Brevet FR2633044A1 — publié le 19891222

La présente invention concerne des perfection- nements dans la détection de fuites dans les échangeurs de chaleur du type à tête flottante. Les échangeurs de chaleur sont largement utilisés dans le Génie Chimique. L'expression "coque cylindrique et tube" qualifie une catégorie importante d'échangeurs de chaleur et l'expression "échangeur à tête flottante" désigne spécifiquement un type particulier dans la catégorie des échangeurs à coque cylindrique et tube. Ces échangeurs de chaleur sont bien connus de l'homme de l'art et sont décrits dans des ouvrages fondamentaux de référence tels que Chemical Enqineer's Handbook, publié sous la direction de Perry et Green, Sixième Edition, McGraw-Hill, (1984). Comme l'implique l'expression "coque cylindri- que et tube", un "tube" d'échangeur de chaleur (ou, plus souvent, un ensemble de -tubes - connu sous le nom de "faisceau de tubes") est logé à l'intérieur d'une coque cylindrique. Les tubes sont habituellement maintenus en place par une "plaque à tubes". L'expression "plaque à tubes" désigne une plaque plane comprenant plusieurs trous qui correspondent aux tubes par leur diamètre et leur nombre. Ainsi, la plaque à tubes définit la disposition des tubes dans le faisceau de tubes, suivant la configura- tion des trous dans la plaque à tubes. A une extrémité du faisceau de tubes, la "plaque a tubes fixe" est maintenue en place et est en contact avec la coque cylindrique. A l'extrémité opposée du faisceau de tubes, la "plaque à tubes a tête flottante" n'est pas fixée à la coque cylindrique, laissant ainsi entre la coque tubulaire et la plaque a tubes à tête flottante un espace ouvert, qui est désigné sous le nom d"'intervalle de la tête flottante". Les échangeurs de chaleur à coque cylindrique et tube sont habituellement utilisés pour l'échange de chaleur entre deux courants de fluides en faisant passer un courant de fluide à travers la coque cylindrique (désignée ci-après sous le nom de "zone de la coque cylindrique") et un second courant de fluide à travers le faisceau de tubes (désigné ci-après sous le nom de "zone des tubes"). Les échangeurs de ce type sont conçus de manière à maintenir le courant de fluide de la zone de la coque cylindrique séparé du courant de fluide de la zone des tubes. Cependant, la configuration est anéantie par des fuites à l'intérieur de l'échangeur - par exemple, un trou, même dans un seul tube, permet un certain mélange des deux courants de fluides. Des fuites dans les échangeurs de chaleur à tête flottante sont indésirables. Ces fuites peuvent également être dangereuses, suivant les caractéris- tiques des courants respectifs de fluides. La réparation des fuites dans un échangeur nécessite l'arrêt et le démontage partiels de l'échangeur, ce qui est un procédé long et coûteux. Ainsi, pour des raisons de sécurité et d'efficacité, il est important que les fuites soient convenablement détectées et identifiées. Le procédé qui est utilisé classiquement pour detecter des fuites dans un échangeur de chaleur à tête flottante fait intervenir l'utilisation d'une "bague d'essai" métallique, dans un essai hydrostatique. Tout d'abord, la coque cylindrique de l'échangeur est partielle- ment démontée pour mettre à nu la plaque a tubes à tête flottante. Puis une bague métallique d'essai est fixée à la coque cylindrique et à la plaque à tubes à tête flottante, de manière à entourer l'intervalle de tête flottante précitée. En outre, un garnissage et un anneau d'étanchéité sont classiquement utilisés pour produire le joint final. Ainsi, la bague d'essai assure l'étanchéité de l'intervalle de la tête flottante mais laisse la face terminale extérieure de la plaque à tubes à tête flottante ouverte pour l'examen. En conséquence, la fabrication de la bague d'essai doit être effectuée tres soigneusement pour parvenir à un ajustement étroit entre la coque tubulaire et la plaque à tubes à tête flottante. Apres installation de la bague d'essai, de l'eau est introduite dans la coque tubulaire de l'échan- geur. Si un tube présente une fuite, de l'eau apparaît de manière visible à l'extrémité de ce tube. La méthode d'essai précitée présente de nombreux inconvénients. Il est évident que la bague d'essai doit se conformer aux dimensions de la coque cylindrique et de la plaque à tubes à tête flottante. Les échangeurs de chaleur ne possèdent -pas toujours des dimensions normalisées et, en conséquence, un utilisateur de nombreux échangeurs différents à tête flottante est souvent confronté à la fabrication et à l'entreposage de nombreuses bagues d'essai différentes..Les bagues d'essai sont habituellement produites à partir d'un alliage ferreux et pèsent souvent plusieurs centaines de kilogrammes. En conséquence, en plus de leurs problèmes inhérents de production et d'entreposage, les bagues d'essai sont suffisamment difficiles à manipuler pour qu'un appareillage lourd soit nécessaire pour faciliter leur installation. En conséquence, un objectif de la présente invention consiste à proposer un appareil perfectionné destiné à être utilisé dans la détection de fuites dans les échangeurs de chaleur à tête flottante. Un autre objectif de la présente invention consiste à proposer un procédé perfectionné pour détecter des fuites dans un échangeur de chaleur à tête flottante. Il est proposé un appareil d'essai destiné à être utilisé dans un échangeur de chaleur à tête flottante partiellement démonté comprenant un corps de coque cylindrique, une plaque à tubes à tête flottante et un intervalle de tête flottante, l'appareil comprenant une membrane légère, flexible, de faible perméabilité aux gaz, un premier système de fixation de la membrane et un second système de fixation de la membrane, la membrane étant fixée à la périphérie de la plaque à tubes à tête flottante au moyen du premier système de fixation de membrane et au corps de la coque cylindrique au moyen du second système de fixation de membrane de sorte que la membrane forme une enveloppe continue qui entoure l'intervalle de tête flottante mais qui ne couvre pas la face terminale extérieure de la plaque à tubes à tête flottante. Il est également proposé un procédé pour détecter des fuites dans un échangeur de chaleur à tête flottante partiellement démonté comprenant un corps de coque cylindrique, une plaque à tubes flottante et un intervalle de tête flottante, procédé comprenant les étapes consistant: i) à fixer une membrane flexible, légère, présentant une faible perméabilité aux gaz à la périphérie de la plaque à tubes à tête flottante au moyen du premier système de fixation de membrane, et au corps de la coque cylindrique au moyen du second système de fixation de membrane de sorte que la membrane forme une enveloppe continue qui entoure l'intervalle de tête flottante mais qui ne couvre pas la face terminale ex- térieure de la plaque & tubes à tête flottante; ii) à introduire un gaz sous pression dans la coque cylindrique de sorte que la membrane soit soumise à une pression manométrique au moins égale à 14 kPa mais inférieure à 288 kPa; iii) à observer la face terminale extérieure -de la plaque à tubes pour déterminer la présence d'une fuite de gaz. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un échangeur de chaleur à tête flottante, partiellement démonté; la figure 2 est une vue isométrique d'une membrane flexible destinée à être utilisée dans la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe d'une forme de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente un échangeur de chaleur partiellement démonté, avec les deux couvercles des extrémités de la coque cylindrique enlevés. En ce qui concerne la figure 1, un ensemble de tubes 1 communique avec une plaque à tubes fixe 2 et avec une plaque à tubes flottante 3. Les tubes sont logés à l'intérieur d'une coque cylindrique. La plaque à tubes fixe 2 est maintenue fixement en place par rapport au corps 5 de la coque cylindrique. Un joint (non représenté) est habituellement inséré entre le corps 5 de la coque cylindrique et la plaque à tubes fixe 2 pour produire une enceinte étanche à l'air. L'intervalle de tête flottante 20 est situé entre la plaque a tubes à tête flottante 3 et le corps 5 de la coque cylindrique. Dans un échangeur de chaleur à tête flottante assemblé, le courant de fluide de la zone de la coque cylindrique est introduit à travers l'orifice d'admission de la coque cylindrique et sort par l'orifice de sortie 31 de la coque cylindrique. Il est évident que la zone de la coque cylindrique de l'échangeur partiellement démonte représenté sur la figure 1 ne retiendra pas un fluide, puisque le fluide peut s'échapper par l'intervalle de tête flottante 20. La figure 2 est une vue isométrique d'une membrane flexible, légère. La membrane possède une surface continue 51, une première extrémité ouverte 52 et une seconde extrémité ouverte 53. La membrane doit être constituée d'une matière qui soit flexible et qui ne soit pas fortement perméable aux gaz. La membrane doit pouvoir supporter une pression manométrique (c'est-à-dire une pression supérieure à la pression atmosphérique) de 14 à 21 kPa et, de préférence, doit pouvoir supporter une pression manométrique de 175 à 210 kPa. Des matières convenables pour la production de la membrane sont nombreuses et comprennent une matière textile à tissage serre, une étoffe non tissée, un film de matière plastique tel qu'un film de polyéthylène et un film de caoutchouc. Un film de polyethylène de l'épaisseur appropriée est particulièrement apprécié pour des raisons de commodité et d'économie. Une membrane plus durable, mais plus coûteuse, peut être préparée à partir d'un film de caoutchouc. Un copolymère isobutylène-isopropène (caoutchouc butyle) convient particulièrement en raison de sa faible per- méabilité aux gaz. La figure 3 représente une vue en coupe d'un appareil destiné à détecter des fuites dans un échangeur à tête flottante. La membrane flexible 51 est fixée au corps 5 de la coque cylindrique au moyen du premier système de fixation 55 et au périmètre de la plaque à tubes a tête flottante 3 au moyen du second système de fixation 56 de la membrane. La matière destinée à la production des systèmes de fixation 55 et 56 n'est pas déterminante pour la présente invention, et des matières simples telles qu'un câble ou une courroie, conviennent. Il est essentiel que la membrane ne couvre pas la face terminale extérieure de la plaque à tubes flottante 3. Ainsi, lorsque la membrane 51 est fixée, quelqu'un peut examiner la face terminale extérieure de la plaque à tubes flottante 3 et observer les extrémités des tubes 1. L'appareil représenté sur la figure 3 peut être utilisé dans un procédé destiné à détecter des fuites au niveau des tubes dans un échangeur de chaleur a tête flottante. La mise en oeuvre du procédé commence par' l'introduction d'un gaz sous pression dans l'orifice d'entrée 30 de la coque cylindrique. L'orifice de sortie 31 de la coque cylindrique doit être au moins partiellement obturé (et est de préférence totalement obturé) pour permettre l'élévation de la pression du gaz à l'intérieur du corps 5 de la coque cylindrique. L'orifice de sortie 31 peut être obturé au moyen d'une soupape (non représentée) ou d'un autre système convenable. Le gaz mis sous pression gonfle la membrane flexible 51, ce qui indique la présence d'une pression supérieure à la pression atmosphérique à l'intérieur de la coque cylindrique 5. Une pression manométrique minimale d'environ 14 kPa convient, bien qu'une pression de 70 à kPa soit préférée. Des pressions plus élevées peuvent être utilisées mais ne sont pas nécessaires. Des pressions supérieures à environ 280 kPa ne sont de préférence pas utilisées car le risque de rupture de la membrane est accru. Des fuites peuvent être détectées en observant la plaque à tubes à tête flottante, de la manière expliquée ci-dessous. Une fuite dans un tube 1 permet l'entrée du gaz dans ce tube. De manière similaire, une fuite entre la plaque à tubes à tête flottante 3 et le tube 1 permet aux gaz de s'échapper. La présence d'une fuite peut être détectée d'après le bruit du gaz lorsqu'il s'échappe par l'orifice de fuite. Dans une forme de réalisation appréciée, les tubes mis à nu au niveau de la plaque fixe 2 sont recou- verts pour accroître le débit de gaz à l'extrémité opposée. Les tubes peuvent être recouverts, par exemple, avec un ruban adhésif ou des feuilles constituées d'une matière magnétique flexible. Dans une forme de réalisation extrêmement appréciée, une solution de savon est appliquée à la face terminale extérieure de la plaque flottante 3 de sorte que l'endroit des fuites soit mis en évidence de manière visible en raison de la formation de bulles de savon. Le type de gaz qui est utilisé dans cette forme de réalisation appréciée du procedé de détection de fuites n'est pas déterminant pour la réussite du procédé. Pour des raisons de simplicité et d'économie, il est habituellement préféré d'utiliser de l'air mis sous pression. Cependant, si la présence potentielle de matières inflammables dans l'échangeur est envisageable, un gaz inerte tel que l'azote peut être utilisé. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil d'essai destiné a être utilisé dans un échangeur de chaleur à tête flottante partiellement démonté, comprenant une coque cylindrique, une plaque à tubes à tête flottante et un intervalle de tête flot- tante, caractérisé en ce qu'il comprend une membrane flexible, légère, présentant une faible perméabilité aux gaz, un premier moyen de fixation de la membrane et un second moyen de fixation de la membrane, ladite membrane étant fixée au périmètre de ladite plaque à tubes (3) à tête flottante au moyen dudit premier système de fixation de la membrane, et à ladite coque cylindrique (5) au moyen dudit second système de fixation de la membrane de sorte que ladite membrane forme une enveloppe continue qui entoure ledit intervalle de tête flottante mais ne couvre pas la face terminale extérieure de ladite plaque à tubes (3) à tête flottante. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane consiste en un film de polyethylène. 3. Procédé pour détecter des fuites dans un échangeur de chaleur à tête flottante partiellement démonté comprenant un corps de coque cylindrique, une plaque à tubes à tête flottante et un intervalle de tête flot- tante, caractérisé en ce qu'il consiste: i) à fixer une membrane flexible, légère, présentant une faible perméabilité aux gaz à la périphérie de la plaque à tubes à tête flottante au moyen du premier système de fixation de membrane, et au corps de la coque cylindrique au moyen du second système de fixation de membrane de sorte que la membrane forme une enveloppe continue qui entoure l'intervalle de tête flottante mais qui ne couvre pas la -face -11 terminale extérieure de la -plaque à tubes à tête flottante ii) à introduire un gaz sous pression dans la coque cylindrique de sorte que la membrane soit soumise à une pression manométrique au moins égale à 14 kPa mais inférieure à 280 kPà; et iii) à observer la face terminale extérieure de la plaque à tubes pour déterminer la présence d'une fuite de gaz. 4-. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz est l'air. 5. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à appliquer une solution de savon à la face terminale extérieure de la plaque à tubes.