JPS5936145B2 - 圧力容器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、容器の周囲に温度制御ジャケットを備える
圧力容器に関するものである。

化学工業に使用される多数の圧力容器すなわち加圧反応
器は、その容器を加熱または冷却する手段を備えること
が要求される。

この要求を満足するため、温度制御ジャケットを反応容
器に溶接し、これによって容器の周囲に環状空間を画成
し、この空間を介して伝熱流体を循環させることが従来
より通常的に行われてきた。

比較的低圧力で稼動する圧力容器は、通常溶接を施した
鋼板により製造されている。

一般に、温度制御ジャケットをこの種の圧力容器に溶接
するにはさしたる困難はない。

その理由は、この容器は溶接に適した等級の鋼を材料と
しているからである。

しかしながら、高圧を保持する容器および反応器の場合
は、錯綜する高１「稼動レベルに安全に耐えるようにす
るために、異なる構成が使用される。

例えば５０００ ｐｓｉ （３５２ｋｇ／Ｃ４）以−Ｈ
の圧力を保持する圧力容器は、一般に実質壁圧は例えば
３インチ（７，３ｃｒｒＬ）以上であり、この容器壁部
を構成する材料は単なる炭素鋼よりはむしろ高力合金鋼
が通常使用される。

その結果、この種の圧力容器の構造に使用される材料は
溶接に充分適してはいないことになる。

最近では、高圧、例えば５０００ｐｓｉ（３５２ｋｇ／
ｃ４ ）以上の圧力で稼動する容器は、単一の高力合金
鋼のインゴットから一体成形することにより製造される
ようになり、容器の構造に溶接を施す必要性をなくして
いる。

しかしながら、この種の製造技術およびこれによって得
られる製品に関連して多数の問題が存在している。

例えば、容器の材料は溶接に最適のものではないので、
突合せ溶接（アークを使用して可溶接物質の薄層を溶着
させる）のような広範囲にわたる予備溶接が必要とされ
る。

また、同様に溶接を特定の高温度で行い得るように注意
深く制御した予備加熱が必要である。

溶接を行った後も、均等な広範囲の溶接後熱処理がされ
ねばならない。

これらの予備注意にも拘らず、溶接クラックが生ずる重
大な傾向があり、このクラックはジャケット溶接部にお
ける局部的な異常にみえても、次第に生長して容器の主
本体中に伝播し、遂には容器の初期破損を生ずるに至る
。

この明細書に披瀝する本発明は、容器が溶接に適してい
ない材料で構成されている場合に、温度制御ジャケット
を高圧反応容器に溶接するに際して生ずる問題の有効な
解決方法を提供するものである。

一層詳細には、本発明は、温度制御ジャケットを有しか
つそのジャケットから間隔を置いて配置された圧力容器
であって、前記圧力容器は単−一−一体の壁部で構成さ
れかつ一体的環状クラックで形成され、少な（とも１つ
のリングが前記フランジの周囲に完全に延在し、前記リ
ングは温度制御ジャケットの少なくとも１端部にのみ溶
接されかつ圧力容器壁部の引張強さより小さい引張強さ
を有する溶接可能の材料からなり、更にリング圧縮手段
が前記少なくとも１つのリングの周囲に完全に延在しか
つこれと接触し、前記圧縮手段は張力的に応力が加えら
れかつ前記少なくとも１つのリング圧縮手段によって前
記フランジに圧縮的に応力が加えられることを特徴とす
る圧力容器を提供するものである。

半径方向に圧縮する手段としては 第１リングの周囲に
焼嵌めした第２リングまたは第１リングの周囲に巻装し
たベルトまたは第１リングの周囲に巻装したワイヤの何
れでも有利に使用される。

第１リングは圧力容器の周囲に摺動自在に装着するか、
または容器に軽い焼嵌めされる。

何れの場合も、このリングを構成している材料は溶接可
能な材料である。

圧力容器の壁部は、一般にｍ＝体構造とするのが好まし
く、また溶接には必ずしも最適でない高力合金属で構成
することができ、さらには固着された第１リングの周囲
に外方に延在する少くとも１つのフランジを配設するこ
とができる。

第２リングを、半径方向への圧縮手段として使用すると
きは、圧力容器の壁部を構成するのに使用した材料と同
様の高力材料、例えば高力合金鋼で構成する。

本発明を実施することにより、温度制御ジャケットは容
易に第１リングに溶接される。

加えて、ンヤケットを第１リングに溶接する結果として
生じるいかなるクラックも、圧力容器の壁部に伝播する
ことはない。

また、先に述べた第１リングは、実質的に如何なる程度
にも最初引張的に応力を受けることはないので、たとえ
容器中の圧力が実質的に通常の最大稼動圧力以上に増加
しても、この構造が破壊することはない。

このように、本発明の構成によれば、溶接可能なリング
と温度制御ジャケットとは容器に装着することができ、
次いでこの容器は容器の通常の最大稼動圧力よりも実質
的に大きい圧力で試験することができる。

本発明の目的および利点は、添付図面を参照してなされ
る次の説明から明らかとなるであろう。

第１図には、高圧反応器すなわち容器の壁部の一部分１
０が示されている。

本発明が実施される型式の圧力容器は、一般に５０００
ｐｓｉ （３５２ｋｇ／ｃ４）よりも大きい圧力で稼
動し、かつ３インチ（７，３に７７１）またはそれ以上
の範囲にある壁厚を有している。

先に説明したように、この高圧を安全に保持するため、
この種の容器の壁部はしば（〜ば単一の一体構造ででき
ている。

すなわち、圧力容器はしばしば高力合金鋼の単一インボ
ッ）・から成形される。

この種の材料は容器中の高い内部圧力に抗する適当な強
度を付与する一方、先に説明したようにいかなる材料で
も、例えば温度制御ジャケットを容器に直接溶接するの
は一般に困難である。

この溶接を実効あらしめるには、実質的な予備溶接処理
と後溶接処理とが必要である。

加えて、先に説明したように、温度制御ジャケットを容
器本体に直接溶接すると、溶接作業の結果クランクが発
達して容器中に伝播し、初期破壊を生ずる。

第１図に示すように、本発明は先に述べた問題を、溶接
可能な鋼リング１２を容器壁部１０の周囲でかつ好まし
くは外方に指向するフランジ１４の周囲に配置すること
により実質的に解決するものである。

この発明が属する技術分野における当業者であれば、鋼
またはその他の材料で可溶抜性を特徴とするもの、すな
わちいかなる予備溶接処理および後溶接処理も要するこ
となく溶接し得る材料を覚知するであろう。

一般に、この種の材料は、略０．３５パーセントより大
きくなし・炭素量を有する普通の炭素鋼である。

第１図および第２図に示すように、溶接幅能な炭素鋼リ
ング１２をフランジ１４の周囲に配置する。

リング１２は、最初フランジ１４の周囲に摺動自在に装
着するのが好ましい。

その後に、第１図および第２図に示す実施例では、第２
リング１６を第１リング１２の周囲に焼嵌しついで温度
制御ジャケット１８をリング１２に参照符号２０で示す
ように溶接する。

この第２リング１６は、高力材料、例えば圧力容器の壁
部１０を構成するのに使用した型式の高力合金鋼材料で
構成される。

第２リング１６は第１リング１２の周りに焼嵌めされる
ために、この第２リング１６は第１リング１２を半径方
向に圧縮するように機能する。

その結果、リング１２がフランジ１４の外面に向けて圧
縮され、フランジ１４とリング１２との間には流体蜜月
が施される。

このように構成することにより、フランジ１４と第１リ
ング１２には圧縮応力が加えられ、他方第２リンク゛１
６は引張的に応力が加えられることが諒解されよう。

容器を稼動したり試験するに際し、第１リング１２に加
わる応力に関してこの要素が重要となる。

例えば、容器中の圧力が高くなると、容器は半径方向に
ふくらむ傾向がある。

この半径方向へのふくらみは、焼嵌めしたリング１６に
よってフランジ１４の帯域中に制限される。

焼嵌めリング１６は高力合金材料で構成されているので
、圧力容器の外方への膨隆によって生ずる応力に抗ずろ
のに良く適している。

しかしながら、一層重要なことは、容器が半径方向に膨
隆１−でも、このふくらみは焼嵌めした外側リング１６
により阻止されるので、溶接可能な炭素鋼リング１２に
は実質的な引張応力は加わらないことである。

従って、第１リング１２には最初側圧支持応力が加わる
ことになる。

第２リング１６が仮定的に存在せず、第１リング１２が
フランジ１４の周囲に焼嵌めされて℃・る場合に存在す
るであろう状態を比較すれば、このような応力配分は重
要である。

このような構成では、容器が半径方向に膨隆すると、リ
ング１２に実質的な引張応力が加わる。

一方リング１２は通常の稼動圧力ではこの種の応力に抗
するよう適切に設計されているが、容器が、例えば通常
の最大稼動圧力のし５倍の圧力で試験されると、困難な
問題が生ずる。

従って、圧力容器をその通常の最大稼動圧力を遥かに超
過した圧力で試験が行われたり、また第１リング１２に
第２リングが囲繞配置されていない場合は、リング１２
中の応力はそのリング１２を構成する材料の降伏点を超
過する可能性がある。

リング１２は溶接可能な材料（一般に普通の炭素鋼）で
構成され、従ってリング１２は容器本体の構造に使用さ
れる高力合金鋼と同じ強度特性を保有していないため、
これらの結果は殊に生じ易し・０ 第１図および第２図の実施例で説明したように、本発明
に係る組合せは、独特の共作用を行って、リング１２は
温度制御ジャケットが固着される溶接可能な材料を提供
し、一方リング１６はリング１２を所定位置に保持して
ジャケット１８との溶接を容易にすると共にリング１２
とフランジ１４との間に所望の密封を施すものである。

加えて、第２リング１６は、容器の半径方向への膨隆に
より生ずる応力を吸収し、これによってリング１２に主
として側圧支持応力が加わく）ようにする。

先に説明した応力配分特性も重要ではあるが、本発明に
係るこの実施例および他の実施例の最も重要な特徴は、
溶接クラックは容器壁部中に伝播しないとい５８実であ
る。

従って、温度制御ジャケットをリング１２に溶接する際
に何らかの溶接クラックが生じても、この種のクラック
の生長は容器壁部の一体性を損うことはない。

最悪の場合でも、低圧の温度制御用流体の漏洩が生ずる
だけである。

このように、本発明は、初期破壊に優れた対抗力を有す
るジャケット付きの高圧反応器を提供するものである。

第３図を参照すると、本発明の別の実施例が示されてい
る。

詳細には、第３図の実施例では、フランジ１４の外周中
心部は切欠かれて環状空間２４が設けられている。

その結果、フランジ１４とリング１２との間の支持面帯
域は狭くなり、必然的にリング１２とフランジ１４の残
余部との間の支持圧力は増大する結果を伴う。

この構造を使用することによって、より高度の密封圧力
がリング１２とフランジ１４との間に容易に得られる。

この点について、なんらかのタイプの高圧密封がフラン
ジ１４、リング１２およびリング１６の間に存在するこ
とが一般に望ましいことに留意する必要がある。

その理由は、これらの部品を貫通する開口部を配設する
必要があるからである。

この開口部は処理流体を反応器中に流入・流出させる手
段を配設するために要求される。

処理流体の圧力は、例えば、５０００ ｐｓｉ （３５
２に９７ｃｍ ）以上に高くなるので、この処理流体が
漏洩しないように高圧密封が必要とされる。

第１図に関して先に説明したように、本発明によれば、
リング１２は一般に半径方向にリング１２を圧縮する手
段によって囲繞されている。

第４図および第５図は、リング１２を所望の半径方向に
圧縮するための構成を選択的に示す。

第４図において参照符号２８で示すように、リング１２
は高張力鋼ワイヤで巻装してもよい。

この方法を使用する場合は、ワイヤを保持するための壁
部３０が配設される。

選択的に、第５図において参照符号３２で示すヨウに、
リング１２は高張力鋼ベルトで巻装して、リング１２を
半径方向に圧縮する所望の応力を加えてもよい。

第４図および第５図において参照符号３８で示す想像線
で指示するように、フランジ１４の一部を除去してフラ
ンジ１４とリング１２どの間の側圧支持応力を増大させ
てもよい。

本発明の実施例につき多数開示したが、当該技術分野に
おける当業者であれば他の実施例を看取することができ
るものであり、これは特許請求の範囲により定義したよ
うに本発明の範囲内に含まれるものである。

この種の別の実施例としては、第１リングを容器に最初
に摺動自在に装着するよりも、軽焼嵌めを使用してこの
第１リングを所定の位置に保持し、その後リングを半径
方向への圧縮手段により囲繞してもよい。

この「軽焼嵌め−１という語は、第１リングを所定位置
に保持するには充分であるが、第１リング中の引張応力
を誘起して容器の試験乃至使用中に第１リングの降伏点
を超過する大きさに至らない程度の焼嵌めを意味するも
のとして使用される１つ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の一部断面図、第２図は第１
図の２−２線断面図、第３図乃至第５図は本発明の別の
実施例の一部断面図である。 １０・・・・・・容器の壁部、１２・・・・−・第１リ
ング、１４・・−・・・フランジ、１６・−・・−第２
リング、１８・−・・・・温度制御ジャケット、２４・
・・・・・環状空間、３０・・・・・・壁部、３２・・
・・・・ベルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 温度制御ジャケットを有しかつそのジャケットから
   間隔を置いて配置された圧力容器であって、前記圧力容
   器は単−一体の壁部で構成されかつ一体的環状フランジ
   で形成され、少なくとも１つのリング１２が前記フラン
   ジ１４の周囲に完全に延在し、前記リング１２は温度制
   御ジャケットの少なくとも１端部にのみ溶接されかつ圧
   力容器壁部の引張強さより小さい引張強さを有する溶接
   可能の材料からなり、史にリング圧縮手段１６，２８ま
   たは３２が前記少なくとも１つのリングの周囲に完全に
   延圧しかつこれと接触し、前記圧縮手段は張力的に応力
   が加えられかつ前記少なくとも１つのリングはリング圧
   縮手段によって前記フランジに圧縮的に応力が加えられ
   ることを特徴とする圧力容器。 ２ 前記リング圧縮手段は前記少なくとも１つの溶接可
   能のリングの周囲に巻装したワイヤからなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の圧力容器。 ３ 前記少なくとも１つのフランジの外周中心部が切欠
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の圧力容器。 ４ 前記リング圧縮手段は前記少なくとも１つの溶接可
   能のリングの周囲に巻装したベルトからなる特許請求の
   範囲第１乃至第３項のいずれか１つに記載の圧力容器。 ５ 前記リング圧縮手段は前記少なくとも１つの溶接可
   能のリングの周囲に焼嵌めした第２リングからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１乃至第３項のいずれか
   １つに記載の圧力容器。