Brevet FR2579739A1 — publié le 19861003

Dispositif de protection de tubes d'échange de chaleur et procédé de montage de ce dispositif La présente invention concerne un dispositif de protection de tubes d'échange de chaleur, disposés essentiellement en panneaux verticaux de parties horizontales superposées dans des chaudières ou appareils de traitement de gaz, contre la corrosion et/ou l'érosion par des fumées ou des gaz chargés de poussières, formé de coquilles en matériau réfractaire résistant à la corrosion et/ou à l'érosion enfilées autour des parties horizontales des tubes. Elle s'détend en outre à un procédé de montage de ce dispositif. Les tubes d'échange de chaleur faisant partie des échangeurs de surchauffe de la vapeur d'eau formée dans les faisceaux de vaporisation de chaudières sont soumis à des températures externes élevées, de l'ordre de 11000 à 12000C, et à des fumées souvent corrosives, notamment celles provenant de la combustion de fuel-oils présentant un rapport vanadium/sodium élevé (supérieur à 7). Ils sont exposés à une corrosion par ces fumées, en particulier au-dessus de cavités proches du foyer de la chaudière, où la température des fumées peut être plus élevée que dans le reste de la section droite de la chaudière. Par ailleurs, dans certains appareils de traitement de gaz chargés de poussières abrasives, des panneaux de tubes d'échange de chaleur se trouvent exposés à l'impact de ces gaz et soumis à une érosion sévère. On a déjà proposé de protéger les tronçons de tubes horizontaux inférieurs des panneaux d'échangeurs surchauffeurs à l'aide de coquilles, soit en acier réfractaire, emboitées et soudées sur ces tronçons de tubes, soit de coquilles cylindriques en matériau réfractaire tel que le carbure de silicium. Les coquilles en acier soudées sur les tubes sont soumises à des contraintes thermiques sévères, pouvant entrainer la rupture des soudures. Les coquilles en matériau réfractaire ne peuvent être changées en cas de dégradation qu'en coupant le tronçon de tube quelles doivent protéger. Par ailleurs, s'il est facile de munir les tubes d'échangeurs surchauffeurs de ces coquilles au cours de la fabrication de ces échangeurs, il est extrêmement difficile de munir de telles coquilles des tubes existants de surchauffeurs dont on a constaté qu'ils se corrodaient. La présente invention a donc pour but de procurer un dispositif de protection de tels tubes d'échange de chaleur qui ne soit pas soumis à des contraintes thermiques élevées en fonctionnement et qui soit facile à mettre en place, même sur des tubes existants. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que les coquilles sont de section droite en forme de U, munies d'encoches internes, leur fond entourant le tube le plus bas, et stemboitent les unes dans les autres en laissant subsister un jeu permettant les dilatations différentielles du tube et des coquilles, en ce que chacune est fixée à ce même tube par une clavette horizontale venant se loger dans les encoches internes entre les branches du U au niveau de la génératrice supérieure de ce tube, et en ce que la dernière et l'avant-dernière coquille sont fixées à ce tube par une clavette commune. Lorsque les parties horizontales des tubes se terminent à une extrémité par un coude de raccord avec un tronçon vertical, la coquille de la zone du coude est en forme d'équerre tronquée, et elle est munie d'une part d'une clavette horizontale s'appuyant sur la partie horizontale du tube, d'autre part d'une clavette verticale s'appuyant sur la partie verticale du tube. Le procédé de mise en place du dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'on introduit une coquille en forme de U munie d'encoches internes autour de la partie extrême du tube à protéger, en ce que l'on introduit une clavette à l'intérieur de la coquille dans ses encoches internes, puis en ce que l'on emboîte successivement chacune des coquilles suivantes sur la coquille précédente, en la fixant sur le tube à protéger par une clavette. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, des dispositifs de protection des tubes inférieurs d'un panneau vertical de tubes horizontaux d'un échangeur surchauffeur de chaudière selon l'invention et leurs procédés de montage. La figure 1 représente en élévation un dispositif de protection dans lequel les tubes, horizontaux dans leur majeure partie, se terminent par un coude de raccordement à un tronçon vertical. La figure 2 représente une coupe en section droite selon l'axe Il-Il de la figure 1 de deux panneaux verticaux parallèles munis du dispositif de protection. La figure 3 représente en plan vus de dessus des dispositifs fixés à des tubes traversant sur la gauche la paroi de la chaudière. Il est représenté dans la figure 1 les trois tubes inférieurs 1, 2, 3 d'une boucle d'un panneau d'échangeur-surchauffeur. Le dispositif de protection n'est fixé que sur le tube inférieur 1, le plus exposé à l'impact des fumées corrosives, dont le sens d'écoulement vertical ascendant est représenté par la flèche. Les tubes se terminent à une faible distance de l'écran de la chaudière 4 par un coude, suivi d'un tronçon vertical. Ils sont supportés à l'aide de groupes de deux tubes verticaux tels que 5 (l'autre tube étant masqué) de manière connue, non représentée. Le dispositif de protection se compose des coquilles 6, 7, 10, 11. La coquille 6 protège le coude du tube 1. Elle est fixée à ce tube à l'aide d'une clavette horizontale 12, prenant appui sur la génératrice supérieure du tube, et d'une clavette verticale 13, prenant appui sur la génératrice interne du tronçon vertical du tube. La coquille 6 est munie sur sa droite d'un épaulement 8 dans lequel s'emboite en laissant subsister un léger jeu 14 un épaulement de la coquille suivante 7. Cette dernière est maintenue en place par une clavette 17 et comporte sur sa droite un épaulement 92 dans lequel s'emboite avec un léger jeu 18 un épaulement de la coquille suivante, et ainsi de suite. Les jeux subsistants entre les coquilles sont destinés à permettre les dilatations et contractions différentielles des tubes et des coquilles, le coefficient de dilatation des coquilles en matériau réfractaire tel que le carbure de silicium étant notablement inférieur à celui des tubes en acier. Les deux coquilles 10, 11 les plus proches des tubes verticaux de support sont différentes des autres pour permettre un ajustement précis par sciage à longueur de la coquille 10 lors du montage sur site. La coquille 10 ne présente pas d'évidement du côté de la coquille 11, et elles sont fixées sur le tube I par une clavette commune 20 et glissées ensemble de l'écran 4 vers les tubes porteurs 5. Les coquilles 7 et 6 sont montées ensuite emboitées les unes dans les autres en respectant les jeux 14 et 18. La figure 2 montre comment les coquilles sont introduites par basculement autour des tubes à protéger lorsque le montage nlest pas possible par le bas, du fait de la présence du tube d'une autre boucle. Les coquilles 7 représentées en place autour des tubes 1 ont été initialement badigeonnées d'un ciment réfractaire au niveau des encoches internes telles que 21, 22 dans lesquelles seront mises en place les clavettes 17. Puis les coquilles sont présentées, entre le tube 1 et un tube 28 d'un panneau inférieur (position 27 représentée en trait tireté), et repoussées vers le haut en les redressant. On y introduit alors par leur extrémité libre les clavettes 17. On procède de même de proche en proche pour les coquilles 10, 11, 7 et 6 de la figure 1, en emboîtant les coquilles les unes dans les autres tout en laissant subsister un jeu, et en introduisant les clavettes telles que 17 et 20. La figure 3 représente un autre cas de montage avec accès supérieur. Cette figure représente de dessus trois tubes inférieurs 31 de panneaux de surchauffeurs, à un niveau où les tubes traversent l'écran 47, 48 de la chaudière. Ces tubes sont supportés grâce à des tubes verticaux tels que 32, 33. Le tube 31 est protégé par les coquilles 34, 35, s'emboîtant les unes dans les autres, à l'exception des coquilles d'extrémité 36, 37. La coquille 34 vient en butée par des chanfreins 45, 46 contre les tubes verticaux 47, 48 constituant l'écran de chaudière garni de béton réfractaire 49, 50. L'étanchéité relative est réalisé par un garnissage réfractaire complémentaire 51. Les autres coquilles 35 sont embottées successivement sur la coquille précédente. Puis on positionne provisoirement la coquille d'extrémité 37 en appui sur ses chanfreins 52, 53 contre les tubes porteurs 32, 33. La coquille 36 ne présente pas d'évidement du côté de la coquille 37 pour permettre une mise à longueur par sciage pour obtenir un ajustement précis lors du montage sur site. On met en place la coquille 36 en écartant légèrement sur la droite de la figure les tubes porteurs 32, 33. On met en place la clavette 38 commune aux coquilles 36, 37, et emboite l'ensemble des coquilles 36, 37 sur la coquille 35 par relâchement des tubes porteurs 32, 33. On comprendra que lorsque l'une des coquilles vient à être endommagée, il suffit pour effectuer la réparation de retirer les coquilles en sens inverse du montage, de lui substituer une coquille neuve, puis de remettre en place les coquilles temporairement retirées. On peut en outre munir des panneaux de tubes d'échange de chaleur horizontaux d'un dispositif de protection selon l'invention, sans avoir à retirer les tubes en place, en enfilant successivement des coquilles de dimensions adaptées à ces tubes sur les tubes à protéger. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de protection de tubes d'échange de chaleur de chaudières ou appareils de traitement de gaz contre la corrosion et/ou l'érosion par des fumées ou des gaz, formé de coquilles (6, 7, 10, 11, fig.1) en matériau réfractaire résistant à la corrosion et/ou à l'éro- sion, enfilées autour des parties horizontales des tubes (1), caractérisé en ce que les coquilles sont de section droite en forme de U, munies d'encoches internes (21, 22, figure 2), leur fond entourant le tube le plus bas, et s'emboitent les unes dans les autres en laissant subsister un jeu permettant les dilatations différentielles du tube et des coquilles, et en ce que chacune est fixée à ce même tube par une clavette horizontale (12, 17) venant se loger dans les encoches internes entre les branches du U au niveau de la génératrice supérieure de ce tube, et en ce que l'avant-dernière (10, 36) et la dernière coquille (11, 37) sont fixées à ce tube par une clavette commune (20, 38). 2/ Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les parties horizontales des tubes se terminent à une extrémité par un coude de raccord avec un tronçon vertical, caractérisé en ce que dans la zone du coude la coquille (6) est en forme d'équerre tronquée, et en ce qu'elle est munie d'une part d'une clavette horizontale (12) s'appuyant sur la partie horizontale du tube, d'autre part d'une clavette verticale (13) s'appuyant sur la partie verticale du tube. 3/ Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les coquilles d'extrémité (11, 34, 37) comportent des chanfreins (45, 46, 52, 53, fig.3) permettant un appui sur les tubes porteurs (32, 33) ou d'écran (47, 48) sans arête vive sur ces tubes. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les clavettes (12, 17) sont immobilisées dans l'intérieur des coquilles par un ciment réfractaire. 5/ Procédé de mise en place du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit une coquille en forme de U munie d'encoches internes (21, 22) autour de la partie extrême du tube à protéger, en ce que l'on introduit une clavette (17) à l'intérieur de la coquille dans des encoches internes, puis en oe que l'on emboîte successivement chacune des coquilles suivantes sur la coquille précédente, en la fixant sur le tube à protéger par une clavette 6/ Procédé de mise en place du dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on introduit en dernier lieu une coquille (6) en forme d'équerre tronquée et de section droite en forme de U autour du coude du tube à protéger, et en ce qu'on la fixe à ce tube à l'aide d'une clavette verticale (13) et d'une clavette horizontale (12), après l'avoir emboitée sur la précédente coquille (7).