19 PROPIEDAD INDUSTRIAL ESPA ˜NA N. de publicaci´on:
ES 2 017 991
k 51Int. Cl.5:F28F 11/02
F16L 55/16
B21D 39/04
k12
TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
B3
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86 N´umero de solicitud europea: 87117143.5 k
86 Fecha de presentaci´on : 20.11.87 k
87 N´umero de publicaci´on de la solicitud: 0 271 739 k
87 Fecha de publicaci´on de la solicitud: 22.06.88
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54 T´ıtulo: Procedimiento para la reparaci´on o la protecci´on de una extremidad de tubo met´alico de
intercambiador de calor, y manguito para su realizaci´on.
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30 Prioridad: 21.11.86 FR 8616231 k
73 Titular/es:
Stein Industrie Soci´et´e Anonyme Dite: 19-21, Avenue Morane Saulnier, F-78140 V´elizy Villacoublay, FR El´ectricit´e de France Service National
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45 Fecha de la publicaci´on de la menci´on BOPI:
16.03.91
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72 Inventor/es: Vigneron, Gilbert;
Bezier, Jean;
Nguyen Thanh, Thong; Vidal, Pierre;
Zacharie, Guy y Guillemin, Lucien
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45 Fecha de la publicaci´on del folleto de patente:
16.03.91
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74 Agente: G´omez-Acebo Pombo, J. Miguel
Aviso:
En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicaci´on en el Bolet´ın europeo de patentes, de la menci´on de concesi´on de la patente europea, cualquier persona podr´a oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposici´on deber´a formularse por escrito y estar motivada; s´olo se considerar´a como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposici´on (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesi´on de Patentes Europeas).DESCRIPCION
La presente invenci´on se refiere a un procedi-miento para la reparaci´on o la protecci´on de una zona da˜nada o sujeta a corrosi´on de una extre-midad de tubo met´alico de intercambiador en la proximidad de la cara interna de su placa tubular, en la que se introduce en el interior del tubo un manguito met´alico de di´ametro externo inferior al di´ametro interno del tubo, sobre una longitud suficiente a partir de la cara externa de la placa tubular para penetrar en el tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on, se efect´ua un mandrilado localizado de la extremidad del man-guito sit´uada en el lado de la cara externa de la placa tubular sobre el tubo, se suelda localmente esta extremidad del manguito sobre la extremi-dad correspondiente del tubo, se ajusta en el tubo la extremidad del manguito m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on y se suelda localmente esta extremidad del manguito sobre el interior del tubo con penetraci´on parcial en el mismo. La in-venci´on se extiende adem´as a un manguito utili-zable en este procedimiento.
En los intercambiadores de calor del tipo con haz de tubos fijados sobre placas tubulares grue-sas, uno de los flu´ıdos, por ejemplo el flu´ıdo ca-liente, circula por el interior de los tubos y el otro, por el ejemplo el flu´ıdo calentado, por el exterior de los tubos.
Cuando, como consecuencia de una corrosi´on, un defecto a trav´es de la pared de uno o varios tubos, provoca la fuga de un caudal, incluso re-lativamente peque˜no de uno de los flu´ıdos en el otro, se producen diversos inconvenientes:
- p´erdida de eficacia del intercambiador, por lo tanto del rendimiento de la instalaci´on, - riesgo de agravamiento del defecto, de
ro-tura total del tubo y de da˜no de los tubos cont´ıguos por efecto de l´atigo,
- en el caso de un intercambiador de central n´uclear, principalmente de los generadores de vapor de calderas de centrales nuclea-res con agua a pnuclea-resi´on, la posible fuga de flu´ıdo radioactivo hacia el flu´ıdo no radioac-tivo y de contaminaci´on del circuito de este ´
ultimo.
Cuando se produce una fuga en la pared de un tubo, se ha propuesto ya su eliminaci´on por obstrucci´on por medio de tapones colocados en las dos extremidades del tubo en la o las placas tubulares. Sin embargo ´esto no puede hacerse m´as que para un n´umero limitado de tubos para no reducir de forma importante el caudal de flu´ıdo tratado por el intercambiador.
Se ha propuesto tambi´en la detenci´on de la fuga pormedio de un manguito interno colocado bien por mandrilado mec´anico, bien por mandri-lado hidr´aulico, bien por expansi´on por medio de un casquillo de elast´omero, bien por explosi´on, bien por soldadura.
Tales procedimientos no dan completa satis-facci´on puesto que la fijaci´on del manguito en el tubo por los procedimientos de mandrilado mec´anico o hidr´aulico, o por expansi´on por un
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casquillo de elast´omero, o por explosi´on, indu-cen en el tubo tensiones, fuente de peligro de co-rrosi´on, que no pueden eliminarse sopena de des-mandrilado.
El documento EP A 0 181 250 describe un pro-cedimiento para la reparaci´on de una zona da˜nada o sujeta a corrosi´on de una extremidad de tubo met´alico de generador de vapor en las proximida-des de la cara interna de su placa tubular, en el que se introduce en el interior del tubo una camisa met´alica de di´ametro externo ligeramente inferior al di´ametro interno del tubo sobre una longitud suficiente como para penetrar en el tubo m´as all´a de la zona da˜nada. Se efect´ua un mandrilado de la parte de la camisa pr´oxima a la cara externa de la placa tubular en el tubo a continuaci´on se sueldan entre s´ı los bordes correspondientes del manguito y del tubo. Se expande diametralmente la extre-midad del manguito m´as all´a de la zona da˜nada por mandrilado y se suelda la parte expandida del manguito con el tubo. Un procedimiento de este tipo crea tensiones t´ermicas en el punto de solda-dura entre los bordes del manguito y del tubo y no permite proteger la zona de la soldadura entre el tubo y el manguito en el interior de la placa tubular contra las infiltraciones del flu´ıdo que cir-cula alrededor de los tubos, y entra˜na por lo tanto peligros de corrosi´on de esta soldadura por otra parte la soldadura entre el tubo y el manguito m´as all´a de la zona da˜nada del tubo, sometida durante el servicio a temperaturas elevadas y a veces a variaciones de temperatura importantes, pierde a la larga en su estanqueidad.
Se ha propuesto en el documento EP-A 0 121 137 un procedimiento an´alogo, en el que, tras ha-ber ajustado el manguito contra el tubo m´as all´a de la zona da˜nada del tubo, se somete el man-guito a una traslaci´on hacia arriba o hacia abajo para asegurar un mejor contacto entre s´ı, a con-tinuaci´on se efect´ua una soldadura en la zona ex-pandida entre el manguito y el tubo. Este pro-cedimiento presenta el mismo defecto que el pre-cedente en lo que se refiere a la aparici´on de ten-siones t´ermicas entre tubo y manguito al nivel de la soldadura entre sus bordes y no permite de-terminar con precisi´on la traslaci´on del manguito necesaria para obtener una buena estanqueidad de la zona del manguito expandida m´as all´a de la zona da˜nada del tubo.
La presente invenci´on tiene por objeto propor-cionar un procedimiento de reparaci´on o de pro-tecci´on de una zona da˜nada o sujeta a corrosi´on de una extremidad de tubo, que evita cualquier peligro de corrosi´on ulterior del tubo, principal-mente por creaci´on de tensiones residuales excesi-vas en el mismo, al mismo tiempo que constituye una protecci´on mec´anica robusta y de una estan-queidad absoluta.
El procedimiento seg´un la invenci´on se carac-teriza porque se efect´ua la soldadura localizada en el interior de la zona da˜nada en una zona anterior al borde del manguito, con penetraci´on parcial de la soldadura en el tubo, y porque se efect´ua a con-tinuaci´on un mandrilado de la zona de extremidad del manguito contra el tubo en una zona situada en el interior de la placa tubular por encima de la soldadura localizada.
menos a una de las caracter´ısticas siguientes: - Previamente a la introducci´on del manguito
en el tubo, se horadan en el tubo uno o varios orificios de peque˜no di´ametro, que atraviesan su pared completa o incomple-tamente, ligeramente m´as all´a de la cara in-terna de la placa tubular.
- Se efect´ua un mandrilado localizado de la extremidad del manguito del lado de la cara externa de la placa tubular bajo gas inerte o con insuflado de gas inerte.
- Previamente a la introducci´on del manguito en el tubo se dota la extremidad de ´este, destinada a ser mandrilada en el tubo del lado de la cara externa de la placa tubular, con un revestimiento met´alico de peque˜no espesor, buen conductor de calor y poco oxi-dable,
- Previamente a la introducci´on del manguito en el tubo se dota la extremidad de ´este destinada a ser mandrilada en el tubo del lado de la cara externa de la plca tubular, con una serie de ranuras longitudinales, y antes de efectuar la soldadura se expulsa el aire presente en el intersticio entre el tubo y el manguito por insuflado de gas inerte en estas ranuras o por puesta bajo vac´ıo de las mismas.
- Se dota tambi´en la otra extremidad del manguito con una serie de ranuras longi-tudinales y antes de efectuar la soldadura cerca de esta otra extremidad se expulsa el aire presente en el intersticio entre el tubo y el manguito por insuflado de gas inerte en las ranuras y por puesta bajo vac´ıo. - Tras haber efectuado la soldadura del
man-guito sobre la zona de extremidad del tubo del lado de la cara externa de la placa tubu-lar, se efect´uan varios pasos de mandrilado del manguito en el tubo m´as all´a de esta soldadura.
- Se efect´uan las soldaduras del manguito so-bre el tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on y situada en la zona an-terior a la extremidad del manguito. - Se efect´ua el ajuste de la extremidad del
manguito en el tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on por deformaci´on controlada del di´ametro.
- Se efect´ua la soldadura del manguito sobre el tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on sobre el propio borde del man-guito.
- Se somete la soldadura de la extremidad da˜nada del manguito sobre el interior del tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on, a un tratamiento de eliminaci´on de tensiones por medio de un inductor in-terno. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
- Se somete la zona del manguito m´as all´a de la da˜nada en el tubo en el interior de la placa tubular a un tratamiento de elimi-naci´on de tensiones por medio de un man-drilado ligero.
La invenci´on se extiende adem´as a un man-guito para la realizaci´on del procedimiento dela invenci´on, de di´ametro externo ligeramente infe-rior al di´ametro interno del tubo, y de longitud superior a la de la zona da˜nada o sujeta a co-rrosi´on, caracterizado porque comprende bien en la proximidad de una de sus extremidades un re-vestimiento met´alico externo de peque˜no espesor buen conductor del calor y poco oxidable, bien a partir de al menos una de sus extremidades una zona dotada con finas ranuras externas longitudi-nales, o bien ambos.
A continuaci´on se describen, a t´ıtulo de ejem-plo y con referencia a las figuras del dibujo ad-junto, las extremidades pr´oximas de la placa tu-bular del tubo de intercambiador de calor entre agua primaria radioactiva recalentada por paso a trav´es del n´ucleo de un reactor nuclear, y agua se-cundaria a calentar por intercambio indirecto de calor con el agua primaria, reparadas por medio del procedimiento de la invenci´on.
La figura 1 representa en alzado con secci´on diametral parcial la extremidad de un tubo en las proximidades de la placa tubular, dotada con un manguito interno de reparaci´on mandrilado y soldado sobre el tubo.
La figura 2 representa en alzado con secci´on diametral parcial una variante de reparaci´on en la que el manguito est´a soldado sobre el tubo a lo largo de su borde superior.
La figura 3 representa una variante del man-guito de reparaci´on, dotado, tras su borde infe-rior, con un dep´osito delgado de un metal poco oxidable y buen conductor del calor.
La figura 4 representa una variante del man-guito de reparaci´on, dotada cerca de su borde in-ferior con ranuras que permiten eliminar el aire en el momento de su soldadura con el tubo.
En la figura 1, el tubo est´a fijado a la placa tubular 2, de la manera habitual, por mandrilado, y su extremidad inferior est´a soldada con la cara externa de esta placa, como se ha representado por el cord´on de soldadura 3.
La zona de f´ın de mandrilado del tubo, en las proximidades de la cara interna de la placa tubu-lar, se ha sometido a una corrosi´on bajo tensi´on que la ha da˜nado, como se ha representado en 4. La reparaci´on se efect´ua por medio de un man-guito interno 5, de di´ametro externo un poco in-ferior al di´ametro interno del tubo, que recubre la zona del tubo parcialmente corroida.
Este manguito 5 est´a unido de forma estanca al tubo en las dos zonas 6, en el interior de la placa tubular, y 7, ´as all´a de ´esta y de la zona corroida.
Para realizar la uni´on inferior en la zona 6 en el interior de la placa tubular, el manguito se mandrila en primer lugar en el tubo de forma localizada en esta zona. Este mandrilado puede tener lugar bajo gas inerte o con insuflado de gas inerte.
anterior al borde del manguito por el procedi-miento autom´atico del arco bajo gas inerte por medio de un dispositivo para soldadura interna de tubos (esta posici´on permite una mayor fle-xibilidad en el reglaje en altitud de la antorcha de soldadura). El mandrilado preliminar permite concentrar el calor en la zona a soldar, lo que fa-cilita la penetraci´on de la soldadura, las contrac-ciones del metal, tras soldadura, y la evacuaci´on del gas aprisionado entre el tubo y el manguito. El cord´on de soldadura debe presentar una buena penetraci´on en el espesor del tubo, (del 20 al 75). Para facilitar la operaci´on de soldadura, el manguito puede estar dotado en la regi´on pre-vista para el cord´on de soldadura y a uno y otro lado de la misma con un dep´osito delgado de me-tal poco oxidable y buen conductor del calor, me-tal como el cromo, obtenido por ejemplo por me-talizado (dep´osito 14 de la figura 3). Se puede tambi´en, con el f´ın de facilitar a´un m´as la eva-cuaci´on del aire retenido en el intersticio entre el tubo y el manguito, dotar la extremidad inferior del manguito hasta m´as all´a del nivel del cord´on de soldadura con finas ranuras longitudinales, por ejemplo cuatro ranuras a 90◦(ranuras 15 de la fi-gura 4). La evacuaci´on del aire puede efectuarse bien por insuflado de gas inerte, bien por puesta bajo vac´ıo, si el conjunto lo permite.
Tras realizaci´on de la soldadura inferior, se so-mete la zona 6 por encima de ´esta a varios pasos de mandrilado, asegurando tambi´en una barrera de estanqueidad, substrayendo la zona afectada por la soldadura a la acci´on corrosiva del agua que circula alrededor de los tubos. Un trata-miento t´ermico de supresi´on de las tensiones en este cord´on de soldadura, susceptible de tener un efecto desfavorable en raz´on a la presencia de la placa tubular, ya no es necesaria.
Se realiza a continuaci´on la soldadura supe-rior tras ajuste del manguito en el tubo por de-formaci´on controlada del di´ametro, pilotando la expansi´on del manguito por el n´umero de vueltas del uso de un mandril. Se asegura as´ı una buena repetitividad de la obtenci´on de un buen contacto entre tubo y manguito, condici´on necesaria para asegurar una buena soldadura de uni´on limitando
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las tensiones inducidas en el tubo. Esta soldadura superior puede efectuarse igualmente en una zona anterior al borde del manguito, por ejemplo a 20 o 30 mm de este borde (cord´on de soldadura 9 de la figura). Igualmente puede asegurarse la solda-dura por fusi´on completa del borde del manguito (cord´on de soldadura 9A de la figura 2). La forma de esta uni´on permite el control de la zona 13 afec-tada t´ermicamente por la soldadura y situada por encima de la soldadura.
Este tipo de cord´on de soldadura se obtiene por reglaje de la posici´on y de la inclinaci´on del electrodo de soldadura, bien por una preparaci´on apropiada de la extremidad del manguito por me-canizado.
Independientemente de la posici´on de la sol-dadura superior del manguito, se puede asegurar la supresi´on de las tensiones en la misma por me-dio de un tratamiento t´ermico local por inductor interno.
Con el fin de evitar un ascenso de presi´on eventual en el espacio 11 comprendido entre el tubo y el manguito por acumulaci´on a trav´es de una fuga de residuos diversos, de gas o de agua, es posible horadar uno o varios orificios tales como 12 en el tubo, previamente a la colocaci´on en su sitio del manguito. Estos orificios pueden atrave-sar de uno a otro lado la pared del tubo, como se ha representado. Igualmente puede dejarse un peque˜no espesor residual de metal del tubo, sir-viendo ´este entonces de membrana de seguridad en caso de un ascenso de presi´on en el espacio 11. Este o estos orificios pueden contribuir igual-mente a facilitar la realizaci´on de la uni´on supe-rior entre el tubo y el manguito, principalmente durante la operaci´on de soldadura, en la que el gas aprisionado podr´ıa perjudicar el cierre del ba˜no de soldadura.
Eventualmente pueden substituirse las opera-ciones de soldadura por el procedimiento al arco bajo gas inerte con electrodo de tungsteno por soldaduras con haz laser o por haz electr´onico.
Puede controlarse la calidad de las soldaduras por medios no destructivos tales como el examen endosc´opico, la exudaci´on, las corrientes de Fou-cault y los ultrasonidos.
REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la reparaci´on o la pro-tecci´on de una zona da˜nada o sujeta a corrosi´on (4) de una extremidad del tubo met´alico de in-tercambiador (1) en las proximidades de la cara interna de su placa tubular (2), en el que se intro-duce en el interior del tubo un manguito met´alico (5) de di´ametro externo ligeramente inferior al di´ametro interno del tubo, sobre una longitud su-ficiente a partir de la cara externa de la placa tubular para penetrar en el tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on, se efect´ua un mandrilado localizado (6) de la extremidad del manguito situado en el lado de la cara externa de la placa tubular sobre el tubo, se suelda local-mente (8) esta extremidad del manguito sobre la extremidad correspondiente del tubo, se ajusta en el tubo la extremidad del manguito (7) m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on y se suelda localmente (9) esta extremidad del manguito so-bre el interior del tubo con penetraci´on parcial en el mismo,caracterizadoporque se efect´ua la soldadura localizada (8) en el interior de la zona mandrilada (6) situada anteriormente al borde del manguito, con penetraci´on parcial de la soldadura en el tubo, y porque se efect´ua a continuaci´on un mandrilado de la zona de extremidad del man-guito contra el tubo en una zona situada en el interior de la placa tubular por encima de la sol-dadura localizada (8).
2. Procedimiento seg´un la reivindicaci´on 1,
caracterizada porque previamente a la intro-ducci´on del manguito en el tubo, se horadan en el tubo uno o varios orificios de peque˜no di´ametro (12), que atraviesan su pared completa o incom-pletamente, ligeramente m´as all´a de la cara in-terna de la placa tubular.
3. Procedimiento seg´un las reivindicaciones 1 ´
o 2,caracterizadaporque se efect´ua un mandri-lado localizado de la extremidad del manguito del lado de la cara externa de la placa tubular bajo gas inerte o con insuflado de gas inerte.
4. Procedimiento seg´un una de las reivindica-ciones 1 a 3,caracterizadaporque, previamente a la introducci´on del manguito en el tubo, se dota la extremidad de ´este, destinada a mandrilarse en el tubo del lado de la cara externa de la placa tu-bular, por un revestimiento met´alica de peque˜no espesor, buen conductor del calor y poco oxidable (14, figura 3).
5. Procedimiento seg´un una de las reivindica-ciones 1 a 3,caracterizadaporque, previamente a la introducci´on del manguito en el tubo, se dota la extremidad de ´este, destinada a mandrilarse en el tubo del lado de la cara externa de la placa tu-bular, con una serie de ranuras longitudinales (15, figura 4) y porque antes de efectuar la soldadura se elimina el aire presente en el intersticio entre el tubo y el manguito por insuflado de gas inerte en estas ranuras o por puesta bajo vac´ıo de las mismas.
6. Procedimiento seg´un la reivindicaci´on 5,
caracterizada porque se dota tambi´en la otra
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extremidad del manguito con una serie de ranu-ras longitudinales y porque antes de efectuar la soldadura, cerca de esta otra extremidad, se eli-mina el aire presente en el intersticio entre el tubo y el manguito por insuflado de gas inerte en las ranuras o por su puesta bajo vac´ıo.
7. Procedimiento seg´un una de las reivindi-caciones 1 a 6,caracterizadaporque tras haber efectuado la soldadura del manguito sobre la zona de extremidad del tubo del lado de la cara ex-terna de la placa tubular se efect´uan varios pasos de mandrilado del manguito en el tubo m´as all´a de esta soldadura.
8. Procedimiento seg´un una de las reivindica-ciones 1 a 7,caracterizada porque se efect´ua la soldadura del manguito sobre el tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on, situada en un punto anterior a la extremidad del manguito. 9. Procedimiento seg´un una de las reivindica-ciones 1 a 8, caracterizadaporque se efect´ua el ajuste de la extremidad del manguito en el tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on por deformaci´on controlada del di´ametro.
10. Procedimiento seg´un una de las reivindi-caciones 1 a 9, caracterizada porque se efect´ua la soldadura del manguito sobre el tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on sobre el propio borde del manguito (9A, figura 2).
11. Procedimiento seg´un una de las reivin-dicaciones 1 a 10, caracterizada porque se so-mete la soldadura de la extremidad mandrilada del manguito sobre el interior del tubo m´as all´a de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on, a un tra-tamiento de eliminaci´on de tensiones por medio de un inductor interno.
12. Procedimiento seg´un una de las reivindi-caciones 1 a 11,caracterizadaporque se somete la zona (10) del manguito m´as all´a de la mandri-lada en el tubo en el interior de la placa tubular, a un tratamiento de eliminaci´on de tensiones por un mandrilado ligero.
13. Manguito para reparaci´on o protecci´on de una zona da˜nada o sujeta a corrosi´on de una extremidad de tubo met´alico de intercambiador de calor seg´un el procedimiento de la reivindi-caci´on 1, de di´ametro externo ligeramente infe-rior al di´ametro interno del tubo y de longitud superior a la de la zona da˜nada o sujeta a co-rrosi´on,caracterizadaporque comprende en las proximidades de una de sus extremidades un re-vestimiento met´alico externo de peque˜no espesor, buen conductor del calor y poco oxidable (14, fi-gura 3).
14. Manguito para reparaci´on o protecci´on de una zona da˜nada o sujeta a corrosi´on de una ex-tremidad de tubo met´alico de intercambiador de calor seg´un el procedimiento de la reivindicaci´on 1, de di´ametro externo o ligeramente inferior al di´ametro interno del tubo, y de longitud superior a la de la zona da˜nada o sujeta a corrosi´on, carac-terizadaporque comprende, a partir de al menos de una de sus extremidades, una zona dotada con finas ranuras externas longitudinales (15, figura 4).
