Brevet FR2314758A1 — publié le 19770114

La présente invention se -rapporte à un ensemble comprenant une cuve à haute pression et une chemise de réglage de la température et elle concerne également un procédé de fabrication de cet ensemble. Un grand nombre des cuves ou réacteurs travaillant sous pression qui sont utilisés dans l'industrie chimique demandent à être équipes des moyens de chauffage ou de refroidissement. Pour répondre à ce besoin, il était jusqu'à présent de pratique courante de souder une chemise de réglage de la température à la cuve ou au réacteur pour former autour de la cuve un espace annulaire dans lequel on pouvait faire circuler un fluide de transmission de la chaleur. Les cuves qui travaillent à des pressions relativement basses sont habituellement composées de plaques d'acier soudées. En général, le soudage d'une chemise de réglage de la température à une telle cuve ne présente aucune difficulté parce que la cuve est faite d'une nuance d'acier soudable. Par contre, dans le cas des cuves et réacteurs destinés à travailler sous des pressions élevées, on fait appel à des modes de construction différents permettant d'obtenir des cuves capables de supporter sans risque les hautes pressions de travail. Par exemple, les cuves qui doivent contenir des milieux sous des pressions supérieures à 350 bars comprennent généralement des parois de forte épaisseur, par exemple d'une épaisseur supérieure à 75 mm et les matériaux constitutifs de la paroi de la cuve sont habituellement des aciers allies à haute résistance plutôt que des aciers ordinaires au carbone. le métal utilisé pour la construction de ces cuves à pression n'est donc pas bien approprié pour le soudage. De plus en plus, dans le cas des cuves destinées à travailler à des pressions élevées, par exemple à des pressions supérieures à 350 bars, on forme le corps par forgeage à partir d'un seul et même lingot d'acier allié à haute résistance, afin d'éliminer de cette façon la nécessité de souder. Toutefois, il subsiste encore dans ce cas la nécessité de prévoir une chemise de réglage de la température et il était de pratique habituelle de former des nervures appropriées par usinage sur la surface externe du corps de la cuve, puis de souder une chemise de réglage de la température sur ces nervures. Malheureusement, cette technique de fabrication pose des problèmes et le produit obtenu n'est pas dénué d'inconvénients.Par exemple, étant donné que le métal de la cuve n'est pas paraitement approprié pour le soudage, ce soudage exige une préparation importante, par exemple une métallisation préalable (c'est-à-dire le dépôt à l'arc d'une mince couche de matière soudable) ainsi qu'un pré-chauffage soigneusement réglé et ayant pour but de garantir que le soudage est exécuté à une température déterminée. Après le soudage, on doit encore procéder à un traitement thermique postérieur également important. En dépit de toutes ces précautions, on observe une forte tendance des soudures à se fissurer et, bien que les fissures paraissent initialement être des anomalies locales des soudures de fixation de la chemise, elles peuvent s'agrandir et se propager dans le corps de la cuve, ce qui, aux grandes pressions, risque d'entraîner des ruptures catastrophiques. L'invention apporte une solution efficace au problème du soudage d'une chemise de réglage de la température sur une cuve de réacteur à haute pression construite en un métal difficilement soudable. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un ensemble comprenant une cuve à haute pression et une chemise de réglage de la température, caractérisé en ce qu'il comporte des viroles en matière soudable fixées à la cuve et que la chemise est soudée à ces viroles. les viroles sont de préférence frettées sur le corps et elles sont avantageusement faites d'une matière facilement soudable, par exemple d'un acier au carbone sans alliage possédant une teneur en carbone non supérieure à environ 0,35 . La chemise de réglage de la température est soudée aux viroles frettées. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples la Fig. i est une vue partielle en coupe verticale d'une cuve suivant l'invention; la Fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue en coupe partielle et à plus grande éehel- le d'une partie d'une cuve suivant l'invention. La Fig. 1 repr sente une partie d'une cuve à haute pression 10 suivant l'invention. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, la paroi 12 de la cuve 10 est formée par forgeage à partir d'un unique lingot d'acier allié à haute résistance, de sorte que la paroi de la cuve est d'une seule pièce Ainsi qu'on l'a repré senté sur la Fig. 1, la cuve 10 peut être fermée par un fond 14 qui est fixé à la paroi 12 par un élément 16. Il va de soi que, normalement, on utilise des moyens d'étanchéité, par exemple une bague d' étanchéité (non représentée), dans les applications à haute pression pour éviter les fuites de fluide le long de la circonférence du fond. La paroi de la cuve porte des collerettes 18 en saillie vers l'extérieur, qui sont venues de matière avec cette paroi. Suivant l'invention, une virole 20 est frettée sur la collerette 18 c'est-àdire fixée par retrait thermique. La virole 20 est faite d'un métal soudable, par exemple d'un métal pouvant être soudé sans d'importants traitements de préparation ou de post-soudage On peut citer comme exemples d'un tel métal les aciers à faible teneur en carbone et, plus particulièrement les aciers au carbone sans alliage dont la teneur en carbone ne dépasse pas 0,35 %. Ainsi qu'on lsa représenté sur la Fig. 1, une chemise 22 de réglage de la température est soudée sur les viroles frettées 20. Etant donné que les viroles 20 sont faites d'un métal soudable, la chemise 22 peut être soudée aux viroles 20 sans traitement particulier de préparation ou de post-soudage. En outre, l'examen des Fig. 1 et 2 montre que, étant donné que la chemise 22 est soudée aux viroles 20 et que ces viroles sont fixées à la cuve par retrait thermique, les fissures qui peuvent se développer sur les soudures ne peuvent se propager que dans les viroles, c'est-à-dire qu'elles ne risquent pas de se propager dans la paroi de la cuve. Par conséquent, si les soudures présentent des fissures et que ces dernières s'élargissent, le pire qui puisse se produire est une fuite du fluide à basse pression utilisé pour la transmission de la chaleur. Il est donc visible que, grâce à l'invention, les fissures qui peuvent éventuellement se développer dans les soudures ne risquent pas de se propager dans le corps de la cuve ni d' affecter l'intégrité de structure de cette dernière. Ainsi qu'il sera également évident pour l'homme de l'art les dimensions des viroles 20 doivent être calculées avec précision du fait que ces viroles sont destinées à être fixées sur la cuve par retrait thermique. Pour le calcul des dimensions des viroles, on doit donc tenir compte du fait que, après leur montage, elles seront le siège de contraintes dues au retrait. Il faut également tenir compte du fait que, lors de la mise sous pression de la cuve, les viroles subissent un accroissement de contrainte. Ces considérations montrent que l'on doit donner aux viroles des dimensions telles que leurs contraintes ne soient pas supérieures à la limite élastique de leur métal constitutif lorsque la cuve est mise sous pression.Pour rendre les viroles capables de résister à ces fortes contraintes, on peut être conduit à augmenter l'épaisseur radiale des viroles, comme représenté sur la Fig. 3 qui montre que la virole 20 comprend une partie 25 de plus forte épaisseur radiale. Il est préférable de ne pas monter les viroles 20 sur la cuve 10 avant d'avoir procédé aux essais de la cuve, en particulier si la cuve est essayée à une pression d'épreuve égale à 1,5 fois la pression maximum de travail, comme on le pratique habituellement. Par exemple, si les viroles 20 sont de dimensions appropriées pour supporter sans risque les niveaux de contraintes qui se manifestent pour la pression normale ou maximale de travail de la cuve, elles risquent de subir des contraintes supérieures à la limite élastique de leur métal si on les soumet à une pression d'épreuve égale à 1,5 fois la pression de travail maximum. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué plus haut, dans la forme préférée de réalisation, la ou les viroles en acier soudable sont fixées à la cuve par frettage. Cette construction et ce procédé sont particulièrement avantageux pour un certain nombre de raisons. Par exemple, en dehors de l'équipement nécessaire pour chauffer les viroles, l'invention n' exige aucun autre équipement ni aucune autre opération après le montage de la virole sur la cuve. Par ailleurs, dans la plupart des réacteurs, il est nécessaire de percer une ouverture à travers la virole pour permettre d'introduire les réactifs dans la cuve ou de les en extraire. Du fait que les viroles sont frettées sur la cuve, on peut percer une ouverture à travers la virole et la paroi de la cuve sans avoir à craindre de fuites entre la virole et la paroi de la cuve, même si les réactifs qui traversent cette ouverture sont à des pressions élevées. Bien que, dans la forme de réalisation préférée, les viroles soudables soient fixées à la cuve par retrait thermique, on peut adopter d'autres procédés de fixation sans pour cela sortir du domaine de l'invention. Par exemple, les viroles peuvent être emmanchées sur la cuve à force. Revendications 1 -Cuve à haute pression équipée d'une chemise de réglage de la température, caractérisée en ce qu'elle est munie de viroles (20) en matière soudable fixées à la cuve et en ce que 1 chemise (22) est soudée à la virole ou aux viroles. 2 - Cuve suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la virole ou les viroles sont fixées à la cuve par retrait thermique. 3 - Cuve suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la virole ou chaque virole est faite d'acier au carbone sans alliage dont la teneur en carbone n'est pas supérieure à environ 0,35 fó. 4 - Cuve suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi de la cuve est d'une seule pièce et composée d'acier allié. 5 - Procédé de fabrication d'une cuve de réacteur à haute pression équipée d'une chemise de réglage de la température et dont la paroi est d'une seule pièce en acier allié, caractérisé en ce qu'on fixe au moins une virole en métal soudable autour de la cuve et qu'on soude la chemise à cette virole. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la virole est fixée sur la cuve par retrait thermisque.