FILTRANT

L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment un échangeur de chaleur à tubes. Les échangeurs de la présente invention sont particulièrement adaptés à une utilisation dans des unités industrielles, notamment les raffineries.

Les échangeurs de chaleur tubulaires subissent fréquemment des bouchages résultant de l'entassement d'éléments solides entraînés par les fluides à refroidir. Ces éléments solides peuvent résulter d'une corrosion des matériaux de l'échangeur ou des conduites d'amenée des fluides ou peuvent être du tartre ou des objets oubliés lors de la maintenance. Lorsqu'un bouchage survient dans un échangeur d'une unité industrielle, sa maintenance nécessite souvent l'arrêt complet de l'unité et l'ouverture de l'échangeur pour nettoyage. Lorsque ces échangeurs sont de grandes dimensions, ce nettoyage nécessite l'utilisation d'engins lors de l'ouverture de l'échangeur et est relativement long.

Afin de retarder l'encrassement et le bouchage des échangeurs, il est connu de disposer un filtre en amont des tubes de l'échangeur. Ce filtre s'étend sur toute la section de l'enveloppe et est généralement fixé à l'enveloppe de l'échangeur par des brides de fixation fixées sur un rebord de l'enveloppe de sorte qu'il est nécessaire d'ouvrir celle-ci pour extraire le filtre et le nettoyer ou le remplacer. Il est en outre nécessaire de fixer le filtre nettoyé ou le nouveau filtre à l'enveloppe avant de la refermer et de remettre en route l'unité, ce qui prend du temps. Ainsi, si les périodes de maintenance peuvent être espacées, il existe un besoin pour réduire davantage la durée de la période de maintenance.

A cet effet, l'objet de l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une enveloppe contenant un assemblage d'éléments d'échange de chaleur en forme de tubes définissant au moins deux circuits indépendants de circulation de fluide, l'enveloppe comprenant en outre au moins un élément filtrant associé à un circuit de fluide et disposé à l'intérieur de l'enveloppe entre une ouverture d'entrée de l'enveloppe et une face d'entrée du fluide dans un circuit de fluide. Selon l'invention, l'élément filtrant est plan et l'échangeur de chaleur comprend en outre au moins un élément d'appui maintenant une face de l'élément filtrant à une distance prédéterminée de ladite face d'entrée, sensiblement parallèlement ou parallèlement à celle-ci. L'élément d'appui est en appui contre ladite face de l'élément filtrant ou contre ladite face d'entrée, optionnellement sans solidarisation entre l'élément d'appui et ladite face, notamment sans solidarisation de l'élément filtrant à l'enveloppe, à l'assemblage ou à un autre élément de l'échangeur de chaleur.

Ainsi, l'élément filtrant est supporté, autrement dit soutenu, par le ou les moyens d'appui, de préférence sans solidarisation, ce qui permet de le mettre en place et de l'extraire facilement et rapidement.

L'appui entre l'élément filtrant et l'élément d'appui ou entre l'élément d'appui et la face d'entrée résulte ainsi de préférence uniquement de la gravité terrestre.

L'élément filtrant peut néanmoins être solidarisé à l'enveloppe et maintenu en position par un dispositif de fixation, notamment temporaire, par exemple de type baïonnette.

L'invention est particulièrement adaptée aux échangeurs de chaleurs entre fluides liquides.

Avantageusement, l'élément filtrant est conformé pour retenir des particules solides présentes dans un fluide, et en particulier pour séparer des particules solides présentes dans un liquide.

Par solidarisation, on entend une fixation, définitive ou temporaire, qui n'autorise pas de mouvements, tel qu'une fixation par rivets, par des systèmes vis-écrou ou encore par soudage ou collage. Autrement dit, les éléments d'appui selon l'invention ne sont pas des vis ou rivets et l'échangeur de chaleur selon l'invention est de préférence dépourvu d'éléments de fixation de l'élément filtrant et.

Avantageusement, ledit au moins un élément d'appui peut être choisi parmi un élément d'appui solidaire de l'enveloppe, un élément d'appui solidaire de la face d'entrée, un élément d'appui solidaire de l'élément filtrant. Dans ce dernier cas, l'élément d'appui est de préférence en appui contre la face d'entrée du fluide dans le circuit. L'échangeur de chaleur peut comprendre un ou plusieurs de chacun de ces éléments d'appui pour soutenir l'élément filtrant.

Notamment, des éléments d'appui peuvent être disposés de part et d'autre l'élément filtrant. Avantageusement, au moins un élément d'appui peut être disposé à distance d'un bord périphérique de l'élément filtrant. Ceci peut favoriser le maintien de l'élément filtrant et limiter sa déformation. D'autres éléments d'appui peuvent avantageusement être disposés à proximité du bord périphérique de l'élément filtrant.

Avantageusement, ledit au moins un élément d'appui est en forme de tige ou de nervure. De tels supports présentent l'avantage de limiter les perturbations du fluide en circulation. Ils peuvent avantageusement être disposés de manière sensiblement parallèle à la direction de circulation du fluide, généralement sensiblement perpendiculaire à la face d'entrée du circuit de fluide.

Avantageusement, au moins un élément d'appui peut être une nervure solidaire de l'enveloppe et sur laquelle repose l'élément filtrant sur au moins une partie de sa périphérie.

II est possible de prévoir une ou plusieurs nervures choisies parmi :

une nervure s 'étendant sensiblement parallèlement ou parallèlement à la face d'entrée du circuit de fluide et recevant l'élément filtrant en appui sur une face parallèle à la face d'entrée,

- une nervure s 'étendant sensiblement perpendiculairement ou perpendiculairement à la face d'entrée du circuit de fluide, une extrémité de la nervure distante de la face d'entrée reçoit en appui l'élément filtrant.

Avantageusement, au moins un élément d'appui peut être un pied support dont une extrémité est solidaire de l'élément filtrant, ou de la face d'entrée, et dont l'autre extrémité est en appui contre la face d'entrée, ou reçoit l'élément filtrant en appui, respectivement.

Notamment, un pied support peut s'étendre sensiblement perpendiculairement ou perpendiculairement à la face d'entrée et peut présenter une extrémité solidaire de l'élément filtrant, ou de la face d'entrée, et une autre extrémité en appui contre la face d'entrée, ou recevant l'élément filtrant en appui, respectivement.

Un unique pied peut se présenter sous la forme d'un manchon. En variante, au moins deux pieds support, de préférence au moins trois, peuvent être prévus, les pieds se présentant sous la forme de tiges, voire de plaques, de préférence en forme de tiges. Avantageusement, le ou les pieds de support peuvent être en appui contre l'enveloppe, notamment contre sa face interne. Ceci peut favoriser le maintien de l'élément filtrant, notamment lorsque celui-ci est dans une position sensiblement verticale, un ou plusieurs pieds de support en appui sur l'enveloppe empêchant le basculement de l'élément filtrant. Le ou les pieds supports peuvent alors avantageusement présenter une forme complémentaire de l'enveloppe, notamment de sa face interne.

Avantageusement, l'un au moins parmi ledit au moins un élément d'appui et l'élément filtrant peut être mobile entre une position active dans laquelle ledit au moins un élément d'appui est en appui contre l'élément filtrant ou contre la face d'entrée et une position inactive dans laquelle ledit au moins un élément d'appui n'est pas en appui contre l'élément filtrant ou contre la face d'entrée. Le passage d'une position à l'autre peut être obtenu par une rotation, une translation, ou une combinaison de ces mouvements.

Un tel agencement peut permettre une coopération par appui de l'élément d'appui et de l'élément filtrant ou l'élément d'appui et de la face d'entrée dans une position particulière de l'élément d'appui ou de l'élément filtrant correspondant à la position active. Ceci peut permettre d'éviter un basculement d'un élément filtrant sensiblement vertical. Cet agencement présente l'avantage d'être simple à mettre en œuvre, peu coûteux et de permettre un couplage rapide de l'élément filtrant à l'enveloppe.

Avantageusement, l'élément filtrant de l'échangeur selon l'invention peut en outre être en plusieurs parties associées par des moyens de fixation démontables ou en plusieurs parties articulées. Ceci peut permettre de faciliter le nettoyage de l'élément filtrant et peut permettre d'extraire facilement l'élément filtrant, notamment par une ouverture de l'enveloppe, sans avoir à ouvrir l'enveloppe.

Les éléments d'échange de chaleur de l'échangeur selon l'invention sont des tubes. Avantageusement, la face d'entrée de l'un des circuits de fluide s'étend sensiblement perpendiculairement aux axes des tubes. La face d'entrée peut alors être définie comme une surface plane contenant les ouvertures des tubes et dont le contour épouse la forme interne de l'enveloppe. L'élément filtrant est de préférence maintenu à distance de cette face d'entrée, le fluide circulant à l'intérieur des tubes.

Pour un échangeur de chaleur de ce type, l'élément filtrant présente avantageusement une surface ouverte supérieure, notamment d'au moins 50%, à la somme des surfaces passantes des tubes. Par surface ouverte, on entend la surface passante de l'élément filtrant, autrement dit la surface par laquelle un fluide peut s'écouler au travers de l'élément filtrant.

Avantageusement, l'élément filtrant peut présenter une pluralité de mailles ou de perforations, chaque maille ou perforation présentant une surface ouverte (SI) inférieure à une surface ouverte (S2) d'un élément d'échange de chaleur, la dimension interne la plus grande d'une maille ou perforation étant inférieure à la dimension interne la plus grande d'un élément d'échange de chaleur.

De manière générale, l'élément filtrant, positionné parallèlement à la face d'entrée, à l'intérieur de l'enveloppe, peut être de mêmes forme et dimensions qu'une surface ou une section de la face d'entrée. Avantageusement, l'élément filtrant comporte un bord périphérique en contact avec une face interne de l'enveloppe, éventuellement avec un jeu suffisamment faible pour éviter le passage de fluide ou de particules entre la face interne de l'enveloppe et le bord périphérique.

L'invention concerne également une unité industrielle comprenant au moins un échangeur de chaleur selon l'invention. Cette unité industrielle est avantageusement une unité de raffinerie.

L'invention concerne enfin un procédé d'échange de chaleur entre deux fluides, dans lequel on fait circuler les fluides dans un échangeur de chaleur selon l'invention, l'un des fluides étant choisi parmi l'eau et des hydrocarbures, l'autre fluide étant choisi parmi l'eau, l'air et des hydrocarbures.

L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique d'un échangeur de chaleur selon un mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 2 est une vue partielle de face d'un élément filtrant ; - les figures 3 et 4 sont des représentations en perspective d'éléments filtrants pourvus d'éléments d'appui selon différents modes de réalisation ; - les figures 5, 6a et 7 sont des vues en coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur du type de la figure 1 présentant un élément filtrant maintenu par des éléments d'appui selon d'autres modes de réalisation ;

- la figure 6b est une vue de face de l'élément filtrant et de l'enveloppe représentés figure 6a ;

- la figure 8 est une vue de face d'un élément filtrant selon un autre mode de réalisation.

Des références identiques peuvent être utilisées pour désigner des éléments identiques ou similaires d'une figure à l'autre.

Par sensiblement horizontal, longitudinal ou vertical, on entend une direction/un plan formant un angle d'au plus ±20°, voire d'au plus 10° ou d'au plus 5° avec une direction/un plan horizontal, longitudinal ou vertical.

Par sensiblement parallèle, perpendiculaire ou à angle droit, on entend une direction/un angle s'écartant d'au plus ±20°, voire d'au plus 10° ou d'au plus 5° d'une direction parallèle, perpendiculaire ou d'un angle droit.

La figure 1 représente un échangeur de chaleur 10 comprenant une enveloppe 12 laquelle contient un assemblage 14 d'éléments d'échange de chaleur 16.

Dans l'exemple représenté figure 1 , ces éléments d'échange de chaleur 16 sont des tubes disposés parallèlement les uns aux autres. Ces tubes sont agencés de manière à permettre une circulation d'un premier fluide Fl en leur intérieur et une circulation d'un deuxième fluide F2 entre les tubes. L'assemblage 14 d'éléments d'échange de chaleur 16 définit ainsi un premier circuit de circulation pour un fluide Fl à l'intérieur des éléments d'échange de chaleur 16 et un deuxième circuit de circulation pour le fluide F2. Le fluide Fl entre dans le premier circuit de fluide par une face d'entrée 18. Cette face d'entrée 18 s'étend sensiblement perpendiculairement aux axes des tubes 16 et peut être définie comme une surface plane contenant les ouvertures des tubes et dont le contour épouse la forme interne de l'enveloppe.

L'échangeur de chaleur 10 comprend en outre un élément filtrant 20 lequel est disposé à l'intérieur de l'enveloppe 12 entre la face d'entrée 18 et une entrée 22 ménagée dans l'enveloppe 12 pour l'entrée du fluide Fl . Cet élément filtrant 20 comporte un bord périphérique 20a dont le contour épouse la face interne 13 de l'enveloppe. Il peut exister un jeu entre ce bord périphérique 20a et la face interne 13, jeu suffisamment faible pour éviter le passage de particules entre le bord périphérique 20a et la face interne 13 de l'enveloppe.

On notera que le fluide Fl sortant du premier circuit de fluide ressort de l'enveloppe 12 par une ouverture 24. Le deuxième fluide F2 pénètre dans l'enveloppe 12 par une ouverture 26 et en ressort par une ouverture 28. Les circulations des fluides Fl et F2 sont représentés par des flèches sur la figure 1.

L'élément filtrant 20 est maintenu à une distance prédéterminée de la face d'entrée 18 du premier circuit de fluide par au moins un élément d'appui 30. Ainsi, lorsque de la manière solide est amenée par le fluide Fl à l'intérieur de l'enveloppe 12, elle est retenue par l'élément filtrant 20 et ne pénètre pas à l'intérieur des éléments d'échange de chaleur tubulaires 16 de l'assemblage 14. Ceci permet d'éviter leur bouchage. En outre, même lorsqu'une partie de l'élément filtrant 20 est obstruée par cette matière, le fluide peut continuer à passer au-delà de l'élément filtrant 20 et peut pénétrer dans l'ensemble des éléments d'échange de chaleur 16 de sorte que les échanges de chaleur avec le fluide F2 ne sont pas perturbés. Enfin, en cas de bouchage de l'élément filtrant 20, ce dernier peut être nettoyé ou extrait facilement de l'enveloppe. Notamment, le fait que l'élément filtrant ne soit pas fixé rigidement à l'enveloppe mais soit uniquement en appui via un ou plusieurs éléments d'appui 30 permet de faciliter le montage/ démontage du filtre et de réduire le temps de montage /démontage. La distance entre l'élément filtrant 20 et la face d'entrée 18 pourra être choisie en fonction des dimensions de l'échangeur de chaleur et éventuellement en fonction de la nature des fluides. Pour un élément filtrant d'environ 2 mètres de diamètre, cette distance peut être de l'ordre de 5 à 10 cm. De manière plus générale la distance peut être de l'ordre de 2 à 4 fois le diamètre des tubes 16.

De manière générale, quelle que soit la forme des éléments d'échange de chaleur 16, l'élément filtrant 20 est plan et peut se présenter sous la forme d'un maillage ou grille, tel que visible figure 2, ou sous la forme d'une plaque plane perforée.

Dans le présent mode de réalisation, l'élément filtrant présente une forme et des dimensions sensiblement identiques à une section de l'enveloppe 12, ce qui permet de le positionner à l'intérieur de l'enveloppe, sensiblement parallèlement à la face d'entrée 18. Autrement dit, l'élément filtrant 20 est de mêmes forme et dimensions que la surface de la face d'entrée 18. Ici, la surface totale ouverte de l'élément filtrant 20, qui correspond à la surface de passage d'un fluide au travers de l'élément filtrant, est supérieure à la surface totale d'ouverture des éléments d'échange de chaleur tubulaire 16, autrement dit à la somme des sections internes des tubes 16. La surface ouverte de l'élément filtrant 20 est de préférence suffisamment élevée pour limiter les pertes de charge.

Sur la figure 2, la surface SI représente la surface ouverte d'une maille ou perforation de l'élément filtrant 20 alors que la surface S2 représente la surface ouverte d'un tube 16 de l'assemblage 14. Chaque maille ou perforation présente de préférence une surface ouverte SI inférieure à la surface ouverte S2 d'un tube 16.

En outre, la dimension interne la plus grande d'une maille ou perforation de l'élément filtrant 20 est de préférence inférieure au diamètre interne des tubes, par exemple de 10% (environ).

Le ou les éléments d'appui 30 permettant de supporter l'élément filtrant 20 à distance de la face d'entrée 18, parallèlement ou sensiblement parallèlement à celle-ci, peuvent présenter des formes diverses et variées, dont certaines sont décrites ci-après en référence aux figures.

Dans le mode de réalisation représenté figure 1 , plusieurs éléments d'appui 30 sont prévus, chaque élément d'appui se présentant sous la forme de pieds 301 dont une extrémité est solidaire de l'élément filtrant 20 et dont l'autre extrémité est en appui contre la face d'entrée 18. Un élément filtrant 20 de ce type est représenté sur la figure 3. Certains des pieds 301 sont solidaires de la périphérie de l'élément filtrant 20, de sorte qu'ils sont en appui contre la face interne 13 de l'enveloppe 12 lorsque l'élément filtrant 20 est placé à l'intérieur de l'enveloppe, tel que représenté figure 1. Cet agencement permet d'éviter un basculement de l'élément filtrant 20 notamment lorsque celui-ci est dans une position sensiblement verticale. Un autre pied 301 est disposé sensiblement au centre de l'élément filtrant 20. Le nombre de pieds 301 et leur forme peuvent être indifféremment choisis pourvu qu'ils permettent de soutenir l'élément filtrant 20 à distance de la face d'entrée 18, sensiblement parallèlement à celle-ci. En outre, tel que représenté, un ou plusieurs pieds peuvent être solidaires de l'élément filtrant 20 en un point distant du bord périphérique 20a, pour éviter une déformation de l'élément filtrant.

Dans une variante non représentée, ces pieds 301 pourraient être solidaires de la face d'entrée 18. De manière similaire, ils sont préférentiellement fixés à proximité ou le long de la face interne 13 de l'enveloppe 12 mais pourraient également être disposés à distance de celle-ci pour un meilleur maintien de l'élément filtrant.

Dans le mode de réalisation de l'élément filtrant 20 représenté sur la figure 4, un unique élément d'appui 302 en forme de manchon s'étend sur toute la périphérie de l'élément filtrant 20, formant un élément d'appui intégré à l'élément filtrant 20. Dans un mode de réalisation non représenté, cet élément d'appui 302 pourrait être de dimensions inférieures. En variante, un élément d'appui 302 de ce type pourrait être solidaire de la face d'entrée 18, et non de l'élément filtrant 20.

Dans le mode de réalisation représenté figure 5, les éléments d'appui 30 comprennent deux nervures 303 solidaires de la face interne 13 de l'enveloppe 12. Ces nervures 303 s'étendent sensiblement parallèlement à la face d'entrée 18, de manière à recevoir en appui sur une de leur face l'élément filtrant 20. Deux ou plusieurs nervures 303 peuvent être réparties sur la face interne 13 de l'enveloppe 12. Dans une variante non représentée, une seule nervure 303 peut s'étendre sur toute la périphérie de l'enveloppe 12.

Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 6a et 6b, d'autres nervures 304 sont prévues sur la face interne 13 de l'enveloppe 12, solidaires de celle-ci. Ces nervures 304 sont agencées de manière à recevoir en appui une face de l'élément filtrant 20 opposée à la face en appui contre la ou les nervures 303. Ces nervures 304 peuvent se présenter sous la forme de pattes, coopérant avec des échancrures correspondantes 21 de l'élément filtrant 20, tel que représenté sur la figure 6a (sur cette figure, la distance entre l'enveloppe 12 et la périphérie de l'élément filtrant 20 a été exagérée pour plus de clarté). Ceci permet de translater l'élément filtrant 20 dans l'enveloppe jusqu'à ce qu'il soit en appui contre les nervures 303, l'élément filtrant 20 étant positionné de sorte que les nervures 304 coïncident avec les échancrures 21. Comme pour une fixation de type baïonnette, il suffit ensuite de pivoter l'élément filtrant 20 suivant la flèche représentée figure 6b pour obtenir un décalage angulaire entre les nervures 304 et les échancrures 21 assurant ainsi un maintien de l'élément filtrant 20, même si ce dernier est dans une position verticale, par appui de ses faces opposées contre les nervures 303 et 304.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée par un nombre particulier de nervures 304, une seule nervure pouvant être prévue ou davantage que deux si nécessaire.

Dans le mode de réalisation représenté figure 7, des nervures

305 sont solidaires de la face interne 13 l'enveloppe 12 mais s'étendent sensiblement perpendiculairement à la face d'entrée 18, de sorte que leur extrémité 306 distante de la face d'entrée 18 reçoive en appui l'élément filtrant 20. Le nombre de ces nervures 305 peut être variable par exemple deux, de préférence trois, voire plus.

L'invention n'est pas limitée par le nombre et la forme des éléments d'appui 30. On peut également prévoir qu'un ou plusieurs éléments d'appui soient mobiles en rotation ou en translation. Par exemple l'élément d'appui 301 représenté figure 3 peut être articulé à l'élément filtrant 20 ou être solidarisé à ce dernier par des moyens de fixation temporaires, ce qui peut faciliter la manipulation de l'élément filtrant. Des nervures solidaires de l'enveloppe peuvent également être reliées à l'enveloppe de manière à être mobiles entre une position active, en appui contre l'élément filtrant et une position inactive, permettant par exemple le passage de l'élément filtrant. Ces nervures peuvent par exemple être reliées à l'enveloppe par une charnière, un pivot ou autre, ou encore être montées déplaçables en translation.

Les différents éléments d'appui décrits ci-dessus et en référence aux figures 3 à 7 peuvent être combinés et peuvent indifféremment recevoir en appui l'une des faces de l'élément filtrant 20. En particulier, on pourra prévoir des éléments d'appui qui reçoivent en appui des faces opposées de l'élément filtrant 20 améliorant ainsi son maintien, notamment dans une position sensiblement verticale. On peut également prévoir une fixation temporaire du ou des éléments d'appui à l'enveloppe ou à la face d'entrée afin d'éviter tout mouvement de l'élément fixant pendant la circulation du fluide. Quelques soient la forme et le nombre des éléments d'appui, l'élément filtrant 20 peut en outre être réalisé en plusieurs parties A, B, C, D, E, F, G, H, J, tel que représenté figure 8. Ceci permet de faciliter son extraction de l'enveloppe 12. Ces différentes parties A-J peuvent être associées par des moyens de fixation démontables ou temporaires, tel que par exemple des systèmes de clipage, des systèmes d'emboîtement, des vis ou autre, ou peuvent être articulées les unes aux autres pour pouvoir être repliées les unes sur les autres et faciliter le déplacement de l'élément filtrant.

Ceci permet d'extraire l'élément filtrant 20 par une ouverture relativement étroite, telle que l'ouverture 22 de l'enveloppe 12. Des lors, il n'est plus nécessaire de procéder à une ouverture complète de l'enveloppe 12 pour en extraire l'élément filtrant 20 et le nettoyer, permettant ainsi de réduire la durée de la maintenance et le temps d'arrêt de l'unité industrielle équipée de l'échangeur de chaleur 10.

Un tel agencement permet également de ne changer qu'une partie abimée de l'élément filtrant. Le nettoyage peut enfin être réalisé de manière plus efficace sur des parties de dimensions plus petites que l'élément filtrant.