Armazón estructural de soporte para un intercambiador de calor tubular.

Un armazón estructural de soporte (39) para un intercambiador de calor tubular (26) que tiene por lo menos un banco de tubos de serpentín (28) dispuestos en filas separadas en relación paralela en yuxtaposición,

incluyendo cada una de las filas segmentos de tubo inclinados alargados coplanarios separados (30) y segmentos de tubo de recodo de retorno, incluyendo el armazón estructural de soporte primeros y segundos elementos de soporte (36, 38, 42, 44), estando emparejados los primeros elementos (36, 42) para disponerse a horcajadas en los segmentos de tubo inclinados (30) de cada una de por lo menos algunas de las filas, y extendiéndose los segundos elementos (38, 44) entre los segmentos de tubo inclinados (30) de las filas a horcajadas, donde algunos de los segundos elementos de soporte (38, 44) son bloques cóncavos-cóncavos que tienen lados rebajados situados frente a partes adyacentes de los segmentos de tubo inclinados (30) de la fila a horcajadas, y estando interconectados rígidamente los primeros y los segundos elementos de soporte (36, 38, 42, 44) para proporcionar un ajuste de soporte de tubos lo suficientemente holgado como para permitir el desplazamiento relativo entre los tubos y el armazón estructural de soporte, debido a la contracción y la expansión térmicas diferenciales.

Armazón estructural de soporte para un intercambiadorde calor tubular Campo y antecedentes de la invención

La presente invención se refiere, en general, a un armazón estructural de soporte para intercambiadores de calor tubulares de tipo serpentín situados en pasos verticales de gas de generadores de vapor, y más en particular, a la estructura y al soporte de los tubos de serpentín orientados, a efectos de provocar el drenaje del fluido recogido en los mismos cuando los generadores de vapor son apagados.

Es una práctica común en el diseño de un generador de vapor de alta capacidad moderno proporcionar superficies de intercambio de calor en forma de tubos metálicos de serpentín muy próximos, dispuestos en un paso vertical a través del cual se transportan los gases de combustión a velocidades relativamente altas, teniendo los tubos de metal en cada fila segmentos que se extienden horizontalmente, que transportan el fluido que se está calentando, y están dispuestos en filas paralelas separadas, distribuidas transversalmente a la dirección del flujo de gas.

Cada vez que se apaga el generador de vapor, se acumula agua a lo largo de los segmentos que se extienden horizontalmente de los tubos del intercambiador de calor. La retención de agua en los tubos después de que ha sido apagado un generador de vapor, si no es retirada, conducirá a una corrosión del metal por picaduras y a un eventual fallo del metal si sus paredes se vuelven demasiado delgadas como resultado de la corrosión. Dicho evento es muy costoso debido a que requiere la sustitución de los tubos debilitados o averiados, lo que tiene como resultado un tiempo de parada del generador de vapor.

La corrosión por picaduras es una forma localizada de corrosión mediante la que se producen cavidades u orificios en un metal. Se observan normalmente picaduras en superficies que tienen poca o ninguna corrosión general. La corrosión por picaduras resulta, en términos generales, más preocupante que la corrosión uniforme debido a que es más difícil su detección y la protección contra la misma. Los productos de la corrosión recubren a menudo las picaduras, dificultando su identificación. Aparte de la pérdida localizada de grosor en la superficie metálica del tubo, las picaduras de corrupción pueden ser asimismo perjudiciales al actuar como concentradores de tensión. Las picaduras de corrosión son normalmente los puntos iniciales para grietas y fatiga.

Normalmente, dentro de una picadura por corrosión se forma un microentorno extremadamente corrosivo que varía considerablemente respecto del entorno corrosivo en general. Este microentorno corrosivo puede acelerar el crecimiento de picaduras una vez que se ha formado inicialmente. La corrosión por picaduras puede producir picaduras de diversas configuraciones. Por ejemplo, se pueden formar picaduras abiertas, o las picaduras pueden estar cubiertas con una capa semipermeable que comprende productos corrosivos. Las picaduras pueden ser hemisféricas o en forma de copa, de paredes planas, o tener una forma completamente irregular. Las picaduras pueden asimismo revelar la estructura cristalina del metal del tubo. Las picaduras de forma transversal pueden ser estrechas y profundas, o poco profundas y anchas. Las picaduras laterales pueden estar por debajo de la superficie, socavadas, o atacar el grano del metal horizontalmente.

El problema de la corrosión se agrava en posiciones en las que hay soldaduras de fijación realizadas en los tubos del intercambiador de calor, tal como con los soportes utilizados para mantener los tubos y las filas de tubos de un banco del tubo del intercambiador de calor en una relación coplanaria separada y paralela. Las zonas de la soldadura de fijación afectadas por el calor son propensas a corrosión por picaduras. Se sabe asimismo que las fijaciones por soldadura limitan la expansión y la contracción térmicas de los tubos y, por lo tanto, pueden hacer que estos se deformen o se comben, de manera que se forman depresiones en los tramos horizontales de los tubos. Estas depresiones recogen el agua después de ser apagado el generador de vapor del sistema y son susceptibles a la corrosión por picaduras.

El documento GB 1496443 da a conocer una estructura economizadora soportada por varillas de soporte. El documento describe en mayor detalle una disposición de armazones de inhibición de vibración sin soporte de peso. Este documento no muestra, por lo menos, parte de una serie de elementos de soporte que se extiendan entre segmentos de tubos inclinados de filas de tubos a horcajadas que tengan bloques cóncavos-cóncavos con lados rebajados situados frente a partes adyacentes de los segmentos de tubo inclinados de la fila a horcajadas.

El documento US 6.244.330 describe lazos antivibración para haces de tubos. Los lazos antivibración de este documento se dan a conocer sin una conexión adicional a un soporte externo y están localizados aproximadamente a medio trayecto entre soportes externos adyacentes.

El documento GB 2180046 describe un deflector de distribución de flujo de tipo parrilla para un intercambiador de calor. El deflector de distribución de flujo de tipo parrilla está dispuesto para un conjunto de tubos de intercambio de calor sustancialmente paralelos, orientados verticalmente, en el interior de un intercambiador de calor, en particular un generador de vapor nuclear, y para controlar el flujo del fluido de intercambio de calor a lo largo de la longitud de dichos tubos. El deflector comprende una serie de elementos de parrilla de enclavamiento para proporcionar un

conjunto de celdas de captura de tubos paralelos, de paredes lisas, para los tubos de intercambio de calor. Una estructura de brida resistente al flujo de fluido, para fomentar el flujo de fluido perpendicular a los tubos, está dispuesta en un extremo de cada una de las celdas, en las esquinas de las mismas, pero no está en contacto con el tubo de tal modo que se eviten zonas de contacto puntual con el tubo que tendrían como resultado un desgaste.

Sumario de la invención

En las reivindicaciones adjuntas se exponen aspectos particulares de la invención.

La corrosión por picaduras experimentada como resultado de la retención de agua en los segmentos horizontales de los tubos del intercambiador de calor, a continuación del apagado de un generador de vapor, se superan en buena medida mediante el nuevo armazón estructural de intercambiador de calor de la presente invención. Este armazón es aplicable a un intercambiador de calor que tiene por lo menos un banco de filas separadas de tubos de transporte de fluido del serpentín, dispuestas dentro de un paso vertical del generador de vapor, en relación paralela yuxtapuesta a través de la corriente de gas que está fluyendo a través del paso. Cada una de las filas de tubos incluye segmentos de tubo inclinados alargados, separados y sustancialmente coplanarios, y segmentos de tubo con recodo de retorno. Los segmentos de tubo inclinados sustituyen los segmentos de tubo horizontal de la técnica anterior y, por lo tanto, facilitan sensiblemente el drenaje de agua desde el intercambiador de calor, cuando el generador de vapor es apagado.

De acuerdo con los armazones estructurales del intercambiador de calor de la presente invención, según la reivindicación independiente, el banco de tubos de serpentín está soportado de tal modo que se permite que tenga lugar la expansión y la contracción térmicas sin provocar que los tubos se deformen o se comben y formen, de ese modo, depresiones que son propensas a recoger agua cuando el generador de vapor es apagado. Estos armazones estructurales incluyen grupos emparejados de primeros elementos de soporte que se extienden vertical y diagonalmente, que se disponen de manera contigua a horcajadas en los segmentos de tubo inclinados. Los armazones estructurales verticales están formados de primeros elementos de soporte emparejados que se extienden verticalmente, que están conectados rígidamente mediante segundos elementos de soporte o barras transversales laterales que se extienden entre los segmentos de tubo inclinados a horcajadas. Los armazones estructurales diagonales están formados de primeros elementos de soporte emparejados que se extienden diagonalmente, que están conectados rígidamente mediante segundos elementos de soporte o soportes de compresión lateral que se extienden entre los segmentos de tubo inclinados a horcajadas. Los armazones estructurales diagonales transmiten las cargas de soporte del intercambiador de calor a las paredes del paso vertical que aloja el intercambiador de calor. Los armazones estructurales mantienen la separación entre los segmentos de tubo inclinados e impiden el contacto directo entre superficies de tubo contiguas, pero no están fijados... [Seguir leyendo]

1. Un armazón estructural de soporte (39) para un intercambiador de calor tubular (26) que tiene por lo menos un banco de tubos de serpentín (28) dispuestos en filas separadas en relación paralela en yuxtaposición, incluyendo cada una de las filas segmentos de tubo inclinados alargados coplanarios separados (30) y segmentos de tubo de recodo de retorno, incluyendo el armazón estructural de soporte primeros y segundos elementos de soporte (36, 38, 42, 44), estando emparejados los primeros elementos (36, 42) para disponerse a horcajadas en los segmentos de tubo inclinados (30) de cada una de por lo menos algunas de las filas, y extendiéndose los segundos elementos (38, 44) entre los segmentos de tubo inclinados (30) de las filas a horcajadas, donde algunos de los segundos elementos de soporte (38, 44) son bloques cóncavos-cóncavos que tienen lados rebajados situados frente a partes adyacentes de los segmentos de tubo inclinados (30) de la fila a horcajadas, y estando interconectados rígidamente los primeros y los segundos elementos de soporte (36, 38, 42, 44) para proporcionar un ajuste de soporte de tubos lo suficientemente holgado como para permitir el desplazamiento relativo entre los tubos y el armazón estructural de soporte, debido a la contracción y la expansión térmicas diferenciales.

2. El armazón estructural acorde con la reivindicación 1, en el que los primeros elementos de soporte (36, 42) son barras que se extienden verticalmente, emparejadas para disponerse a horcajadas en los segmentos de tubo inclinados (30) de cada una de por lo menos algunas de las filas.

3. El armazón estructural acorde con la reivindicación 1 ó 2, en el que los segundos elementos de soporte (38, 44) son barras que se extienden lateralmente, emparejadas para disponerse a horcajadas en los segmentos de tubo inclinados de cada una de por lo menos algunas de las filas.

4. El armazón estructural acorde con la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que los primeros elementos de soporte (36, 42) son barras que se extienden diagonalmente, emparejadas para disponerse a horcajadas en los segmentos de tubo inclinados de cada una de por lo menos algunas de las filas.

5. El armazón estructural (39) acorde con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye que los lados rebajados están perfilados para adaptarse a la forma en sección transversal de las partes confrontadas de los segmentos de tubo inclinados (30).

6. En combinación, un generador de vapor en línea (10) que produce una corriente de gas de escape caliente e incluye un paso vertical a través del cual es transportada la corriente de gas, un armazón estructural de soporte (39) acorde con cualquier reivindicación anterior, y medios para hacer pasar un fluido a calentar a través de los tubos.