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La présente invention concerne les récipients à pression et un procédé pour les garnir d'un revêtement intérieur résistant à la corrosion.
Des récipients à pression qui doivent résister à des pressions notables sont habituellement en acier ferritique qui donne normalement satisfactiono Cependant, lorsqu'un récipient à pression doit contenir un fluide corrosif, l'acier ferritique ne convient pas parce qu'il peut être attaqué par le fluide.
La construction d'un récipient à pression capable de résister à des pressions internes notables, complètement en métal résistant à la corrosion, coûterait trop cher, et c'est pour cette raison que l'on utilise un récipient à pression comprenant une coque en acier ferritique et un revêtement intérieur résistant à la corrosion, en acier austénitique, soudé à la coqueo Lorsqu'un récipient à pression de ce genre, est chauffé pendant son fonctionnement, des tensions se forment par suite des coefficients de dilatation thermique différents des aciers ferritique et austénitique, de sorte que le revêtement lui-même et les soudures qui le relient à la coque peuvent être soumis à des tensions substantielles qui s'aggravent si le revêtement est chauffé à, une température plus élevée que la coqueo En pratique,
on court le risque de voir s'amorcer aux points de jonction des métaux austénitique et ferritique des défauts qui se développent en fissu- res partant des soudures et s'étendant dans la coque du récipient à pressiono
Suivant la présente invention, pour doubler la coque d'un réci- pient à pression en acier ferritique d'un revêtement résistant à la corro- sion, on prépare une matière de revêtement composite comprenant une plaque ou tôle d'acier ferritique sur laquelle est fixée une couche de métal résistant à la corrosion, on façonne des pièces de matière de revêtement à la forme intérieure de la coque, et on assemble ces pièces dans la coque en les séparant par des rainures à souder, le métal résistant à la corro- sion étant écarté de la surface de la coque,
on soude des bords adjacents des parties ferritiques de pièces voisines les uns aux autres ainsi qu'à la coque par des dépôts de soudure ferritique, et on soude des bords adjacents des parties en métal résistant à la corrosion de pièces voisines par des dépôts de métal résistant à la corrosion.
L'invention comprend également un récipient à pression comprenant une coque en acier ferritique et un revêtement présentant une face de métal résistant à la corrosion à l'intérieur du récipient, dont revêtement est un revêtement composite comprenant une couche d'acier ferritique sur la- quelle est fixée une couche de métal résistant à la corrosion et se compose d'un certain nombre de pièces façonnées de façon à épouser des parties respectives de la surface intérieure de la coque,
des bords adjacents de chaque paire de pièces avoisinantes étant soudés à la coque ainsi que l'un à l'autre par des dépôts de soudure comprenant un dépôt d'acier ferritique qui relie les parties en acier ferritique des pièces les unes aux autres ainsi qu'à la ooque et un dépôt de métal résistant à la corrosion qui relie les parties en métal résistant à la corrosion des pièces et qui recouvre le dépôt d'acier ferritiqueo
L'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés partiellement schématiques,dans lesquels :
La figo 1 est une coupe en élévation de côté d'une extrémité d'un récipient à pression, suivant la ligne I-I de la figo 2 et dans le sens indiqué par les flèches ; la figo 2 est une coupe horizontale suivant la ligne II-II de la figo 1, et dans le sens indiqué par les flèches ;
les figso 3 et 4 sont des coupes horizontales suivant les lignes
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III-III et IV-IV respectivement de la fig. 1; la fig. 5 est une coupe horizontale de l'emplacement d'un ' joint à souder entre deux pièces adjacentes d'un revêtement composite représenté sur la fig. 1 et la partie principale du récipient à pression, prêt à être soudé; la fig. 6 est une coupe horizontale du joint de la figo 5, après la soudure ; la figo 7 est une vue fragmentaire de la face intérieure du ré- cipient à pression, montrant les dimensions d'une fente à souder utilisée pour fixer le revêtement composite au corps du récipient à pression ; la figo 8 est une coupe en élévation de côté d'une tubulure représentée sur la fig. 1, maie à plus grande échelle que sur cette figure ;
et, la fig. 9 est une coupe en élévation de côté d'une soudure de coin représentée sur la fig. 8, mais à plus grande échelle que sur cette figure.
Le récipient à pression comprend un corps cylindrique 1 fermé à chaque extrémité par un fond tel que le fond 3, de forme hémisphériqueo Le récipient à pression est formé d'une épaisse coque 5 en acier ferritique doublé d'un revêtement 7 qui recouvre toute sa surface intérieure. Comme le diamètre intérieur de la coque est d'environ Il,5 pieds (3,50 m) et qu'elle doit pouvoir résister à une notable pression intérieure, il faut qu'elle soit épaisse. Dans la forme d'exécution décrite de la présente inventiong la coque est fbrmée de plaques d'acier ferritique en forme, soudées les unes aux autres, la plupart des plaques ayant une épaisseur de 4,75 pouces (12 cm) .
En raison du diamètre de la coque, de son épaisseur, et des limitations pratiques de fabrication, le corps cylindrique 1 est composé d'un certain nombre de viroles ou anneaux, tels que les annea 5A, 5B, formés chacun de quatre plaques cintrées soudées les unes aux autres de façon à former l'anneau, les anneaux étant soudés les uns aux autres bout à bout.
Ainsi (voir fige. 3 et 4), l'anneau 5A se compose de quatre plaques cintrées 11A, 11B, 110 et 11D, fixées les unes aux autres par des soudures 13 d'une façon connue; l'anneau 5B se compose de quatre plaques cintrées 15A, 15B, 15c et 15D fixées les unes aux autres par des soudures 17 d'une façon connue, et l'anneau5A est fixé à l'anneau 5B par une soudure cir- conférentielle continue 19, l'anneau 5A étant orienté de telle façon par rapport à 1'anneau ¯58, que les soudures 13 soient décalées circonférentiel- lement de 45 des soudures 17
Le fond hémisphérique 3 de la coque 5 est fait, par soudure d'une section annulaire bombée 21 et de cinq sections partiellement hémisphériques ou pétales 23 (voir fig.
2), les pétales 23 étant fixés à la section 21 par une soudure circonférentielle 25 et les uns aux autres par des soudures 27 qui relient les bords des pétales adjacents. Les pétales 23 sont fixés par une soudure circonférentielle continue 29 à l'anneau 5A.
La partie du récipient à pression représentée, comprend deux tubulures qui permettent l'admission et/ou l'extraction de fluide à travers la paroi du récipient. Ainsi, la section annulaire 21 du fond hémisphérique 3 entoure une tubulure extrudée vers l'extérieur 31 à laquelle un tuyau 33, capable de résister à la pression de fonctionnement qui règne dans le ré- cipient à pression, est fixé par une soudure circonférentielle 35.
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L'anneau 5B est pourvu d'une tubulure latérale 37, la plaque cintrée 15A étant plus épaisse que les autres plaques de l'anneau afin de compenser l'affaiblissement de cette plaque dû à la présence de la tubulure 37, les bords de cette plaque étant chanfreinés de façon à faciliter sa soudure aux autres plaques de la coque et à éviter un changement brusque de l'épais- seur de celle-ci.
Le revêtement 7 est fait d'une plaque composite de type connu, et consiste en une plaque de support en acier ferritique doublée d'une couche de métal résistant à la corrosion tel que de l'acier austénitique, fixée à la plaque de support. Cette plaque composite est normalement obtenue en laminant à chaud une brime d'acier austénitique superposée à une brame plus épaisse d'acier fertitique, l'opération de laminage donnant une plaque composite plus épaisse, dans laquelle la couche d'acier austé- nitique est fermement fixée au support d'acier ferritique. La plaque compo- site utilisée comprend une plaque de support d'acier ferritique de 1/4 pouce d'épaisseur (6,35 mm) doublée d'une couche d'acier austénitique de 1/8 pouce d'épaisseur (3,17 mm).
Le revêtement 7 est appliqué à la coque 5 sous forme d'étroites bandes ou pièces de forme qui, dans la forme d'exécution décrite, ont une largeur maximum inférieure à 15 pouces (38 cm) Pour faciliter la fabri- cation on munit chaque anneau, tel que Panneau 5A, de sa partie du revêtement 7 avant de souder les anneaux les uns aux autres, et on garnit le fond hémisphérique 3 avant de le soucier à l'anneau 5A,
On gait l'anneau 5A en le recouvrant de douze bandes courbes 41 qui ont chacune une longueur approximative de 12 pieds 1 pouce (3,68 m) et une largeur de 1 pied 2 pouces 1/2 (36,8 cm) et qui sont cintrées de façon à garnir un arc légèrement inférieur à 120 de la coque,
les extré- mités adjacentes des bandes dans le même anneau et entre des anneaux adjacents étant séparées par des espaces étroits. Ainsi, la figo 5 montre deux bandes adjacentes 41 consistant chacune en une plaque composite ayant un support en acier ferritique 43 pourvu d'une couche d'acier austénitique 45, les bords des bandes étant chanfreinée de façon à former une rainure à souder 47 dont les flancs sont inclinés et forment un angle inclus de 80 Les bords des bandes 41 sont espacés l'un de l'autre, à l'extrémité inférieure plus étroite de la rainure 47, d'une distance de 3/8 pouce (9,5 mm). La figo 6 indique la façon de souder les bandes 41 les unes aux autes ainsi qu'à la coque 5, un dépôt 51 de soudure ferritique étant réalisé'en premier lieu,
pénétrant légèrement dans l'acier ferritique de la coque 5 et soudant le support d'acier ferritique 43 d'une bande au support d'acier ferritique 43 de l'autre bande. Un dépôt 53 de soudure austénitique est ensuite appliqué sur le dépôt 51 et sert à compléter le revêtement austénitique du récipient à pression. Les bandes 41 sont percées de fentes étroites 55 espacées les unes des autres, qui (voir figo 7) ont une longueur totale de 3 pouces (7,6 cm) et pour la plupart des côtés parallèles espacés de 1/2 pouce (1,27 cm) Les extrémités 57 des fentes sont arrondies à un rayon de 1/4 pouce (6,35 mm), et les parois des fentes s'étendent perpendiculairement à la surface de la plaque composite.
Chaque bande 41 comporte une rangée centrale de fentes de ce genre, espa- cées de 12 1/8 pouces 1/8 (30,8 cm) les unes des autres, et toutes les fentes 55 s'étendent axialement par rapport au récipient à pression. Lors- que les bandes 41 ont été assemblées dans la coque, on introduit de la soudure ferritique dans chaque fente 55 pour souder la bande à la coque par une soudure résistante, et on recouvre ensuite cette soudure par un dépôt de protection de soudure austénitiqueo
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On garnit l'anneau. 5B de la même façon que l'anneau 5A, sauf que, au voisinage de la tubulure 37, la garniture est modifiée pour permettre au revêtement composite de se prolonger dans l'extrémité de la tubulure.
Ainsi, les bandes °lA, 41B situées immédiatement au voisinage de la tubulu- re 37 sont découpées de façon à former une ouverture 61 dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de la tubulure, et ces parties des bandes sont légèrement bombées vers l'extérieur en 63 de façon à épouser la coque 5, ce bombage étant nécessaine par suite d'une légère déformation de la coque produite lors de l'extrusion de la tubulure 37 Une garniture cylin- drique 65 en plaque composite est ajustée dans la tubulure 37, la couche d'acier austénitique 65A étant écartée de la coque 7, et on la fixe en place par une soudure 67 à l'extrémité extérieure de la tubulure.
Cette garnitu- re 65 est pourvue de fentes 69 semblables aux fentes 55 décrites plus haut, dans lesquelles on introduit de la soudure de façon à former une soudure ferritique résistante protégée par une couche austénitique. La position de la garniture cylindrique 65 à l'extrémité intérieure de la tubulure par rapport aux bandes 41A, 41B est indiquée (pour la bande 41A) sur la figo9o Ainsi un petit espace est laissé au coin 71, à l'endroit où la garniture 65 rencontre la bande 41A, et cet espace est fermé en partie par un dépôt 73 de soudure ferritique qui soude le support en acier ferritique de la bande °lA à celui de la garniture 65 et les fixe tous deux à la coque en acier ferritique 5, et en partie par un dépôt. de protection extérieur 75 d'acier austénitique., Il est à remarquer que la fig.
9 est fortement sché- matique, et qu'en pratique le métal du dépôt 73 pénètre dans le métal fer- ritique qui l'entoure comme montré dans le cas de la soudure représentée sur la fig. 6.
On garnit le fond hémisphérique 3 de la coque 5 en recouvrant sa partie centrale d'une pièce annulaire 81 en plaque composite et en ajoutant un grand nombre de pétales 83, plus étroits à une extrémité qu'à l'autre, formés également par des pièces en plaque composite, toutes ces pièces étant conformées au préalable de façon à épouser la partie de la coque dont elles forment la doublure et étant appliquées avec la couche austénitique disposés vers l'intérieur et étant espacées les unes des autres et soudées les unes aux autres de la façon décrite plus haut avec référence au revêtement de l'anneau 5A. La pièce annulaire 81 est soudée à une garniture composite 85 pour la tubulure 31 de la façon décrite plus haut avec référence à la tubulure 37,
et la pièce 81 est pourvue de fentes 87 qui d'étendent radialement et qui sont semblables aux fentes 55, dans lesquelles on introduit de la soudure en deux phases. Les extrémités inté- rieures des pétales 83 sont trop étroites pour être pourvues d'une fente transversale, de sorte que chaque pétale comporte près de son extrémité intérieure une fente 91 qui s'étend radialement, et extérieurement à la fente 91, une série de fentes transversales 930 Les fentes 91 et 93 sont semblables aux fentes 55 et sont remplies de soudure en deux phases, comme décrite plus haut avec référence aux fentes 550
Lorsqu'on assemble les anneaux 5A et 5B,
on prolonge la soudure ferritique 19 qui relie ces deux parties de la coque pour souder la couche de support en acier ferritique de la bande inférieure 41 de l'anneau 5A à la couche de support en acier ferritique de la bande supérieure 41 de l'anneau 5B. On recouvre ensuite cette soudure ferritique, à l'intérieur du récipient à pression, d'une couche de soudure austénitique afin de compléter le revêtement.
Par suite de l'épaisseur des anneaux de la coque, l'espace ménagé entre des bandes adjacentes 41 faisant respectivement partie des deux anneaux est supérieur à 3/8 pouce (9 mm 5) mais les côtés des bandes sont chanfreinés, comme décrit plus haut avec référence à la figo 50
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De même, lorsqu'on assemble 1 anneau 5A et le fond 3, on prolonge la soudure ferritique 29 qui relie les pétales 23 de la coque à l'anneau 5A de celle-ci de façon à souder la couche support en acier ferritique au bord inférieur des pétales 83 du revêtement à la couche support en acier ferritique de la bande supérieure 41 de l'anneau 5A On recouvre ensuite cette soudure en acier ferritique, à l'intérieur du récipient à pression, d'une couche de soudure austénitique afin de dompléter le revêtement.
Lorsque le revêtement a été appliqué, on traite tout le récipient à pression à chaud afin de détendre autant que possible toutes les souduresa
Il ressort de la description qui précède que la couche d'acier austénitique est fermement fixée et maintenue sur la couche d'acier ferriti- que du revêtement qui est soudé à la coque à des intervalles rapprochés de manière à y être fermement fixé d'une façon qui assure une bonne conductivi- té thermique.
Les tensions dont les soudures qui relient le revêtement à la co- que sont le siège, sont limitées par suite des petits intervalles qui séparent des soudures adjacentes ainsi que par la nature du revêtement.
Cette particularité apparaît clairement lorsqu'on considère la dilatation thermique d'une pièce de revêtement ayant une épaisseur de 3/8 pouce (9e5 mm) dont 1/3 est de l'acier austénitique et les deux autres tiers de l'acier ferritiqueo Si la dilatation thermique de l'acier austénitique est par exemple supérieure de 6 unités à celle de l'acier ferritique, la dilatation de la pièce de revêtement composite, considérée dans son entièreté, ne sera que deux unités supérieure à celle de l'acier ferritiqueo Cela étant, on voit que la tension engendrée par une dilatation thermique et dont les soudures qui fixent un revêtement intérieur, composite, sem- blable à celui décrit plus haut à une coque sont le siège,
sera trois feis inférieure à la tension engendrée par l'utilisation d'un revêtement com- plètement en acier austénitique de la même épaisseur que le revêtement compositeo De plus, le revêtement est fixé à la coque par des dépôts de soudure ferritique placés entre le métal ferritique du revêtement et le métal ferritique de la coque, ce qui a pour effet de réduire ou d'écarter le risque de fissures qui se développent dans les soudures aux points de jonction des métaux austénitique et ferritique et qui s'étendent dans la coque du récipient à pression.
On remarquera qu'on peut utiliser une plaque composite comportant, comme couche résistant à la corrosion, un métal quelconque approprié, sui- vant les conditions de fonctionnement auxquelles le récipient à pression doit être soumis.
REVENDICATIONS.
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