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" Chaudière pour le raffinage des huilée brutes et son procé- dé de construction par soudure à l'arc électrique."
L'invention est relative à des chaudières de très grandes dimensions telles que celles employées pour le raffinage des huiles brutes, et elle a également trait à un procédé par la lise en oeuvre duquel il est maintenant possible de construire des chaudières objet de l'invention sous sa forme concrète. L'invention consiste en une chaudière et en son procédé de construction, du type à métal très épais décrit dans le brevet aux Etats-Unis N 1.577.410 du 16 Mars 1926 au nom de Monsieur L. R.
SMITH et dans la demande de brevet belge déposée ce viorne jour,, pour Il Chaudière pour le raffinée des huiles brutes et son procédé de fabrication par soudure à l'erc électrique ",, au non de la Société demanderesse.
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Les descriptions des brevets ci-dessus mentionnés indiquent certaines des difficultés qui ont été rencontrées jusqu'ici dans la construction de chaudières satisfaisantes et efficaces du genre auquel se rapporte la présenta Invention, ces difficultés existant en raison de certaines limitations physiques inséparables de cette fabrication par les procèdes connus et mis en oeuvre jusqu'à ce jour, et on pourra se re- porter aux dits brevets pour avoir l'explication des difficul- tés et das limitations que l'on a rencontrées jusqu'à présent.
La présente invention comprend un perfectionnement dans la construction des chaudières faites de métal épais, décrites dans les brevets-ci-dessus mentionnés et elle consiste- en une chaudière soudée à l'arc électrique, dans la construction de laquelle tous joints soudés s'étendant lcngitudinalement sont supprimés. Dans les chaudières telles qu'elles ont été construites jusqu'ici à l'aide de plaques métalliques ayant au maximum une épaisseur d'environ 37 millimètres, recevant par laminage une forme annulaire et soudées par recou- vrement aux extrémités de joint de la plaque, le joint longitudinal formé en cet endroit a toujours constitué un élément de faiblesse dans la construction, en ce sens que ce joint est plus faible que le métal dans lequel il est formé.
Ceci est dû à la difficulté d'obtenir des plaques de cette épaisseur soudées par recouvrement et au fait que les pressions intérieures dans les chaudières pendant leur fonctionnement, dont très grandes et suffisantes pour créer des efforts, dans le métal, condition qui est parfois suivie de résultats désastreux, par exemple lorsque lejoint soudé par recouvrement se rompt sous l'effet ae la pression à laquelle la chaudière est scumise .
L'invention a pour but la prcduction de chaudière dans laquelle les joints longitudinaux scuvent défectueux et peu sûrs produits par la soudure par recouvrement sont complé-
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tement évités. Ce résultat est obtenu en coulant la chaudière en plusieurs éléments annulaires ou tubulaires-de longueur appropriée, en alignant bout à bout un certain nombre de ces éléments, et en soudant ensuitea l'are électrique les dits eléments suivant leurs lignes de joints circonférentielles, de façon à obtenir un corps tubulaire d'une seule Pièce. de la longueur désirée.
Une chaudière construite ae cette manière sera complètement exempte de joints longitudinaux soudes, et par conséquent, résistera efficacement aux efforts de destruction qui se manifestent aans les anciens types de chaudière dans lesquels existent des joints longitudinaux soudés par recouvrement.
Le procédé de fusion et de réunion des éléments annulaires sansjoint suivant leurs lignes de joint circcnfé- rentielles au moyen d'un arc électrique présente également des avantages sur les procédés antérieurs d'assemblage de ces éléments par soudure par recouvrement, car des essais ont démentie que dans des constructions qui sont fondues par l'arc élec- trique, la résistance du métal à la traction est plus grande sur la ligne de soudure qu'elle ne l'est en a'autres points.
Une limitation physique de l'épaisseur des plaques métalliques qui peuvent être réunies par souaure par recouvrement existe réellement, mais ceci n'est pas le cab en ce qui concerne la scudure à l'arc électrique dans laquelle n'existe aucune limitation de ce genre.
Les éléments annulaires qui doivent être réunis bout à bout de façon à former la pièce tubulaire sans joints constituant le corps de la chaudière, peuvent âtre coulés de toute manière permettant d'obtenir le degré désiré ae densité du métal et de façon à supprimer dans celui-ci la porosité qui existe dans les pièces de fonte ordinaire. La coulée par la force centrifuge produira les meilleurs résultats, car par
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ce précède, une structure moléculaire meilleure et plus uni- forme du métal est obtenue, l'acier employé pour constituer les éléments annulaires devra avoir la composition voulue pour résister efficacement à l'action destructrice de la corrosion et de la chaleur.
En soumettant les dits éléments, pendant qu'ils sont à l'état chaud, à l'action de cylinare, le métal sera considerabiement affine et sa structure améliorée et renforcée à un tel point qu'il pourra bien mieux résister aux actions destructrices auxquelles la chaudière est soumise dans l'opération de raffinage des huiles brutes.
Des fonds appropriés sont réunis par fusion aux ex- tremiteb du corps cylindrique pour fermer ce,dernier.
L'invention va être décrite ci-dessous un peu plus en détail en référence au dessin annexé dans lequel:
La fig. 1 est une vue en coupe verticale centrale d'une chaudière construite conformément à l'invention.
La fig. 2 est une vue perspective d'un des éléments annulaires, coulés d'une seule pièce, plusieurs de ces éléments étant disposés bout à bout en alignement axial et réunis par fusion suivant leurs lignes de jcint circonferentielles par un arc électrique, peur produire une chaudière de la construction représentée fig. 1.
La fige 3 est une coupe verticale a plus grande échelle dans le même plan que la fige 1, montrant une forme de rainure de soudage et la façon dont les éléments et} contact de la chaudière sont réunis par fusion et soudes pour former un corps d'une seule pièce.
La fige 4 est une vue analogue montrant une variante dans la formation de la rainure de soudage produite suivant la ligne de joint de deux éléments de la chaudière, la fusion des extrémités des éléments étant effectuée de la même manière.
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La fig. 1 montre une chaudière dont le ccrps tubulaire est formé comme une seule pièce par la réunion de plusieurs éléments annulaires en acier coulé 12, 13 et 14 affectant la forme de couronnes sansjoint du type représente fig.
2 et de longueur convenable. Ces éléments annulaires sont obtenus par coulée et, ae préférence, on a recours à la coulee centrifuge peur la production nés dits éléments, au fait que l'on obtient ainsi une densité plus uniforme au métal cons- tituant ces derniers.
Au moment du moulage, on peut prévoir un biseau sur les extrémités des éléments annulaires, de sorte que lorsque ces éléments sent alignés, une rainure de soudage s'étendant circonférentiellement à ceux-ci sera formée suivant la ligne de joint des éléments en contact. La formation d'une rainure de soudage de ce genre est une caractéristique nécessaire pour permettre la réalisation de l'invention, car ordinairement! on ne pourrait faire pénétrer l'arc électrique suffisamment dans l'espace très étroit aux extrémités des éléments en contact pour faire fondre le métal sur le coté opposé à, celui où l'arc est appliqué.
Ces rainures de soudage sont généralement formées en coupant les coins extérieurs des éléments d'extrémité comme en 15 pour enlever une quantité de métal en excès et en alignant deux éléments bout à. bout; on obtient ainsi une profonde rainure ae soudage lo ayant un fond 17 formé par des parties auxquelles on n'a.pas touché qui se rencontrent suivant un plan axial et sur lesquelles on peut déplacer l'arc, de façon à effectuer la fusion complète et l'amalgamation du métal au fond de la rainure 16, au commencement ue l'opération de soudage. La forme de la rainure de soudage 16 importe peu.
Elle peut être en forme d'U, de V, cu avoir une autre forme , il suffit que la rainure soit assez large pour permettre que la baguette de soudage ou l'électrode (à la peinte de laquelle
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l'arc électrique est forme) puisse entrer librement dans cet-
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te rainura et permettre à l'arc de faire fondra le métal de
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faible épaisseur au fond de la rainure.
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Comne indique ci-dé>,4eus, les élé,,u,2-yits tubulaircs
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sont produits sans joints longitudinaux, et on a constaté
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aue cette caractéristique de construction est très avantagP,1se, car des chaudières construites avec des joints lcng1tudlr2u.a. 5Ct:Q.'f:; per recouvrement suivart les précèdes antérieurs é-',e-L,3rt faibles â l'endrcit de ces jcints.
Les Êffcrtb intérieurs produits par les pressions crées pendant le fometicnneLel1t de ia, chaudière, exerçaiert une action de destructicn sur le& jcints êcudés par recouvrement qui étaient la partie la plus faible de la construction. Ce défaut existant preceaeuiment ebt clète8nt supprime par le précède perfecticnne de ,cn...trJ..;}tioI1 de chaudière, ae sorte que celles-ci ne ec1=à- ;cr1Pni pas ae j C.1!ltb loút;;ituai.l1aux soudes.
La chaudière est cci--9c<séP de deux éléments d'extreniite 12 et 13 et a' Cla - ;;:'r:tp irt E'r.. ,eaiairt's 14-, ces derniers étant en nombre voulu peur qua le corps principal de la chaudière ait la longueur nebirces Bans la construction de la chaudière, on asseoie 'coût à. bout en alignemc'nt sxipi les éléments iinulairps sers j cin:, ci? fait fondre le extraites en contact avec la ré<1<.r 6 la reinure par l'action d'un arc électrique, les élé:.(>!1ts : P trouvant ainsi reucis ccnme PI' 20 pour constituer un corps tubulaire d'une seule pièce de la longueur désirée, En fraisant fondre les extreuites des élé. Prta de la chaudière de faµc.-n à produire le corps tubulaire d'une -pile pièce, cn préfère pc-ployer une 1agKett? de soudage fusible, à la pointe de laquelle l'arc électrique est forte.
Le métal en fusion coulant a.e la oaguette ae soudage fusible se dép0ba aans la rainure et b' aJoLéi.lga.tf.e avec ..il'! 1>;etai fondu aux extrémités des divers eléaenls.
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En raison de l'épaisseur du menai et de la profondeur résultant de la rainure de bcuaage, une quantité conioiQer?.ble de matière provenant de la baguette d? soudage fusible sers, nécessaire peur remplir la rainure et compléter le contour du corps tu'uula.ire. Or. ppot réaliser U(1('> :GC't1cr.!1? de :L't^ t iàre plus ccûteuee constituant la t 1.;? (92 scufli;jé- 'i, Gbtenir les .ù.M) î C:iuLj:.t:, Elfi plaça-nt à8,12b 1l oo rainures une Matière z. scucier suppléments ire scu la fcriiie de barres cu lingots et en faisant fondre ces derrlarl par 1':ticr¯ de 1' arc électrique, ae crta que la aitr !H8tire scudr .uc:.l,:u:ent.irP 's,yla.l¯ac:,Pr4 a.vPC le .;::tal an :'ubicn c<.a:;i"< ,1;
la. baguette de soudage ruù1'Dle et fermant une partie du joint par lequel le., , éléments aL'nt reunis pour conumuer un corps tubulaire d'une seule pièce.
Une façon économique de former la, rainure de souda-
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ge eët représentée fig. 3 aans laquelle les extremit des éléments annulaires sont biseautées de l'extérieur à l'intérieur où elles se rejoignent suivant un plan axial, de façon
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8. former le .al1!lce fond 17 pour la rainure de eouuaie* Une variante de la forme ae la rainure de soudage est représentée
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fib.
4 danjj laquelle les extrémités des éléments annulaires sont biseautées é la fois de l'intérieur et 'de l'extérieur, les lignes convergeant vers la ligne centra.le longitudinale des parois das sections annulaires, de façon que lorsque ces éléments sont assemblés, les lignes de convergence se rejoi-
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gnent pour former un wince fond C01iWlun 171 pour les deux rai- nures de soudage.
Dans cette construction, la fusion des extrémités est effectuée par des arcs se déplaçant sur les deux côtés du dispositif tubulaire.
La chaudière est terminée pour constituer un corps clos en y rattachant par fusion des fonds 18 et 19; ces fonds
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affectent la forme d'hémisphères creux et sont faits de mé- tal ayant approximativement la même épaisseur que celle des éléments annulaires du ccrps principal de la chaudiére. Les lignes dejoint des fonds 18 et 19 avec les éléments d'extré- mite 12 et 13 de la chaudière présenteront des rainures for- mées conme décrit précédemment et ces fonds seront réunis par fusion au corps de la chaudière comme décrit ci-dessus. Dans la pratique, le corps cylindrique creux d'une seule pièce se- ra pourvu des raccords d'admission et d'évacuaticn nécessaire mais leur mode de fixation ne concerne pas l'invention.
Après que les éléments annulaires ont été coulés ; le métal peut être considérablement affiné en laminant les dits éléments au diamètre voulu, ce qui rend le métal plus der se de façon à produire une structure moléculaire plus unifor- me de ce dernier et augmente la résistance de la chaudière en service aux pressions intérieures et à l'action corroive de son contenu. L'acier employé pour la constitution des élé- ments de la chaudière devra donc être choisi pour pouvoir ré- sister a l'action de destruction qui se produit au coure! du fonctionnement de la chaudière.
L'arc peut également être formé à la pointe d'une électrode de charbon et peut faire fondre les extrémités des éléments annulaires dans la région des rainures de soudage ainsi que les barres ou lingots de métal, ces derniers étant placés dans les rainures en quartités suffisantes peur les remplir, le tout en vue d'assurer une structure homogène de contour symétrique.
Bien qu'on ait décrit l'invention comme étant ap- pliquée à une chaudière destinée à être employée pour le raffinage des huiles brutes, il est entenau que l'inventim n'y est pas limitée et qu'elle peut être appliquée a des ons- tructions destinées à des usages autres que celui indiqué.
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"Boiler for refining crude oils and its construction process by electric arc welding."
The invention relates to boilers of very large dimensions such as those used for refining crude oils, and it also relates to a process by means of which it is now possible to construct boilers which are the subject of the invention. in its concrete form. The invention consists of a boiler and its construction process, of the very thick metal type described in United States Patent No. 1,577,410 of March 16, 1926 in the name of Mr. L. R.
SMITH and in the Belgian patent application filed this viburnum day, for Il Chaudière for the refined crude oils and its manufacturing process by electric rc welding ", to the name of the Applicant Company.
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The descriptions of the above-mentioned patents indicate some of the difficulties which have heretofore been encountered in the construction of satisfactory and efficient boilers of the kind to which the present invention relates, these difficulties existing due to certain physical limitations inseparable from such manufacture. the processes known and implemented to date, and reference may be made to said patents for an explanation of the difficulties and limitations which have been encountered hitherto.
The present invention comprises an improvement in the construction of the boilers made of thick metal, described in the above mentioned patents, and it consists of an electric arc welded boiler, in the construction of which all welded joints extending. lcngitudinally are removed. In boilers such as they have been built heretofore using metal plates having a maximum thickness of about 37 millimeters, receiving by rolling an annular shape and welded by overlap at the joint ends of the plate , the longitudinal joint formed there has always been an element of weakness in the construction, in that this joint is weaker than the metal in which it is formed.
This is due to the difficulty of obtaining plates of this thickness welded by overlap and to the fact that the internal pressures in the boilers during their operation, which are very high and sufficient to create forces, in the metal, a condition which is sometimes followed disastrous results, for example when the lap welded joint ruptures under the effect of the pressure at which the boiler is scumised.
The object of the invention is the production of a boiler in which the defective and insecure longitudinal seams produced by lap welding are completed.
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completely avoided. This result is obtained by casting the boiler in several annular or tubular elements of suitable length, by aligning a certain number of these elements end to end, and then by welding the said elements to the electric are along their lines of circumferential joints, to so as to obtain a tubular body in one piece. of the desired length.
A boiler constructed in this manner will be completely free from welded longitudinal joints, and therefore, will effectively withstand the destructive forces that occur in older types of boiler in which there are overlap welded longitudinal joints.
The process of melting and reuniting the annular elements without a joint along their circumferential joint lines by means of an electric arc also has advantages over the previous methods of assembling these elements by lap welding, because tests have denied. that in constructions which are melted by the electric arc, the tensile strength of the metal is greater at the weld line than it is at other points.
A physical limitation of the thickness of the metal plates which can be joined by lap welding does exist, but this is not the case with respect to electric arc scudging in which no such limitation exists. .
The annular elements which must be joined end to end so as to form the seamless tubular part constituting the body of the boiler, can be cast in any way allowing the desired degree of density of the metal to be obtained and so as to eliminate it. here the porosity which exists in the parts of ordinary cast iron. Casting by centrifugal force will produce the best results, because by
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above, a better and more uniform molecular structure of the metal is obtained, the steel used to constitute the annular elements will have to have the desired composition to effectively resist the destructive action of corrosion and heat.
By subjecting the said elements, while they are in the hot state, to the action of cylinare, the metal will be considerably refined and its structure improved and reinforced to such an extent that it will be able to resist much better the destructive actions to which the boiler is subjected to the operation of refining crude oils.
Appropriate funds are fused together at the ends of the cylindrical body to close the latter.
The invention will be described below in a little more detail with reference to the accompanying drawing in which:
Fig. 1 is a central vertical sectional view of a boiler constructed in accordance with the invention.
Fig. 2 is a perspective view of one of the annular elements, cast in a single piece, several of these elements being arranged end to end in axial alignment and joined by fusion along their circumferential jcint lines by an electric arc, to produce a boiler of the construction shown in fig. 1.
Fig 3 is a larger-scale vertical section in the same plane as Fig 1, showing a weld groove shape and how the boiler contact and elements are fused and welded together to form a body. 'one piece.
Fig 4 is a similar view showing a variation in the formation of the welding groove produced along the joint line of two elements of the boiler, the melting of the ends of the elements being carried out in the same manner.
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Fig. 1 shows a boiler whose tubular ccrps is formed as a single piece by the union of several annular elements in cast steel 12, 13 and 14 affecting the shape of seamless rings of the type shown in fig.
2 and of suitable length. These annular elements are obtained by casting and, preferably, recourse is had to centrifugal casting for the production of said elements, in that a more uniform density is thus obtained for the metal constituting the latter.
At the time of molding, a bevel can be provided on the ends of the annular elements, so that when these elements feel aligned, a welding groove extending circumferentially thereto will be formed along the joint line of the elements in contact. The formation of such a welding groove is a necessary feature to enable the invention to be carried out, because usually! one could not make the electric arc penetrate sufficiently in the very narrow space at the ends of the elements in contact to melt the metal on the side opposite to, that where the arc is applied.
These weld grooves are generally formed by cutting the outside corners of the end members as at 15 to remove excess metal and aligning two members end to end. end; one thus obtains a deep groove ae lo welding having a bottom 17 formed by parts which one has not touched which meet in an axial plane and on which one can move the arc, so as to carry out the complete fusion and the amalgamation of the metal at the bottom of the groove 16, at the start of the welding operation. The shape of the welding groove 16 does not matter.
It can be U-shaped, V-shaped, or have another shape, it suffices that the groove is wide enough to allow the welding rod or the electrode (whose painted
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the electric arc is formed) can enter freely into this
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you will groove and allow the arc to melt the metal of
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low thickness at the bottom of the groove.
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Comne indicates below>, 4eus, the elé ,, u, 2-yits tubular
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are produced without longitudinal joints, and it has been observed
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aue this construction feature is very advantageous, because boilers built with lcng1tudlr2u.a joints. 5Ct: Q.'f :; per overlap according to the previous precedents é - ', e-L, 3rt weak at the tightness of these jcints.
The internal effects produced by the pressures created during the fometicnneLel1t of the boiler exert a destructive action on the curved edges which were the weakest part of the construction. This previously existing defect ebt clète8nt suppressed by the perfecticnne precede of, cn ... trJ ..;} tioI1 of boiler, ae so that these do not ec1 = à-; cr1Pni not ae j C.1! Ltb loút ;; ituai.l1aux sodas.
The boiler is cci - 9c <séP of two end elements 12 and 13 and a 'Cla - ;;:' r: tp irt E'r .., eaiairt's 14-, the latter being in required number fear that the main body of the boiler has the length nebirces In the construction of the boiler, the cost is seated at. end in alignemc'nt sxipi the iinulairps elements serve j cin :, ci? melts the extracted in contact with the re <1 <.r 6 the reinforcement by the action of an electric arc, the elements:. (>! 1ts: P thus finding reucis ccnme PI '20 to constitute a tubular body d 'a single piece of the desired length, By milling melt the ends of the ele. Prta of the faµc-n boiler to produce the tubular body of one-piece stack, cn prefer to pc-bend a 1agKett? welding fuse, at the point of which the electric arc is strong.
The molten metal flowing from the fusible welding rod was deposited in the groove and b 'aJoLéi.lga.tf.e with ..il'! 1>; prop melted at the ends of the various eléaenls.
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Due to the thickness of the menai and the resulting depth of the bcuaage groove, a conioiQer? .Ble amount of material from the wand of? welding fuse serves, necessary to fill the groove and complete the contour of the body tu'uula.ire. Or. Ppot realize U (1 ('>: GC't1cr.! 1? De: L't ^ t iàre plus tiàre constituting the t 1.;? (92 scufli; j-' i, G get the .ù.M ) î C: iuLj: .t :, Elfi placed at8,12b 1l oo grooves a Material z. scucier supplements ire scu the fcriiie of bars cu ingots and by melting these derrlarl by 1 ': ticr¯ of 1' arc electric, ae crta que la ar! H8tire scudr .uc: .l,: u: ent.irP 's, yla.l¯ac:, Pr4 a.vPC le.; :: tal an:' ubicn c <.a :; i "<, 1;
the. welding rod ruù1'Dle and closing part of the joint by which the.,, elements aL'nt united to conumuer a tubular body in one piece.
An economical way to form the groove of solder
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ge and shown in fig. 3 in which the ends of the annular elements are bevelled from the outside to the inside where they meet in an axial plane, so
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8.form the bottom 17 for the welding groove * A variant of the shape of the welding groove is shown
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4 whereby the ends of the annular elements are bevelled both from the inside and from the outside, the lines converging towards the longitudinal center line of the walls in the annular sections, so that when these elements are assembled, the lines of convergence meet
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to form a bottom wince C01iWlun 171 for the two welding grooves.
In this construction, the fusion of the ends is effected by arcs moving on both sides of the tubular device.
The boiler is finished to constitute a closed body by reattaching the bottoms 18 and 19 to it by fusion; these funds
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affect the shape of hollow hemispheres and are made of metal having approximately the same thickness as that of the annular members of the main body of the boiler. The lines joining the bottoms 18 and 19 with the end elements 12 and 13 of the boiler will have grooves formed as described above and these bottoms will be joined by fusion to the body of the boiler as described above. In practice, the one-piece hollow cylindrical body will be provided with the necessary inlet and outlet connections, but their method of attachment does not concern the invention.
After the annular elements have been cast; the metal can be considerably refined by rolling said elements to the desired diameter, which makes the metal more der se so as to produce a more uniform molecular structure of the latter and increases the resistance of the boiler in service to internal pressures and to the corroive action of its content. The steel used for the constitution of the elements of the boiler must therefore be chosen in order to be able to resist the destruction action which occurs during the course! operation of the boiler.
The arc can also be formed at the tip of a carbon electrode and can melt the ends of the annular members in the region of the weld grooves as well as the bars or ingots of metal, the latter being placed in the grooves in quarters. sufficient to fill them, all in order to ensure a homogeneous structure of symmetrical outline.
Although the invention has been described as being applied to a boiler for use in the refining of crude oils, it is understood that the invention is not limited thereto and that it can be applied to various applications. instructions intended for uses other than that indicated.
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