Brevet FR2284806A1 — publié le 19760409

La présente invention concerne un appareillage pour le fonctionnement sous de hautes pressions, Muni d'une paroi corps posée et le procédé pour sa fabrication. On sait que le progrès métallurgique dans la recherche d' aciers nouveaux aptes à posséder des caractéristiques mécaniques élevées en union avec de bonnes qualités de soudure, est très lent par rapport au développement technique des nouveaux produits industriel s dont la production en quantités rexarquables et d'une qualité de pureté élevée exige dans la plupart des cas la construction d'appareillages fonctionnant sous pressions de dimensions très importantes, de poids et d'épaisseur remarqua- bles. De ce fait, il en résulte un coût de construction élevé, des difficultés pour le transport et l'assemblage pour des appareillages, lesquels dans les installations chimiques et pétrochimiques constituent le coeur de l'installation. Il ne reste donc qu'à opérer sur les procédés constructifs pour réduire les coûts. Déjà dans le passé on a fait des tentatives pour diminuer l'épaisseur des appareils en utilisant des techniques constructives s'adaptant à la soudure de matériaux présentant des épaisseurs faibles et avec des tales superposées présentant des Ca- ractéristiques açcaniques élevées (Systèmes Multilayer et Coilayer), ou bien des matériaux ayant des épaisseurs moyennes avec des tôles superposées présentant des caractéristiques mécaniques (Système multiwall), toutefois si quelque succès a été obtenu, celui-ci n'a pas entraîné la réduction d'épaisseur désirée, en conséquence de l'incertitude par rapport au contrôle des sollicitationsv préalables induites sur des matériaux pendant l'assemblagepréalable des viroles. En outre par les moyens connus, le coût de construction est encore plus élevé en conséquencede la complexité des systèmes eux-mêmes, lesquels ne réalisent pas des économies significatives. Dans un brevet d'invention (brevet italien 924983 du 1/7/ 1972 au nom des mêmes inventeurs de la présente invention, on a décrit un appareillage présentantìdes épaisseurs inférieures 6 celles des techniques précédemment décrites. Le dit appareillage, tout en présentant des caractéristiques mécaniques élevées d'une manière remarquable et des épais- seurs sensiblement réduites par rapport aux appareillages construits selon d'autres procédés, présente toutefois quelques limitations d'emploi dans le champs des températures très élevées, où il y a l'intervention de phénomènes de fluage visqueux, entraînant un relâchement des tensions élastiques résidues avec la réduction conséquente de la résistance mécanique de la paroi. Pour remédier à cette limitation d'emploi les mêmes inventeurs ont breveté (brevet italien NO 933617 du 1/12/1972) un appareillage apte d'une manière analogue aux buts décrits, où la résistance mécanique de l'ensemble est obtenue en réalisautcune pluralité supérieure de couches en matériaux métalliques différents, soit par leur nature même ou par la composition chimique ou par traitement thermique ou mécanique. Le dit appareillage tout en éliminant les limites d'exploitation précitées, du point de vue constructif présente quelques difficultés dues essentiellement au fait que les diverses couches doivent être calées progressivement avec des tolérances convenables, afin de réaliser un système axialement uniforme et autant que possible exempt d'états pas homogènes de tensions résiduées. Il est bien connu en effet que lors de la superposition de deux couches métalliques concentriques, alors que le rayon extérieur de la couche intérieure est différent du rayon intérieur de la couche extérieure, l'accouplement entre les deux couches sera lâche ou forcé et inégal au droit de chaque secteur axial, de manière que l'appareillage résultant, à l'endroit de sa partie cylindrique, ne sera pas assimilable à un système plat ; en outre l'enfilage des viroles extérieures l'une après l'autre sur le corps cylindrique intérieur peut créer des problèmes pas négligeables de grippage de la virole extérieure sur le corps cylindrique intérieur alors que le corps cylindrique présente une grande longueur. De l'exposé qui précède on peut déduire que le problème à résoudre est celui de trouver des appareillages aptes à résister à des pressions élevées tout en présentant des épaisseurs inférieures de celles des appareils tradiStionnels par exemple du type Multilayer ou Multiwall, en maintenant intactes les exigeances de sûreté, sur la base des différentes normes de loi et en même temps ne présentant aucune des-limites d'utilisation des appareillages présentant une couche intérieure d'un matériel, ni les difficultés constructives des appareillages obtenus par la simple superposition de couches métalliques. Un objet de la présente invention est d'obtenir un appareillage apte à résister à des pressions élevées, et présentant toutefois des épaisseurs sensiblement inférieures de celles des récipients produits suivant les techniques connues. Cet appareillage étant en outre réalisable avec une grande simplicité et donc avec une sensible économie des coûts de fabrication. Pour obtenir les buts précités, la présente invention vise un appareillage pour de hautes pressions, ayant une paroi co-po- sée d'une pluralité de corps concentriquement superposés, et brrr, caractérisé en ce qu'au moins le corps intérieur est constitué dt- une pi & e unique ou d'une pluralité de pièces soudées l'une à l'autre, tandis qu'au moins le corps extérieur est constitué d' une pluralité de viroles, ayant sensiblement des dimensions idet- tiques et approchées l'une à l'autre, ces viroles n'étant pas soudées l'une à l'autre, tandis que par rapport au corps inté- rieur adjacent, et entre au moins deux corps adjacents étant in sérié un ou une pluralité d'éléments déformables. En effet on a trouvé qu'il. est possible de réduire sensiblement les tolérances des différentes couches de superposition, en insérant entre celles-ci un élément déformable de dimensions convenables, disposé sur la couche intérieure de aniEre telle qu'en se déformant il agit comme coussinet plastique entre les deux surfaces-en garantissant ainsi la continuité du contact métallique et en absorbant en même temps les variations locales de diamètres dues aux tolérances de l'usinage. Les appareils faisant l'objet de la présente invention sont constitues A : 1) un ou plusieurs corps cylindriques intérieurs, en matériaux métalliques, particulièrement en acier au carbone ; les corps cylindriques intérieurs sont reliés l-n à L'autre par une soudure longitudinale et circulaire, en tous cas toujours périphérique, afin de se présenter comme assimilables à une paroi unique apte à résister aux sollicitations longitudinales induites par les charges y appliquées. L'ensemble de cette partie étant définie par le terme de corps cylindrique inférieur. 2) un ou plusieurs corps cylindriques extérieurs, chacun d'eux étant formé par des viroles forgées, profilées et soudées ou ka- minées, en matériel métallique, ayant des caractéristiques mécaniques plus élevées et pour une grande résistance notamment au fluage visqueux (creep") ; les dites viroles étant de préférence non soudées par rapport à la couche intérieure , ni l'une à l'autre. Chaque virole ayant le diamètre intérieur nominal égal au diamètre extérieur nominal du corps cylindrique intérieur adjacent. Les viroles sont enfilées l'une après l'autre sur la virole intérieure correspondante et au fur et à mesure de la progression de l'assemblage de chaque virole intérieure ; dans la suite la dite partie est repérée par le terme de viroles extérieures. 3) un ou une pluralité d'éléments déformables insérés entre deux couches adjacentes et entre les viroles intérieures et extérieures sont constitués de préférence d'un fil enroulé en hélice autour de la paroi extérieure de la couche intérieure ; ceci pour un, ou pour plus d'un couple ou pour la totalité des couples de couches adjacentes. L'élément déformable a une épaisseur égale à la tolérance de coto truction réalisable entre le diamètre intérieur du corps cylindrique extérieur et le diamètre extérieur du corps cylindrique in intérieur L'appareillage constituant l'objet de la présente invention présente quelques avantages évidents. Etant donné que les viroles extérieures ne sont pas soudées ni l'une à l'autre ni avec le corps cylindrique intérieur, celles-ci étant réalisées par des matières de hautes caractéristiques mécaniques, comme précité, permettent d'obtenir une sensible réduction d'épaisseur ainsi que des économies de soudures. L'épaisseur est donc réduite en conséquence de la présence des viroles extérieuresXyant des caractéristiques mécaniques plus élevées que celles du corps intérieur. En outre l'interposition de l'élément déformable permet d' opérer avec des tolérances moins étroites, en réalisant de cette façon une économie remarquable en phase de construction. Une autre caractéristique de l'appareillage selon l'invention est de présenter entre les viroles extérieures et le corps cylindrique intérieur un interstice très léger dû à la zone où l'élément déformable n'est pas présent. Les fonds sont fixés par soudure ou autres moyens conventionnels au corps intérieur de l'appareillage, les viroles extérieures contribuant uniquement q résister à l'action combinée des sollicitations circonférentielles et radiales. Un autre objet de la prsente invention est le procédé de fabrication de l'appareillage. Le dit procédé consiste dans les phases suivantes 1) On réalise un corps cylindrique métallique (corps cylindrique intérieur) ayant les dimensions intérieures et la longueur désirées pour l'appareillage ; le corps peut être formé par une pluralité de couches cylindriques reliées de manière à définir un cylindre unique ; par une pluralité de viroles soudées l'une à l'autre soit longitudinalement et circonférentiellement ou par un tuyau unique ou une pluralité de tuyaux ou enfin par des tuyaux et même des viroles d'épaisseur convenable. 2) On dispose autour du corps cylindrique intérieur, un ou plusieurs éléments déformables de manière à réaliser un coussinet plastique, qui intéresse le corps intérieur sur l'entière partie ou sur une partie de sa longueur axiale. 3) On enfile sur le corps cylindrique les viroles forgées , calandrées et soudées, ou laminées selon une ou plusieurs couches, et réchauffées à une température telle qu'après le refroidis se- l'air ment à/les dites viroles adhèrent au corps intérieur adjacent par l'intermédiaire de lYIéent déformable inséré ; une pluralité de viroles sont ajoutées l'une à l'autre au fur et à mesure de la construction de chaque virole du corps cylindriqfue intérieur jusqutå rejoindre la longueur de l'appareillage, les viroles extérieures sont de préférence non soudées circonférentiellement l'une à l'autre, ni soudées avec le corps intérieur. Après l'enfilage des viroles sur le corps composé, celui ci peut etre traité thermiquement ou non. Suivant une forme de réalisation préférée, mais nullement limitative, l'appeillage est réalisé avec un seul corps cylindrique intérieur et une seule série de viroles extérieures, en insérant entre le corps intérieur et les viroles extérieures un fil métallique non ferreux de dimensions convenables et enroulé en hélice sur le corps intérieur selon un pas convenable. Pour fixer l'objet de l'invention, sans toutefois le limiter, dans le dessin annexé La figure 1 est une coupe schématique d'un appareil suivant l'invention. La figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle de la wonej illustrée par le cercle A de la figure 1. On a réalisé un corps cylindrique 1 ayant le diantre I > de 1400 millimbtres et la longueur L de 3000 millimètres en acier de faible alliage avec une épaisseur S1 de 68 millimètres et présentant à la température ambiante 35 Kg/mm de charge de limite d'élasticité. Sur le dit corps 1 constituant le manteau intérieur du récipient à pression, repéré en général par 3 , est enroulé en hélice, un fil 2 en aluminium recuit, de diamètre d égal à 2 millimètres, et avec un pas P de 20 millimètres, 6 viroles repérées par 4-5-6-7-8 et 9 sont enfilées en étant égales l'une à l'autre. Chaque virole de longueur 1 égale à50Omillimetres est laminée à chaud sur un laminoir vertical, ayant à température d'ambiance la limite d'élasticité de 70 kg/mm2, la température des viroles lors de l'enfilage étant alors de 4500centigrades. Les viroles ont une épaisseur S2 de 61 millimètres et ne sont pas soudées l'une à l'autre ni avec le manteau intérieur. Sur le corps principal ainsi obtenu on a soudé suivant des techniques connues, les fonds 10 et on a relié, également d'une façon connue, les tuyaux li pour compléter l'appareil. On réalise ensuite le contrôle de la permanence de l'interstice en introduisant du "freon" au travers d'un trou convenable obtenu sur une des viroles extérieures. Les caractéristiques mécaniques minimes à 300 degrés centigrades pour les deux aciers du corps intérieur 1 et de celui extérieur 4 - 9, sont respectivement de 30 kg/mm2 et 53 kg/mm2 comme charge de limite d'élasticité. De cette façon le corps réalisé résultant est conforme aux coefficients de sûreté établis selon les normes officielles et est apte pour fonctionner en continu soucia pression de 400 kg/cm2, à une température de 300 degrés centigrades. Un corps réalisé suivant la technique connue à monobloc ou bien par une pluralité de couches aurait dû avoir l'épaisseur de 158 millimètres. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1- Appareillage pour le fonctionnement sous hautes pressions avec paroi composée, constitué d'une pluralité de corps superposés concentriquement l'un à l'autre, caractérisé par le fait qu'au moins le corps le plus intérieur est constitué d'unepiece unique ou d'une pluralité de pièces soudées l'une à l'autre, tandis que le corps le plus extérieur est constitué d'une pluralité de viroles ayant sensiblement des dimensions identiques, disposes bout à bout, non soudées l'une à l'autre ni au corps cylindrique intérieur adjacent ; un ou plusieurs éléments déformables tnt inséré entre au moins deux corps adjacents. 2- Appareillage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les caractéristiques de résistance mécaniques des dits corps cylindrique concentriques superposés l'un à l'autre, sont croissantes à partir du corps le plus intérieur vers celui le plus extérieur. 3- Appareillage suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les caractéristiques de résistances mécaniques croissantes à partir du corps le plus intérieur vers celui le plus exté rieur sont des limites d'élasticité et de résistance au fluage visqueux. 4- Appareillage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments déformables sont insérés entret'élebent le plus extérieur des corps concentriques et celui ix diateeent adjacent. 5- Appareillage selon les revendications 1,2 et 4 prises enraye ble où les éléments déformables sont des fils enroulés en hélice simultanément sensibles au contact de la surface intérieure et de la surface extérieure des deux corps concentriques adjacents entre lesquels ils sont insérés. 6- Procédé de fabrication d'un appareillage pour de hautes pressions selon les revendications l-2-3-4-et 5, caractérisé par le faiS qu'il comprend les phases suivantes a) 1 réalisation d'un corps cylindrique métallique ayant les dimensions transversales intérieures et la longueur désirée, le dit corps pouvant etre réalisé au moyen d'une ou plusieurs couches de viroles métalliques soudées soit longitudinalement et circonférentiellement, mais en tout cas toujours circonférentiellement ou être constitué d'un ou plusieurs tuyaux ou bien encore par des tuyaux et des viroles ; les dites couches étant reliées convenablement l'une à l'autre b) la disposition d'un ou plusieurs éléments déformables sur la paroi extérieure du corps cylindrique intérieur, en enroulant en hélice un fil métallique, tandis qu'on engage à chaud sur le corps cylindrique,les viroles forgées, calandrées et ensuite soudées ou laminées, selon une ou plusieurs couches ; les viroles extérieures étant montées sur la virole correspondante intérieure au fur et à mesure de l'assemblage.