DK145833B - Trykbeholder af legeret specialstaal med en omgivende temperaturstyringskappe samt fremgangsmaade til fremstilling af samme - Google Patents

Description

(19) DANMARK (®)

|p (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT od 145833 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 4859/76 (51) lnt.CI.3 F 16 J 12/00 (22) Indleveringsdag 27· okt. 1976 6 21 C 13/02 (24) Løbedag 27· okt. 1976 B 01 J 3/03 (41) Aim. tilgængelig 29· apr. 1977 (44) Fremlagt 14. mar. 1983 (86) International ansøgning nr. - (86) International indleveringsdag - (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 28. okt. 1975* 626084, US

(71) Ansøger SOCIETE CHIMIQUE DES CHARBONNAGES, 92080 Paris la Defense, FR: NATIONAL FORGE COMPANY, Irvine, US.

(72) Opfinder Jean-Noel _Simier, FR: Hugh Ford, GB: George Mraz, US.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Trykbeholder af legeret special* stål med en omgivende temperatur* styringskappe samt fremgangsmåde til fremstilling af samme.

Den foreliggende opfindelse angår en trykbeholder af legeret specialstål med en i ét stykke sammenhængende sidevæg med en ansats, der adskiller denne fra en beholderen omgivende temperaturstyringskappe .

Mange under tryk stående reaktorer eller beholdere, som an-® vendes i den kemiske industri, skal være forsynet med midler til ro nQ opvarmning eller afkøling. Under hensyn til denne nødvendighed er det almindeligt til beholderens væg at fastsvejse en kappe til styring af temperaturen ved at tilvejebringe et ringformet rum, som omgiver beholderen, og i hvilket et medium til varmeoverføring ^ kan bringes til at cirkulere.

O

2 145833

De beholdere, som fungerer ved relativt lavt tryk, består sædvanligvis af svejsede plader. I almindelighed frembyder svejsningen af det omgivende lag ikke vanskeligheder, idet dette som helhed består af en for svejsning velegnet stålkvalitet.

Imidlertid benytter man, hvor der er tale om beholdere og reaktorer, som står under højt tryk, forskellige konstruktionsmetoder for at opnå fuld sikkerhed med hensyn til de høje arbejds- trykniveauer. Eksempelvis har beholdere, som udsættes for indven- 2 dige tryk, der overstiger 350 kp/cm , sædvanligvis vægge af betydelig tykkelse, f.eks. mere end 75 mm, og de materialer, hvoraf disse vægge består, er sædvanligvis specialstål med stor modstandsevne og ikke almindelige stålsorter, og disse materialer til konstruktion af højtryksbeholdere egner sig ikke til svejsning.

Disse beholdere, som er bestemt til at fungere ved højt tryk såsom tryk over 350 kp/cm , fremstilles i stadig større udstrækning ved smedning af hele beholderlegemet ud fra en enkelt støbeblok af specialstål med stor styrke, hvad der bevirker, at konstruktionen ikke udviser svejsninger overhovedet. Det er imidlertid nødvendigt at have en temperaturstyringskappe, og det er gængs teknik at tilvejebringe ansatser på legemets yderside og at fastsvejse temperaturstyringskappen dertil, men denne fremstillingsteknik og det produkt, der bliver dens resultat, medfører vanskeligheder. Eksempelvis må der, da det materiale, hvoraf beholderne består, ikke er velegnet til svejsning, træffes omfattende foranstaltninger til forberedelse af arbejdets udførelse såsom "pålægningssvejs-ning" ved tilførsel af metal såvel som en forudgående, omhyggeligt kontrolleret opvarmning, for at man skal kunne opnå en bestemt høj temperatur. Efter svejsningens udførelse må man gennemføre en ligeledes omfattende varmebehandling af svejsningen. Uanset alle de trufne forholdsregler udviser svejsningen en meget udtalt tilbøjelighed til revnedannelse, og skønt revnerne tilsyneladende blot er lokale anomalier, kan de blive større og forplante sig til det egentlige beholderlegeme og give anledning til svigt på et for tidligt tidspunkt.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en effektiv .løsning på problemet i forbindelse med fastsvejsning af en temperaturstyringskappe på en højtryksreaktorbeholder, hvis vægge består af et materiale, som ikke netop er velegnet til svejsning.

145833 3

Ved en trykbeholder af den indledningsvis nævnte art opnås dette ifølge opfindelsen ved mindst én ring, der strækker sig helt omkring ansatsen på beholderen og er svejset til temperaturstyringskappen men ikke til beholderen, hvilken ring består af et svejseligt materiale med en trækstyrke, der er mindre end traskstyrken af trykbeholderens væg, og ringsammentrykningsorganer, der strækker sig helt omkring og i kontakt med nævnte mindst ene ring, hvilke ringsammentrykningsorganer er trækbelastede, og hvor den nævnte mindst ene ring er trykbelastet imod ansatsen af ringsammentrykningsorganerne.

Temperaturstyringskappen kan herved let og uden de førnævnte problemer fastsvejses til ringen eller ringene, mens denne eller disse fastholdes sikkert på ansatsen eller ansatsene uanset eventuelle deformationer som følge af høje tryk i trykbeholderen, idet disse deformationer på grund af forspændingen med ringsammentrykningsorganerne ikke giver anledning til blivende deformationer af ringen eller ringene.

Sammentrykningsorganerne kan bestå af en under trækspænding stående tråd eller et under trækspænding stående bånd af metal, som er oprullet omkring ringen, eller af en anden ring, som er fastgjort ved krympning på den første ring.

Den midterste del af ansatsens omkreds kan have en udsparing, hvorved berøringstrykket mellem ringen og ansatsens resterende omkredsflade bliver større, så man opnår en sikker tætning mellem disse elementer.

Opfindelsen angår tillige en fremgangsmåde til fremstilling af en sådan trykbeholder, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at man anbringer den eller de første ringe omkring beholderen, idet man omgiver hver enkelt af dem med sammentrykningsorganerne, og at man fastsvejser temperaturstyringskappen til disse ringe.

Ved en udførelsesform for fremgangsmåden kan man fastgøre en anden ring ved krympning på hver af de første ringe.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere ud fra udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et længdesnit gennem en del af væggene i en trykbeholder ifølge opfindelsen, fig. 2 et tværsnit langs linien 2-2 i fig. 1, og fig. 3-5 snit svarende til det i fig. 1 viste gennem andre udførelsesformer for trykbeholderen ifølge opfindelsen.

4 145833

Fig. 1 viser en del 10 af væggen i en højtryksbeholder eller -reaktor. Beholdere af denne art arbejder almindeligvis 2 ved tryk på mere end 350 kp/cm og bør have en vægtykkelse af størrelsesordenen 75 mm eller mere. Som allerede omtalt udføres beholdervæggen for på betryggende måde at kunne modstå disse høje tryk i ét stykke, dvs. at beholderen ofte smedes af en enkelt støbeblok af specialstål med stor styrke. Skønt dette materiale sikrer tilstrækkelig modstandskraft over for høje, indvendige tryk, er det almindeligvis vanskeligt at svejse direkte derpå, uansat hvilket materiale der anvendes til temperaturstyringskappen. Det ville dog være muligt at udføre svejsning af denne art ved hjælp af behandlinger, som enten forbereder svejsningen eller følger efter denne, og som i så fald er uundværlige. Som allerede nævnt kan for øvrigt i tilfælde af, at kappen direkte er svejset på beholderlegemet, alle revner, som opstår ved processen, forplante sig til beholdervæggen og bevirke, at denne alt for hurtigt svigter.

Opfindelsen afhjælper i det væsentlige de beskrevne ulemper, idet der som vist i fig. 1 anbringes en ring 12 af svejseligt stål omkring væggen 10, som har en udvendig ansats 14. Fagmænd på dette område ved god beskred med stålsorter eller andre materialer, som er kendetegnet ved deres svejselighed, og med de materialer, som kan .svejses uden nogen betydelig behandling forud for eller efter svejsningen. Sagt i almindelighed er disse materialer sædvanlige stålkvaliteter med et kulstofindhold, der er mindre end ca. 0,35%.

Som vist i fig. 1 og 2 er en ring af almindeligt, svejseligt stål anbragt omkring ansatsen 14, mens temperaturstyringskappen som vist ved 20 er fastsvejset på denne ring.

Ringen 12 monteres fortrinsvis ved først at bringes til at glide ind over ansatsen 14. Derefter bliver ved den i fig. 1 og 2 viste udførelsesform en anden ring 16 lagt rundt om den første. Denne anden ring består af et i høj grad trækmodstandsdygtigt materiale som f.eks. et specialstål af den art, som anvendes ved fremstilling af beholdervæggen 10. Denne anden ring anbringes cnikring den første ring og sikrer således dennes radiale sammentrykning. Ringen 12 er altså fastspændt på ydersiden af ansatsen 14 og tilvejebringer derved en væsketæt sammenføjning mellem ansatsen 14 og ringen 12. Det bør bemærkes, at denne struktur, ansatsen 14 og den første ring 12, befinder sig under sammentrykning, mens den anden ring 16 er under strækspænding. Denne ejendommelighed er af betydning i forbin- 5 145633 delse med de spændinger, hvorunder ringen 12 befinder sig, når trykbeholderen er i brug eller under afprøvning. Det i beholderen herskende højtryk vil da tendere til at udvide denne radialt. Denne radiale udvidelse begrænses i området ved ansatsen 14 af den omgivende ring 16. Da denne ring består af en legering med stor styrke, er den særlig velegnet til at modstå beholderens udvidelsestryk. Det er imidlertid mere karakteristisk, at ringen 12 af almindeligt, svejseligt stål ikke er underkastet trækspændinger af betydning som følge af den radiale udvidelse, idet denne forhindres af ringen 16. Ringen 12 er altså hovedsageligt underkastet trykkræfter. Denne fordeling af påvirkningerne er karakteristisk, hvis man sammenligner den med fordelingen i tilfælde af, at den anden ring 16 var udeladt, og at kun ringen 12 var anbragt omkring ansatsen 14. Beholderens radiale udvidelse ville da frembringe betydelige trækspændinger, i ringen 12, som kunne være indrettet til at yde en passende modstand over for de spændinger, der vil opstå ved normale driftstryk, men dette ville ikke være tilstrækkeligt over for de påvirkninger, der vil opstå ved afprøvning af aggregatet under et tryk, der f.eks. kan være 1,5 gange så stort som det maksimale tryk ved normal brug. Hvis beholderen i dette hypotetiske tilfælde blev afprøvet ved et tryk, der var meget højere end det maksimale tryk, som forekommer ved normal anvendelse, uden at ringen var indspændt i en anden ring, vil de spændinger, den måtte modstå, kunne overskride det anvendte materiales elasticitetsgrænse. Denne konsekvens fremtræder især tydeligt på grund af, at ringens materiale er svejseligt, idet der sædvanligvis er tale om en almindelig stålkvalitet, men ikke har de særlige styrkeegenskaber, der kendetegner det specialstål, som anvendes til fremstilling af beholderlegemet.

Det er klart, at den ved opfindelsen foreslåede trykbeholder, som den fremtræder i den i fig. 1 og 2 viste udførelsesform, sikrer en enestående samvirken mellem den af svejseligt materiale bestående ring 12, hvortil kappen er fastgjort, og ringen 16, som holder den på plads samtidig med, at den fornødne tæthed mellem ringen 12 og ansatsen 14 sikres. I øvrigt optager den anden ring 16 de radiale udvidelsespåvirkninger fra beholderen og bevirker, at ringen 12 i alt væsenligt kun udsættes for trykspændinger·.

Ejendommeligheder ved trykbeholderen ifølge opfindelsen, scm er endnu vigtigere end den omtalte fordeling af spændinger, bevirkes af den 6 145833 omstændighed, at revner i svejsningen ikke kan forplante sig til selve beholderens væg. Ingen af de revner, som måtte fremkomme ved kappens fastgørelse til ringen 12, vil kune ændre beholdervæggens sammenhæng. Selv under de uheldigste betingelser vil der ikke kunne indtræffe andet end en udstrømning af det medium, som styrer temperaturen, og som står under lavt tryk. Man kan altså ved hjælp af trykbeholderen og fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilvejebringe en højtryksreaktor , som er omgivet af en kappe, og som danner et apparat med over- Ilegne egenskaber med hensyn til at modstå alt for tidligt svigt.

Fig. 3 viser en anden udførelsesformfor trykbeholderen ifølge opfindelsen, ved hvilken der i ansatsen 14"s omkredsparti på midten er foretaget en udsparing til afgrænsning af et ringformet mellemrum 24. Herved er den bærende overflade mellem ansatsen 14 og ringen 12 formindsket, hvad der bevirker en forøgelse af berøringstrykket mellem ringen og de resterende zoner af ansatsen. Ved dette arrangement bliver det muligt uden vanskelighed at sikre tætheden ved høje tryk mellem disse elementer. I denne forbindelse skal det bemærkes, at det almindeligvis er ønskeligt at opnå en tæthed af denne art mellem ansatsen 14, ringen 12 og ringen 16, hvorved det f.eks. kan være påkrævet at have en åbning gennem disse elementer for at sikre overføring af et behandlet fluidum til reaktoren eller ud fra denne. Da trykket i det behandlede fluidum 2 kan være større end 350 kp/cm , er en effektiv tætning nødvendig for at undgå udstrømning af fluidet.

Som ovenfor omtalt i forbindelse med fig. 1 er ringen 12 ifølge opfindelsen i almindelighed omgivet af et organ, som bevirker radial sammentrykning. Fig 4 og 5 viser andre udførelsesformer til opnåelse af denne sammentrykning. Den i fig. 4 viste ring 12 er omgivet af snoningsvindinger af en under høj trækspænding stående ståltråd 28 med stor trækstyrke. I dette tilfælde kan der anvendes et element med holdevægge 30.

I endnu en anden, i fig. 5 vist udførelsesform er ringen 12 omgivet af stærke, under trækspænding stående stålbånd 32, som sikrer de for dens radiale sammentrykning nødvendige spændinger.

I fig. 4 og 5 er der med punkterede linier vist en del 38 af ansatsen 14, som ville kunne fjernes med henblik på forøgelse af spændingerne mellem ansatsen og ringen.

Det er klart, at de beskrevne trykbeholdere vil kunne modificeres og varieres af fagfolk inden for dette tekniske 7 U5833 område. Det er således omtalt, at den første ring fra begyndelsen blev monteret ved, at man lod den glide ind over beholderen, men denne fremgangsmåde kan varieres ved, at der anvendes en let krympning for at holde denne ring på plads, indtil den omgives med det anvendte middel til opnåelse af radial sammentrykning. Med udtrykket en let krympning menes, at denne krympning ikke kan bevirke sådanne trækspændinger i denne første ring, at det anvendte metals elasticitetsgrænse overskrides under afprøvningen eller driften af beholderen.