BRPI0710400A2 - arranjo de vedação para folha tubular interna para trocadores de calor tubulares - Google Patents

Abstract

ARRANJO DE VEDAçAO PARA FOLHA TUBULAR INTERNA PARA TROCADORES DE CALOR TUBULARES. Trata-se de um arranjo de vedação para folha tubular interna para trocadores de calor tubulares que compreende uma junta (21) encaixada entre o ressalto (51) e a folha tubular (4), em que a junta (21) é feita de uma construção enrolada em espiral mas sem nenhum anel metálico na mesma e sem nenhum sulco localizador nos componentes adjacentes. No lado externo da folha tubular, a caixa de canal (22) é disposta com a sua face interna apoiada no ressalto provido do diâmetro externo da folha tubular (4), ao passo que a face exterior da caixa de canal (22) é reduzida no diâmetro e arranjada para alinhar com a linha central dos parafusos de impulsão (13), em que a face exterior da caixa de canal é apoiada de encontro e unida a um anel anular (12) e os parafusos de impulsão (13) são dispostos nos furos roscados que alcançam a face exterior do flange interno (24). Os parafusos de impulsão (13), quando apertados, carregam o anel anular (12) do seu lado exterior, por sua vez carregando a junta conjunta através da caixa de canal (22) e da folha tubular (4).

Description

ARRANJO DE VEDAÇÃO PARA FOLHA TUBULAR INTERNA PARATROCADORES DE CALOR TUBULARESCampo Técnico:

A presente invenção refere-se a um envoltório dotipo de fecho de canal roscado e a trocadores de calor detubo que têm feixes de tubo removíveis. Estes trocadores decalor têm geralmente alta pressão em ambos os lados da folhado tubo. Eles são utilizados extensamente em serviçoscríticos em indústrias de processamento tais como unidades dehidrocraqueamento, unidades de hidrotratamento, unidades dehidroenceramento, unidades de hidrofinos, etc.Antecedentes da Invenção:

O trocador de calor de acordo com a técnicaanterior é explicado a seguir com ajuda das seguintesfiguras.

A Figura 1 mostra uma vista seccional do trocadorde calor do tipo de fecho de canal roscado com detalhesinternos.

A Figura 1a mostra uma vista seccional ampliada dajunta de elemento espiral com anéis interno e externo, uma

junta de metal sólida ou uma junta de metal provida com luva.

A Figura 1b mostra uma vista seccional ampliada dosulco na junta de elemento espiral dos componentes adjacentessem anéis interno ou externo, mas com localização.

Conforme indicado na Figura 1, o trocador de calor

compreende um tubo de comunicação de canal (1) e o envoltório(52) ; o fecho do tubo de comunicação de canal compreende umanel de travamento roscado (2) e uma tampa de canal (3) . Umdos dois fluidos de trocador de calor passa através do

envoltório (52) , ao passo que o segundo fluido passa através

da pluralidade de tubos (5) , que são fixados à folha de tubo(4), e os fluidos do lado do envoltório e do lado do tubo sãoseparados pela folha de tubo (4) . 0 canal (1) é provido comos bocais (6) para que o fluido do lado do tubo entre e saiado trocador de calor. 0 trocador de calor é preferivelmenteprovido com duas ou mais passagens de tubo e,consequentemente, alguns dos tubos na primeira passagem detubo através dos quais o fluido ao lado do tubo entra nofeixe de tubos do bocal de entrada do lado do canal, enquantoalguns tubos ficam na passagem de tubo final através dosquais o fluido ao lado do tubo sai do feixe de tubos.

As passagens de tubo são separadas por umapluralidade de placas divisórias de passagens (7) e tampas(8) . A folha de tubo (4) é fixada no ressalto anular (51)entre o envoltório (52) e o canal (1). A vedação entre o ladodo envoltório e o lado do tubo é obtida por meio de umajunta. Esta junta pode ser do tipo de elemento espiral quetem anéis metálicos interno e externo ou do tipo de metalsólido ou do tipo de metal provido com luva tal como mostradona Figura la, ou do tipo de elemento de espiral sem anelinterno/externo, mas localizado em um rebaixo formado emcomponentes adjacentes tal como mostrado na Figura Ib. Um

conjunto de caixas de canal interno (11) é provido no canal,que abriga as placas divisórias (7) a as tampas (8) acimamencionadas. A parte cilíndrica interna do conjunto de caixasde canal (11) é apoiada de encontro ao ressalto provido naface anterior da folha de tubo. A extremidade externa dacaixa de canal é unida ao anel anular (12) . Enquanto apressão é aplicada no anel anular na direção axialmenteinterna, ela é transferida à junta (9)/(10) através da caixade canal (11) e a compressão da junta veda a junção entre afolha de tubo (4) e o envoltório (51) . 0 anel anular é

pressurizado para dentro por dois meios diferentes tal comosegue. Parafusos internos (13) são providos no flange interno(14) e o flange interno (14) também é suportado por um anelseccionado (15) . Desse modo, quando os parafusos internos(13) são apertados eles pressionam o anel anular, o qualtransmite a carga na junta (9)/(10) para a vedação tal comojá foi explicado acima. A eficácia desta vedação pode sertestada, ao comprimir o lado do envoltório antes de encaixara tampa de canal (3) e o anel de travamento roscado (2) naposição. Em segundo lugar, o parafusos/hastes de impulsão(17) são providos na tampa de canal (3) , e quando apertadoscomprimem a caixa de canal (11) através do anel anular (12)através do anel de compressão interno (18) , do diafragma (19)e da luva interna (20) . Isto facilita o carregamento dajunção provida com luva em operação.As deficiências da técnica anterior:

A técnica anterior, tal como descrito, tem seusinconvenientes e deficiências inerentes; estes são descritosa seguir. Os trocadores de calor contêm fluidos quentes aaltas temperaturas (tipicamente de 20°C a 500°C) e sãomontados com peças diferentes feitas de materiais diferentesque têm coeficientes de expansão térmica diferentes, e sãosuscetíveis à geração de tensões altamente térmicas naspeças, a menos que a expansão térmica diferencial dessaspeças seja corretamente absorvida ou compensada. Isto poderesultar não somente em danos às peças, mas também podeconduzir a acidentes desastrosos, enquanto se trabalha sobalta pressão (tipicamente de 50 kg/cm2 a 250 kg/cm2) tal comono caso dos trocadores de calor sendo levados emconsideração. A peça ou o meio provido na técnica anterior éa junta com uma compressibilidade muito limitada; sendoutilizada uma junta de elemento espiral típica com anéismetálicos, uma junta de metal liso sólido, uma junta do tipoprovido com luva ou uma junta de elemento espiral localizadano rebaixo formado nos componentes adjacentes. Estas juntassão suscetíveis às falhas acima mencionadas. Experimentaçõesforam feitas na técnica anterior com a provisão de um anel desacrifício (16) entre a placa anular (12) e os parafusos deimpulsão internos (13), no entanto sem sucesso.

Nos trocadores de calor da técnica anterior, umafastamento diamétrico generoso é provido uniformemente entreo diâmetro interno do tubo de comunicação de canal (1) e odiâmetro do lado da saída da folha de tubo (4) para facilitaro curso fácil da folha de tubo (4) no canal (1) . Devido aoseu próprio peso, a folha de tubo tem uma tendência asedimentar no fundo do canal durante a montagem ou adesmontagem. Conseqüentemente, a folha de tubo (4) e a junta(9) ou (10) podem não permanecer concêntricos com o ressaltoanular no canal. Também não é praticável calcularantecipadamente este alinhamento, e pode ser necessário puxarpara fora a folha de tubo com o feixe e remontar a mesma.

A caixa de canal da técnica anterior (11) consisteem um tambor cilíndrico unido a um anel anular (12) rumo aosparafusos de impulsão. A carga é transferida neste casoatravés de forças de flexão no anel anular. Também é muitodifícil introduzir a caixa de canal dentro do canal devido aoseu formato cilíndrico, que tem um pequeno afastamentodiamétrico entre o diâmetro interno do canal e o diâmetroexterno da caixa de canal.

No trocador de calor da técnica anterior é possívelver que os parafusos de impulsão internos (13) são acopladosem furos roscados em um anel (14), o qual é suportado por umanel seccionado de superfície integral (15), que é acopladoem um sulco formado na superfície interna do canal. A forçade reação gerada pelos parafusos de impulsão (13) sujeita oanel seccionado ã carga combinada de cisalhamento e flexão.Devido à ação de flexão do anel seccionado, a transmissão dacarga durante o aperto dos parafusos de impulsão éineficiente e pode causar danos ao flange interno, aosparafusos de impulsão e ao anel anular.Descrição da Invenção:

Tendo em vista os inconvenientes acima da técnicaanterior, o objetivo da presente invenção consiste emeliminar ou reduzir os mesmos.

Desse modo, o objetivo da presente invençãoconsiste na provisão de um membro de vedação e um arranjo quepode absorver a expansão térmica diferencial das peçascomponentes, eliminando desse modo as tensões térmicasperigosas; e ao mesmo tempo propiciando uma vedaçãoeficiente.

Um outro objetivo da presente invenção consiste emimpedir o desalinhamento entre a folha de tubo, a junta e aárea de assentamento do ressalto anular no tubo decomunicação de canal, para assegurar o assentamentoapropriado da junta.

Um outro objetivo da presente invenção consiste emobter uma transmissão eficiente da carga gerada pelosparafusos de impulsão interno e externo ao mudar as cargas deflexão em carga de cisalhamento direto ou de compressãodireta.

Ainda um outro objetivo da presente invençãoconsiste em simplificar a montagem ao tornar a inserção dacaixa de canal fácil para a inserção dentro do tubo decomunicação de canal.

A presente invenção emprega a junta de elementoespiral sem nenhum anel metálico (21) e sem nenhum sulcolocalizador formado no ressalto (51) ou na folha de tubo.Tais juntas têm características resilientes inerentes, asquais podem ser submetidas à compressão incrementai atravésda influência da expansão térmica diferencial. A ausência desulcos localizadores permite uma compressibilidade irrestritada junta sem criar o contato de metal com metal. A naturezaresiliente da junta também assegura a vedação apropriada dajunção.

O diâmetro interno do canal para uma distânciacurta do ressalto (51) mostrado em (101) na Figura 2 éprovido com um afastamento reduzido para se obter um encaixede correr ou localizador próximo entre a folha de tubo e ocanal enquanto o afastamento normal é provido na parte deequilíbrio do canal. Isto assegura a inserção fácil da folhade tubo e ainda assegura a concentricidade e o alinhamento dafolha de tubo com a junta e o ressalto anular no canal quandoa folha de tubo alcança a sua posição final na montagem.

O diâmetro da caixa de canal na face interna émantido o mesmo que antes, entretanto na extremidade exteriora face circular da caixa de canal é alinhada com os parafusosde impulsão (13) . Devido a este comprimento substancial odiâmetro exterior da caixa de canal fica descompassado dodiâmetro interno do canal, facilitando a montagem. Ao mesmotempo a peça transmissora da carga da caixa de canal fica soba compressão direta enquanto é transmitida a carga, tambémeliminando a carga de flexão no anel anular (12) . Reforços(23) são adicionalmente empregados para distribuir a cargauniforme e diretamente.

Para os parafusos de impulsão (13) , é provido oflange interno (24) que toma apenas a carga de flexãoenquanto o anel seccionado (25) é apenas carregado nocisalhamento, o que torna o conjunto muito mais forte parasustentar as cargas. As roscas no flange interno atingem aface exterior (para a cabeça dos parafusos de impulsão) parareduzir/eliminar a flexão dos parafusos de impulsão durante oaperto.

Apresentação da invenção:

Arranjo de vedação para folha de tubo interna paratrocadores de calor tubulares que compreende uma junta (21)encaixada entre o ressalto (51) e a folha de tubo (4), em quea junta (21) é feita de uma construção enrolada em espiralmas sem nenhum anel metálico na mesma e sem nenhum sulcolocalizador nas peças adjacentes; no lado exterior da folhade tubo, a caixa de canal (22) é provida com a sua faceinterna que é apoiada no ressalto provido no diâmetro externoda folha de tubo (4) ao passo que a face externa da caixa decanal (22) é reduzida no diâmetro e arranjada para alinharcom a linha central dos parafusos de impulsão (13); a faceexterna da caixa de canal é apoiada de encontro ao anelanular (12) e parafusos de impulsão (13) são providos nosfuros roscados no flange interno (24) ; os parafusos deimpulsão (13), quando apertados, carregam o anel anular (12)do seu lado externo, por sua vez carregando a junção providacom luva através da caixa de canal (22) e da folha de tubo(4); a reação a esta carga na direção externa é tomada peloanel de cisalhamento seccionado (25); reforços (23) sãoprovidos entre a parede da caixa de canal e o anel anular(12) ; o aperto do conjunto de parafusos de impulsão (17)

carrega o anel anular (12) através do anel de compressãointerno (18), do diafragma (19), da luva interna (20), e acarga no anel anular (12) é transmitida à caixa de canal (22)através dos reforços (23) e finalmente à folha de tubo (4) ;para um comprimento pequeno (ou seja, de aproximadamente 25mm a 250 mm) o diâmetro interno do canal (101) é provido comum afastamento reduzido para se obter um encaixe de correrpróximo com a folha de tubo seguida por uma parte cônica(102), e essa parte é com um afastamento normal.Breve Descrição dos Desenhos:

A Figura 2 mostra uma vista seccional da presenteinvenção.A presente invenção, "ARRANJO DE VEDAÇÃO PARA FOLHATUBULAR INTERNA PARA TROCADORES DE CALOR TUBULARES" édescrita agora a seguir com a ajuda da figura acima.

Os objetivos acima da invenção são atingidos e osproblemas e os inconvenientes associados com as técnicas e asabordagens da técnica anterior são superados pela presenteinvenção tal como descrito a seguir na realização preferida.

A presente invenção é ilustrada nos desenhos emanexo, através dos quais as mesmas letras de referênciaindicam partes correspondentes nas várias figuras.

Com referência à Figura 2, o trocador de calorcompreende um envoltório e um canal (1) . Pode ser observadoque o envoltório e o canal são separados pelo ressalto (51) epela folha de tubo (4) , que é apoiada no mesmo, com a junta(21) intermediária aos dois. Uma pluralidade de tubos (5) éencaixada na folha de tubo e se projeta para dentro dacavidade do envoltório. A cavidade do lado direito da folhade tubo é o lado do canal (1) . A junta (21) é feita dematerial enrolado em espiral, mas sem nenhum anel metálico namesma oferecendo uma compressibilidade elevada e sem nenhumsulco localizador nos componentes adjacentes que podemrestringir a compressibilidade da junta. No lado exterior dafolha de tubo (4) é provida a caixa de canal (22). A caixa decanal (22) tem a sua face interna apoiada no ressalto providono diâmetro externo da folha de tubo (4). Ao passo que a faceexterna da caixa de canal (22) é reduzida no diâmetro earranjada para alinhar com a linha central dos parafusos deimpulsão (13) . Deve ser observado que a caixa de canal podede maneira geral assumir qualquer forma entre as duas facesde extremidade, no entanto uma forma cônica é preferível parafacilidade da manufatura. Realmente, a face exterior da caixade canal é unida ao anel anular (12). Os parafusos deimpulsão (13) são providos nos furos roscados no flangeinterno (24) , os quais, quando apertados, carregara o anelanular (12) de seu lado exterior, por sua vez carregando acaixa de canal (22), a folha de tubo (4) e através desta ajunção provida com luva, para que seja obtida umaimpermeabilização a vazamentos. A reação total a esta cargana direção externa é tomada pelo anel de cisalhamentoseccionado (25). Os reforços (23) são providos entre a parededa caixa de canal e o anel anular para distribuiruniformemente a carga do anel anular à caixa de canal, o queé causado ao apertar um outro conjunto de parafusos deimpulsão (17) providos na tampa de canal (3) . A carga doparafuso de impulsão (17) é transferida à luva interna (20)através do anel de compressão interno (18) e do diafragma(19) . A luva interna (20) transfere esta carga finalmente àjunção provida com luva através do anel anular (12) comreforços (23), da caixa de canal (22) e da folha de tubo (4).A tampa de canal (3) é mantida na posição pelo anel detravamento roscado (2). Este arranjo muda a natureza da carganos componentes de cargas de flexão a cargas de compressãodireta ou cisalhamento, desse modo assegurando uma altaresistência. Em segundo lugar, o diâmetro interno doenvoltório para um comprimento pequeno (aproximadamente 25 mma 250 mm) do ressalto (51) tal como mostrado em (101) éprovido com um afastamento diamétrico reduzido de modo a terum encaixe de correr ou de localização próximo com o diâmetroexterno da folha de tubo. Isto é seguido por uma parte cônica(102) seguida subseqüentemente por um diâmetro comafastamento diamétrico normal (103) , de modo a tornar ainserção da folha de tubo fácil, ao mesmo tempo localizando afolha de tubo concêntrica e alinhada em sua posição montadafinal.

As referências numéricas (7) e (8) mostram asdivisórias e as tampas, respectivamente, que formam oscompartimentos na caixa de canal para separar o fluido deentrada e de saída ou fluidos que pertencem a um númeromúltiplo de passagens no caso de trocador de calor demúltiplas passagens.

Os objetivos acima da invenção são atingidos e osproblemas e os inconvenientes associados com as técnicas e asabordagens da técnica anterior são superados pela presenteinvenção descrita na presente realização.

Descrições detalhadas da realização preferida sãoaqui apresentadas; no entanto, deve ficar compreendido que apresente invenção pode ser incorporada em várias formas.Portanto, os detalhes específicos aqui apresentados não devemser interpretados como limitadores, mas, ao invés disto, comouma base para as reivindicações e como uma baserepresentativa para ensinar um elemento versado na técnica aempregar a presente invenção virtualmente qualquer sistema,estrutura ou matéria apropriadamente detalhados.

As realizações da invenção tal como descrito acimae dos métodos aqui apresentados irão sugerir maismodificações e alterações aos elementos versados na técnica.Tais modificações e alterações adicionais podem ser feitassem que se desvie do caráter e do âmbito da invenção; o qualé definido pelo âmbito das seguintes reivindicações.

Claims (4)

1. ARRANJO DE VEDAÇÃO PARA FOLHA TUBULAR INTERNAPARA TROCADORES DE CALOR TUBULARES, caracterizado pelo fatode compreender:uma junta (21) encaixada entre o ressalto (51) e afolha tubular (4) , em que a junta (21) é feita de umaconstrução enrolada em espiral mas sem nenhum anel metálicona mesma e sem nenhum sulco localizador nos componentesadjacentes;no lado exterior da folha tubular, a caixa de canal(22) é disposta com a sua face interna apoiada no ressaltoprovido do diâmetro externo da folha tubular (4) , ao passoque a face exterior da caixa de canal (22) é reduzida nodiâmetro e arranjada para alinhar com a linha central dosparafusos de impulsão (13); a face exterior da caixa de canalé apoiada de encontro e unida ao anel anular (12) e aosparafusos de impulsão (13) que são dispostos nos furosroscados que alcançam a face exterior do flange interno (24);os parafusos de impulsão (13) quando apertadoscarregam o anel anular (12) do seu lado exterior, por sua vezcarregando a junta conjunta através da caixa de canal (22) eda folha tubular (4) ; a reação a esta carga na direçãoexterna é efetuada pelo anel de cisalhamento dividido (25)essencialmente pela ação da tensão de cisalhamento e não datensão de flexão;reforços (23) são dispostos entre a parede da caixade canal e o anel anular (12) de maneira que o aperto doconjunto de parafusos de impulsão (17) carrega o anel anular(12) através do anel de compressão interno (18), do diafragma(19) e da luva interna (20) e a carga no anel anular (12) étransmitida à caixa de canal (22) através dos reforços (23) epor fim à folha tubular (4) para carregar a junta (21); parao comprimento pequeno (ou seja, de aproximadamente 250 mm a-250 mm) , o diâmetro interno do canal (101) provido de umafastamento reduzido para obter um ajuste de deslocamentopróximo da folha tubular seguido por uma parte cônica (102),esta parte fica com um afastamento normal.

2. ARRANJO DE VEDAÇÃO PARA FOLHA TUBULAR INTERNAPARA TROCADORES DE CALOR TUBULARES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a junta (21)é de características resilientes tais como o tipo deenrolamento em espiral sem anel metálico, do tipo de anel emO metálico oco, de anel em C metálico oco, ou um outro ainda.

3. ARRANJO DE VEDAÇÃO PARA FOLHA TUBULAR INTERNAPARA TROCADORES DE CALOR TUBULARES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte dacaixa de canal (22) entre as duas faces de extremidade podeassumir qualquer forma; a forma cônica é a preferida para afacilidade de manufatura.

4. ARRANJO DE VEDAÇÃO PARA FOLHA TUBULAR INTERNAPARA TROCADORES DE CALOR TUBULARES, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser tal comodescrito substancialmente acima, com referência aos desenhosanexos.