KR810000083B1 - 압력 용기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

압력 용기

제1도는 본 발명의 제1 실시예의 부분 단면도.

제2도는 제1도의 2-2선에 따른 단면도.

제3-5도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 부분 단면도.

본 발명은 압력 용기의 구조개량에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 온도조절 자켓이 둘러싸인 개량 압력 용기에 관한 것이다.

화학공업 분야에서 사용하는 여러가지의 압력 용기 및 고압반용기들은 용기를 가열 또는 냉각시키는 수단을 필요로 하고 있다. 이 요구를 충족시키기 위해, 종래에 온도조절 자켓을 반용기에 용접시켜 용기주위에 환상공간을 만들고 여기를 통해서 열전달 유지를 순환시키는 방법이 행해져 왔었다.

비교적 저압에서 운전되는 압력 용기들은 통상 용접강판으로 제작된다. 일반적으로, 이와같은 용기에 온도조절 자켓을 용접한는데는 아무런 난제가 없는데, 그 이유는 이 용기는 용접에 적합한 강철제이기 때문이다.

그러나, 고압용기 및 고압반용기의 경우에는, 고압으로 운전되는 압력수준에 안전하게 대처하기 위한 것으로서 그와는 판이한 구조가 사용된다. 예를들면, 5000psi이상의 압력을 사용하는 압력용기는 일반적으로 상당한 두께, 예를들면 3인치(약 7.62cm)이상의 벽과 일반적으로 보통의 탄소강보다도 고력합금강으로 만든 용기벽을 사용한가. 그결과, 이와같은 압력용기의 구조에 사용한 재료는 용접에 적합하지 않게 된다.

점차로, 고압, 예를들면 5000psi이상의 압력에서 작동되는 용기는 전체를 단일 고력합금강 잉곳(ingot)을 단조하여 제조함으로써 용기구조의 용접필요성이 제거된다. 그러나, 온도조절 자켓의 필요성은 여전히 존재하며, 용기의 외부에 적당한 돌출부를 형성한 다음, 이 돌출부에 온도조절 자켓을 용접하는 것이 행해져 왔었다. 그러나, 이와같은 제작법 및 제품과 관련하여 몇가지 문제점이 있다. 예를들면, 용기의 재료가 용접에 적당하지 않기 때문에, 특정 고온에서 용접을 행하기 위해 버터링(buttering : 용접재의 박층을 용착하기 위해 아아크를 사용함)과 예열을 조심스럽게 조절하는 등의 광대한 용접전처리 조작이 필요 하다. 용접을 행한 후에, 마찬가지로 광범위한 용접후 열처리를 행해야 한다. 이러한 예방조치에도 불구 하고, 용접균열이 생기는 경향이 있으며, 자켓용접 부분에서 외관상 국부적인 변태일지라도 이와같은 균열은 확대되어서 용기의 본체에 전달되므로 용기의 조기파손을 일으키게 된다.

본 발명은 용접에 적합하지 않은 재료로 구조한 고압반용기에 온도조절 자켓을 용접하는데 있어서의 문제점을 용이하게 해결해 준다.

더욱 구체적으로 말하자면, 온도조절 자켓이 둘러싸인 본 발명의 개량압력 용기에 있어서는, 용기주위에 1개이상의 링(ring)이 배치되고, 또 이 링에 자켓이 용접되어 있다. 링주위에 배치된 것은 이 링이 응력(應力)에 견딜수 있게 상기 링을 반경방향으로 압축시키는 수단이다. 반경방향 압축수단은 제2링, 제1링 주위에 수축끼워 맞추거나(shrink fit), 또는 제1링 주위를 둘러싸는 벨트 또는 제1링을 둘러싸는 와이어일 수가 있다.

제1링은 압력 용기주위에 습동자재하게 장착하거나 또는 그 위에 수축끼워 맞추는 것이 좋다. 어떤 경우라할지라도, 링의 재료는 용접재이다.

압력 용기의 측벽은 일반적으로 단일 구조의 일체로 된 구조를 가지며, 응집에 적합하지 않은 고력합금으로 제조되고 또 제1링이 설치된 적어도 1개이상의 플랜지(flange)를 설비하는 것이 좋다. 반경방향 압축수단으로서 제2링을 사용하는 경우에는 이것은 일반적으로 고강도 재료, 예를들면 압력 용기의 벽을 구성하는데 사용된 재료와 비슷한 고력합금강으로 제조된다.

본 발명에 있어서는, 용접이 곤란한 합금강으로 제조한 단일벽을 갖는 고압반응기에 있어서, 용기 측벽의 주위에 용접강재로 된 링을 배치하고, 상기 용접강재를 반경방향으로 가압시킨 다음, 상기 용접강재에 온도조절 자켓을 용접함으로써 개량된 압력용기의 구조를 형성하는 것이다.

본 발명을 실시함에 의하면, 제1링에 온도조절 자켓을 용이하게 용접할 수 있다. 또한, 제1링에 자켓을 용접하는 결과로 발생하는 균열이 압력 용기의 벽에까지 전달되지 않는다. 또한, 상기 제1링은 최초에 인장응력을 크게받지 않으므로, 이 구조는 용기내의 압력이 정규 최대 운전압력을 초과하여 상당히 증가된다고 하드라도 파손되지 않는다. 그리하여, 본 발명에 의한 구조로서, 용기에 용접가능한 링 및 온도조절 자켓을 부착할 수 있고, 이 용기는 용기의 정규 최대운전 압력보다 대단히 증가된 압력에서 시험될 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부도면에 따라 상술하겠다.

제1도에서, 고압반응기 또는 용기측벽의 일부(10)를 나타내었다. 본 발명에서 사용되는 압력용기는 일반적으로 5000psi이상의 압력에서 운전되며, 3인치(약 7.62cm)이상의 벽두께를 갖는다. 전술한 바와같이, 이와같은 고압을 안전하게 유지하기 위하여 용기의 벽은 흔히 단일한 일체의 구조, 즉 압력용기는 흔히 고력합금강의 단일잉곳을 단조한 구조로 된다. 이와같은 재료는 용기내부의 높은 내압에 견디기에 충분한 강도를 갖지만, 전술한 바와같이 용기에 어떤 물체, 예를들면 온도조절 자켓을 용접하는 것은 일반적으로 어렵다. 비록, 용접을 행할 수 있을지라도 용접전 처리 및 용접후 처리가 오구된다. 또한, 전술한 바와같이 만약 온도조절 자켓을 직접 용기에 용접한다면, 용접조작의 결과로 생기는 균열이 용기벽에 전달되어 조기파손이 일어나게 된다.

제1도에 도시만 바와같이, 본 발명은 용기측벽(10)주위에 배치된, 바람직하게는 외측방(外側方) 플랜지 (14)주위에 배치된 용접강 링(12)을 설치함으로써 전술한 바와같은 문제점이 실제로 해결된다. 본 기술분야에 숙련된 사람들은 용접용으로 사용할 수 있는 강재 또는 기타 재료, 즉 용접전처리 또는 용접후처리를 하는 일이없이 용접될 수 있는 물질을 알 수 있을 것이다. 일반적으로, 이와같은 물질은 약 0.35%정도의 탄소함유량을 갖는 보통의 탄소강이다.

제1도 및 2도에 나타낸 바와같이, 용접탄소강 링(12)을 플랜지(14)주위에 배치하고, 온도조절 자켓(18)을 (20)에서 링(12)에 용접한다.

링 (12)는 최초에 플랜지(14) 주위에 습동자재하게 장착하는 것이 바람직하다. 그 후에, 제1도 및 2도의 실시예에서, 제2링(16)은 제1링(12) 주위에 수축끼워맞추기 한다. 제2링(16)은 고강도재, 예를들면 압력 용기의 벽(10)의 구조에 사용한 종류의 고력합금강재로 제조된다. 제2링(16)은 제1링(12)의 주위에 수축 끼워맞추어지기 때문에, 제2링(16)은 제1링(12)을 반경방향으로 압축시킨다. 그 결과, 링(12)은 플랜지 (14)의 외면을 압축하고, 따라서 플랜지(14) 및 링(12)사이에 액밀(液密)이 형성된다. 이 구조가 형성되면, 플랜지(14) 및 제1링(12)은 제2링(16)이 인장응력을 받으므로 압축응력을 받게된다. 이 요인은 용기를 시험하거나 또는 조작할 때에 제1링(12)에 가해지는 응력과 관련하여 중요하다. 따라서, 용기내의 압력이 높은 경우에, 용기가 반경방향으로 팽창되려는 경향이 있다. 이와같은 반경방향의 팽창은 플랜지(14)의 부분에서 수축끼워맞추기한 링(16)에 의하여 억제되게 된다. 수축끼워맞춘 링(16)은 고력합금재로 제조되므로, 압력용기의 외부 팽창으로 인한 응력저항에 적합하다. 그러나, 더욱 중요한 사실은, 용접탄소강 링(12)이 용기의 반경방향으로의 팽창의 결자로, 실질적으로 인장응력을 받지 않는다는 것이다. 그 이유는 이와같은 팽창이 수축끼워맞추어진 외부 링(16)에 의해 방해되기 때문이다. 그러므로, 제1링(12)은 주로 압축응력을 받는다. 이와같은 응력의 분포는 제2링(16)이 없고, 제1링(12)이 플랜지(14) 주위에 수축끼워 맞추어진 경우와 비교하면 현저하다. 이와같은 구조에서, 용기의 반경방향팽창은 링(12)에 있어서 상당한 인장응력을 부과할 것이다. 한편, 링(12)은 정규의 운전압력에서 이와같은 응력에 저항하는데 적합하게되며, 용기를 예를 들면 정규의 최대 운전압력이 1.5배의 압력에서 시험할때에 어렵게 된다. 그리하여, 만약 압력용기를 그의 최대 운전압력을 훨씬 초과한 압력에서 시험하고, 제1링(12)이 제2링(16)으로 둘러싸여 있지 않았다면, 제1링(12)에서의 응력은 링(12)을 구성한 물질의 항복점을 초과할 것이다. 이 결과는, 특히 링(12)을 용접제(일반적으로, 보통의 탄소강)로 제조한 사실에서 일어나며, 그러므로 링(12)은 용기의 구조물에 사용한 고력합금강과 동일한 강도특성을 갖지 않을 것이다.

그리하여, 본 발명의 구조물은, 제1도 및 제2도에 예시한 바와같이, 독특하게 제조된다. 즉, 링(12)에 용접재를 사용하고 여기에 온도조절 자켓을 고정시키는 한편, 링(16)에 링(12)을 적소에 유지시키고 링(12) 및 플랜지(14)사이에 소기의 시일(seal)을 형성한다. 또한, 제2링(16)은 용기의 반경방향으로부터 생기는 응력을 흡수하고 그에따라 링(12)이 주로 압축응력을 받도록 한다. 비록, 상기한 바와같은 응력특성이 현저하다할지라도, 본 발명의 실시예중 가장 중요한 것 중의 하나는 용접균열이 용기벽에 전달될 수 없다는 것이다. 그리하여, 온도조절 자켓을 링(12)에 용접할 때에 용접균 열이 일어나면, 이와같은 균열의 발생은 용기벽의 일체성에 손상을 주지 않을 것이다. 최악의 경우에만, 저압 온도조절 유체의 누출이 생길 뿐이다.

본 발명에 의하면, 자켓부착 고압반응기 제작의 개량법 및 이 방법의 실시의 결과, 조기파손에 대해 우수한 내성을 갖는 자켓부착 고압반응기를 얻을 수 있다는 사실을 알 수 있다.

제3도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것인바, 특히 제3도의 실시예에서 플랜지(14)의 중심 주연부는 안으로 깍여져서 환상공간부(24)를 형성한다. 그 결과, 플랜지(14) 및 링(12)의 사이의 지지면은, 링(12) 및 플랜지(14)의 잔여부분 사이의 압축압력이 증가함에 따라 감소하게 된다. 이러한 구조물을 사용 함으로써, 링(12)와 플랜지(14) 사이에 고압시일이 용이하게 얻어질 것이다. 여기서, 플랜지(14), 링(12) 및 링(16)사이에 어떤 형태의 고압시일이 존재하는 것이 바람직하다. 그 이유는 이들 부재를 통해 통공을 제공할 필요가 있기 때문이다. 이와같은 통공은 반응기의 내외부로 공정유체를 이송하기 위한 수단을 제공하는데 소요된다. 공정유체의 압력은 높으므로, 즉 5000psi이상이므로, 공정유체가 누출되지 않도록 하기 위해 고압시일이 요구된다.

이미 제1도에서 설명한 바와같이, 본 발명에 의해 링은 일반적으로 링(12)을 반경방향으로 압축하기 위한 수단으로 둘러싸여 있다.

제4도 및 제5도는 링(12)의 소기의 반경방향 압축을 얻기 위한 다른 구조를 나타낸 것이다. 제4도에서, (28)로 나타낸 바와같이, 링(12)은 장력을 받은 고강도의 강선으로 둘러싸인다. 이 원리를 사용하는 경우에, 와이어 보유벽(30)이 제공된다.

또는, 제5도에서 (32)로 나타낸 바와같이, 링(12)은 장력을 받은 고강도의 강제밴드로 둘러싸여 있고, 그에 따라 링(12)을 반경방향으로 압축하기 위한 소정의 응력이 제공된다.

제4도 및 제5도에서 (38)로 가상적으로 도시한 바와같이, 플랜지(14)의 일부를 제거하여 플랜지(14)와 링(12)사이의 압축응력을 증가시킨다.

본 발명에 대한 몇가지 실시예를 기재했으나, 본 기술분야의 숙련자들은 본 발명의 범위내에 해당하는 다른 실시예를 알 수 있을 것이다. 이와같은 실시예의 예로서, 처음에 용기에 습동자재하게 제1링을 장착 시키는 대신에, 제1링이 반경방향으로의 압축수단에 의해 둘러싸일 때까지 제1링을 적소에 유지하기 위해 가벼운 수축끼워맞춤 수단을 사용할 수 있다. 상기 ＂가벼운 수축끼워맞춤(light shrink fit)수단＂은 제1링을 적소에 유지하는데 충분한 수축끼워맞춤 수단을 의미하는 것이지만, 제1링의 항복점 이 용기의 시험 또는 사용도중에 초과될 정도의 장력을 제1링에 일으킬 정도로 크지는 않다.

Claims (1)

1. 온도조절 자켓이 둘러싸인 압력용기에 있어서, 용접재 링(12)을 상기 용기의 측벽(10)주위에 배치하여 이 링에 온도조절 자켓(18)을 용접하여 용기가 가압되는 도에 주로 상기 링이 압축응력을 받도록 이 링을 반경방향으로 압축시키기 위한 압축수단(16, 28 또는 32)을 상기 링주위에 둘러싸서 되는 것을 특징으로 하는 압력용기.

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