FR2542062A1 - Recipient sous pression a plusieurs couches, en particulier grand recipient cylindrique sous haute pression, son procede de construction et son utilisation - Google Patents

Recipient sous pression a plusieurs couches, en particulier grand recipient cylindrique sous haute pression, son procede de construction et son utilisation Download PDF

Info

Publication number
FR2542062A1
FR2542062A1 FR8303614A FR8303614A FR2542062A1 FR 2542062 A1 FR2542062 A1 FR 2542062A1 FR 8303614 A FR8303614 A FR 8303614A FR 8303614 A FR8303614 A FR 8303614A FR 2542062 A1 FR2542062 A1 FR 2542062A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
container
layers
interstices
metal
wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR8303614A
Other languages
English (en)
Inventor
John David Milligan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydrocarbon Research Inc
Original Assignee
Hydrocarbon Research Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to GB08305481A priority Critical patent/GB2135901A/en
Application filed by Hydrocarbon Research Inc filed Critical Hydrocarbon Research Inc
Priority to FR8303614A priority patent/FR2542062A1/fr
Priority to DE19833308276 priority patent/DE3308276A1/de
Publication of FR2542062A1 publication Critical patent/FR2542062A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J12/00Pressure vessels in general
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/04Pressure vessels, e.g. autoclaves
    • B01J3/048Multiwall, strip or filament wound vessels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04Protecting sheathings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01Shape
    • F17C2201/0104Shape cylindrical
    • F17C2201/0109Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612Wall structures
    • F17C2203/0614Single wall
    • F17C2203/0624Single wall with four or more layers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/068Special properties of materials for vessel walls
    • F17C2203/0682Special properties of materials for vessel walls with liquid or gas layer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0388Arrangement of valves, regulators, filters
    • F17C2205/0394Arrangement of valves, regulators, filters in direct contact with the pressure vessel
    • F17C2205/0397Arrangement of valves, regulators, filters in direct contact with the pressure vessel on both sides of the pressure vessel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01Pure fluids
    • F17C2221/012Hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107Single phase
    • F17C2223/0123Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036Very high pressure (>80 bar)
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

UN RECIPIENT 40 TYPIQUE SELON L'INVENTION A UN DIAMETRE D'AU MOINS 1,5M ET UNE LONGUEUR DE 6 A 60M; IL CONTIENT DE L'HYDROGENE A 100 A 200BAR ET 200 A 800C. AFIN DE REDUIRE LES CONTRAINTES DUES AUX DIFFERENCES DE TEMPERATURE ENTRE LES COUCHES METALLIQUES DE LA PAROI CYLINDRIQUE 41 ET DU FOND 43, ON REMPLIT LES INTERSTICES ENTRE LES COUCHES, SAUF LE PREMIER INTERSTICE INTERIEUR, D'UNE MATIERE FLUIDE OU FLUIDIFIABLE, DONT LA CONDUCTIVITE THERMIQUE DEPASSE CELLE DE L'AIR OU D'UN AUTRE GAZ REMPLISSANT NORMALEMENT CES INTERSTICES. LE REMPLISSAGE S'EFFECTUE A PARTIR D'UN RESERVOIR 46. IL EST PRECEDE, LORS DE LA CONSTRUCTION, D'UNE EVACUATION DE L'AIR DES INTERSTICES PAR UNE POMPE 45. L'INTERSTICE INTERIEUR COLLECTE L'HYDROGENE DIFFUSE AU TRAVERS DE LA PREMIERE COUCHE METALLIQUE INTERNE ET CET HYDROGENE EST EVACUE A L'EXTERIEUR PAR UN CONDUIT 48 POUR PREVENIR L'ATTAQUE ETOU LA FRAGILISATION DES COUCHES EXTERNES.

Description

Cette invention concerne les récipien S construits pour servir sous de
hautespressionset utilisant plusieurs couches
de métal Elle concerne plus particulièrement les récipients multi-
couches sous haute pression o une matière conductrice de la chaleur est disposée dans les interstices (dont la faible largeur s'étend radialement) entre les différentes couches métalliques voisines pour améliorer la conduction thermique et la distribution des contraintes
dans la paroi du récipient.
Les grands récipients sous haute pression, tels que les réacteurs utilisés dans l'industrie chimique et dans le raffinage du pétrole, possèdent des parois épaisses et sont souvent construits de multiples couches de métal pour faciliter la fabrication et réduire les cofts Cependant, ces récipients multicouches, surtout s'ils sont utilisés comme des récipients du type "à paroi froide" isolés intérieurement, présentent un inconvénient comparativement aux constructions à paroi massive ou monobloc (les récipients à paroi froide sont des récipients sous pression dans lesquels une couche de matériau réfractaire thermiquement isolant est fixée à
la surface interne, ce qui réduit la température de la paroi métal-
lique et augmente les contraintes admissibles à la conception) En effet, dans ces récipients multicouches existent des espaces étroits ou interstices entre les couches métalliques voisines; ces interstices sont une particularité inhérente à la construction multicouche, à l'exception, peut-être, des enveloppes usinées qui sont superposées et assemblées par frettage, lesquelles sont très coûteuses et très difficiles à construire sous de grandes dimensions Les interstices entre les différentes couches d'un tel récipient agissent comme des isolateurs thermiques et peuvent occasionner une différence de température notable entre le c 6 té intérieur et le côté extérieur de la paroi multicouche, aussi bien en conditions statiques qu'en conditions transitoires Cette différence de température peut entraîner une mauvaise distribution dans la paroi du récipient des contraintes dues à la pression, en ce sens que les couches métalliques internes plus chaudes subissent une dilatation par rapport aux couches externes plus froides, ce qui peut soumettre ces dernières à des contraintes supplémentaires et parfois excessives,
susceptibles d'endommager le récipient sérieusement.
Les récipients sous pression à plusieurs couches sont bien connus Ils sont décrits, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Ameérique no 3 140 006 et N O 3-431 949; il s'agit ici de récipients qui sont agencés pour l'évacuation à l'extérieur d'hydrogène qui a diffusé au travers de la couche interne du réci- pient, ceci afin d'éviter l'attaque et/ou la fragilisation des couches externes du récipient par l'hydrogène Cependant, l'art antérieur n'a pas reconnu, apparemment, le problème de la mauvaise distribution des contraintes dues aux différences de température susceptibles d'exister dans les récipients multicouches Il faudrait donc une solution pratique et économique à ce problème, afin de permettre la construction économique et avec plus de sécurité de grands récipients sous pression, en particulier de ceux travaillant sous des pressions intérieures supérieures à environ 70 bars et à des températures intérieures élevées, de l'ordre de 250 à 5500 C,
pendant que la surface externe est voisine de la température ambiante.
L'invention apporte un procédé perfectionné pour la construction et l'utilisation de récipients sous pression à plusieurs
couches, comme ceux travaillant à des pressions intérieures supé-
rieures à environ 70 bars, habituellement à des pressions de l'ordre de 100 à 1000 bars Selon l'invention, la construction d'un récipient multicouche comprend la superposition d'un certain nombre de couches de métal et l'assemblage de ces couches par soudage, de manière à former une enceinte susceptible d'être mise sous pression et o
des interstices étroits existent entre les différentes couches.
Ces interstices sont remplis ensuite avec une matière conductrice ther-
mique qui est fluide ou fluidifiable (susceptible d'être rendue fluide) et dont la conductivité thermique est nettement plus élevée que celle du gaz que cette matière remplace, de manière à augmenter la conduction thermique transversalement à travers la paroi du récipient et à réduire ou éliminer ainsi la mauvaise distribution des contraintes dans la paroi métallique d'un tel récipient sous pression Dans le cas des récipients contenant de l'hydrogène, l'interstice entre les deux couches métalliques situées le plus à l'intérieur de la paroi multicouche est mis en communication avec l'extérieur afin de réduire ou d'empêcher l'attaque par l'hydrogène
des couches métalliques externes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de
plusieurs exemples de mise en oeuvre non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe d'une partie de paroi d'un récipient multicouche selon l'invention, la figure 2 est une coupe d'une partie, de paroi d'un récipient multicouche selon une variante de mise en oeuvre de l'invention; et la figure 3 est une coupe axiale d'un récipient
multicouche construit et utilisé selon l'invention.
L'invention apporte un procédé perfectionné pour construire et utiliser un récipient sous pression à plusieurs couches, selon lequel la conduction thermique dans la direction transversale
à travers la paroi métallique multicouche du récipient est accrue.
Un système est prévu pour remplir à peu près complètement les faibles interstices entre les couches voisines de la paroi latérale et des
fonds du récipient avec une matière conductrice thermique fluidi-
fiable Cette matière est choisie pour améliorer la transmission de chaleur entre les différentes couches, par rapport à la transmission généralement assurée par l'air seul, et d'augmenter de cette manière la conduction thermique transversalement à travers la paroi du récipient, afin d'empocher ainsi le développement de contraintes
excessives dans le métal des couches externes de la paroi.
Le remplissage des interstices entre les couches s'effectue de préférence à des points séparés afin d'assurer que les interstices soient remplis au moins à peu près complètement par la matière conductrice thermique fluidifiable Ce dernier mot signifie ici que la matière est susceptible d'être rendue fluide à un niveau de température qui existe dans la paroi pendant une phase
quelconque de construction du récipient, Pour faciliter le remplis-
sage des interstices> il peut être préférable d'en évacuer l'air jusqu'à une pression inférieure à environ 345 Pa (pression absolue)
avant le remplissage avec la matière conductrice.
La mise sous vide et le remplissage des interstices s'effectuent de préférence-à un ou plusieurs points communs, au
moyen d'un dispositif combiné de mise sous vide et de remplissage.
En cas d'application del'invention à la construction et à l'utilisation de récipients sous pression à plusieurs couches contenant de l'hydrogène chaud, le premier interstice entre les couches, c'est-à-dire l'interstice situé le plus à l'intérieur, est isolé des autres interstices, situés plus à l'extérieur, et cet interstice intérieur est utilisé pour collecter tout hydrogène passant à travers la couche interne du récipient et pour l'évacuer à l'extérieur Une telle évacuation de l'hydrogène à l'extérieur du récipient réduit ou élimine à peu près complètement tous les problèmes d'attaque et/ou de fragilisation par l'hydrogène du métal des couches externes du récipient, généralement faitesd'acier au carbone Les autres interstices sont raccordés entre eux et sont remplis d'une matière thermiquement conductrice, ce qui augmente la transmission de la chaleur entre les couches par rapport à la transmission produite
par des interstices remplis de gaz.
La matière devant remplir les interstices doit être fluide
ou fluidifiable à la température ordinaire ou à toute autre tempé-
rature plus élevée utilisée pendant la construction du récipient et
cette matière doit également avoir une conductivité thermique supé-
rieure à environ 0,052 W/m K et comprise de préférence entre environ 0, 104 et environ 121,1 W/m K Les matières thermiquement conductrices utilisables pour la mise en oeuvre de l'invention comprennent notamment des liquides et des graisses hydrocarbonés, des composés liquides ou en forme de graisses à silicone, des métaux ou des alliages à bas point de fusion du groupe comprenant le plomb, l'étain, le zinc et leurs mélanges, de même que des liquides, des graisses ou des métaux contenant de fines particules métalliques dont le diamètre est plus petit que la largeur des interstices entre les couches et dont le diamètre de particule est notamment compris entre environ
0,05 et 0,4 mm En cas d'utilisation de ces fines particules métal-
liques dans une boue ou une graisse, la combinaison du liquide et du métal utilisés ne doit pas être corrosive à l'égard de la paroi du récipient Des exemples de matières conductrices thermiques utilisables pour la mise en oeuvre de l'invention sont indiqués ci-après. Huiles et graisses Conductivité thermique, Température W/m K d'ébullition _____ _____ _____ ____normale, O C huiles de pétrole 0,138 0,173 > 120 graisses de pétrole 0,138 0,173 > 150 composés diélectriques 0,242 0,744 > 205 à silicone Métaux ou alliages Point de fusion, C plomb 31,1 34,6 327 étain 57 62,3 233 zinc 93,4 112,5 421 Poudres métalliques laiton 86,5 121,1 1038 cuivre 353 390 1080 fer 60,5 69,2 1315 plomb 31,1 34,6 327 acier 36, 3 45 1371 étain 57 62,3 233 zinc 93,4 112,5 400
Pour les récipients construits a la température ordi-
naire et qui ne sont pas portés à une température plus élevée pendant ou après la construction, on utilisera généralement une matière conductrice fluide à la température ordinaire pour remplir les interstices entre les couches, par exemple un composé à silicone en forme de liquide ou de graisse, ou une boue ou une
graisse contenant de fines particules métalliques.
Pour les récipients qui ne sont pas soumis à un recuit ou à un autre traitement d'élimination des tensions à température élevée après soudage mais qui sont chauffés pendant la construction entre environ 200 et 4250 C (par exemple pour sécher et faire durcir un revêtement réfractaire), on pourrait utiliser une matière conductrice devenant fluide à une telle température et que l'on pourrait faire couler dans les interstices lorsque la paroi du
récipient présente la température adéquate.
Pour les récipients qui sont recuits après soudage entre environ 425 et 7500 C par exemple, on pourrait utiliser, comme matière conductrice thermique, par exemple, un métal ou un alliage métallique dont le point de fusion est inférieur à la température de recuit Le métal ou l'alliage serait chauffé au- dessus de son point de fusion et on le ferait couler dans les interstices entre les couches métalliques de la paroi du récipient
pendant que celui-ci est maintenu à la température de recuit.
Lorsque la matière conductrice de la chaleur est un liquide ou une graisse, sa source communique de préférence en continu avec les interstices, de sorte que la matière conductrice pénètre dans les interstices et en ressort alternativement lorsque, à la décompression respectivement à la pressurisation du récipient, les
interstices s'ouvrent ou se referment légèrement.
L'invention est applicable de façon avantageuse aux récipients multicouches de toute forme dont le diamètre dépasse environ 0,9 m et elle est applicable de façon particulièrement avantageuse aux grands récipients dont le diamètre est compris entre environ 1,5 et 9 m, pour lesquels l'invention est utilisée de préférence De tels récipients peuvent avoir n'importe quelle forme mais ils sont habituellement cylindriques,-avec une longueur totale d'au moins 6 m environ mais ne dépassant généralement pas
m environ La température à l'intérieur du récipient sera habi-
tuellement comprise entre la température ordinaire et 5500 C; elle est de oréférence supérieure à 950 C ou, mieux encore, comprise entre environ 150 et environ 4800 C La pression interne, notamment dans le cas de l'hydrogène, peut être comprise entre environ 105 et environ 210 bar, tandis que la température interne peut varier entre environ 205 et environ 8150 C O L'invention peut être appliquée avec avantage aux récipients sous pression possédant au moins trois couches de tôle
métallique et dont le nombre de couchesne dépasse généralement pas 50.
L'épaisseur de chaque couche peut varier entre environ 5 et 13 mm
dans le cas des récipients du type à couches concentriques L'inven-
tion est également utile pour les récipients sous pression dont les couches sont enroulées en hélice ou en spirale, dont l'épaisseur
de couche sera généralement comprise entre environ 3 et 6,5 mm.
La largeur, dans le sens radial, des interstices entre les couches métalliques voisines varie habituellement entre environ 0,05 et
environ 5 mm.
Un récipient selon l'invention est typiquement un réacteur avec une épaisseur de paroi totale de l'ordre de 15 à 75 cm et une couche intérieure thermiquement isolante contigud à la couche métallique située le plus à l'intérieur et faite, par exemple, de
matériau réfractaire massif coulé.
La figure 1 représente une partie typique de la paroi
d'un récipient selon l'invention Elle comporte deux couches métal-
liques internes 10 et 12 qui sont étanches a la pression et un certain nombre de couches externes 14, 16 et 18 Dans le cas des récipients contenant de l'hydrogène et pour lesquels l'attaque et/ou la fragilisation du métal par l'hydrogène risquent de devenir un problème, la couche interne 10 est faite d'un alliage résistant à l'hydrogène, d'acier au chrome-molybdène par exemple, ou peut être
en acier au chrome-molybdène avec un revêtement 10 a en acier inoxy-
dable sur sa face interne L'interstice 11 entre la couche 10 située le plus à l'intérieur et la couche 12 communique avec l'atmosphère par plusieurs orifices 20 qui traversent les couches externes de la paroi et qui ont un diamètre d'au moins 5 mm environ Il n'est pas nécessaire que les orifices 20 dans les différentes couches soient mutuellement alignés; ils peuvent être décales dans une certaine mesure d'une couche à l'autre Les interstices 13, 15, 17 entre les couches externes restantes sont remplis, par l'introduction sous pression à travers un orifice 22, d'une matière conductrice fluide ou fluidifiable, telle qu'un compose liquide à silicone ayant une conductivité thermique d'environ 0,52 à 0,86 W/m K, afin d'augmenter la conduction thermique dans le sens transversal à travers la paroi multicouche composite Les faces appliquées l'une contre l'autre des couches métalliques seront habituellement rendues rugueuses dans une certaine mesure, par sablage par exemple, ou peuvent porter de la calamine provenant d'un laminage à chaud, ce
qui facilite l'écoulement de la matière conductrice dans les inters-
tices Les orifices de remplissage et d'évacuation tels que les
2542062-
orifices 22 et 20 sont prévus à des intervalles de l'ordre de 1 à 3 m sur la paroi du récipient De plus, dans le cas des récipients du type à paroi froide, une couche 9 de matériau réfractaire isolant est disposée contiguë à la couche métallique interne 10 afin de réduire la température de la paroi métallique multicouche Lorsque les couches de la paroi sont concentriques et présentent des soudures de liaison, ces soudures sont décalées par rapport à celles de la
couche voisine.
Dans le but de faciliter l'écoulement de la matière thermiquement conductrice dans les étroits interstices entre les couches, il peut être préférable d'y faire d'abord le vide, jusqu'à une pression absolue inférieure à environ 35 k Pa par exemple, de préférence à une pression absolue comprise entre 345 k Pa et 35 k Pa, avant de les remplir avec la matière conductrice de la chaleur La
figure 2 représente une partie de paroi avec un dispositif de raccor-
dement qui sert à la fois a faire le vide dans les interstices des couches, à remplir ensuite ces couches avec une matière thermiquement conductrice et à évacuer l'hydrogène de l'interstice situé le plus à l'intérieur Une conduite 30 soudée à la paroi communique avec l'interstice ll entre les couches internes 10 et 12, elle traverse une ouverture 32 dans les couches externes de la paroi du récipient et elle se termine à l'extérieur de cette paroi La conduite 30 sert à évacuer à l'extérieur l'hydrogène ayant pu passer au travers de la couche interne 10 Une telle communication avec l'extérieur doit être prévue pour chaque compartiment formé entre la première couche interne 10 et la première couche de recouvrement 12 (il est possible aussi de prévoir une couche de remplissage non soudée sous forme d'une membrane poreuse) Comme représenté, la conduite 30 est fixée par un chapeau 33 étanche à la pression à la couche 34 la plus externe; cette dernière couche est étanche a la pression, ce qui
signifie qu'elle ne présente aucun orifice ou autre passage d'évacua-
tion La partie inférieure de la figure 2 montre des orifices 20 mutuellement décalés dans les différentes couches, à l'exception des couches les plus internes 10, 11 et 12 et des couches les plus
externes, pour faire communiquer entre eux tous les interstices inter-
médiaires, Sur le chapeau 33 est branchée une conduite 36 qui commu-
nique avec l'ouverture 32 Avant le remplissage des interstices, on y fait d'abord le vide au moyen d'un système de pompage (non représenté) branché sur la conduite 36 Ensuite, on branche sur la même conduite 36 une source de matière thermiquement conductrice et fluidifiable, laquelle est introduite sous l'effet de la dif-
férence de pression dans pratiquement tout le volume des inters-
tices entre les différentes couches de la paroi.
La figure 3 représente l'ensemble d'un récipient cylindrique multicouche typique 40 construit et utilisé selon l'invention La paroi latérale cylindrique 41 de ce récipient est composée de plusieurs tronçons longitudinaux V qui constituent le corps du récipient Les tronçons ou viroles V sont reliés entre eux par des soudures S et chacun-d'eux se compose d'un certain nombre de couches métalliques superposées Un fond massif 42 est soudé sur l'extrémité inférieure du corps du récipient, tandis qu'un fond multicouche 43 est formé dans le prolongement de l'extrémité supérieure de la paroi latérale cylindrique 41 L'air dans les interstices entre les couches externes est évacué au moyen d'une pompe 45 à travers une conduite de raccordement 44 et la même conduite est utilisée ensuite pour remplir les interstices avec une matière thermiquement conductrice fluidifiable à partir d'un
réservoir 46 Cette matière est de préférence un composé didlec-
trique à silicone avec une conductivité thermique d'au moins 0,17 W/m K environ et de préférence d'environ 0,52 à environ 0,78 W/m K L'interstice entre les deux couches les plus internes communique avec l'extérieur à travers un conduit d'évacuation 48, lequel peut être formé simplement par un trou percé dans la paroi
du récipient jusqu'à l'interstice situé le plus à l'intérieur.
Comme représenté, les fonds du récipient peuvent être formés d'une seule épaisseur, ou être constitués par une pièce forgée soudée sur la paroi latérale du récipient, mais ils peuvent être faits aussi d'un certain nombre de couches superposées Les tubulures de raccordement nécessaires pour la fonction proprement dite du récipient sont habituellement soudées dans les fonds mais
il est possible aussi, si désiré, de les souder dans la paroi laté-
rale multicouche du récipient, en utilisant des plaques de renfor-
2542062.
cement adéquates pour satisfaire aux prescriptions s'appliquant au
récipient sous pression.
L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre.
RE V E ND I CA T I O N S
1 Procédé pour construire un récipient sous pression à plusieurs couches, dont la paroi assure une conduction améliorée de la chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) la superposition de couches de métal ( 10, 12, 14, 16, 18) et leur assemblage par soudage pour former une enceinte susceptible d'être mise sous pression, avec formation d'interstices ( 11, 13, 15, 17) entre les couches de métal;et
(b) l'introduction dans au moins certains des inters-
tices ( 13, 15, 17) d'une matière conductrice de la chaleur qui est fluide ou fluidifiable (susceptible d'être rendue fluide) de manière à remplir ces interstices au moins à peu près complètement et à augmenter ainsi la conduction de la chaleur transversalement a
travers la paroi multicouche.
2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce
que la matière conductrice possède une conductivité thermique supé-
rieure à environ 0,052 W/m K. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière conductrice est une matière hydrocarbonde dont la température d'ébullition normale est supérieure à environ 120 C, notamment un produit pétrolier liquide ou en forme de graisse, un compose diélectrique à silicone, un métal ou un alliage métallique dont le point de fusion est inférieur à environ 425 C ou une boue, un liquide hydrocarboné ou une graisse contenant des particules
métalliques d'un diamètre inférieur à environ 0,4 mm.
4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce qu'il comprend en plus le chauffage de l'enceinte susceptible d'être mise sous pression, pendant la construction, a
une température supérieure a la temperature ambiante, avant l-'intro-
duction de la matière conductrice, à l'état fluide, dans les inters-
tices ( 13, 15, 17).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que la matière conductrice est un métal ou un alliage métallique à bas point de fusion du groupe comprenant le plomb, l'étain, le zinc et les combinaisons de ceux-ci, et en ce que l'on chauffe le récipient à une température supérieure au point de fusion du métal ou de l'alliage avant d'introduire la matière
conductrice dans les interstices ( 13, 15, 17).
6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que l'on fait le vide dans les interstices ( 13, 15, 17) à remplir de matière conductrice, jusqu'à une pression absolue inférieure à environ 35 k Pa, avant d'y introduire ladite matière conductrice. 7 Récipient sous pression à plusieurs couches construit
par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que sa paroi est constituée d'au moins trois couches métalliques contiguës ( 10, 12, 14, 16, 18) et qu'au moins certains des interstices étroits ( 11, 13, 15, 17) entre les couches
sont remplis d'une matière conductrice de la chaleur dont la conduc-
tivité thermique est supérieure à environ 0,052 W/m K. 8 Récipient selon la revendication 7, caractérisé en ce que la largeur des interstices varie entre environ 0,05 et environ
0,5 mm.
9 Récipient selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la matière conductrice est un produit hydrocarboné dont la température d'ébullition normale est supérieure à environ 1200 C. Récipient selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la matière conductrice est un métal ou un alliage à bas point de fusion du groupe comprenant le plomb, l'étain, le zinc et
les combinaisons de ceux-ci.
11 Récipient selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la matière conductrice est un liquide ou une graisse
contenant de fines particules métalliques.
12 Récipient selon l'une quelconque des revendications 7 a 11,
caractérisé en ce que la matière conductrice est disposée dans tous les interstices entre les couches métalliques de la paroi du récipient sauf dans l'interstice ( 11) situé le plus à l'intérieur, entre la couche métallique ( 10) la plus interne du récipient et la couche métallique ( 12) contiguë, et en ce que des moyens ( 20, 33, 48) sont
prévus pour évacuer du gaz de cet interstice intérieur ( 11).
13 Récipient selon l'une quelconque des revendications 7
à 12, caractérisé en ce que les couches de métal ( 10, 12, 14, 16, 18) sont concentriques et en ce que des soudures longitudinales de liaison dans chaque couche sont décalées par rapport aux joints de soudure de la couche voisine.
14 Récipient selon l'une quelconque des revendications 7
à 13, caractérisé en ce que le nombre des couches est de 5 à 50 et l'épaisseur de chaque couche est comprise entre environ 6,5 et
environ 13 mm.
15 Récipient selon l'une quelconque des revendications 7
à 13, caractérisé en ce qu'il possède une forme cylindrique, les couches sont enroulées en hélice ou en spirale et l'épaisseur de
chaque couche est comprise entre environ 3 et environ 6,5 mm.
16 Récipient selon l'une quelconque des revendications 7
à 15, caractérisé en ce qu'une couche isolante ( 9) de matériau réfractaire est disposée contiguë a la couche métallique interne ( 10)
de la paroi multicouche du récipient.
17 Utilisation d'un récipient selon l'une quelconque des
revendications 12 A 16, dont l'interstice intérieur ( 11) n'est pas
rempli de matière conductrice et est combiné avec des moyens pour évacuer du gaz de cet interstice a l'extérieur, afin de réduire l'attaque et/ou la fragilisation des couches métalliques situées plus à l'extérieur par un gaz diffusé au travers de la couche métallique ( 10) la plus interne de la paroi du récipient, caractérisée en ce que le récipient sert a contenir de l'hydrogène A une pression d'au moins 70 bar environ et une température dépassant 950 C environ et en ce que l'hydrogène passant A travers la première couche métallique interne ( 10) de la paroi est collecté dans l'interstice
intérieur ( 11) et est évacué à l'extérieur du récipient.
18 Utilisation selon la revendication 17, caractérisée en ce que la pression interne du récipient est comprise entre 105 et
210 bar et la température interne est comprise entre 205 et 815 'C.
FR8303614A 1983-02-28 1983-03-04 Recipient sous pression a plusieurs couches, en particulier grand recipient cylindrique sous haute pression, son procede de construction et son utilisation Pending FR2542062A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB08305481A GB2135901A (en) 1983-02-28 1983-02-28 Multilayer pressure vessel construction and use
FR8303614A FR2542062A1 (fr) 1983-02-28 1983-03-04 Recipient sous pression a plusieurs couches, en particulier grand recipient cylindrique sous haute pression, son procede de construction et son utilisation
DE19833308276 DE3308276A1 (de) 1983-02-28 1983-03-09 Druckbehaelter mit einer vielzahl von lagen und seine verwendung

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB08305481A GB2135901A (en) 1983-02-28 1983-02-28 Multilayer pressure vessel construction and use
FR8303614A FR2542062A1 (fr) 1983-02-28 1983-03-04 Recipient sous pression a plusieurs couches, en particulier grand recipient cylindrique sous haute pression, son procede de construction et son utilisation
DE19833308276 DE3308276A1 (de) 1983-02-28 1983-03-09 Druckbehaelter mit einer vielzahl von lagen und seine verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2542062A1 true FR2542062A1 (fr) 1984-09-07

Family

ID=27190832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8303614A Pending FR2542062A1 (fr) 1983-02-28 1983-03-04 Recipient sous pression a plusieurs couches, en particulier grand recipient cylindrique sous haute pression, son procede de construction et son utilisation

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE3308276A1 (fr)
FR (1) FR2542062A1 (fr)
GB (1) GB2135901A (fr)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3735767A1 (de) * 1986-11-13 1988-07-28 Kasyco Unternehmensberatungsge Druckbehaelter
BE1007998A6 (nl) * 1994-01-26 1995-12-05 Nat Forge Europ Hogedrukvat en daarvoor bestemde warmte-uitwisselaar.
LU88792A1 (fr) 1996-07-22 1998-01-22 Euratom Réacteur et procédé d'hydrogénation
DE102008053244A1 (de) 2008-10-25 2010-04-29 Daimler Ag Druckbehälter zum Speichern von gasförmigen Medien unter Druck
GB201806840D0 (en) * 2018-04-26 2018-06-13 Univ Of The Western Cape Metal hydride hydrogen storage arrangement for use in a fuel cell utility vehicle and method of manufacturing the same
JP7100553B2 (ja) * 2018-10-02 2022-07-13 日本製鋼所M&E株式会社 水素蓄圧器
DE102018220655A1 (de) * 2018-11-30 2020-06-04 Robert Bosch Gmbh Herstellungsverfahren für einen Wasserstoff-Druckbehälter, Druckbehälter sowie Kraftfahrzeug mit einem Wasserstoff-Druckbehälter
US11559964B2 (en) * 2019-06-06 2023-01-24 Northrop Grumman Systems Corporation Composite structures, composite storage tanks, vehicles including such composite storage tanks, and related systems and methods

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1563730A (fr) * 1966-12-13 1969-04-18

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB529540A (en) * 1938-06-04 1940-11-22 Ig Farbenindustrie Ag Improvements in high pressure vessels
FR1587705A (fr) * 1968-09-05 1970-03-27

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1563730A (fr) * 1966-12-13 1969-04-18

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MECHANICAL ENGINEERING, vol. 99, no. 5, mai 1977, pages 40-43, New York, US; R.PECHACEK: "Advanced technology for large thick-wall high-presuure vessels" *

Also Published As

Publication number Publication date
DE3308276A1 (de) 1984-09-13
GB2135901A (en) 1984-09-12
GB8305481D0 (en) 1983-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0021861B2 (fr) Pièce réfractaire perméable aux gaz et son procédé de fabrication
CA2600274C (fr) Procede ameliore de preparation de composites a matrice metallique et dispositif de mise en oeuvre d'un tel procede
EP3270087B1 (fr) Conteneur d'un systeme de stockage et de restitution de la chaleur comportant une double paroi en beton
WO2006061512A1 (fr) Procédé d'isolation thermique de conduites coaxiales par un matériau isolant particulaire
FR2542062A1 (fr) Recipient sous pression a plusieurs couches, en particulier grand recipient cylindrique sous haute pression, son procede de construction et son utilisation
WO1998016786A1 (fr) Echangeur de chaleur, et faisceau d'echange de chaleur, ainsi que procedes de soudage et de realisation s'y rapportant
EP0203862B1 (fr) Dispositif d'ultrafiltration d'un liquide sous pression et à haute température
FR2950551A1 (fr) Procede de fabrication d'un module a zone creuse par compression isostatique a chaud
EP1743116A1 (fr) Complexe isolant a enveloppe metallique pour conduite
CH627834A5 (fr) Paroi refroidie d'un four a arc.
EP3516217B1 (fr) Compresseur d'hydrogene a hydrure metallique
EP0914198B1 (fr) Reacteur et procede d'hydrogenation
EP4212814A1 (fr) Ensemble modulaire de stockage thermique a matériau a changement de phase, dont la fabrication est simplifiée
WO2003097230A1 (fr) Procede de fabrication d'un element de dispositif chimique comportant une piece support en metal et un revetement metallique anti-corrosion
CH635659A5 (fr) Pompe a piston alternatif.
FR2460464A1 (fr) Echangeur de chaleur et tube utilise dans cet echangeur
FR2824755A1 (fr) Reacteur a plaques et son fonctionnement dans un procede catalytique exothermique
EP3041636B1 (fr) Procede de realisation par friction malaxage d'une bride bi-composant pour enceintes a ultravide ; bride et enceinte associees
WO1998034061A1 (fr) Enveloppe d'isolation thermique, notamment pour la construction de canalisations sous-marines vehiculant des produits petroliers
EP0210936A1 (fr) Permutateur rotatif muni d'un boisseau conique à déplacement axial
FR2777628A1 (fr) Procede de realisation d'une conduite calorifugee a enveloppe externe de protection et conduite ainsi realisee
FR2573837A1 (fr) Joint d'etancheite pour assemblage a faces planes et son procede de fabrication
EP3105520B1 (fr) Colonne de séparation d'air par distillation cryogénique, appareil de séparation d'air comportant une telle colonne et procédé de fabrication d'une telle colonne
FR2880106A1 (fr) Dispositif d'echange de chaleur entre deux fluides comportant des couches de mousse metallique
EP0203861A1 (fr) Dispositif modulaire d'ultrafiltration du liquide de refroidissement d'un réacteur nucléaire

Legal Events

Date Code Title Description
TP Transmission of property