WO2018097128A1

WO2018097128A1 - 圧力容器

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Publication number: WO2018097128A1
Application number: PCT/JP2017/041813
Authority: WO
Inventors: 敏之坂田; 信之本間; 茂樹坂倉; 高平鶴ヶ谷; 角田　大輔
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-05-31
Also published as: CN109906352A; EP3974761B1; EP3546877B1; EP3546877A4; US11177046B2; CA3042875A1; US20190267144A1; EP3546877A1; DK3546877T3; EP3974761A1; CA3042875C; JP7035308B2; JP2018084396A; CN109906352B

Abstract

圧力容器（１０）は、流体が流れる流路が設けられ、矩形の断面形状を有し、流体の流れ方向に延びて形成されている圧力容器本体（１２）と、圧力容器本体（１２）の長手方向の少なくとも一端側に設けられ、円形の断面形状を有する本体フランジ（１４）と、を備え、圧力容器本体（１２）と、本体フランジ（１４）と、を連結する連結体（２２）を含み、連結体（２２）は、本体フランジ（１４）と接続され、円形の断面形状を有し、筒状に形成される本体フランジ接続部（２４）と、圧力容器本体（１２）と接続され、本体フランジ接続部（２４）より外形が大きく、筒状に形成される圧力容器本体接続部（２６）と、本体フランジ接続部（２４）と、圧力容器本体接続部（２６）とを接続し、圧力容器本体接続部（２６）から本体フランジ接続部（２４）に向けて形状が除々に小さくなるように変化して筒状に形成される連結部（２８）と、を有する。

Description

圧力容器

　本開示は、圧力容器に関する。

　反応器（リアクタ）、熱交換器等の圧力容器では、一次流体と、二次流体との間で熱交換を行うことにより、反応物の生成や、加熱・冷却等が行われている。特表２０１２－５２５５６２号公報（特許文献１）には、熱交換器からなる圧力容器が記載されている。

特表２０１２－５２５５６２号公報

　ところで、図１は、従来の圧力容器１００の構成を示す概略図である。従来の反応器（リアクタ）、熱交換器等の圧力容器１００は、流体が流れる流路が設けられる胴部１０２と、胴部１０２の長手方向の少なくとも一端側に設けられる胴フランジ１０４と、を備えている。胴部１０２は、矩形の断面形状を有している。胴フランジ１０４は、円形の断面形状を有している。胴フランジ１０４は、例えば、蓋体１０６の蓋フランジ１０８と、ボルト１１０等の締結部材で開閉可能に締結されている。胴部１０２は、胴部１０２の一端側が胴フランジ１０４に挿入されて嵌合されており、胴フランジ１０４と溶接等により接合されている。

　胴フランジ１０４に嵌合されている胴部１０２の部位には、胴フランジ１０４と、蓋フランジ１０８とをボルト１１０等の締結部材で締結するときの締結荷重が負荷される。胴部１０２と、胴フランジ１０４との断面形状が異なることから断面形状が不連続となるので、締結荷重により胴部１０２のエッジ等に過大な負荷が生じる可能性がある。より詳細には、胴フランジ１０４に挿入して嵌合されている胴部１０２の一端側の嵌合部位の角等に、過大な負荷が生じる可能性がある。このため、胴部１０２への締結荷重の負荷を抑えるために、胴フランジ１０４の板厚を大きくする必要があるので、圧力容器１００の製造コストが増加する場合がある。

　そこで本開示の目的は、製造コストをより低減可能な圧力容器を提供することである。

　本開示に係る圧力容器は、流体が流れる流路が設けられ、矩形の断面形状を有し、流体の流れ方向に延びて形成されている圧力容器本体と、前記圧力容器本体の長手方向の少なくとも一端側に設けられ、円形の断面形状を有する本体フランジと、を備え、前記圧力容器本体と、前記本体フランジと、を連結する連結体を含み、前記連結体は、前記本体フランジと接続され、円形の断面形状を有し、筒状に形成される本体フランジ接続部と、前記圧力容器本体と接続され、前記本体フランジ接続部より外形が大きく、筒状に形成される圧力容器本体接続部と、前記本体フランジ接続部と、前記圧力容器本体接続部とを接続し、前記圧力容器本体接続部から前記本体フランジ接続部に向けて形状が除々に小さくなるように変化して筒状に形成される連結部と、を有する。

　本開示に係る圧力容器において、前記圧力容器本体接続部は、矩形の断面形状を有しており、前記連結部は、前記圧力容器本体接続部と接続される一端が矩形で形成され、前記本体フランジ接続部と接続される他端が円形で形成され、前記圧力容器本体接続部と接続される一端から前記本体フランジ接続部と接続される他端に向けて断面形状が矩形から円形に徐々に変化して形成してもよい。

　本開示に係る圧力容器において、前記圧力容器本体接続部は、円形の断面形状を有しており、前記連結部は、円錐状、半球状または半楕円状に形成してもよい。

　本開示に係る圧力容器において、前記本体フランジ接続部は、前記圧力容器本体の長手方向に延びて形成してもよい。

　上記構成の圧力容器によれば、圧力容器本体を本体フランジに直接取り付ける必要がないので、本体フランジをボルト等の締結部材で締結するときの締結荷重が、圧力容器本体に負荷されることを抑制できる。これにより、本体フランジの板厚をより小さくすることができるので、圧力容器の製造コストをより低減可能となる。

従来の圧力容器の構成を示す概略図である。本開示の第１の実施の形態において、圧力容器の構成を示す概略斜視図である。本開示の第１の実施の形態において、圧力容器の構成を示す概略側面図である。本開示の第２の実施の形態において、圧力容器の構成を示す概略斜視図である。本開示の第２の実施の形態において、圧力容器の構成を示す概略側面図である。本開示の第３の実施の形態において、圧力容器の構成を示す概略斜視図である。本開示の第３の実施の形態において、圧力容器の構成を示す概略側面図である。

　以下に本開示の各実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

［第１実施形態］
　本開示の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図２は、圧力容器１０の構成を示す概略斜視図である。図３は、圧力容器１０の構成を示す概略側面図である。圧力容器１０は、例えば、反応器（リアクタ）、熱交換器等で構成されている。圧力容器１０は、圧力容器本体１２と、圧力容器本体１２の長手方向の少なくとも一端側に設けられる本体フランジ１４と、を備えている。

　圧力容器本体１２は、流体が流れる流路が設けられており、矩形の断面形状を有し、流体の流れ方向に延びて形成されている。圧力容器本体１２は、例えば、直方体形状等に形成されている。圧力容器本体１２は、ステンレス鋼、Ｎｉ（ニッケル）合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。圧力容器本体１２は、流体が流れる流路（図示せず）を有している。流路は、１つ設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。流路は、圧力容器本体１２の長手方向に沿って形成されているとよい。流路は、直線状に形成されていてもよいし、蛇行して形成されていてもよい。流路には、触媒部材やフィン等の流路内部品が配置されていてもよい。圧力容器本体１２の長手方向の一端面には、流路と連通し、流体が出入りする流体出入口（図示せず）が設けられていてもよい。

　本体フランジ１４は、圧力容器本体１２の長手方向の少なくとも一端側に設けられている。本体フランジ１４は、圧力容器本体１２の一端側に離間して設けられている。本体フランジ１４は、円形の断面形状を有している。本体フランジ１４は、ウェルドネックフランジ（突合せ溶接式フランジ）で構成することが可能である。本体フランジ１４の開口部の形状は、円形状等に形成されているとよい。本体フランジ１４は、本体フランジ１４の周縁部に、ボルト１６等の締結部材で締結するための締結穴を有している。本体フランジ１４は、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。

　圧力容器１０は、蓋体１８を備えているとよい。蓋体１８は、ドーム状等に形成されている。蓋体１８には、蓋フランジ２０が設けられている。蓋フランジ２０は、円形の断面形状を有している。蓋フランジ２０は、蓋体１８と溶接等で接合されている。蓋フランジ２０は、蓋フランジ２０の周縁部に、本体フランジ１４とボルト１６等の締結部材で締結するための締結穴を有している。蓋体１８と、蓋フランジ２０とは、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。

　圧力容器１０は、このような本体フランジ１４と、蓋フランジ２０とを有する開放機構を備えているとよい。圧力容器１０は、このような開放機構を備えることにより、開放点検、メンテナンス等が可能となる。なお、圧力容器１０は、蓋フランジ２０に代えて、本体フランジ１４と、他の構造物を取り付けたフランジとの組み合わせからなる開放機構を備えていてもよい。

　圧力容器１０は、圧力容器本体１２と、本体フランジ１４とを連結する連結体２２を含んでいる。連結体２２は、圧力容器本体１２と、本体フランジ１４との間に設けられている。連結体２２は、圧力容器本体１２と、本体フランジ１４とを連結する機能を有している。連結体２２は、本体フランジ１４と接続される本体フランジ接続部２４と、圧力容器本体１２と接続される圧力容器本体接続部２６と、本体フランジ接続部２４と、圧力容器本体接続部２６とを接続する連結部２８と、を有している。連結体２２の長さは、例えば、約１６０ｍｍとするとよい。

　圧力容器本体１２と、本体フランジ１４との間には連結体２２が取り付けられるので、圧力容器本体１２を本体フランジ１４に直接取り付けることを避けることが可能となる。これにより、本体フランジ１４をボルト１６等の締結部材で締結するときに、圧力容器本体１２に締結荷重が負荷されることを抑制できる。

　また、本体フランジ１４に圧力容器本体１２が直接取り付けられていないので、本体フランジ１４の板厚をより小さくすることが可能となる。例えば、圧力容器１０に４００℃で内圧が２ＭＰａ作用する場合には、従来のフランジの板厚は約９０ｍｍ必要となるが、連結体２２を設けた場合には、本体フランジ１４の板厚を約６０ｍｍにすることができる。このように、本体フランジ１４の板厚をより小さくすることが可能なので、例えば、ＪＩＳ規格等に規定されている規格フランジを適用することも可能である。また、本体フランジ１４の板厚をより小さくすることが可能なので、圧力容器１０の製造コストを低減することができる。連結体２２は、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、低合金鋼、炭素鋼等で形成されている。連結体２２は、圧力容器本体１２や本体フランジ１４と同じ材料で形成されているとよい。連結体２２は、切削加工や塑性加工等の金属材料の一般的な機械加工で形成することができる。

　本体フランジ接続部２４は、本体フランジ１４と接続されており、円形の断面形状を有し、筒状に形成されている。本体フランジ接続部２４は、本体フランジ接続部２４の少なくとも一部が、本体フランジ１４の開口部に挿入されて嵌合されていてもよい。本体フランジ接続部２４は、本体フランジ１４と溶接等で接合されている。本体フランジ接続部２４と、本体フランジ１４とは、断面形状が円形状であるので、断面形状が連続している。これにより、本体フランジ１４をボルト１６等の締結部材で締結するときに、本体フランジ接続部２４への締結荷重の過大な負荷が抑制される。

　圧力容器本体接続部２６は、圧力容器本体１２と接続されており、本体フランジ接続部２４より外形が大きく、筒状に形成されている。圧力容器本体接続部２６は、圧力容器本体１２の一端側を挿入して嵌合可能に形成されている。圧力容器本体接続部２６は、本体フランジ接続部２４より外形が大きく形成されている。圧力容器本体接続部２６は、圧力容器本体１２と溶接等で接合されている。

　圧力容器本体接続部２６は、角筒状に形成されているとよい。圧力容器本体接続部２６が角筒状に形成されている場合には、圧力容器本体接続部２６と圧力容器本体１２との断面形状が矩形状であるので、断面形状が連続している。これにより、圧力容器本体１２や圧力容器本体接続部２６に作用する応力負荷が緩和される。圧力容器本体接続部２６は、例えば、矩形穴が設けられた矩形板等で形成されているとよい。

　連結部２８は、本体フランジ接続部２４と、圧力容器本体接続部２６とを接続し、圧力容器本体接続部２６から本体フランジ接続部２４に向けて形状が除々に小さくなるように変化して筒状に形成されている。例えば、本体フランジ接続部２４が円筒状に形成されており、圧力容器本体接続部２６が角筒状に形成されている場合には、連結部２８は、圧力容器本体接続部２６から本体フランジ接続部２４に向けて、角筒状から円筒状に形状が除々に小さくなるように変化して筒状に形成されているとよい。すなわち、連結部２８は、圧力容器本体接続部２６と接続される一端が矩形で形成され、本体フランジ接続部２４と接続される他端が円形で形成され、圧力容器本体接続部２６と接続される一端から本体フランジ接続部２４と接続される他端に向けて断面形状が矩形から円形に徐々に変化して形成されているとよい。連結部２８は、本体フランジ接続部２４及び圧力容器本体接続部２６と一体的に形成されていてもよいし、別体で形成した後に溶接等で接合されていてもよい。

　なお、圧力容器本体接続部は、本体フランジ接続部より外形が小さく、筒状に形成されていてもよい。この場合には、連結部は、本体フランジ接続部と、圧力容器本体接続部とを接続し、圧力容器本体接続部から本体フランジ接続部に向けて形状が除々に大きくなるように変化して筒状に形成される。例えば、本体フランジ接続部が円筒状に形成されており、圧力容器本体接続部が角筒状に形成されている場合には、連結部は、圧力容器本体接続部から本体フランジ接続部に向けて、角筒状から円筒状に形状が除々に大きくなるように変化して筒状に形成されているとよい。

　上記構成の圧力容器によれば、圧力容器本体と、本体フランジとの間には連結体が取り付けられるので、圧力容器本体を本体フランジに直接取り付ける必要がない。このため、本体フランジをボルト等の締結部材で締結するときの締結荷重が、圧力容器本体に負荷されることを抑制できる。これにより、本体フランジの板厚をより小さくすることができるので、圧力容器の軽量化や圧力容器の製造コストをより低減可能となる。

［第２実施形態］
　次に、本開示の第２実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図４は、圧力容器３０の構成を示す概略斜視図である。図５は、圧力容器３０の構成を示す概略側面図である。なお、同様な構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態の圧力容器３０では、連結体３２における圧力容器本体接続部３４と、連結部３６との構成が、第１実施形態の圧力容器１０と相違している。

　連結体３２の圧力容器本体接続部３４は、本体フランジ接続部２４よりも外形が大きく、円形の断面形状を有し、筒状に形成されている。圧力容器本体接続部３４は、例えば、円形のリング等で形成されているとよい。圧力容器本体接続部３４は、圧力容器本体の一端側を挿入して嵌合可能に形成されている。圧力容器本体接続部３４は、例えば、外径が約６００ｍｍ、板厚が約９０ｍｍのリング状に形成することができる。圧力容器本体接続部３４は、圧力容器本体１２と溶接等で接合されている。

　連結体３２の連結部３６は、本体フランジ接続部２４と、圧力容器本体接続部３４とを接続し、圧力容器本体接続部３４から本体フランジ接続部２４に向けて形状が除々に小さくなるように変化して筒状に形成されている。連結部３６は、本体フランジ接続部２４が円形の断面形状を有し、圧力容器本体接続部３４が円形の断面形状を有していることから、円錐状、半球状または半楕円状に形成されているとよい。連結部３６は、例えば、圧力容器本体接続部側の内径が約５５０ｍｍ、本体フランジ接続部側の内径が約４５０ｍｍ、長手方向の幅が２００ｍｍ、板厚が約３０ｍｍで形成することができる。連結部３６が円錐状、半球状または半楕円状に形成されていることから、連結部３６の形状を簡素化することができるので、連結体３２の形成が容易になる。連結部３６は、本体フランジ接続部２４及び圧力容器本体接続部３４と一体的に形成されていてもよいし、別体で形成した後に溶接等で接合されていてもよい。なお、連結体３２の材質や形成方法については、第１実施形態の連結体２２と同様であるので、詳細な説明を省略する。

　上記構成によれば、連結体は、本体フランジ接続部と、圧力容器本体接続部とが円形の断面形状を有しており、連結部が、円錐状、半球状または半楕円状に形成されるので、第１実施形態の効果に加えて、連結体を容易に形成することが可能となる。

［第３実施形態］
　次に、本開示の第３実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図６は、圧力容器４０の構成を示す概略斜視図である。図７は、圧力容器４０の構成を示す概略側面図である。なお、同様な構成には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第３実施形態の圧力容器４０では、連結体４２における本体フランジ接続部４４の構成が、第１実施形態の圧力容器１０と相違している。

　連結体４２の本体フランジ接続部４４は、本体フランジ１４と接続されており、円形の断面形状を有し、筒状に形成されている。本体フランジ接続部４４は、圧力容器本体１２の長手方向に延びて形成されている。本体フランジ接続部４４は、例えば、円筒状に、圧力容器本体１２の長手方向に延びて形成されている。これにより、本体フランジ接続部４４の中に、部品等を配置する空間を設けることができる。このように、本体フランジ接続部４４は、部品等を配置する空間を設けるために、圧力容器本体１２の長手方向に延びて形成してもよい。連結体４２の長さは、例えば、約４００ｍｍとしてもよい。なお、連結体４２の材質や形成方法については、第１実施形態の連結体２２と同様であるので、詳細な説明を省略する。

　上記構成によれば、連結体の本体フランジ接続部は、圧力容器本体の長手方向に延びて形成されているので、第１実施形態の効果に加えて、本体フランジ接続部に部品等を配置することが可能となる。

　本開示は、圧力容器の軽量化や圧力容器の製造コストをより低減可能なので、反応器（リアクタ）、熱交換器等に有用なものである。

Claims

　圧力容器であって、
　流体が流れる流路が設けられ、矩形の断面形状を有し、流体の流れ方向に延びて形成されている圧力容器本体と、
　前記圧力容器本体の長手方向の少なくとも一端側に設けられ、円形の断面形状を有する本体フランジと、
　を備え、
　前記圧力容器本体と、前記本体フランジと、を連結する連結体を含み、
　前記連結体は、
　前記本体フランジと接続され、円形の断面形状を有し、筒状に形成される本体フランジ接続部と、
　前記圧力容器本体と接続され、前記本体フランジ接続部より外形が大きく、筒状に形成される圧力容器本体接続部と、
　前記本体フランジ接続部と、前記圧力容器本体接続部とを接続し、前記圧力容器本体接続部から前記本体フランジ接続部に向けて形状が除々に小さくなるように変化して筒状に形成される連結部と、
　を有する、圧力容器。
　請求項１に記載の圧力容器であって、
　前記圧力容器本体接続部は、矩形の断面形状を有しており、
　前記連結部は、前記圧力容器本体接続部と接続される一端が矩形で形成され、前記本体フランジ接続部と接続される他端が円形で形成され、前記圧力容器本体接続部と接続される一端から前記本体フランジ接続部と接続される他端に向けて断面形状が矩形から円形に徐々に変化して形成される、圧力容器。
　請求項１に記載の圧力容器であって、
　前記圧力容器本体接続部は、円形の断面形状を有しており、
　前記連結部は、円錐状、半球状または半楕円状に形成されている、圧力容器。
　請求項１に記載の圧力容器であって、
　前記本体フランジ接続部は、前記圧力容器本体の長手方向に延びて形成されている、圧力容器。
　請求項２に記載の圧力容器であって、
　前記本体フランジ接続部は、前記圧力容器本体の長手方向に延びて形成されている、圧力容器。
　請求項３に記載の圧力容器であって、
　前記本体フランジ接続部は、前記圧力容器本体の長手方向に延びて形成されている、圧力容器。