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Dispositif de contrôle de debit dans un tube d'échangeur de chaleur
La présente invention concerne un dispo~iti~ de contrôle de débit
dans un tube d'échangeur de chaleur parcouru par une vapeur, comprenant
un insert fixé par dudgeonnage dans une zone de l'extrémité du tube
d'échangeur ou de l'orifice de la plaque tubulaire correspondant à ce
tube, et un di3que à orifice calibré, en métal résistant à
l'érosion-corrosion, fixé à l'intérieur de l'insert en aval par rapport
à la zone dudgeonnée dans le sens d'écoulement du fluide, l'insert se
prolongeant en aval du disque à orifice calibré sur une longueur
importante.
De tel3 dispositifs servent notamment à contrôler la répartition
du débit entre le3 tubes d'un faisceau tubulaire d'échange de chaleur,
lorsque l'on désire faire passer dans certains de~ tubes un débit moindre
que dans d'autres tubes, la quantité de chaleur transférée a travers les
premiers tubes devant être moindre qu'à travers les autres en fonction du
débit ou de la température du fluide passant au contact de la surface
externe des tubes. Ce cas se présente en particulier dans les échangeurs
de chaleur dans le~quels de la vapeur d'eau de chauffage sous pression
élevée circule dans un faisceau tubulaire en plusieurs passe3
3uccessive3, en échange de chaleur avec un fluide d'abord relativement
froid, puis partiellement réchauffé.
Le métal de l'insert doit présenter des caractéristiques spécifi-
ques permettant un dudgeonnage aisé dans le tube du fai~ceau ou dans le
trou de la plaque tubulaire correspondant à ce tube, et pos3éder un
coefficienS de dilatation voisin de celui du tube d'échange afin
d'éviter un dédudgeonnage sous l'effet des cyclages de température. Il
doit aussi présenter une bonne résistance à l'érosion-corrosion par la
vapeur humide à la sortie de l'orifice calibrée en raison de turbulences
dûes aux forte~ vitesse3 atteintes dans l'orifice. Seuls des alliages
très coûteux po~sèdent l'enssmble de ces propriétés.
La présente invention a pour but de procurer un dispositif de
contrôle de débit qui soit facile de fixer par dudgeonnage dans le tube
d'échange de chaleur ou le trou de la plaque tubulaire correspondant,
et qui présente au3si une excellente résistance à l'érosion-corrosion
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Plus précisément l'invention propose un dispositif
de contrôle du débit de vapeur dans un tube d'échangeur de
chaleur s'étendant à l'intérieur ou dans le prolongement de
l'orifice d'une plaque tubulaire, ce dispositif étant du
type comprenant un insert présentant une zone dudgeonnée
assurant sa fixation à l'intérieur dudit tube d'échangeur ou
de l'orifice de la plaque tubulaire correspondant à ce tube,
ledit insert incluant un disque à orifice calibré, en métal
résistant à l'érosion-corrosion, fixé à l'intérieur de lui-
même en aval de la zone dudgeonnée par rapport au sens
d'écoulement de la vapeur, ledit insert se prolongeant en
aval dudit disque à orifice calibré sur une longueur impor-
tante,
caractérisé en ce que ledit insert est composé d'un élément
tubulaire amont et d'un élément tubulaire aval montés
coaxialement l'un par rapport à l'autre, ledit élément
tubulaire amont étant fait en un premier métal à faible
limite élastique mais à taux d'allongement élastique élevé
et incluant ladite zone dudgeonnée assurant la fixation de
l'insert dans ledit tube ou orifice de ladite plaque
tubulaire correspondante, ledit élément tubulaire aval étant
fait en un second métal plus résistant à l'erosion-
corrosion, cet élément aval ayant en outre une longueur au
moins égale à 10 fois son diamètre interne et se terminant
par un biseau d'arête vive externe et d'angle inférieur à
15.
Le dispositif de l'invention répond en outre de
préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes:
- Les éléments amont et aval de l'insert sont réuni.s au
pourtour externe du disque à orifice calibré par au moins un
cordon de soudure.
- L'élément tubulaire amont est soudé par son bord amont
extrême sur le pourtour interne du tube de l'échangeur ou de
l'orifice de la plaque tubulaire, en amont de sa zone
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dudgeonnée.
- L'élément tubulaire amont a un bord amont extrême soudé à
même la soudure reliant l'extrémité avant du tube à la face
amont de la plaque tubulaire lorsque le tube s'étend dans
cette dernière.
- Les éléments tubulaires amont et aval de l'insert sont
fixés par sertissage au pourtour externe du disque à orifice
calibré.
Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en
référence aux figures du dessin annexé, des dispositifs de
contrôle de débit dans les tubes d'un faisceau tubulaire de
vapeur de chauffage pour séparateur-surchauffeur de vapeur
humide selon l'invention.
La figure 1 représente en coupe axiale un
dispositif dans lequel les éléments tubulaires amont et aval
de l'insert et le disque à orifice calibré sont réunis par
un cordon de soudure unique.
La figure 2 représente en coupe axiale un
dispositif analogue à celui de la figure 1, mais dans lequel
l'extrémité amont de l'insert est fixée dans le tube par un
cordon de soudure.
La figure 3 représente en coupe axiale un
dispositif analogue à celui de la figure l, mais dans lequel
l'insert est fixé par dudgeonnage dans un trou de la plaque
tubulaire.
La figure 4 représente en coupe axiale un
dispositif analogue à celui de la figure 1, mais dans lequel
l'extrémité amont de l'insert est soudée sur le cordon de
soudure entre tube et plaque tubulaire sur la face amont de
celle-ci.
La figure 5 représente à échelle agrandie le
détail V de la figure l.
La figure 6 représente à échelle agrandie une
variante de détail V de la figure l, dans laquelle les
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éléments tubulaires amont et aval de l'insert sont réunis
par deux cordons de soudure distincts au disque à orifice
calibré.
La figure 7 représente à échelle agrandie une
S variante de détail V de la figure 1, dans laquelle les
éléments tubulaires amont et aval de l'insert sont réunis
par sertissage au disque à orifice calibré.
La figure 1 montre un tube d'échange de chaleur 2
fixée dans l'orifice d'une plague tubulaire 1 au moyen d'une
soudure 3 reliant le bord amont extrême du tube à la face
amont de la plaque. Le tube 2 est pourvu d'un dispositif de
contrôle de débit se présentant sous la forme d'un insert 4
comprenant une partie amont 5, un disque 7 percé d'un
oriEice calibré et une partie aval 6 se prolongeant en aval
du disque 7 sur une longueur importante. Les parties amont
5 et 6 sont constituées par des éléments tubulaires soudés
l'un à l'autre et au disque 7 percé d'un orifice calibré 8.
L'élément amont 5 est en un acier à faible limite
élastique, mais à fort coefficient d'allongement élastique,
par exemple en un acier ou carbone de la nuance Tu 42~ Cet
élément amont 5 est dudgeonne dans une zone 9 de son
extrémité amont, dans le tube d'echange de fa~on à assurer
la fixation de l'insert audit tube et l'étanchéité entre cet
insert et ce tube. Cet élément amont 5 a en outre un bord
amont extrême 10 rabattu sur le bord amont extrême du tube
2.
L'élément tubulaire aval 6 de l'insert est en un
acier résistant à l'érosion-corrosion par la vapeur d'eau,
par exemple en l'un des aciers connus SOU5 les désignations
Z2 CN 18-10 ou Z2 CT 18. Son épaisseur est légèrement
inférieure à celle de l'élément amont et sa longueur est
supérieure à au moins 10 fois son diamètre interne, afin
qu'il ne puisse apparaître de phénomènes d'érosion-corrosion
dus à l'écoulement de la vapeur d'eau à la sortie de
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l'orifice du disque sur la paroi interne du tube, du fait de
la perte de charge de la vapeur dleau au passage à travers
l'orifice calibré. Cet élément aval 6 se termine par un
biseau 12 d'arête vive externe et d'angle inférieure à 15,
assurant un écoulement laminaire au contact de la paroi du
tube.
Le disque 7 à orifice calibré 8 est également fait
en un acier résistant à l'érosion-corrosion par la vapeur
d'eau, par exemple l'acier Z2 CN 18-10. Les éléments amont
et aval et le disque à orifice calibré sont soudés ensemble
par un cordon de soudure 11, cette soudure apparaissant à
échelle agrandie sur la figure 5, où l'on voit que les
extrémités des éléments amont et aval viennent en butée sur
un bourrelet circonférentiel du disque 7.
La figure 2 représente un dispositif analogue à
celui de la figure 1, mais dans lequel le bord extrême de
l'élément amont est fixé sur le pourtour interne du tube par
un cordon de soudure 13, de facon à éviter un glissement du
dispositi.f à l'intérieur du tube au cas où la fixation par
dudgeonnage dans la zone 9 viendrait à céder.
La figure 3 représente un dispositif analoque à
celui de la figure 1, si ce n'est qu'il inclus un tube
d'échange de chaleur 14 qui ne pénètre pas dans la plaque
tubulaire 1. Ce tube est soudé sur la face aval de la
plaque 1 par un cordon de soudure 15. L,'insert 4 est
dudgeonné dans sa zone 9 dans la plaque tubulaire 1, et est
soudé à celle-ci sur son bord extrême par le cordon de
soudure 13.
La figure 4 représente un dispositif analogue à
celui de la figure 1, mais dans lequel l'insert est soudé
par son bord amont sur le cordon de soudure réunissant le
bord du tube à la plaque tubulaire, en formant ainsi un
cordon de soudure commun 13A. On dispose ainsi d'une
accessibilité bien rneilleure pour le soudage du bord de
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l'insert, ce qui facilite l'exécution et le contrôle de
cette soudure.
La vue à échelle agrandie de la figure 6
représente une variante de la fixation mutuelle des éléments
amont 5 et aval 6 et du disque 7 a orifice calibré 8, par
un cordon de soudure llA reliant l'élément amont 5 au disque
7 et un cordon de soudure llB reliant l'élément aval 6 au
même disque 7.
La figure 7 représente une variante de la fixation
mutuelle entre les éléments amont 5 et aval 6 et le disque 7
à orifice calibrée, dans lequel les extrémités des deux
éléments 5, 6 sont serties respectivement en 16 et en 17 sur
le disque 7.
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