JPH06500951A - 圧力容器用シーリングプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 圧力容器用ンーリングプラグ 発明の分野 本発明は高圧工程のための容器に関する。更に詳しくは、気体または液体モノマ ーのポリマー化を含む化学反応のため、また高圧且つ上昇された温度におけるポ リマー工程のための化学反応器として有益な非螺刻プラグを有する圧力容器に関 する。 関連技術の説明 化学反応及びポリマー工程を実行するための様々な形式の圧力容器が公知である 。典型的な高圧容器は端部をシールするために捩子螺刻を用いる。この端部閉止 方法は、圧力容器の適合テーパーへテーパープラグを押し込む大きな捩子を含む 。端部プラグの圧縮及び完全な装填は捩子へ伝達され、これは容器の伸長を起こ す。０リングまたは他の形式のシールは容器の漏洩を防止する。等該技術の圧力 容器の端部プラグは干渉嵌合（変形及び応力を生じるように密接した接触）させ ることができない。即ち前記プラグの移動は極めて困難である。容器端部が引張 負凋とフープ応力との両者を持つに従って、最大圧力は複合応力レベルに制限さ れ、容器の強度を越えられない。 二の種の閉止に伴う典型的な問題は、容器の開放及び閉止における困難である。 捩子は清浄に保たねばならず、シールの如何なる漏洩も生成物を捩子領域に侵入 させ、捩子を汚し、詰まらせ及び／または腐食させる。シール領域と捩子の両者 の公差は適切な操作を保証するように非常に密接させねばならない。二のような 精密な捩子加工を伴う圧力容器の機械加工のコストはそれ故に高い。 また通常の閉止では、容器内の圧力増大に応じて容器の径が増大する。圧縮され た固体プラグは容器と共に膨張できず、しばしばシール領域に！洩をもたらす。 更に、通常の圧力容器は容器に結び付けられたれた電気加熱／ステムか、または 加熱及び冷却のための熱水／油の何れかを採用する。容器の外側へ適用された直 接ガス炎による加熱は原理上は一層に効率的な加熱方法であるが、容器壁を充分 に破断させる熱応力を引き起こすこと、及び迅速な加熱は捩子山の回りの漏洩の 原因となるという確信により使用されていない。 上述した問題点を回避して、例えば直接ガス炎による迅速な加熱が可能な高圧容 器が要請されている。 本発明は低コストで、組立て容易であり、非螺刻で、８０゜０００ｐｓ　ｉｇ　 （５５２ＭＰａ）に至る圧力、約５００℃に至る温度で運転が可能であり、外部 に施された直接ガス炎により迅速な加熱が可能な迅速操作圧力容器を提供する。 発明の概要 高圧工程のための容器であって、 （１１内部キャビティがチューブの一端におけるテーパー状開口を通じて連通さ れ、充分な厚さのチューブ！が所定の圧力に抗するチューブと、 （１１）前記テーパー状開口に挿入される可動な円筒プラグと、（ｉｌｉｌ　前 記プラグの一端が、前記テーパー状開口と共に干渉嵌合を与えるようにテーパー 状とされ、前記一端はプラグ萱を規定するキャビティを有し、プラグ萱は、所定 圧力下では柔軟であり、且つ圧力の増大に従って＠記テーパー状開口に対して押 し付けられる厚さを存することと、

【ＩＦ）開口の内外へプラグ端を移動するた めの力生成手段と、（ｗｉ　前記力生成手段を抑える外部枠と、（ｖｌ）プラグ 端の移動期間中に前記チューブを静的に保持するための手段とを備える圧力容器 。 圧力容器はチューブに隣接して位置したガスバーナーからの直火の適用により加 熱できる。 図面の簡単な説明 本発明は以下の詳細な説明及びそれに関連して本出願の一部をなす添付図面から 一層に完全に明らかにされる。図面の全ての図において、同様なＩＢ照符号は同 様な要素を示す。 図】は圧力容器の贋式断面図であり、一端にプラグを挿入位置及び挿脱位置で示 す。 図２は本発明に係わる挿入されたプラグの拡大模式断面図本発明の圧力容器は８ ０，０ＯＯｐｉ　ｉｆ　（５５２ＭＰａ）以上の圧力に抗することができる。通 常の圧力容器に典型的に現れる全ての捩子は本容器からは削除されていると共に 、軸方向応力をも除去する利点が指向されている。従って圧力容器の中空壁は、 他の方法で要求されるよりも薄く且つ低強度にできる。プラグとチューブの１１ １８のｌＩ＃口との双方におＩする僅かなテーパーは干６１ｉ合を形成し、これ は精密加工の必要性を除去する。この設計によれば容器は自己シーリングである 。即ち、圧力の増大に応じて、プラグ璧が中空容器の薄壁へ一層に密接に押し付 けられる。 好ましくは、本発明は使用及び４Ｉ浄の容易さを促進する二つの端部プラグを利 用する。本発明の容Ｎ１１造のコストは、精密機械加工の除去により削減される 。標準的な通常の管材料が中空容器を構築するために使用され得るが、前記管材 料は容器を形成するための機械加工固体金属よりも低コストである。二つのａＩ ｇの捩子山の高いコストは本発明では回避されるので、複端部容器の利点も安価 に実現できる。 プラグの除去及び挿入は水圧シリンダの使用により促進される。プラグを所定位 置へ保持するための水圧シリンダの使用の利点は、水圧シリンダの流体圧力が圧 力容器における最大可能圧力を決定できることである。リリーフバルブを水圧シ リンダロ路中に使用することができるので、容器圧力が充分に高（なるとプラグ がチューブから外れる結果、圧力が緩和されて容器破断が回避される。 所望により、本発明の圧力容器は、装填及び装填解除のための容易な出入りを促 進するように障害物を避けて移動できる枢軸チューブを利用できる。枢軸チュー ブ及び水圧シリンダの使用により、装填または装填解除は５分以内に終了し、少 な（とも３０分を要する通常の圧力容器と対照的である。 水圧シリンダは中空プラグを完全挿入位２から挿脱位置へ非常に迅速に移動でき る。即ち、移動速度は水圧シリンダへ出入りする水圧流体流のみにより制限され る。典型的には、プラグはチューブへ１分以下で挿入できる。　“本圧力容器は 外部に施されたガス炎により直接に加熱できる。直火は良好な熱伝導即ち迅速な 熱を与え、高圧容器中に高温を達成するのに要する時間を削減する。ガスバーナ ーを容器から数インチ離すことにより、容器は空気流または水流で迅速に冷却で きる。容器に直接に接触させねばならない加熱要素が必要な電気ヒータの使用で は、容器が断熱され、冷却時間が非常に増長する。熱水または油によれば、迅速 な加熱及び冷却が可能であるが、容器を完全に妓覆せねばならず、これは高価で ある。ｉｆガス炎加熱は、腹雑さまたはコストを伴うことなく、被覆加熱システ ムの全ての利点を与える。 これはまた熱水または熱油システムの温度制限にも打ち勝つ。 圧力容器は、使用中に遭遇すべき圧力、温度、化学的腐食に応じて選択された材 料から製造されるべきである。腐食性化学環境のための適切な材料は、ハステロ イｆｌｌ＊＋ｌ＋ＩｏｙＪ、チタニウムまたはステンレス鋼を含む。これらの材 料は約８０゜０００ｐ　ｓ　ｉ　ｇ　（５５２ＭＰａ）に至る圧力及び約５００ ℃に至る温度に使用し得る。非腐食性環境では、高価でない材料も適切であり、 約２０．ＯＯＯｐｓｉｇ　（１３８ＭＰａ）を越えない中圧力のためには軟鋼、 または約２０．０００ｐｓｉｇ　（１３８ＭＰａ）を越える圧力のためには所謂 高強度鋼、例えば４１４２Ｈ若しくは４３４０ｍを含む。 圧力容器の構造の厚さ及び材料は、適用中に遭遇すべく予期された圧力、温度及 び腐食により決定される。容器内の最大応力は、選択された材料の最小降伏応力 を下回るように保持せねばならない。例えば、９５０’　Ｆ　（５１０’Ｃ）で 焼入れされて鍛練された４１４０鋼の使用では、４００’　Ｆ　（２０４℃）１ １ニオＩｔル降伏強度は、１５０．０００ｐｉ　ｉｇ　（１０３５Ｍ　Ｐ　ａ　 ）である。この材料は、腐食が深刻ではない殆どの適用に適している。４インチ （１０，２ｃｍ）口径及び１０インチ（２５，４ｃｍ）外径を育する容器は、４ ００゜Ｆ　（２０４℃）において１００．ＯＯＯｐｓｉｇ　（６９０ＭＰａ）の 内圧に抗することができる。 ４１４０＄１１が採用された際の容器の内鍔の圧力は、容器壁に１５０．０ＯＯ ｐｓ　ｉｇ　（１０３５ＭＰａ）応力を誘発するように制限される。容器壁内の 応力は、例えばＬ＋に＋　１＋＊ｄｂａｏｋ＊　１５口０−０７−００４１２７ −！　、第５章、４９−５１頁、またはＡＳＭＥ　１ａｉｌ＋＋　＊ｘｄ　Ｐｒ ｔＩＩｓｔｔ　Ｖｅ＋＋ｔｌ　Ｃｅ４Ｉ５ｓｃ＋ｉｏｍ　Ｖｌｌｌのような多言 文献に記載されたように容易に解析できる。 制限された環境下では、圧力容器の降伏強度を越える応力をもたらす内圧が、圧 力容器をたわませる内部プラグにより採用できるので、プラグと圧力容器との間 のシールが保持される。 図工は全体的に参照符号８で示された本発明の圧力容器を示す。図示のように、 圧力容器８は、内部キャビティ及び可動体を有するチューブまたはパイプ１０、 チューブ１ｏの一端・好ましくは両端における円筒プラグ１２を含む。チューブ １０は適切な材料、好ましくは厚肉標準機械管材料からなリ、一端、好ましくは 両端に開口１４を含む、管Ｉｔ料の厚さは、要求される操作圧力及び温度に対し て充分に耐えるようにする。ｌ開口１４は、チューブ１ｏに関するプラグ１２の 自己アライメントのためにテーパー状にされている。このテーパーにおける大き な先開き９は開口１４に隣接して直ちに見出だされ、プラグ１２が挿入された際 にプラグ１２とチューブ１０との閏の金属対金属干渉嵌合を保証するように、０ ゜１°乃至０．５７のテーパー１１をなして狭くなる。 図２は可動体の拡大槓式図を示し、螺刻されていない円筒プラグ１２がチューブ １０の一端のシールに使用されている。 前記プラグ１２はプラグ！！１５を規定する一端にキャビティ１６を有する。他 方のプラグ！ちまた、チューブ１ｏの内径におｌフるテーパーｊ二遍合する開口 の近傍に僅かなテーパー１３を存する。これらテーパーはプラグ１２とチューブ １ｏとの間の干渉嵌合をなす。０，１°乃至０，５°のテーパーはプラグ１２が チューブ１０へ自己係止することを保証する。 仮にテーパーが非常に大きいならば、プラグ１２はチューブ１０から自己解除す る傾向になる。容器８の内部圧力が増加し、且つチューブ１０が径方向へ膨張す るに従って、プラグ１２がチューブ１０と共に膨張するので、全ての操作圧力に おいて堅固な金属対金属シールが保証される。 プラグ！１５が厚内チューブ１０を押圧した際に、プラグ９１５は、チューブ１ ｏかまたはプラグ１２の何等かのｒ円からの外れ」を形成するように、プラグ！ ！１５が充分に薄くすることは重要である。両者は常に機械加工における不良に 起因する僅かなｒ円からの外れＪ、典型的には約０．００２乃至０．００４イン チ（０，００５乃至０．Ｏｌｃｍ）となり得る。従って、０．００５インチ（０ ，０１３ｃｍ）の干渉嵌合をａ効に役立てられる。しかしながら、これは臨界で はなく、約０．００２乃至０．０２インチ（０，００５乃至０、０５　ｃ　ｍ） の干渉嵌合範囲を使用できる。 プラグ１２の萱厚は、シール領域から適度の距離において次第に増大する。これ は容器の、ｍｓ近傍の領域でプラグ１２が曲がらないこと、またはチューブ１ｏ により支持されていない領域で可塑的減衰しないことを保証する。これはまた圧 力集中が減衰を引き起こすａ部であるチューブｌｏ付近における圧力も減少させ る。シール領域に隣接する下側切欠領域１７は、シール領域が完全に装填される ことを保証する。 プラグ！１５上の０リング構１８は、圧力の初ｗＩｊＩ用期間中の低圧力にてプ ラグ１２またはチューブ１ｏの金属における小さな不良をシールするための０リ ングの使用を許すように設けられている。適切な０リングは、使用すべき圧力及 び温度に応じて、テフロン（商品名）ＴＦＥまたはＦＥＰフルオルカーボン樹脂 、ＥＪｌｒｔｔ　（１４品名）過フルオロエラストマー、ネオブレンまたは天然 若しくは合成ラバーから形成し得る。 チューブ１０は鋼製支持枠（図示せず）の間に吊されている。前記鋼製支持枠は 、ｑ期圧力によりプラグ１２に形成される軸方向負荷を支持するように充分に強 い。端部負殉はチューブの端部へ伝達されないので、チューブ上の負荷のみがフ ープ応力である。従って、本設計によれば、端部負債を支持するために捩子を使 用した通常の圧力容器よりも高い圧力を癒得できる。 図１は、端部プラグの挿入のため及び容器内の内部圧力からの力に抗するために 要求される力を与えるように、水圧シリンダ２０の如き外力の手段を更に示す。 水圧シリンダ２０は・チューブ１０内に最大圧力が得られた際にプラグ１２を所 定−へ保持するために充分なスラストを有すると共に、所望によりチューブ１０ からプラグ１２を外すための充分な引込み力を有する。４インチ（１０，２ｃｍ ）径を有する容器８についての典型的な力は、プラグ１２の挿入及び引込みにお いて大気圧下で５０．０００　ｌ　ｂ　ｍ　（２２２ＫＮ）であり、圧力に抗す る適所にプラグ１２を保持するためにｇｏ、ｏ。 Ｏｐｓ　ｉ　ｇｌニア１．ｏｏｏ、ｏｏｏ　ｌｂｓ　（４，４５０ＫＮ）である 。鋼板２２は、プラグ１２を引込む際にチューブ１０を静的に保持するために必 要とされる。 容器の内部キャビティ内の所定の高圧は、通常の手段によりＷ得される。ＦＩえ ば、水のような流体は、所定の圧力にて適切な導入手段２１を通じて前記キャビ ティへ導入できる。 導入手段２１と同様に吐出手段をチューブ１ｏの蛸向端にてプラグ１２に設置す ることにより、容器を連続操作に変換してもよい、Ｓ大手段２１は、圧力生成流 体の導入及び排出に限定されないことは明らかである。ｌ導入手段２１はまた、 流体反応体、触媒、溶媒等の導入、及び流体生成物の除去にも使用できる。多数 の導入手！１２１は、各！１部に一つに限定されるものではなく、様々なＭ樺の 多重導入口を採用し得る。 チューブ１０に対する材料の装填及び装填解除における容易な出入りのために、 前記チューブを枢軸（図示せず）にしてもよい。枢軸はチューブ１０の一端を支 持枠、水圧シリンダ２０及びプラグ１２に干渉せずに移動させる。 圧力容器は、チューブ１ｏに沿った炎の「ライン」を指向するラインガスバーナ ー１９により加熱される。熱量は、ガス圧の凋萱及びチューブ１ｏの周囲のガス バーナの数の変更により制御できる。 圧力寥Ｂ８は、容器に対する水の拡散または高速空気を直接に当てることにより 冷却できる。 本発明の圧力容器は、チューブ１ｏの一端からのプラグ１２の完全除去により装 填してもよく、チューブ１ｏの他端は閉止に保持される。開口端は、水圧シリン ダ２０．プラグ１２及び支持枠を通過するまで垂直に上昇する。チューブ１゜の 装填（及び装填解＃＆）はかくして非常に容易に達成される。 ひとたび装填されれば、チューブ１ｏはその初期位置から下降し、その中へ端部 プラグ１２が完全に挿入される。 本発明の圧力容器は、ガス及び液体モノマーのポリマーを含む化学反応ポリマー 処理、要求される圧力上昇及び付加的な温度上昇を達成するための反応器として 特に有益である。 このような化学反応の例は、以下のものを含むが、それらに限定されるものでは ない、ｓｐち、■低密度ポリエチレン及び−酸化炭素、ビニールアセテート、ア クリレイテス、メタクリル酸、アクリル酸、及び煩似物のようなコモノマーを有 するエチレンのコポリマーの調合、ここでエチレンは、約１゜０００ａｔｍ　（ １００ＭＰａ）を越える圧力及び約２００℃の範囲の温度において遊離基触媒の 現象における（ＣＯ）ポリマーである。　（ｉ目アンモニアの合成、ここで窒素 及び水素は、約２５０ａ　ｔｍ　（２５ＭＰａ）の圧力及び約３５０乃至４００ ℃の温度において酸化アルミニウムまたは酸化カリウムにより促進された固定層 酸化鉄基の現象において組み合わせられている。ｔｌ　１１１　合成ガスからの メタノールの調合、ここで−酸化炭素、二酸化炭素及び水素の適切な比率は、約 ５０乃至約３００ａ　ｔｍ　（５乃至３０　Ｍ　Ｐ　ａ　）の圧力及び約２５０ ℃乃至３５０℃の温度において酸化クローム−酸化亜鉛または活性鋼のような固 定層基を越えてメタノールに変換されている。 超高分子重量ポリエチレンのポリマー処理の例は、本発明の圧力容器における高 い圧力及び温度が、以下のように与えられた強度特性を変態するように仮定され ている。例は一回型操作を示しているが、本圧力容器を使用して一回操作のみな らず連続操作も期待できることは明らかである。連続操作のために要求される吐 出口は、例えばチューブ１０の対向端のプラグ１２における二重導入口２１によ り容易に与えられる。　例 この例では、超高分子重量ポリエチレン（１目＋Ｎ（ｈ　＊ｅｌ＋＋＊ｌ＋＋　 ｗ＋１１ｂ＋　）ｏｌｙＮｋｌｌ＊ｓ：　Ｕ　ＨＭＷＰ　Ｅ）が、約６０．００ ０ｐｓ　ｉｇ　（４１４ＭＰａ）の圧力及び２２０℃の温度、７ｆｔ　（２，ｉ ｎ）長及び４インチ（１０，２ｃｍ）径の圧力容器１０の使用を仮定して変態さ れている。プラグは、プラグとチューブ璧との間の干渉嵌合に抗するために要求 される約５０．０００１　ｂ　ｓ　（２２２ＫＮ）の力で、チューブの一端から 約１分間で離れる。 電気チェーンホイストの使用により、チューブは、約１０秒間で水圧シリンダ、 プラグ及び枠を通過して旋回する。 ＵＨＭＷＰＥの試料はチューブの開口へ手で挿入され、チューブが所定位置へ戻 し下げられる。この操作には３０秒を要する。 要求される約５０、ＯＯＯＩｂｇ　（２２２ＫＮ）の力で、約１分間でプラグが チューブへ完全に挿入される。合計装填時間は３分間を下回る。 圧力容器は、五つのガスバーナーを使用して１時間近（２２０℃へ加熱される。 温度は２時間に亘つて２２０℃に保持され、圧力は、空気駆動ピストンポンプの 高圧の使用により６０．０ＯＯｐ　ｓ　ｉ　ｇ　（４１４ＭＰ＋ｌ　へ増加され る。前記圧力及び温度は、所定のＵＨＭＷＰＥｆ慇が達成されるまで更に２時間 に亘って保持され、次いで周囲状態へ減少する。 上述の処理によれば、プラグが除去されて試料が回収される。 当業者は、以上のように説明した本発明の教示の利点に幾多の変更を施すことが できる。このような変更は、添付の請求の範囲に記載された本発明の目的の範囲 内に包含されるものと解釈すべきである。 Ｎ 一 一 国際調査報告　。ＦＴ／ｌｌｅ。＋７１１１１１１フロントページの続き ２５４０１、マーテインズパーグ、スクラ・ソブル・ロード　４５１

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．高圧工程のための容器であって、 （ｉ）内部キャピテイがチューブの一端におけるテーバー状開口を通ヒて連通さ れ、充分な厚さのチューブ壁が所定の圧力に抗するチューブと、 （ｉｉ）前記テーバー状開口に挿入される可動な円筒ブラグと、（ｉｉｉ）前記 ブラグの一端が、前記テーバー状開口と共に干渉嵌合を与えるようにテーバー状 とされ、前記一端はブラグ壁を規定するキ＋ピテイを有し、ブラグ壁は、所定圧 力下では柔軟であり、且つ圧力の増大に従って前記テーバー状開口に対して押し 付けられる厚さを有することと、（ｉｖ）開口の内外へブラグ端を移動するため の力生成手段と、（ｖ）前記力生成手段を抑える外部枠と、（ｖｉ）ブラグ端の 移動期間中に前記チューブを静的に保持するための手段とを備える圧力容器。
2. ２．請求項１の圧力容器において、前記チューブは両端にテーバー状開口を有し 、且つ各開口に可動円筒ブラグを有する。
3. ３．請求項１の圧力容器において、ブラグ端を移動させるための前記力生成手段 は、圧力下でブラグの軸方向負荷を保持するために充分なスラストを有する外力 である。
4. ４．請求項３の圧力容器において、前記力生成手段は水圧シリンダである。
5. ５．請求項４の圧力容器において、前記水圧シリンダは圧力リリーフバルブを包 含する。
6. ６．請求項１の圧力容器は、前記チューブの外表面へ向けられた直火により加熱 される。
7. ７．請求項１の圧力容器において、前記ブラグ端は、そのテーバー面上にＯリン グ溝を有し、これはチューブの開口と共に干渉嵌合を有する。
8. ８．請求項１の圧力容器において、前記チューブを静的に保持するための前記手 段は、鋼板である。
9. ９．請求項２の圧力容器において、前記可動円筒ブラグは開口を包含する。
10. １０．請求項１の圧力容器は、上昇された温度における高圧のためのものである 。