Brevet FR2700603A1 — publié le 19940722

La présente invention concerne un dispositif de protection contre la corrosion etlou l'abrasion de tubes d'un élément surchauffeur d'une chaudière. La figure 1 représente un générateur d'eau surchauffée ou de vapeur d'une chaudière comprenant généralement des tubes porteurs verticaux, horizontaux ou obliques 1 fixés à leurs extrémités supérieures au plafond 2 de la chaudière en traversant celui-ci et dont les extrémités inférieures sont coudées de façon à définir un serpentin de tubes formant un faisceau ou panneau surchauffeur 3. Les tubes 1 sont baignés par des flux de fumées chaudes et agressives dont le sens est indiqué par la flèche F. I1 est donc nécessaire de protéger les tubes 1 contre la corrosion etSou l'abrasion résultant de ces flux de fumées. Une solution connue pour protéger les tubes consiste à utiliser des coquilles métalliques en acier au carbone ou fortement allié ou en fonte, soudées ou fixées sur les tubes par des moyens mécaniques. De telles coquilles assurent une bonne protection des tubes, mais la durée de protection est courte et les coquilles doivent être remplacées assez souvent, par exemple tous les ans ou tous les deux ans, ce qui nécessite des arrêts d'installation et des travaux longs, pénibles et coûteux. Une autre solution pour protéger les tubes de chaudière consiste à utiliser des pièces en matériau réfractaire, par exemple en carbure de silicium, accrochées sur les tubes. Cependant, les éléments d'ancrage métallique de ces pièces sont mal refroidis, se corrodent et les pièces de protection tombent. L'invention propose un dispositif de protection de tubes de chaudière dont la durée de vie est nettement supérieure à celle des dispositifs de protections utilisés jusqu'à maintenant, d'un coût similaire et surtout facile à mettre en place. A cet effet, le dispositif de protection contre la corrosion etfou l'abrasion de tubes notamment d'élément surchauffeur d'une chaudière, comprenant au moins une coquille de protection entourant les tubes à protéger, est caractérisé en ce que chaque coquille de protection comprend une première pièce entourant partiellement un tube ou une pluralité de tubes à protéger et définissant avec la portion libre restante du ou des tubes non entourée un logement conformé de façon à recevoir et maintenir une seconde pièce de la coquille permettant à la fois un verrouillage de la première pièce au tube ou à la pluralité de tubes et la fermeture de la coquille qui entoure ainsi complètement le ou les tubes à protéger. Avantageusement, la seconde pièce de la coquille est de forme sensiblement conjuguée à celle du logement précité et est introduite dans celuici par glissement le long du tube ou de la pluralité de tubes à protéger. Le logement défini par la première pièce de chaque coquille devant être mise en place sur au moins deux tubes adjacents dont les extrémités ne sont pas libres présente en section transversale un passage d'entrée d'une largeur inférieure à la largeur occupée par les tubes adjacents et allant en s'évasant vers le fond de la première pièce sur une largeur maximale supérieure à la largeur des tubes de façon à permettre la mise en place de la première pièce sur les tubes par pivotement de la pièce autour de l'un des tubes. Selon une variante de réalisation, le logement de la première pièce de chaque coquille devant être mise en place sur un tube unique dont les extrémités ne sont pas libres présente en section transversale un passage d'entrée d'une largeur légèrement supérieure à la section du tube et allant en s'évasant vers le fond de la première pièce sur une largeur maximale supérieure à la section du tube de façon à permettre la mise en place de la première pièce directement sur le tube. Les première et seconde pièces de chaque coquille, en position assemblée, épousent sensiblement le tube ou la pluralité de tubes en laissant subsister un jeu entre pièces et tubes. Les première et seconde pièces de chaque coquille s'étendent le long du tube ou des tubes de part et d'autre d'un plan longitudinal médian du tube ou du plan commun longitudinal médian des tubes lorsque ceux-ci sont reliés côte à côte entre eux par des ailettes transversales. Le dispositif comprend plusieurs coquilles empilées couvrant toute la longueur du tube ou des tubes. Selon une variante, les premières pièces des coquilles empilées sont montées d'un même côté du tube ou des tubes de même que les secondes pièces de ces coquilles. Selon une autre variante, les premières pièces des coquilles empilées sont montées alternativement de chaque côté du ou des tubes de même que les secondes pièces de ces coquilles. Avantageusement, les premières et secondes pièces des coquilles comprennent chacune à leurs extrémités respectivement une rainure et une languette, la languette de l'une des pièces s'engageant dans la rainure d'une autre pièce adjacente de façon à assurer une étanchéité au passage de gaz vers le ou les tubes à protéger et une meilleure tenue des pièces des coquilles empilées. Chaque coquille assemblée présente une forme extérieure polygonale à six côtés. Avantageusement, les pièces précitées des coquilles sont en carbure de silicium. Une couche de coulis réfractaire à base de carbure de silicium est interposée entre le tube ou les tubes et les pièces de chaque coquille de protection. Avantageusement, la première pièce de la coquille située en-dessous du plafond de la chaudière est maintenue en place sous celui-ci par du béton réfractaire au carbure de silicium damé ou coulé dans l'espace libre entre tubes et première pièce à la place de la seconde pièce. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 représente un élément surchauffeur à tubes d'une chaudière auquel s'applique l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus d'une coquille de protection conforme à l'invention mise en place sur deux tubes adjacents d'un élément surchauffeur; - la figure 3 est une vue de côté suivant la flèche III de la figure 2; - la figure 4 est une vue de dessus représentant le mode de mise en place d'une pièce principale d'une coquille de protection sur deux tubes adjacents de la figure 2; - la figure 5 est une vue en perspective représentant un certain nombre de coquilles empilées de protection de deux tubes et la façon dont une pièce secondaire d'une coquille supérieure s'assemble dans la pièce principale de la coquille; - la figure 6 représente une variante d'empilage des coquilles de protection; - la figure 7 représente en vue de dessus une coquille de protection de trois tubes adjacents; et - la figure 8 est une vue de dessus représentant une coquille de protection mise en place sur un tube unique. L'invention va être décrite en application à la protection contre la corrosion et/ou l'abrasion de tubes porteurs d'un élément surchauffeur d'une chaudière représenté en figure 1, lesquels tubes traversent le plafond de la chaudière et sont, en général, fixés au-dessus de ce plafond par exemple à une poutre support, mais il est bien évident qu'elle s'applique également à d'autres types de tubes à protéger d'une installation autre qu'une chaudière et en tout cas de tubes dont les extrémités ne sont pas libres, c'est-à-dire inaccessibles. En se reportant de nouveau à la figure 1, les tubes porteurs 1 de l'élément surchauffeur s'étendant sur une distance d définie entre le plafond 2 de la chaudière et le panneau surchauffeur 3 sont ceux qui doivent être protégés contre la corrosion et/ou l'abrasion dues aux fumées chaudes et agressives. Comme représenté en se référant également aux figures 2 à 5, les tubes porteurs 1 sont constitués chacun de deux tubes cylindriques adjacents 4, 5 assemblés entre eux par une ailette longitudinale 6 située dans le plan médian longitudinal commun aux deux tubes 4, 5 et fixée le long de ceux-ci par soudage. Les deux tubes 4, 5 sont protégés par au moins une coquille de protection 7 entourant les tubes à protéger 4, 5 sur une portion de leur longueur Selon l'invention, chaque coquille de protection 7 comprend une pièce principale 8 entourant partiellement les deux tubes 4, 5 et définissant avec la partie libre restante non entourée des tubes 4, 5 un logement 9 conformé de façon à recevoir et maintenir une seconde pièce 10 de la coquille 7 de forme conjuguée au logement 9 et permettant à la fois un verrouillage de la pièce 8 aux tubes 4, 5 et la fermeture de la coquille 7 qui entourent ainsi complètement les tubes à protéger 4, 5 comme représenté en particulier à la figure 2. Lorsque la pièce principale 8 d'une coquille 7 est mise en place sur les deux tubes 4, 5, la pièce de verrouillage 10 est introduite dans le logement 9 par glissement le long des tubes 4, 5 comme cela ressort de la partie supérieure de la figure 5. Le logement 9 présente en section transversale un passage d'entrée d'une largeur 11 inférieure à la largeur 12 occupée par les tubes adjacents 4, 5 et allant en s'évasant ou s'élargissant vers le fond de la pièce principale 8 jusqu'à une largeur maximale 13 égale ou supérieure à la largeur des tubes 4, 5. Les deux parties évasées définissant les deux parois latérales du logement 9 sont courbes avec un rayon de courbure r ayant pour origine le centre du cercle défini par le tube le plus éloigné de la paroi arquée considérée. Le fond de la pièce principale 8 est défini par deux cavités parallèles approximativement cylindriques 8a, 8b raccordées entre elles par une partie formant méplat longitudinal 8c et également raccordées respectivement aux deux parois latérales du logement 9. Ainsi, le fond de la pièce principale 8 est de forme conjuguée à celle de la partie de tubes et ailette située en arrière du plan médian longitudinal des tubes 4, 5 par rapport à l'ouverture du logement lorsque la pièce 8 est en place sur les tubes 4, 5. Le logement 9 peut être également défini comme présentant la forme générale d'une rainure approximativement en queue d'aronde. La pièce de verrouillage 10 comprend deux parois latérales curvilignes 10a, lOb s'engageant étroitement entre les parois courbes du logement 9 et a sa face interne d'une forme sensiblement conjuguée à celle définie par les portions de tubes et d'ailette lui faisant face en position assemblée dans la pièce 8. Autrement dit, lorsque la coquille 7 est mise en place sur les tubes 4, 5, les pièces 8 et 10 épousent sensiblement ceux-ci en laissant subsister toutefois un jeu entre pièces 8, 10 et tubes 4, 5. De la sorte, la pièce 10 ne peut sortir du logement 9 dans lequel elle se trouve qu'en coulissant le long des tubes qu'elle protège et elle ne peut pas s'éloigner perpendiculairement à l'ailette 6 puisque la forme du logement définie par la pièce 8 la retient dans celle-ci. Lorsque assemblées l'une dans l'autre, les pièces 8 et 10 s'étendent de part et d'autre du plan commun longitudinal médian des tubes 4, 5. La figure 4 montre la manière de mettre en place une pièce principale 8 d'une coquille 7 en amenant l'un des deux tubes, par exemple le tube 5, dans Rune des cavités du fond de la pièce 8, par exemple la cavité 8b, et en faisant pivoter dans le sens indiqué par la flèche la pièce 8 autour du tube 5 jusqu'à ce que le fond de la pièce 8 se trouve en regard des portions correspondantes des tubes 4,5 et de l'ailette 6. Chaque coquille 7, une fois mise en place sur les tubes 4, 5, présente une forme polygonale à six côtés afin de faciliter la fabrication des pièces la constituant, mais elle peut être d'une forme différente, par exemple arrondie, sans pour autant nuire à l'efficacité de protection des tubes. Pour couvrir toute la longueur libre des tubes porteurs 4, 5, on empile un nombre suffisant de coquilles de protection 7 comme représenté en figure 5. Afin d'assurer une étanchéité parfaite au passage des gaz vers les tubes 4, 5 et une meilleure tenue des pièces 8, 10 des coquilles empilées 7, la pièce 8 d'une coquille 7 comprend à ses deux extrémités respectivement une rainure périphérique 8d et une languette périphérique 8e tandis que la pièce 10 comprend également à ses deux extrémités respectivement une rainure rectiligne 10c et une languette 10d assurant la continuité respectivement de la rainure 8d et de la languette 8e de la pièce 8 lorsque la pièce 10 de verrouillage est logée dans la pièce 8. Ainsi, lors de l'empilage des coquilles 7, les languettes 8e et 10d des pièces 8 et 10 sont engagées respectivement dans les rainures 8d et 10c des pièces adjacentes 8, 10. Les pièces 10 sont représentées comme étant empilées d'un même côté des tubes 4, 5 tandis que les pièces 8 sont empilées également d'un même côté des tubes 4, 5 opposé à celui où se trouve les pièces 10. La figure 6 représente une variante d'empilage des coquilles de protection 7 où les pièces 8 sont disposées alternativement de chaque côté des tubes 4, 5 comme cela est également le cas pour les pièces 10. Bien entendu, selon cette variante, une languette 8e d'une pièce 8 est engagée en partie dans une rainure 10c d'une pièce adjacente 10 tandis qu'une languette 10d d'une pièce 10 sera engagée dans une partie d'une rainure 8d d'une pièce adjacente 8. Le montage en alternance des pièces 8, 10 améliore davantage la tenue de ces pièces entre les diverses rangées. De préférence, les pièces 8 et 10 sont réalisées en carbure de silicium. De plus, une couche de coulis réfractaire à base de carbure de silicium est interposée entre les tubes 4, 5 et les pièces 8, 10 afin d'améliorer l'étanchéité au gaz, le transfert thermique et le maintien en place des pièces 8, 10. Le fait d'utiliser le carbure de silicium en particulier pour réaliser les pièces 8 et 10 est avantageux car ce matériau conduit très bien la chaleur, résiste aux hautes températures, aux agressions chimiques des fumées et à l'abrasion et possède une bonne résistance mécanique et aux chocs thermiques. La pièce 8 se trouvant juste en-dessous du plafond 2 de la chaudière est fixée sous celui-ci et aux tubes 4, 5 par du béton réfractaire au carbure de silicium damé ou coulé dans l'espace libre entre tubes 4, 5 et pièce 8 à la place de la seconde pièce 10. La figure 7 représente une coquille de protection 7 de trois tubes 4, 5, 11 reliés entre eux parallèlement dans un même plan par deux ailettes longitudinales 6, 12. La coquille 7 mise à part la différence de dimensions due aux trois tubes, est semblable à chaque coquille 7 définie précédemment et comprend deux pièces 8 et 10 semblables aux pièces 8 et 10 définies précédemment et accomplissant les mêmes fonctions. I1 est donc inutile de décrire en détail cette structure de coquille. La figure 8 représente également une coquille de protection 7 d'un tube unique 13. Cette coquille comprend une pièce principale 8 et une pièce de verrouillage 10 s'engageant dans le logement 9 défini par la pièce 8 et le tube 13. Les parois latérales de la pièce 8 définissant le logement 9 sont dans le cas présent planes au lieu d'être incurvées comme dans les modes de réalisation précédant. Le passage d'entrée du logement 9 a une largeur 14 légèrement supérieure au diamètre du tube 13 et va en s'élargissant vers ce dernier de façon à y retenir la pièce 10 une fois engagée par glissement le long du tube 13 dans le logement 9. Le dispositif conforme à l'invention protège ainsi efficacement les tubes de chaudière et ne nécessite pas d'arrêt d'installation, ni de travaux longs, pénibles et coûteux lorsque les différentes pièces le constituant doivent être changées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre la corrosion etZou l'abrasion de tubes notamment d'élément surchauffeur d'une chaudière, comprenant au moins une coquille de protection entourant les tubes à protéger, caractérisé en ce que chaque coquille de protection (7) comprend une première pièce (8) entourant partiellement un tube (13) ou une pluralité de tubes (4, 5, 11) à protéger et définissant avec la portion libre restante du ou des tubes non entourée un logement (9) conformé de façon à recevoir et maintenir une seconde pièce (10) de la coquille (7) permettant à la fois un verrouillage de la première pièce (8) au tube (13) ou à la pluralité de tubes (4, 5, 11) et la fermeture de la coquille (7) qui entoure ainsi complètement le ou les tubes à protéger. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde pièce (10) précitée est de forme sensiblement conjuguée à celle du logement (9) précité et est introduite dans celui-ci par glissement le long du tube (13) ou de la pluralité de tubes (4, 5, 11) à protéger. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le logement (9) défini par la première pièce (8) de chaque coquille (7) devant être mise en place sur au moins deux tubes adjacents (4, 5) dont les extrémités ne sont pas libres présente en section transversale un passage d'entrée d'une largeur inférieure à la largeur occupée par les tubes adjacents (4, 5) et allant en s'évasant vers le fond de la première pièce (8) sur une largeur maximale égale ou supérieure à la largeur des tubes (4, 5) de façon à permettre la mise en place de la première pièce (8) sur les tubes (4, 5) par pivotement de la pièce (8) autour de l'un(4;5; 11) des tubes. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le logement (9) défini par la première pièce (8) de chaque coquille (7) devant être mise en place sur un tube (13) dont les extrémités ne sont pas libres présente en section transversale un passage d'entrée (9) d'une largeur légèrement supérieure à la section du tube (13) et allant en s'évasant vers le fond de la première pièce (8) sur une largeur maximale supérieure à la section du tube (13) de façon à permettre la mise en place de la première pièce (8) directement sur le tube (13). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première (8) et seconde (10) pièces précitées, en position assemblée, épousent sensiblement le tube (13) ou la pluralité de tubes (4, 5, 11) en laissant subsister un jeu entre pièces et tubes. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première (8) et seconde (10) pièces précitées s'étendent le long du tube (13) ou des tubes (4, 5, 11) de part et d'autre d'un plan longitudinal médian du tube (13) ou du plan commun longitudinal médian des tubes (4, 5, 11) lorsque ceux-ci sont reliés côte à côte entre eux par des ailettes transversales (6, 12). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs coquilles (7) empilées couvrant toute la longueur du tube (13) ou des tubes (4, 5, 11). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les premières pièces (8) des coquilles empilées (7) sont montées d'un même côté de même que les secondes pièces (10) de ces coquilles (7). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les premières pièces (8) des coquilles empilées (7) sont montées alternativement de chaque côté du ou des tubes (4, 5, 11, 13) de même que les secondes pièces (10) de ces coquilles (7). 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les premières (8) et secondes (10) pièces précitées comprennent chacune à leurs extrémités respectivement une rainure (8d; 10c) et une languette (8e, 10d), la languette de l'une des pièces (8, 10) s'engageant dans la rainure d'une autre pièce adjacente (8, 10) de façon à assurer une étanchéité au passage de gaz vers le ou les tubes et une meilleure tenue des pièces (8, 10) des coquilles empilées (7). 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque coquille assemblée (7) présente une forme extérieure polygonale a A r à six côtés. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pièces (8, 10) précitées des coquilles (7) sont en carbure de silicium. 13. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce qu'une couche de coulis réfractaire à base de carbure de silicium est interposée entre le ou les tubes précités et les pièces (8, 10) de chaque coquille de protection (7). 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce (8) de la coquille (7) située en-dessous du plafond (2) de la chaudière est maintenue en place sous celui-ci par du béton réfractaire au carbure de silicium damé ou coulé dans l'espace libre entre tubes et première pièce (8) à la place de la seconde pièce (10).