Brevet FR2287285A1 — publié le 19760507

L'invention a pour objet un procédé d.e construction d1au moins une partie d'une enceinte à double paroi munie d'un système d'échange thermique par la paroi, et les enceintes réalisées par ce procédé. L'invention s'applique en particulier à la construction de récipients soumis à des échanges thermiques et qui doivent être chauf fés ou refroidis par le passage d'un fluide caloporteur le long de la paroi. C2est le cas, en particulier, des réacteurs de polymérisation qui doivent dtre normalement chauffés pour le démarrage de la réaction, puis refroidis pendant la réaction. On a déjà proposé plusieurs procédés de construction de tellea enceintes. Co=e la surface interne de enceinte doit posséder des caractéristiques spéciales, en particulier d'antiadhérence et de résistance à la corrosion du produit contenu dans l'enceinte, celleci se compose normalement d'une double paroi comportant une paroi mince interne ou peau de propreté en un métal choisi en fonction la la réaction effectuée à l'intérieur de l'enceinte, cetteparoi mince s'appuyant sur une paroi de force épaisse constituée d'une tôle en un métal ordianaire tel que l'acier au carbone, et susceptible de résister à la pression ou à la dépression èxistant à l'intérieur de l'enceinte. Dans les enceintes utilisées jusqu'à présent, le système d'échange thermique comprend un caisson entourant complètement l'en ceinte, le le fluide caloporteur circulant dans ce caisson à l'extérieur de la paroi de force. La chaleur est donc transmise à travers toute l'épaisseur de la paroi de l'enceinte, et il en résulte une inertie thermique importante. La société deposante mène depuis longtemps des recherches pour mettre au point des enceintes améliorées, et a déposé notamment le 23 Juin 1970 une demande de brevet n PV 70/23156. La caractéris tique essentielle de l'invention décrite dans cette demande de brevet réside dans le fait que le fluide caloporteur circule dans des canaux ménagés entre la peau de propreté et la paroi de force, et non plus à 14 extérieur de la paroi de force.Dans le mode de réalisation décrit dans ce brevet, les canaux sont constitué par des tubes interposes entre la peau de propreté et la paroi de Iorce, et les es paces compris entre les deux parois et séparant les tubes sont remplis d'une matière solide thermiquement conductrice qui favorise le trans fert thermique de l'intérieur de l'enceinte jusqu'au fluide caloporteur Qelui-ci se faisant non seulement par la surface de contact avee la peau de propreté, mais également par les parties latérales des tubes, à travers les espaces thermiquement conducteur. En outre, le remplissage de matière assure le report intégral des efforts de la peau de propreté sur la paroi de force.Ainsi, la pression et le débit du fluide caloporteur maintenu à l'intérieur des canaux de circulation, peuvent dtre règlés indépendamment de la pression à l'intérieur du récipient. La réalisation de telles enceintes présente cependant des diffi cultés et la présente invention résulte des recherches effectuées par la suite et a pour objet un procédé économique de réalisation d1enceintes ayant les montes qualités que celles décrites dans le premier brevet. Selon l'invention,, on réalise au moins un élément constitué d'une paroi épaisse munie sur une face d'une série de nervures parallèles séparées les unes des autres par des rainures, et d'une paroi mince fixée sur les faces supérieures des nervures, on découpe et met en forme le dit élément ainsi préfabriqué selon l'emplacement outil doit occuper dans l'enceinte, et l'on assemblez par soudage bord à bordwles parois correspondantes. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, les rainures sont creusées dans la paroi épaisse par usinage de celle ci. Dans un mode de réalisation préférentiel, la paroi mince est soudée sur les faces supérieures des nervures de la paroi épaisse par diffusion continue au moyen de molettes de soudure s'appuyant sur la paroi mince et passant au-dessus des faces supérieures des nervures. L'invention a a également pour objet les enceintes réalisées par le procédé selon l'invention. Dans un mode réalisation préférentiel, chaque élément de l'enceinte a la forme d'une portion de cylindre de révolution dont l'axe est perpendiculaire aux rainures. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, les rainures d'un même élément débouchent à chaque extrémité dans un conduit collecteur par l'intermédiaire duquel l'ensemble est relié à un système de circulation d'un fluide caloporteur, l'un des conduits collecteurs servant à l'alimentation et l'autre à l'évacuation dudit fluide. L'invention va maintenant être décrit, en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté. sur les dessins annexes. La fig. la est une coupe transversale et la fig. lb une coupe longitudinale d'un élément au cours de la première phase du Dro- cédés la figure Ic représente une variante de réalisation. La fig 2a et la figure 2b sont es vues partielles, en perspective d'un élément après mise en forme. La fig. 3 représente schématiquement une enceinte réalisée selon l'invention, et intégrée à un système de régulation athermique. La fig. 4 est une coupe suivant IV-IV, fig 3. La fig. 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation, de l'invention. La fig. .1 représente schématiquement une étape du procédé de fabrication d'un élément préfabriqué0 Cet élément se compose d'une paroi épaisse 1 recouverte d'une peau de propreté 2 destinée à être placée vers l'intérieur du récipient. Pour la réalisation de l'élément, on est parti d'une tôle épaissel sur une face de laquelle on a réalisé des rainures 9 parallèles entre elles et régulièrement espacées de telle sorte qu'il subsiste entre les rainures des nervures 4. La peau de propreté 2 est fixée sur les faces supérieures 40 des ner vures 4. On sait que dans certains processus chimiques, les autoclaves peuvent être soumis aussi bien à des pressions internes qu'à des dépressions. C'est pourquoi il est important que la pression du fluide circulant dans les canaux soit indépendante de la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte, et en particulier ne tende pas à écarter la peau de propreté de la paroi de force. La soudure de la peau de propreté sur les nervures doit donc être excellente. En outre, il faut également éviter de légers décollements qui pourraient favoriser la corrosion ou des défauts néfastes à la bonne circulation du fluide. La soudure étant obligatoirement effectuée sur la face interne de la peau de propreté, il est également souhaitable d'utiliser un procédé n'apportant aucune détérioration de cette face interne. On connaît actuellement un procédé donnant une excellente solidaristation des pièces sans laisser de trac: sur la face de soudure, la liaison étant obtenue par diffusion continue, sr:-rs fusion des métaux. On utilise dans ce procédé des molettes conductrices d'élec- tricité appliquées sous forte pression sur les surfaces soudées dont la température est élevée par la passage du courant pour permettre une déformation elastique sans fusion des métaux. Les machines de soudage par diffusion sont bien connues et se trouvent dns le commerce et sn n' donc as jugé utile d'enre- présenter une sur le dessin. On a simulement représenté schématiquement, à titre d'exemple, deux molettes 5. Ainsi, le procédé de fabrication d'un élément préfabriqué comportera les tapes suivantes : dans une tôle paisse, on réalisera tout d'abord d?, rainures parallèles par usinage, rabotage ou fraisage. On pourrait également obtenir les raSnures- par laminage de la tôle entre un cylindre lisse et un cylindre cannelé. Sur la-face ainsi cannelée, on applique la peau de propreté 2 et on passe l'ensemble dans la machine de soudure, les molettes roulant au-dessus des bandes parallèles formées par les faces supérieures des nervures. De préférence, les molettes auront des largeurs sensiblement égales aux nervures. Le profil des nervures pourra être rectangulaire mais on pourra juger intéressant d'utiliser un profil trapézoïdal, comme on l'a représenté sur la figure. En effet, l'élargissement de la base des nervures permet, d'approfondir celles-ci, et l'inclination des flancs des nervures par rapport à la peau de propreté diminue le risque de formation de fissures à la jonction Le prodédé de soudage employé à l'avantage essentiel d'assurer une solidarisation parfaite de la peau de propreté sur les ner vures, de telle sorte que l'on peut mettre en forme l'ensemble par tous moyens, et par exemple par emboutissage ou cintrage.C'est là une caractéristique essentielle du procédé qui, à partir de tôles planes permettra d'obtenir des viroles préfabriquées qui seront assemblées, éventuellement sur le site, pour former l'autoclave, La figure 2 représente un tel élément ayant la forme d'une demi-paroi cylindrique. Pour faciliter la mise en forme, il est préférable de cintrer les tôles perpendiculairement aux nervures comme on l'a représenté sur la figure 2. On obtient ainsi des éléments à l'intérieur desquels se trov:ent un certain nombre de canaux parallèles. Selon l'invention, les rainures d'un même élément débouchent à chaque extrémité dans un conduit collecteur par l'intermédiaire duquel 1' ensemble est relié un système de circulation du fluide caloporteur. Sur la figure 2a; le conduit collecteur 30 est placé à l'extérieur de l'enceinte. Il communique avec chacun des canaux 3 par des orifices 31 percés dans l'enceinte, à l'extrémité des canaux. Le conduit 30 est, selon son rôle, relié lui-mtme à une conduited'alimentation ou d'évacuation 32 du fluide caloporteur. Dans une variante, représentée sur la fig. 2b, les conduite; collecteurs débouchent dans une rainure 33 ménagée dans la paroi de force 1 parallèlement à l'axe du cylindre, et coupant de ce fait l'ensemble des rainures 3. La rainure transversale 33 peut-être reliée par un orifice 34 ménagé dans la paroi de force, à une conduite d'alimentation ou d'évacuation du fluide. Les éléments préfabriqués ainsi réalisés peuvent être réunis de différentes façons pour constituer un autoclave. Dans le mode de réalisation préférentiel représenté sur la fig.3, on a donné aux éléments la forme de demi-viroles qui sont assemblées deux à deux pour constituer une virole entière, 60, les viroles étant superposées pour réaliser la partie cylindrique d'une autoclave, l'ensemble étant fermé par des fonds inférieur et supérieur 7 constitués de façon classique, ou bien par emboutissage d'un élément réalisé selon l'invention. Comme on l'a représenté sur la fig.4, les collecteurs d'alimentation et d'évacuation de chaque demi-virole sont reliés séparé- ment à des conduites d'alimentation et d'évacuation. Dans ce cas, il ast évideuirnent nécessaire que les canaux 3 soient obturés à l'extré- mité de la virole. Dans ce but, les canaux 3 oralisés sur chaque élément seront interrompus à une certaine distance du bord latéral de la paroi de force 1, cette distance étant-suffisante pour permettre la soudure des deux demi-viroles l'une sur l'autre.L'interruption du canaux et la-realisation des rainures transversales ne présente pas de difficulté si l'on usine les rainures par fraisage. Mais on peut aussi réaliser les rainures par rabotage d'une tôle de grandes dimensions tronçonnée ensuite pour constituer plusieurs éléments. On pourrait; dans ce cas, prolonger les rainures jusqu'aux extrémités de )la tôle, les ouvertures étant ensuite obturées par exemple au moyen de plots ajustés à la dimension des canaux et soudés aux extrémités de ceux-ci, ou par apport de métal par soudure. Comme on l'a représenté sur la fig.3, on pourra brancher les divers éléments en série sur le système de circulatiun, les collecteurs ?d'alimentation et dtévacuation de chaque élément étant reliés respectivement aux collecteurs d'évacuation et d'alimentation des éléments qui l'encadrent. Bienntendu, dans ce cas, la températuré du fluide caloporteur augmentera de la partie basse à la partie haute de l'au toclasue. Généralement, ceci n'est pas un inconvénient, la quantité de chaleur à évacuer étant plus importante dans le bas de l'autoclave. Cependant, il est bien évident que le système de circulation devra dtre adapté aux circonstances. Ctest ainsi que, dans le cas d'une température uniformément répartie, on pourra brancher les éléments en parallèle sur le système de circulation. D'autre part, les canaux pourraient être parallèles à l'axe de la paroi cylindrique et s' étendre sur toute la hauteur de l'autoclave comme on l'a représenté sur la figure 5. Un tel autoclave pourrait Qtre constitué de viroles superposées, les canaux se trouvant placés dans le prolongement les uns des autres, ou bien d'éléments accolés, de longueur égale à la hauteur de ltauto- clave, les canaux étant alors parallèles au grand coté des éléments. On pourrait également choisir la forme et la section des canaux selon la nature du fluide caloporteur et la température développée à l'intérieur de l'autoclave, pour que la vaporisation du fluide caloporteur à l'intérieur des canaux assure la circulation par grimpage comme cela a été décrit dans la première addition au brevet déjà cité, déposée le 28 Avril 1971 sous le no PV 71/15134. D'autre part, les rainures pourraient avoir différentes orientations, par exemple pour constituer des canaux hélicöidaux tournant autour de l'axe de l'enceinte. De même, les éléments pourraient etre associés de diverses façons, leur forme étant toujours adaptée à la position qu'ils doivent occuper0 la figure 1C représente une variante de réalisation dans laquelle les nervures sont constituées de barrettes soudées sur la paroi de force et sur la peau de propreté. Dans ce cas, les rainures sont constitués par les espaces existant' entre les barrettes. Darus cette réalisation, les barrettes sont disposées, régulièrement espacées, sur la paroi de force et fixées provisoirement par des points de soudure. La peau de propreté est posée sur les barrettes et l'ensemble est passé dans la machine à souder, les molettes passant au dessus des barrettes. Les performances du système de soudage par diffusion utilisé sont telles que l'on effectue en même temps la soudure de la peau de propreté sur les barrettes et la soudure des barrettes sur la paroi de force. On obtient ainsi une parfaite solidarisation de l'ensemble que l'on peut mettre en forme et utiliser comme précédemment. Bien entendu dans tous les mûdes-de réalisation, les faces latérales des éléments seraient préparées, et notamment chanfreinées pour la soudure de toute manière adéquate Le procédé selon l'invention permet ainsi, à partir d'éléments préfabriqués, de construire des enceintes très résistantes, et pourvues d'un système d'échange thermique efficace effet, les nervures sur lesquelles stappuie la peau de propreté n'ont pas seulement un rôle des efforts sur la paroi de force. Grâce à la bonne conductibilité thermique de l'acier, on a pu vérifier qu'une partie importante du transfert thermique était effectuée par les nervures, depuis la face d'appui jusqu'aux faces latérales. Ainsi, presque tout le périmètre des canaux de circulation du fluide participe à l'échange thermique et la peau de propreté n'est pas refroidie seulement sur les parties directement au contact du fluide, mais également sur les parties soudées sur les nervures. Le fait que la soudure soit faite par diffusion sur toute la surface d1appui améliore encore le transfert thermique. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation et des variantes qui viennent d'être décrits, d'autres variantes pouvant être imaginées. a'est ainsi que l'on a proposé de réaliser la soudure de la peau de propreté sur les nervures par moletage, mais d'autres procédés pourraient être employés dans la mesure où ils assurent une excellente solidarisation des éléments. il est cependant préférable que, comme pour le moletage, la soudure soit faite sans apport de matière et sans détériorer la face interne de la peau de propreté. D'autre part le nombre d'éléments dépendra essentiellement des possibilités de fabrication et des dimensions de l'autoclave. Ainsi, la paroi latérale d'une enceinte de dimension réduite pourrait notre constituée que d'un seul- élément rectangulaire roulé en forme de cylindre, et dont les extrémités seraient soudées l'une à l'autres REVENDICATIONS lo Procédé de construction d'au moins une partie d'une enceinte à double paroi munie d'un système d'échange thermique par la paroi, caractérisé par le fait que l'on réalise au moins un élément plan constitué d'une paroi épaisse munie sur une face d'une série de nervures parallèles séparées les unes des autres par des rainures, et d'une paroi mince fixée sur les faces supérieures des nervures, que l'on découpe et met en forme ledit élément ainsi préfabriqué selon l'emplacement qu'il doit occuper dans l'enceinte et que l'on assemble les parois correspondantes par sondage bord à bord pour constituer l'enceinte. 20 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les rainures sont creusées dans la paroi épaisse par usinage de celle-ciO 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi mince est soudée sur la paroi épaisse par diffusion continue au moyen de molettes conductrices s'appuyant sous pression sur la paroi mince et passant au-dessus des faces supérieures des nervures. 4o Procédé selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que les nervures sont constituées par des barrettes posées sur la paroi épaisse et soudées par diffusion à la fois à la paroi épaisse et à la paroi mince, celle-ci étant posée sur lesdites barrettes. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé pas le fait que Ls éléments sont formés par cintrage après soudure de la paroi mince sur la paroi épaisse0 6. Procédé selon la revendication 12 caractérisé par le fait que les éléments sont formés par emboutissage. 7. Enceinte à double paroi munie d'un système thermique par la paroi, caractérisée par le fait qu'au moins une partie de l'enceinte est constituée d'au moins un élément préfabriqué se composant dtune paroi épaisse munie sur une face de nervures parallèles séparées par des rainures, et d'une paroi mince soudée sur les faces supérieures des nervures-, le dit élément ayant une forme correspondant à la position occupée dans l'enceinte. 8. Enceinte à double paroi -selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque élément à la forme d'une portion de cylindre de révolution dont l'axe est perpendiculaire aux rainures. 9. Enceinte à double paroi selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les rainures d'un me-- élément débouchent à chaque extrémité dans un conduit collecteur par l'intermédiaire duquel l'ensemble est relié à-un système de circulation d'un fluide caloporteur, l'un des conduits collecteurs servant à l'alimentation et l'autre à l'évacuation dudit fluide. 10. Enceinte à double paroi selon les revendications 7 et 9, caractérisée par le fait que les éléments sont branchés en série sur le système de circulation, les conduits d'alimentation et d'évacuation de chaque élément étant reliés respectivement aux conduits d'évacuation et d'alimentation des éléments qui l'encadrent. 11. Enceinte à double paroi selon les revendications 7 et 9, caractérisée par le fait que les éléments sont branchés en parallèle sur le système de circulation, les conduits d'alimentation et d'évacuation étant branchés directement sur deux circuits, respec tSYesent d'alimentation et d'évacuation du fluide caloporteur. 12. Enceinte à double paroi selon la revendication 7, caracté risée par le fait que chaque élément a la forme d'une portion de cylindre de révolution d'axe parallèle aux nervures.