Brevet FR2623278A1 — publié le 19890519

L'invention concerne un échangeur de chaleur réa- lisé comme un élément à tubes jumelés, constitué d'au moins un tube intérieur et un tube extérieur, dont les extrémités sont reliées chacune à un collecteur, le tube intérieur étant par- couru par le fluide à refroidir et traversant les collecteurs, tandis que le tube extérieur est parcouru d'un mélange d'eau et de vaDeur d'eau de refroidissement et débouche dans les collecteurs. De tels échangeurs de chaleur (DE-OS 24 12 421) sont utilisés pour refroidir des gaz produits dans un processus, en particulier des gaz de craquage provenant du craquage thermique d'hydrocarbures gazeux et liquides. Dans la fabrication d'éthylène et de propylène, le refroidissement des gaz de craquage représente une étape technolo- gique importante de l'ensemble du processus de production. La stabilisation des produits de craquage, à la suite du processus de craquage, stabilisation qui est d'importance décisive pour le rendement, peut s'opérer seulement par un refroidissement ra- pide des gaz de craquage, ce qui présuppose des vitesses élevées dans les conduites de gaz et dans le refroidisseur du gaz de craquage, de même qu'un bon transfert thermique à travers la sur- face chaude. Lors du refroidissement des gaz de craquage, il se forme, par suite de la condensation des fractions en ébullition des mélanges d'hydrocarbures, des particules de coke qui se dé- posent sur la paroi du tube, en raison de L'écoulement turbulent avec les vitesses de gaz élevées employées et en raison de l'im- portant gradient de température dans le sens de la section du tube, et qui entravent la cession de chaleur à travers la surface d'échange thermique. L'augmentation consécutive de la température de sortie du gaz influe de façon négative sur le processus techno- logique et diminue en plus la récupératiorn de chaleur par l'échan- geur. La surface chaude de l'échangeur de chaleur est habituellement dimensionnée de manière que la température de sortie du gaz acceptable technologiquement soit encore obtenue avec des tubes moyennement encrassés. L'inconvénient est cependant qu'un encrassement plus important oblige à nettoyer le refroi- disseur ou condenseur, ce qui est lié-à une perte de production et à des coûts considérables en beaucoup de cas. L'invention vise donc à créer un échangeur de chaleur, du type décrit au début, avec lequel il soitpossible de prolonger la durée de fonctionnement entre les nettoyages et de maintenir la température de sortie du gaz à peu près constante au cours d'une période de fonctionnement entre deux nettoyages. A cet effet, selon l'invention, le tube intérieur de l'élément à tubes jumelés comporte un corps de refoulement disposé coaxialement. Un perfectionnement de l'invention prévoit que le corps de refoulement est réalisé sous forme d'un cylindre avec des extrémités aérodynamiques, et que ce corps est déplaçable axia- lement. Encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention prévoit que le corps de refoulement est relié par une barre de guidage à une broche filetée placée à l'extérieur et combinée avec une commande. La solution selon l'invention procure les effets et les avantages suivants: a) Le corps de refoulement diminue la section libre du tube intérieur, parcouru par le gaz de craquage, de l'échangeur de chaleur. La vitesse accrue du gaz et le passage forcé du gaz par l'espace annulaire entre le tube intérieur et le corps de refoulement, augmentent considérablement la transmission de cha- leur par convecticn côté gaz. Outre cette transmission de chaleur par convection, il se produit, dans la portion de tube o se trouve le corps de refoulement, une transmission de chaleur par rayonnement de ce corps solide. b) La grandeur du gradient de température local dans la couche limite Laminaire a une importance décisive pour le dépôt des particules de coke sur la paroi du tube. Le rayon- nement du corps solide constitué par le corps de refoulement aug- mente la transmission de chaleur de l'échangeur, côté gaz, sans que le gradient de température dans la couche limite Laminaire solt influencé notablement. Le processus de cokéfaction se déroule ainsi plus lentement que dans le cas d'une transmission de chaleur d'importance comparable mais s'opérant exclusivement par convection. Les durées de fonctionnement entre deux nettoyages sont prolongées considérablement. c) La longueur totale efficace de l'échangeur, pour ce qui concerne la transmission de chaleur, est répartie par le corps de refoulement sur deux tronçons longitudinaux ayant des transmissions de chaleur différentes, côté gaz. Le rapport de ces tronçons de tube, ayant l'un une forte transmission de chaleur et l'autre une faible transmission de chaleur, peut être modifié par le déplacement axial du corps de refoulement s'il s'agit d'un échangeur dans lequel ce corps est réglable de façon continue, et par l'incorporation d'un autre corps de refoulement s'il s'agit d'un échangeur o ce corps est monté fixe, ce qui permet d'agir sur la transmission de chaleur globale à travers la surface chaude, donc aussi sur la température de sortie du gaz. d) La surface chaude de l'échangeur est dimens- sionnée de manière que la température de sortie du gaz requise soit obtenue, à l'état propre, quand le corps de refoulement occupe sa position de fin de course en haut. En fonction de l'aug- mentation de l'encrassement, côté gaz, pendant le fonctionnement, on peut faire entrer le corps de refoulement davantage dans le tube, jusqu'à ce que la température de sortie désirée soit rétablie. e) En prévoyant un dimensionnement adéquat la température de sortie du gaz peut être maintenue constante sur toute la durée de fonctionnement entre deux nettoyages. f) La possibilité de réglage de la température de sortie du gaz, à l'aide du corps de refoulement, permet aussi une plus grande variabilité dans Le choix des produits bruts prévus pour le craquage, du fait que le changement niécessaire du refroi- dissement du gaz peut être opéré chaque fois en souplesse. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de La description qui va suivre de deux exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un échan- geur de chaleur selon l'invention; et - la figure 2 est une vue semblable d'une variante de réalisation de cet échangeur. L'échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 est formé par un élément 1 à tubes jumelés, qui est essentiellement droit et est constitué d'un tube extérieur 6 et d'un tube inté- rieur 2 disposé coaxialement par rapport à lui; les extrémités de cet élément sont reliées c'hacune à un collecteur 9 ou 10. Le tube extérieur 6 débouche d'un côté dans l'es- pace intérieur 17 du collecteur 9 et de l'autre côté dans l'espace intérieur 18 du collecteur 10. L'extrémité supérieure du tube intérieur 2 porte une plaque de recouvrement 5 et est pourvue latéralement d'une tubulure 7 raccordée à une conduite de gaz effluent non représentée. A l'extrémité d'entrée du gaz, le tube intérieur 6 est raccordé par une culotte 8 à deux conduites d'ame- née de gaz de craquage non représentées. Les collecteurs 9 et sont raccordés, côté eau et côté vapeur, à un tambour à vapeur non représenté. Le corps de refoulement 3 est formé d'un tube 11 fermé à l'avant et à l'arrière par des extrémités 19 et de forme aérodynamique; Le corps de refoulement 3 est guidé par une barre 4 qui traverse la plaque de recouvrement 5. Un disque 12 est fixé à l'extrémité supérieure de la barre de guidage 4. La plaque de recouvrement 5 et le disque 12 sont attachés aux extrémités opposées d'un compensateur élastique 13 qui permet au corps de refoulement 3 de se déplacer conjointement avec la barre de guidage 4 et le disque 12 par rapport au tube intérieur 2, avec maintien de l'étanchéité vis-à-vis de l'environnement du côté gaz de l'échangeur. Le disque 12 peut être abaissé et relevé au moyen d'une broche filetée 14 et d'une commande 15, ce qui permet de positionner le corps de refoulement à l'endroit voulu à l'intérieur du tube 2, suivant la température de sortie désirée du gaz. Le gaz de craquage quitte l'échangeur par la tubulure 7. Le tube intérieur 2 contient une chicane 16 destinée à produire une dé- viation aérodynamique du gaz. la figure 2 représente un échangeur de chaleur qui est équipé d'uncorps de refoulement 3 monté fixe et qui peut être remplacé par un autre corps de refoulement suivant les conditions de fonctionnement. Une telle exécution convient pour des échangeurs de chaleur qui s'encrassent peu. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur réalisé comme un élément à tubes jumelés, constitué d'au moins un tube intérieur et un tube extérieur, dont les extrémités sont reliées chacune à un collecteur, le tube intérieur étant parcouru par le fluide à refroidir et traversant les collecteurs, tandis que le tube extérieur est parcouru d'un mélange d'eau et de vapeur d'eau de refroidissement et débouche dans le collecteur, caractérisé en ce que le tube intérieur (2) de L'élément (1) à tubes jumelés comporte un corps de refoulement (3) disposé coaxialement. 2. Echangeur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que Le corps de refoulement (3) est déplacable axia- lement. 3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que le corps de refoulement (3) est réalisé sous forme d'un cylindre avec des extrémités (19, 20) ayant de pré- férence une forme aérodynamique. 4. Echangeur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le corps de refoulement (3) est relié par une barre de guidage (4) à une broche filetée (14) disposée à l'extérieur et combinée à une commande (15).