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La présente invention est relative aux échangeurs de chaleur tubulaires,en particulier aux réchauffeurs de gaz, du type dans lequel le fluide relativement froid à chauffer, qui se présente dans le cas particulier sous la forme d'un gaz ou d'une vapeur, est amené à passer à travers les tubes, tandis que le fluide de chauffage est conduit sous forme.d'un courant passant à l'extérieur des tubes. L'invention concerne plus spécifiquement, bien que non exclusivement, les réchauffeurs de gaz par rayonnement du type susindiqué.
Dans les réchauffées de gaz modernes du, type indiqué, notamment. âans celui faisant
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..V.Qb1;" 4e;,J.a dem&nde suédoise a ?±5.3±5> ç' 1,7.aofft795s3 de. J.&,A.pdi?re@se, les parois des tubes sont soumis, en service, à des sollicitations mécaniques et à des températures telles que la matière constitutive des tubes est ame- née à atteindre ou à dépasser la limite élastique, à tel point que les tubes peuvent tendre à se plier ou à être autrement distordus. Dès lors, il a été nécessaire, lors de l'assemblage de ces échangeurs de chaleur d'adopter le degré le plus élevé possible de précision pour l'ancrage des tubes dans le collecteur de sortie et dans la tuyauterie d'entrée correspondants, de même que pour l'assemblage, en général, de la série de tubes dans la chambre de chauffage.
Néanmoins, il arrive souvent qu'après un certain temps de marche aux températures a impliquées, les tubes subissent un pliage ou une distorsion, en sorte que non seulement les tubes individuels subissent une distorsion dans des positions asymétriques préjudiciables à l'uniformité de répartition du rayonnement, mais que les tubes et leurs ancrages peuvent aussi subir des endommagements à cause de la sollicitation asymétrique à laquelle est soumis l'ensemble de l'échangeur, à cause des dilatations et contractions thermiques.
Conformément à la présente invention, qui a pour but de remédier aux inconvénients signalés dans le paragraphe précédent, on propose d'équiper intérieurement les tubes individuels à l'aide d'éléments de support s'étendant tout au moins sur la majeure partie de la longueur du tube soumise à des sollicitations macaniques et thermiques, ces éléments de support étant attachés aux tubes associés en un point, au plus,le long du tube, de façon que celui-ci jouisse d'une liberté de mouvement par rapport à l'élément de support, ce qui lui permet de subir des contractions et dilatations thermiques, l'élément de support étant, par ailleurs, à même d'exercer sa fonction de support dans toutes les positions par rapport au tube.
L'invention est basée sur le fait que l'élément de support est disposé dans le fluide plus froid, qui agira de manière à le maintenir à une température inférieure à celle du tube proprement dit, et sera, dès lors, capable de garder sa résistance mécanique propre, c'est-à-dire que ledit élément de support sera maintenu en dessous de la limite élastique de sa matière constitutive et ce, en particulier, du fait que non seulement les températures, mais également plusieurs des sollicitations mécaniques impliquées seront plus faibles vis-à-vis de l'élément de support que vis-à-vis du tube.
La présente invention présente une importance particulière pour les échangeurs de chaleur du type dans lequel les tubes sont droits et s'étendent en direction verticale et spécialement dans le cas où la tuyauterie d'entrée ou le collecteur de sortie prévu à l'extrémité inférieure de l'échangeur est suspendu aux tubes, en sorte que ceci seront soumis à une charge supplémentaire. Lorsque des tubes s'étendant plus ou moins verticalement sont utilisés, les éléments de support doivent être attachés dans la région supérieure des tubes ou bien les éléments de support peuvent y être suspendus en ayant leurs points d'attache ou de suspension situés au-dessus des extrémités des tubes, de fagon à réduire le chargement des tubes.
Par ailleurs, dans le cas particulier où le fluide à chauffer est conduit vers le bas, l'ancrage ne doit pas se faire en un point du tube, qui peut être particulièrement sensible à des sollicitations dues à un ancrage soudé ou présentant une autre
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forme spécifique.
Pour constituer un support efficace, l'élément de support doit présenter une forme et des dimensions telles que son moment de résistance excède celui du tube y associé aux températures de marche, c'est-à-dire lorsque la température du tube dépasse largement celle de l'élément de support.
Au surplus, on doit conférer à cet élément de support une forme telle que, lorsque l'appareil est froid, cet élément soit en contact ou presque en contact avec la surface de la paroi du tube le long d'au moins deux et, de préférence, le long d'au moins trois lignes s'étendant dans le sens de la longueur du tube. La section transversale la plus avantageuse de l'élément de support est, par conséquent, celle d'une étoile.
Un avantage particulier de l'agencement selon la présente invention réside dans le fait que l'élément de support peut être constitué en une matière différente de celle du tube, ce qui permet l'utilisation, pour l'élément de support, d'une matière choisie au point de vue de ses propriétés de résistance aux températures élevées et sans prendre en considération la nature des gaz de chauffage.
Ceci présente une importance considérable, car en général, les gaz de chauffage contiennent des substances, en particulier du soufre et des composés sulfurés, qui peuvent être nuisibles pour certaines matières résistant à la chaleur et, dès lors, il sera nécessaire de choisir pour les tubes une matière qui possède, à température élevée, une résistance ou durabilité élevée vis-à-vis des actions chimiques, mais une faible résistance aux sollicitations mécaniques, une telle matière étant, par exemple, de l'acier au chrome pur sans aucune teneur en nickel.
Ceci permet aisément l'utilisation pour l'élément de support d'un acier nickel-chrome à grande résistance mécanique, tel qu'un acier 18-8 ou 24-24. Un autre avantage de cet agencement réside dans le fait qu'en service la matière constitutive des tubes peut être admise, sans aucun danger de pliage, torsion ou autre déformation, à acquérir une température plus élevée que si l'on faisait usage d'éléments de support mécaniquement moins résistants que ceux indiqués, par exemple, en acier nickel-chrome.
REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur tubulaire en forme de réchauffeur de gaz, en particulier réchauffeur de gaz à rayonnement, dans lequel le fluide relativement froid à chauffer est amené à passer à l'intérieur des tubes et le fluide de chauffage à l'extérieur de ceux-ci, et dans lequel les parois des tubes sont soumises, en service, à des sollicitations mécaniques et températures telles que la limite élastique de la matière constitutive des tubes puisse être atteinte ou dépassée, caractérisé en ce qu'un élément de support est monté dans chaque tube, de préférence droit, de manière à s'étendre tout au moins le long de la majeure partie de la longueur des tubes soumise auxdites sollicitations et températures, l'élément de support étant attaché au tube tout au plus en un point situé le long du tube,
de préférence dans la région supérieure de celui-ci,et possédant un moment de résistance supérieur à celui du tube à la température de service.
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The present invention relates to tubular heat exchangers, in particular to gas heaters, of the type in which the relatively cold fluid to be heated, which in the particular case is in the form of a gas or a vapor, is passed through the tubes, while the heating fluid is conducted as a stream passing outside the tubes. The invention relates more specifically, although not exclusively, to radiant gas heaters of the above-mentioned type.
In modern gas reheaters of the type indicated, in particular. in the one doing
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..V.Qb1; "4e;, Ja dem & nde Swedish a? ± 5.3 ± 5> ç '1,7.aofft795s3 de. J. &, A.pdi?re@se, the walls of the tubes are subjected, in service , to mechanical stresses and temperatures such that the material from which the tubes are made reach or exceed the elastic limit, to such an extent that the tubes may tend to bend or otherwise be distorted. It was necessary during the assembly of these heat exchangers to adopt the highest possible degree of precision for the anchoring of the tubes in the outlet manifold and in the corresponding inlet piping, as well as for the assembly, in general, of the series of tubes in the heating chamber.
However, it often happens that after a certain time of operation at the temperatures involved, the tubes undergo bending or distortion, so that not only the individual tubes are distorted in asymmetrical positions detrimental to the uniformity of distribution of the gas. radiation, but that the tubes and their anchors may also suffer damage due to the asymmetric stress to which the entire exchanger is subjected, due to thermal expansion and contractions.
In accordance with the present invention, which aims to remedy the drawbacks mentioned in the previous paragraph, it is proposed to equip the individual tubes internally with the aid of support elements extending at least over the major part of the tube. length of the tube subjected to macanic and thermal stresses, these support elements being attached to the associated tubes at one point, at most, along the tube, so that the latter enjoys freedom of movement with respect to the support element, which allows it to undergo thermal contractions and expansions, the support element being, moreover, able to exercise its support function in all positions relative to the tube.
The invention is based on the fact that the support element is placed in the colder fluid, which will act to keep it at a temperature lower than that of the tube itself, and will therefore be able to keep its temperature. own mechanical strength, that is to say that said support element will be kept below the elastic limit of its constituent material and this, in particular, because not only the temperatures, but also several of the mechanical stresses involved will be weaker vis-à-vis the support element than vis-à-vis the tube.
The present invention is of particular importance for heat exchangers of the type in which the tubes are straight and extend in a vertical direction and especially in the case where the inlet piping or the outlet manifold provided at the lower end of the tube. the exchanger is suspended from the tubes, so that this will be subjected to an additional load. When more or less vertically extending tubes are used, the support members should be attached in the upper region of the tubes or the support members may be suspended there with their attachment or suspension points located above. tube ends, so as to reduce tube loading.
Furthermore, in the particular case where the fluid to be heated is conducted downwards, the anchoring must not be done at a point of the tube, which may be particularly sensitive to stresses due to a welded anchorage or having another
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specific shape.
To constitute an effective support, the support element must have a shape and dimensions such that its moment of resistance exceeds that of the tube associated with it at operating temperatures, that is to say when the temperature of the tube greatly exceeds that of the support element.
In addition, this support element must be given a shape such that, when the apparatus is cold, this element is in contact or almost in contact with the surface of the wall of the tube along at least two and, of preferably, along at least three lines extending lengthwise of the tube. The most advantageous cross section of the support member is, therefore, that of a star.
A particular advantage of the arrangement according to the present invention lies in the fact that the support element can be made of a material different from that of the tube, which allows the use, for the support element, of a material chosen from the point of view of its properties of resistance to high temperatures and without taking into account the nature of the heating gases.
This is of considerable importance, since in general heating gases contain substances, in particular sulfur and sulfur compounds, which may be harmful for certain heat-resistant materials and hence it will be necessary to choose for them. tubes a material which has, at elevated temperature, high resistance or durability to chemical actions, but low resistance to mechanical stresses, such material being, for example, pure chromium steel without any content in nickel.
This readily permits the use of a high strength nickel-chromium steel such as 18-8 or 24-24 steel for the support member. Another advantage of this arrangement lies in the fact that, in service, the material constituting the tubes can be allowed, without any danger of bending, twisting or other deformation, to acquire a higher temperature than if one were to use elements. mechanically less resistant than those indicated, for example, in nickel-chromium steel.
CLAIMS 1. Tubular heat exchanger in the form of a gas heater, in particular a radiant gas heater, in which the relatively cold fluid to be heated is caused to pass inside the tubes and the heating fluid outside the tube. these, and in which the walls of the tubes are subjected, in service, to mechanical stresses and temperatures such that the elastic limit of the material constituting the tubes can be reached or exceeded, characterized in that a support element is mounted in each tube, preferably straight, so as to extend at least along the major part of the length of the tubes subjected to said stresses and temperatures, the support member being attached to the tube at most at one point located along the tube,
preferably in the upper region thereof, and having a greater resistance moment than that of the tube at operating temperature.