EP0267349B1

EP0267349B1 - Assemblage par soudage de plaques tubulaires dans les échangeurs de chaleur comportant des plaques tubulaires massives en titane

Info

Publication number: EP0267349B1
Application number: EP86870167A
Authority: EP
Inventors: Jules Fernand René Ledoux
Original assignee: Hamon Sobelco SA
Current assignee: Hamon Sobelco SA
Priority date: 1986-11-13
Filing date: 1986-11-13
Publication date: 1990-04-04
Anticipated expiration: 2006-11-13
Also published as: DE3670148D1; ES2013725B3; EP0267349A1; ATE51701T1

Description

La présente invention concerne l'assemblage de plaques tubulaires en bout d'une manchette en acier au carbone d'un échangeur thermique tubulaire selon le préambule de la revendication 1.
Ces échangeurs exigent à la fois une étanchéité parfaite de l'assemblage tube/plaque et une résistance à la corrosion.
A cet effet il est connu, ainsi qu'on le verra ci-après en se référant aux figures 1 à 5 des dessins, d'utiliser des tubes soudés sur une plaque tubulaire qui peut être soit massive en titane, soit en acier au carbone plaqué ou revêtu de titane, en raison de l'impossibilité de souder directement le titane à l'acier.
La plaque tubulaire est suivant le cas, soit soudée au corps de l'échangeur (figures 1, 2 et 5), soit pincée entre brides (figures 3 et 4).
Un tel échangeur est connu par le document US-A 2 868 513.
La plaque tubulaire est réalisée massive en acier. Pour la protéger du côté de la boîte à eau, il est prévu une plaque de titane simplement appliquée contre la plaque tubulaire. Les tubes de l'échangeur sont liés à la plaque en acier par dudgeonnage et servent en même temps de support à la plaque de blindage en métal noble. De ce fait, les dudgeonnages des tubes assurent seulement l'étanchéité entre le corps (intérieur) de l'appareil et l'extérieur parce qu'il n'y a pas d'étanchéité particulière entre la plaque en acier et le blindage en titane. L'étanchéité entre la boîte à eau et la plaque en acier est assurée par des soudures (désignées 11) entre la périphérie des tubes et le blindage en métal noble.
Cette construction a comme inconvénient que l'on ne peut pas localiser par des essais pneumatiques ou par des épreuves à l'hélium les dudgeonnages défectueux, en raison de l'absence d'étanchéité particulière entre la plaque en acier et le blindage en métal noble. Cet inconvénient est sérieux si l'on considère le fait que les contrôles et localisations précités doivent avoir lieu après montage complet ainsi qu'en exploitation.
Les contrôles précités font partie d'une série de contrôles imposés actuellement quant à la qualité des constructions nucléaires.
Déjà pour cette seule raison, l'assemblage décrit dans cette publication antérieure ne serait pas accepté par les services de contrôle de qualité des centrales nucléaires.
L'étanchéité entre la boîte à eau et la plaque en acier étant assurée par les seules soudures des tubes au blindage se trouve constamment menacée par la fragilité desdites soudures. La plaque de blindage se trouve liée aux tubes par ces cordons de soudure et subit ainsi sur une face la pression de la boîte à eau et sur l'autre face la pression atmosphérique. La déformation de la plaque en acier est transmise à la plaque de blindage par lesdites soudures qui sont ainsi constamment sollicitées. De plus, si la plaque en métal noble n'épouse pas parfaitement la planéité de la plaque de blindage, elle tend aussi à se déformer sous l'effet de la poussée due à la pression dans la boîte à eau, en raison de la différence de pression entre le corps de l'appareil et l'atmosphère extérieure.
Dans les dessins relatifs à l'art antérieur:

- la figure 1 relative illustre un assemblage de manchette et de plaque tubulaire au niveau de la jonction entre la manchette et le fond de l'échangeur de chaleur;
- la figure 2 montre un détail de l'assemblage de la figure 1 avec un point de corrosion;
- la figure 3 illustre une variante d'assemblage de l'art antérieur;
- la figure 4 donne une vue d'ensemble d'un condenseur de l'art antérieur;
- la figure 5 illustre une autre variante de l'assemblage de l'art antérieur.

Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent les mêmes éléments.
Sur la figure 1, la notation de référence 1 désigne une manchette en acier au carbone, 2 désigne une plaque tubulaire également en acier au carbone, cette plaque étant traversée par une multitude de tubes 3 en titane. Ceux-ci traversent également une autre plaque tubulaire similaire à l'autre extrémité de la manchette. La manchette et les plaques tubulaires délimitent une enceinte B qui reçoit la vapeur entrant par le bout en provenance d'une turbine. Les tubes 3 en titane sont parcourus par un fluide tel que l'eau de mer froide entrant par un compartiment C. Au contact des tubes 3, la vapeur se condense et le condensat sort à la partie inférieure de l'enceinte B. L'eau de mer réchauffée par ce même contact passe dans l'autre compartiment de fond C du condenseur d'où elle est évacuée, ainsi qu'on le voit sur la figure 4.
Les différentes pièces de l'assemblage sont soudées entre elles, les soudures étant désignées 4. Du côté où elle est en contact avec l'eau de mer, la plaque tubulaire 2 est plaquée de titane 5, le placage en titane étant réalisé par explosion et enlevé sur la périphérie de la plaque..
A cette périphérie, la protection de l'acier au carbone contre la corrosion accélérée par le couple galvanique entre l'acier au carbone et le titane est assurée par un revêtement 6 qui assure, du côté fluide corrosif (côté C), un isolement le meilleur possible entre la partie recouverte de titane et l'acier au carbone.
L'application correcte d'un revêtement de protection sur l'acier au carbone et jusqu'au titane est une opération difficile dont le résultat satisfaisant ne peut être assuré avec une parfaite certitude et qui demande un contrôle régulier.
Un défaut de recouvrement localisé dans la zone de transition repérée A (voir figure 2) amène rapidement une corrosion importante et localisée avec perforation. Celle-ci entraîne une pollution de l'enceinte B par le fluide circulant dans l'enceinte.
La technique connue pour pallier ce problème, technique illustrée sur la figure 3, consiste à utiliser une plaque massive 2 en titane pincée entre brides 7, 8. Cette plaque en titane 2 ne peut en effet pas être soudée à l'acier au carbone de la manchette 1, des brides 7, 8 et du fond la du condenseur.
De cette manière le recouvrement ou revêtement de protection 6 ne concerne que la paroi la de I 'enceinte C et tout défaut n'amènerait qu'une fuite vers l'extérieur sans pollution de l'enceinte B. Par contre, cette solution nécessite la mise en place d'un joint entre la bride 7 de la manchette 1 et la plaque massive 2 et d'un autre joint 10 entre celle-ci et la bride 8 du fond 1 a du condenseur.
Le joint est réalisé en un matériau spécial tel que l'amiante tressée ou une résine synthétique chargée de fibres de verre. Le joint 10 est réalisé en un matériau plus ordinaire tel qu'un caoutchouc synthétique ou néoprène.
Le joint 9, une fois en place, et les tubes droits étant fixés aux deux plaques de l'appareil, ne peuvent plus être remplacés ainsi qu'on le voit sur la vue d'ensemble qui est la figure 4.
Sur cette même figure 4, on distingue en plus des éléments déjà décrits, une entrée en vigueur 11, une sortie de condensat 12, une entrée d'eau de mer 13 et une sortie d'eau de mer 14.
Les variations d'étanchéité des joints au cours du temps peuvent provoquer soit des fuites vers l'extérieur, soit des entrées d'air.
Une autre technique connue pour remédier aux difficultés précitées est divulguée dans EP-A 0 123 940. Elle met également en oeuvre une plaque tubulaire massive en titane et s'applique aussi bien dans les cas où la plaque tubulaire est soudée à la manchette que dans les cas où cette même plaque y est fixée par des brides. Aux endroits de liaison entre la plaque tubulaire et la manchette ou le fond du condenseur, la liaison se fait par l'intermédiaire d'une plaque en titane soudée à la manchette ou le fond du condenseur par explosion. La plaque tubulaire y est fixée par soudage du côté de l'enceinte à vapeur B ou des deux côtés comme illustré sur la figure 5 où les soudures titane-titane sont désignées 5a.
Cette solution présente l'inconvénient que la jonction entre le placage 5 et la manchette 1 est sollicitée à l'arrachement et au cisaillement, et que lorsque la manchette se compose de quatre éléments, leur liaison est difficile à réaliser. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients et de proposer un assemblage des plaques tubulaires en bout d'une manchette en acier au carbone d'un échangeur thermique tubulaire assurant une sécurité élevée.
L'invention part, selon le préambule de la revendication 1, dudit document US-A 2 868 513 et elle est caractérisée par le fait que la plaque tubulaire proprement dite est réalisée massive en titane et est fixée à la manchette en acier au carbone par l'intermédiaire d'une pièce en acier soudée à la plaque tubulaire par explosion ou l'équivalent, qui est elle même soudée à la manchette.
La revendication 2 décrit un mode particulier de réalisation de l'invention.
L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple préféré de réalisation et des figures 6 et 7 des dessins où

- la figure 6 illustre une forme de réalisation d'un assemblage conforme à l'invention; et
- la figure 7 donne une vue d'ensemble d'un condenseur comportant un tel assemblage.

Comme représenté sur la figure 6, la plaque 2 massive en titane est pourvue d'une tôle 15 en acier au carbone préalablement plaquée par explosion.
Les tubes sont reliés à chaque plaque 2 par dudgeonnage et soudure désignés 20.
La plaque 2-15 est utilisée comme bride et est assemblée par soudage (soudures 4i et 4e) en bout de la manchette, ainsi qu'on le voit sur la figure 6.
Dans ce cas, les sollicitations sur le placage sont transmises par la manchette et sont en conséquence plus faibles. Un autre avantage réside dans le fait qu'aucun élément de la manchette ne vient en contact avec l'eau de refroidissement et qu'aucune protection particulière n'est donc nécessaire.
Les procédés de placage par explosion sont connus. Il est clair que la qualité de l'assemblage doit faire l'objet de prescriptions particulières.
L'épaisseur et la largeur de la tôle en titane à plaquer sur la manchette en acier au carbone dépendent des dimensions des pièces concernées et des efforts pouvant être transmis. L'épaisseur de la tôle en acier est également tributaire de l'épaisseur du titane.
Ainsi, lorsque l'échangeur considéré est un condenseur, l'épaisseur de la manchette peut être égale à 20 mm, et la plaque tubulaire peut être constituée d'une tôle en acier plaquée par explosion de 8 mm, sur une plaque massive en titane de 25 mm d'épaisseur.
La pression régnant dans l'enceinte B (vapeur d'eau) peut être de 40 mbar tandis qu'en C (eau de mer) cette pression peut être de 2,5 bar.

Claims

1. Assemblage des plaques tubulaires en bout d'une manchette en acier au carbone d'un échangeur thermique tubulaire, chaque plaque tubulaire présentant du côté fixé à la manchette une partie en acier au carbone et du côté exposé à la corrosion une partie en titane à laquelle les tubes en titane sont dudgeonnés et soudés, caractérisé en ce que la plaque tubulaire (2) proprement dite est réalisée massive en titane et est fixée à la manchette (1) en acier au carbone par l'intermédiaire d'une pièce en acier (15) soudée à la plaque tubulaire (2) par explosion ou l'équivalent, qui est elle même soudée à la manchette (1).

2. Assemblage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (2-15) est utilisée comme bride.