante, le raccord brasé est remplacé par une soudure par explosion, les gorges destinées à contenir le matériau de brasage n'étant alors pas nécessairement disposées. La flexibilité axiale du manchon peut être remplacée ou complétée par un clavetage mécanique de la plaque à tubes et du tube, aux extrémités 8 et 9, juste vers l'intérieur des raccords fixés. Dans ces positions, le clavetage peut etre réalisé par exemple par roulage du manchon dans de petites gorges formées dans la plaque à tubes et/ou la paroi du tube ou, dans un autre exemple, on peut tirer parti d'une force de dilatation appliquée depuis l'intérieur du manchon et assurant un contact très intime. Lorsqu'une opération de dilatation est utilisé pour la délimitation de l'espace nécessaire à la réalisation du raccord formé par brasage, ce clavetage est souvent obtenu étant donné la déformation du tube et du manchon juste au-dessus de la zone de brasage. REVENDICATIONS 1. Procédé de réparation d'un tube défectueux dans un échangeur de chaleur à calandre multitubulaire, du type qui comprend l'introduction dans le tube défectueux, d'un manchon tubulaire, et la fixation étanche des régions d'extrémités du manchon au tube afin que le défaut soit recouvert, caractérisé en ce que le manchon tubulaire (3) présente une flexibilité axiale, ou un clavetage mécanique au tube (2) dans des positions adjacentes à la fixation dans les régions d'extrémités du manchon (3), ou à la fois cette flexibilité axiale et ce clavetage mécanique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la flexibilité axiale est donnée par ondulation circonférentielle du manchon (3) dans plusieurs positions sur sa longueur. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le clavetage mécanique peut être réalisé par roulage ou par dilatation du matériau du# manchon (j) d'une autre manière afin qu'il vienne en contact intime avec le tube (2) ou la plaque à.tubes (1), avec ou sans formation d'une gorge. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fixation du manchon (3) et du tube (2) est formée par une soudure par explosion à une extrémité, et une soudure par explosion ou un raccord brasé à l'autre extrémité. 5. Echangeur de chaleur à calandre multitubulaire, caractérisé en ce qu'il a été réparé pa.r mise en oeuvre d'un procédé selon lune quelconque des revendications précédentes.