较大壁厚的耐真空及耐压容器的制作方法

专利名称：较大壁厚的耐真空及耐压容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成封闭空间的容器的领域，在反应器的情况下，在封闭空间内进行压力下的化学变化、物理变化或物理化学变化，或者在其内储存受压产品。
这种容器尤其形成反应器，用于化学工业、制药业、石油工业或用于核电站。
鉴于这种容器在所述变化阶段或者例如在容器维护阶段可能经受至少局部的真空，因此，这种容器也需要耐受真空。
背景技术：
通常，已经知道一些耐高压的金属容器或反应器。这些反应器通常具有圆柱形侧壁和凸起底部。
凸起底部和侧壁或者通过机械方法、例如卡箍组装，或者通过焊接组装。
一般来说，这些容器和反应器还必须对任何类型的腐蚀具有很大的耐腐蚀性，尤其是因为在压力容器中由于泄漏而出现的极端危险，
压力容器的压力通常大于50巴、即5兆帕。
本申请人已经研发出适于耐腐蚀的多层材料板的制造方法，例如在法国专利2883006和国际申请WO02/051576和WO03/097230中描述的。本申请人通过这些多层金属材料板的对接焊成形，形成化学装置的容器或构件。
有利地，尤其是考虑到防腐材料、例如钽的成本，这些制造方法确保在厚度大很多的一基体上组装厚度小的例如大约1亳米的防腐金属覆层，而在现有技术的例如爆炸复合的方法中，防腐金属覆层的厚度不能低于20亳米。此外，法国专利1198743中公开了压力容器的制造，其具有一铁 素体钢壳体和一奥氏体钢层作为耐腐蚀金属，且这种多层复合材料进
行对接焊。
还有美国专利3140006，提出了用于储存氢的压力容器，该压力 容器具有一外壁和一内壁，所述外壁具有多个通气孔，所述外壁和内 壁不进行冶金接合，以便穿过所述内壁扩散的所有氢可由所述通气孔 排出，所述内壁具有两层，通过这两层对接焊而成。
还有欧洲专利0146081，其提出用于在压力下容纳氢的容器的一 部分壁的制造方法。在提出制造多层壁构件的该方法中，在基本的铬 钢外层上焊接形成含碳量低的低碳钢内层，然后，在该内层上通过焊 接形成铬镍基防腐蚀层。
还有日本专利56017628，其提出的压力容器从外向内包括
a) —碳钢外圆柱体，
b) —多层部件，由一碳钢薄层巻制而成，
c) 一内圆柱体，具有碳钢层和耐腐蚀层，
d) —防腐蚀覆层，形成具有焊接区域的一层，检测孔位于焊缝 两侧。
现有技术中的多层材料板不能经济地制造尺寸大的化学工程构 件，实际上，总是朝向更高生产力的持久竟赛带来朝向更大生产装置 的竟赛。
由大尺寸板材制造耐压和耐真空的大尺寸化学工程装置、例如容 器或反应器，存在一个主要问题，因为这需要改进装置或特殊的工具， 尤其是功率很大的沖压机，以便成形所述容器的部件。
另外，另一问题是制造不同尺寸的容器的能力，特别是具有一个 广义的方法，其适应目前和未来的发展，尤其是生产能力的发展，因 为每个时期都有一个生产力标准，形成今日标准的一定尺寸的生产设 备在将来有很大的过时的危险。
因此，重要的是，设备制造商，这里是用于耐真空和耐压的大型 反应器或容器的制造商，不必持续不停地要改变其所有的生产装置，以适应客户的新的需求。
此外，压力化学工程设备的制造一般需要进行很多焊接，某些设 备必须在特别困难的条件下进行，特别是当如本申请人所经历的多层 材料的对接焊时，特别是当进行厚度较小的层的焊接时。
另外，金属材料的成形和厚度较大的焊接的存在，导致需要进行 设备的后期热处理，这同时在投资和生产成本方面是非常高成本的， 这些处理是成形材料消除应力所需的，以符合化学工程设备的制造标
准，例如欧洲的CODAP标准或美国的ASME标准。
最后，由于适于确保耐腐蚀性的材料、例如钽具有非常大的热活 性，因此，含有这些材料的部件必须进行真空热处理，这也增加这种 后期热处理的成本。

发明内容
本发明第一主题是大尺寸容器，其适于耐压和耐真空，设计成不 需要用于其制造的特殊装置，这些容器可以尤其是用传统的冲压机冲 制而成，这对于这种容器的制造商具有很大的利益。
本发明的另一主题是一种制造方法，其可限制焊接次数，尤其是 避免现有技术中"困难的"焊接，特别是避免多层材料的对接焊。
此外，该方法可限制甚至去除现有技术中的方法所需的后期热处 理，以符合制造标准例如CODAP标准或ASME标准的要求。
一般来说，本发明涉及适于耐压和耐真空的化学工程装置的形状 构件，涉及反应器的底部，如说明书中将详细描述的，或容器的壁， 或化学工程装置的尺寸较大的任何其它构件。
根据本发明，容器，典型地是用于进行核反应或化学反应的反应 器，形成适于耐压和耐真空的产品的储存或转化装置，具有一个侧壁 和一个底部，所述侧壁典型呈圓柱形，直径D至少等于1米，所述底 部典型地具有相同的直径D,组装于所述侧壁，所述侧壁和所述底部 典型地是金属的。
该容器的特征在于
iia) 所述容器的所述底部是一个凸起底部，
b) 所述凸起底部形成一个具有厚度E的多层部件，其包括
bl) —个内层C,，其确保所述凸起底部对所述产品的化学惰 性，且典型地为对所述产品的耐腐蚀性，
b2)以及一个外层ce，其厚度Ee至少等于所述内屋d的厚 度E,，以便所述外层ce主要确保总厚度E等于Ee+E,的所述多屋部 件的机械强度及其耐压性，
c) 所述内层d和外层CE最好由一个第一组装件予以连接，以便 尤其是当所述容器处于真空状态时，所述内层d不能脱离所述外层 CE。
d) 所述内层d是一个多层内层d'，由一多层材料形成，具有至 少一个内层C,c和一个外层Cis，所述内层Ck:形成具有厚度Ek:的一 个内部覆层，由第一材料Mc制成，适于确保所述耐腐蚀性，所述外 层ds具有厚度E，s，由第二材料M,s制成，形成所述内层dc的支承， 所述内层C，c和外层ds由一个第二组装件予以连接，以便尤其是当 所述容器处于真空状态时，所迷内层dc和外层ds不能彼此分离，
e) 所述容器没有多层材料的对接焊，尤其对于所述内层Ci。 本发明的方法a)与e)的结合解决所有存在的问题。
实际上，它不仅使本申请人可以制造大尺寸容器，而且可以制造 尺寸变化多的一整套容器，而这无需更换传统的冲压机。
此外，它可限制焊接次数，特别是避免多层材料的对接焊。
最后，它向本领域技术人员提供在很大范围内避免为符合制造标 准所需的成本高的后处理，完全确保这些化学工程设备的安全性。
根据本发明，所述内层d和外层Ce最好由一第一組装件予以連 接，因为存在的情况是，这些内层和外层可不进行连接，尤其是因为 所述内层本身具有足够的耐真空强度，或者因为在所述容器的标准使 用情况下，真空不是高真空。


12图la至6f涉及本发明。
图la是一个反应器(l')的一个凸起底部(3，)的轴向剖面图。 图中用虚线示出本发明的一个多层侧壁(2， 2')。
图lb是凸起底部(3')或形成凸起底部(3')的外层CE ( 5 )的 外部形状部件(5a)的仰视图。
图2a至2c涉及内部部件(6')，其用于形成形状部件(3)的内 层d ( 4 )。
图2a是轴向剖面图，示出用沖压装置(8)冲制金属内带(6)， 以形成内部形状部件(4a)。
图2b是通过冲制和边缘切割得到的内部形状部件(4a )的轴向剖 面图。
图2c是图2b右部虛线圆框部分的放大图。
图2d类似于图2c,示出内层(4)具有中间层Cn (43)的情况， 中间层使内层dc和外层C,s相连。
图3a至3c涉及用于形成凸起底部(3，)的外层CE ( 5 )的外部 形状部件(5a)的另一实施例。
图3a是仰视图，类似于图lb。
图3b是沿容器(1)的轴向(10)的沿图3a中垂直平面A-A的 轴向剖面图。
图3c是在外带(7)上切割的平面坯件(70)的成形示意图，通 过使用冲压机(8)形成一个形状构件(51)，冲压机未示出，用一箭 头表示。
图4a至4f示出本发明制造方法的不同阶段和不同实施方式。 图4a是当带材厚度可形成带巻时，具有宽度L的带巻的立体图，
带包括内带(6)或第一带(60)或第二带(61)或外带(7)。
图4b至4f示出的情况是，所要求的直径D接近小于带的宽度L，
而图4b，至4r示出的情况是，带(60, 61， 7)边对边地对接，以加倍
带的宽度，获得的带(62， 63， 7a)由两部分(620, 630， 71)组成，
通过焊缝(621， 631， 72)连接。图4b和4b，是俯视图，示出在带材上切割的坯件在图4b所示
的带(6, 60， 61， 7)上切割的坯件(6， 60', 61', 7')，以及在带(62，
63， 7a)上切割的坯件(62', 63，， 7a')。
图4c至4f是在包含轴向(10)的一个垂直平面上的横剖面图。 图4c和4c'涉及用于形成厚度EK:的层dc的第一坯件(60，)。 图4d和4d，涉及用于形成厚度E,s的层ds的第二坯件(61，)。 图4e和4e'涉及用于形成厚度EE的外层CE的外部坯件(7')。 图4f和4f示出外部形状部件(5a)，通过沖压机(8)由图4e和
4e'所示的外部坯件(7'， 7'a)冲制而成。
图5a至5e示出内部形状部件(4a )的制造方式，应使用由部分
(620， 630)组成的带(62， 63)，所述部分(620， 630)彼此由焊缝
(621, 631 )焊接，如图4b'至4d'所示。
图5a至5c涉及坯件(6，)，其中，坯件(62， 63 )定向成焊缝(621，
631)正交。
图5a是俯视图，示出第一坯件(62')，其具有由一焊缝(621) 焊接的两部分(620)。
图5b是侧视图，示出第一坯件(62，)的焊缝(621)的端部，而 图5c是侧视图，相对于图5b呈90°定向，示出第二坯件(63，)的焊 缝(631)的端部。
图5d是剖面图，示出由图5a至5c所示的坯件(6')冲制而成的 形状部件(4a)。
图5e是图5d中的圆圏部分D的放大图。
图6a至6f是类似的剖面图，示出用于连接内层(4)和外层(5) 的第一组装件(30)的两种形成方式。
根据图6a至6c所示的第一方式，外层(5)是由用于焊接的多个 构件(50)组成的一层。
图6a示出两个构件(50)在焊接之前布置在内层(4)上，其边 缘(500)彼此相对。
图6b示出形成第一焊接层(550)的第一焊接阶段(55),第一焊接层(550)连接内层(4)与构件(50)。
图6c示出焊接(55 )结束时如此获得的多层部件(3")的部分。 根据图6d至6f所示的第二方式，外部形状部件(5a)布置成与
内部形状部件(4a)相接触，如图6d所示，且设有一些孔(56),直
至外层(41)，如图6e所示，然后，所述孔充填以焊接材料，以使内
层(4)和外层(5)彼此连接。
具体实施例方式
根据本发明，例如如图la所示，所述外层Q;(5， 5')可以是一 个外层(5b)，外层(5b)具有N个厚度为Ee的枸件(50)，通过外 部对接焊(55 )彼此连接，N典型地为2至16。
有利地，如图lb所示，所述N个构件(50)可由所述外焊缝(55) 彼此连接的N个相同的构件(52)形成。
但是，如图3a所示，所述N个构件(50)可包括一个中央构件 (53 )和相同的N-l个周边构件(54 )。
通常，至少一部分所述N个构件(50)可以是形状构件(51)， 典型地是用冲压机从基本相同厚度EE的带材(7)冲压成形的构件。
典型地，构件(50)的数量N可根据所述外层(5， 5')的厚度 Ee加以逸捧，数量N随厚度Ee而増加，以便所述沖压机可选自生产 率低于1500吨的冲压机；这些冲压机通常是市售的"标准"冲压机。
但是，当所述厚度EE不太大时，如图6d所示，所述外层ce(5, 5')可以是一外层(5c)，其具有一单一构件，形成一个具有厚度EE 的单层形状部件。
根据本发明，厚度Ej;/Ez之比可为1至20,最好为2为10。
所述厚度EE可为15毫米至100亳米。
所述厚度E!可为4毫米至15毫米，最好为5毫米至10毫米。 所述内层CIC ( 40 )可具有典型地为0.4毫米至4毫米的厚度EIC。 厚度E,s/Eu:之比可为2至10。
根据本发明，形成所述内层CIC (40)的所述第一材料Mu:可选
15自钽或钽合金，钛，钛合金，锆，锆合金，镍基合金以及不锈钢。 如图3c、 4a、 4b、 4b'、 4e、 4e'、 4f和4f所示，所述外层CE(5,
5')可从厚度基本等于Ee的呈帶(7)的基料Mb形成，所述基料Mb
典型地选自钢或不锈钢。
同样，形成所述外层(41)的所述第二材料MB可选自钢或不锈钢。
因此，最好，形成所述外层(41)的所述第二材料Mb和形成所 述外层(5， 5')的所述基料Mb可相同。
如图2d所示，所述多层内层CV (4')可包括一中间层Cn (43)， 其连接所述内层CIC (40)与所述外层C1S (41)，因此，所述多层内 层d' (4，)形成用符号dc/Cu/ds表示的一个多层材料，所述内层 CIC (40)用于接触所述产品，所述外层CIS (41)借助于所述第一组 装件(30 )连接于所述外层CE ( 5 )。
最好，所述中间层Cn (43)可以是一钎焊层(43')。
根据本发明的一个实施方式，所述内层CIC(40)和外层CIS(41) 可以是共同层压层，以形成所述第二组装件(42)。
根据本发明的另一实施方式，所述内层C1C(40)和外层CiS(41) 可典型地通过爆炸作用进行贴靠或"包盖"，以形成所述第二组装件 (42 )。
如图6a至6f所示，所述内层d(4， 4')和外屋Ce(5， 5')可 彼此进行焊接或钎焊组装，以形成所述第一组装件(30)。
如图la所示，所述侧壁(2)可以是一个多层侧壁(2'),其包括
a) —个内壁层CIP (20)，类似于所述内层C！ (4， 4')，具有由 所述第一材料MK;制成的所述内层CIC (40)，确保所述耐腐蚀性，由 所述第二材料M,s制成的所述外层CIS (41)形成所述内层CK: (40) 的支承，以及
b) —个外壁层CEP (21)，类似于由所述基料Mb制成的所述外 层CE (5， 5，)，其厚度至少等于所述内壁层C > (20)的厚度，以便 所述外壁层cep (21)主要确保所述侧壁(2， 2')的耐压或耐真空的性能或机械强度。
最好，所述底部(3， 3'， 3")和所述侧壁(2， 2')可连接而形 成一个小于60。的角度a。
根据本发明，所述凸起底部(3')可以是一个圓锥形底部，或者 是一个形成其曲率半径R至少等于0.5D的球座的底部。
根据本发明的一个实施方式，如图所示，所述外层CE (5)可以 是一个外层CV (5')，由具有所述厚度EE的一单层材料形成。
但是，根据本发明的另一实施方式，所述外层CE (5)是由具有 所述厚度EE的多层材料形成的一个外层CE'。
本发明还涉及所述容器(1)的底部(3， 3'， 3")的制造方法。
在所述方法中
a) 形成一个外部形状部件(5a)，其直径基本等于D，具有例如 所述曲率半径R，且用于借助一个沖压机(8)，从典型呈平面的、由 所述基料Mb制成的、具有厚度Ee的一个外帝(7)，或从典型呈平面 的、在所述外带(7)上切割的一个坯件(7，)，形成所述底部(3， 3', 3")的所述外屋Ce (5， 5，)，
b) 形成一个内部形状部件(4a)，其直径基本等于D,具有例如 所述曲率半径R，且用于形成所述底部(3， 3'， 3")的所述内层d 或CV (4， 4，)
bl)形成或供给典型呈平面的、具有厚度Ek:的、由所述第 一材料Mn:制成的一个第一带(60)，或直径至少等于D的、在所述 第一带(60)上切割的一个第一坯件(60，)，
b2)形成或供给典型呈平面的、具有厚度E,s的、由所述第 二材料M,s制成的一个第二带(61)，或直径至少等于D的、在所述 第二带(61)上切割的一个第二坯件(61，)，
b3)通过所述第二组装件(42)组装所述第一带(60)和第 二带(61)，或所述第一坯件(60，)和第二坯件(61')，以形成典型 呈平面的一个内带(6),
b4 )借助一个沖压机或在所述内带(6 )上预先切割的一个坯件(6，)，使所述内带(6)典型地在一沖压机(8)的沖头(80)和冲 模(81)之间成形，以形成具有所述曲率半径R的所述内部形状部件 (4a)，
c )以及最好，用所述第一组装件(30 )组装所述内部形状部件(4a ) 和外部形状部件(5a)。
在该方法中，典型呈平面的、具有厚度Eu:的所述第一带(60) 或所述第一坯件(60')可以是一个第一带(62 )或一个第一坯件(62'), 其由所述第一材料M,c的第一平面部分(620 )构成，所述第一平面部 分(620)借助基本相同厚度En:的第一对接焊(621)进行组装，以 便能获得一个大直径的内部形状部件(4a)，其直径典型地大于2米。
典型呈平面的、具有厚度E^的所述第二带(61)或所述第二坯 件(61，)可以是一个第二带(63)或一个第二坯件(63，)，其由所述 第二材料Mk的第二平面部分(630)构成，所述第二平面部分(630) 借助基本相同厚度E,s的第二对接焊(631)进行组装，以便能获得一 个大直径的内部形状部件(4a),其直径典型地大于2米。
在所述外屋Ee(5)的厚度Ee小于平均植的情况下，即对于2米 的直径D典型地最大等于25毫米，那么，所述外部形状部件(5a) 可借助所述冲压机通过所述外带(7)或由所迷外带(7)的所述坯件 (7')的直接沖制而获得。
相反，在所述外屋Ee (5)的厚度Ee大的情况下，即对于2米的 直径D，大于典型的25毫米左右的板限沖制厚度Ele，那么，所述外 部形状部件(5a)可用下述方法获得
1) 在所述外带(7)上切割N个平面坯件(70)，
2) 用冲压机成形所述平面坯件(70)，以形成N个形状构件(51， 52， 53， 54)，
3) 焊接所述N个形状构件(51， 52, 53, 54),以形成所述外部 形状部件(5a)，其外部对接焊(55)的厚度基本等于Ee。
有利地，所述外部形状部件(5a)可用作所述内带(6)的成形沖 模，以形成所述内部形状部件(6a)。根据本发明方法的一个实施方式
1) 首先形成所述内部形状部件(4a)，
2) 在所述外层(5)的所述N个形状构件(51)形成之后，所述 N个形状构件(51)布置成典型地在所述内部形状部件(4a)上，与 所述内部形状部件(4a)相接触，以形成所述外部对接焊(55)，
3) 所述N个构件的所述外部焊接(55)包括一个第一阶段，形 成一第一焊接层(550 )，也构成所述第一组装件(30)。
在本发明的方法中，当形成所述底部(3)的所述多层部件(3") 的等于ee+E!的所述总厚度E典型地大于25毫米时，厚度Ee和Eis 的配对可以选择成，总厚度E恒定，典型地为增加厚度E^而减小厚 度Ee，以便即使不能避免，也至少限制所述外部形状部件(5a)或内 部形状部件(4a)或所述底部(3)的消除应力或退火的热处理次数。
实际上， 一方面，形成容器(1)特别是底部(3)所需的材料的 成形和变形在所使用的材料中导致应力形成，另一方面，材料中存在 的残余应力可削弱其耐久性及其耐腐蚀性，因此，通常必须用后期热 处理予以消除，这在所述容器(1)或反应器(l')的制造规范中有规 定。
根据本发明，可借助于厚度EE和E,s的正确选择，避免一次或多 次后期热处理，完全保持所述总厚度E恒定，这在实际应用和经济方 面是非常有利的。
本发明的另一主题在于典型地是一个容器(1)、例如反应器(l') 的一个化学工程装置的形状构件(l，，)，其典型地用于实施化学反应， 形成一个适于耐压和耐真空的产品储存或转化装置。
其特征在于
a) 所述形状构件(l")具有一个曲率，例如曲率半径R至少等 于0.5米，
b) 所述形状构件(l")是厚度为E的一个多层部件(3")，其包
括
bl) —个内层d (4)，确保所迷形状构件(l")对所述产品
19的化学惰性，典型地为对所述产品的耐腐蚀性，
b2)以及一个外屋Ce(5)，其厚度EE至少等于所述内层d (4 )的厚度En以便所述外层CE ( 5 )主要确保总厚度E等于Ee+E, 的所述形状构件(l")的机械强度及其耐压性，
c) 所述内层d (4)和外屋Ce (5)通过所述第一组装件(30) 进行连接，以便尤其当所述形状构件(r')处于真空状态时，所述内 层d (4)不能脱离所述外层CE (5)，
d) 所述外层CE (5)是一个冲制的外层(5")，通过用基料MB 制成的、典型地为单层的、具有所述厚度Ee的所述外帶(7)沖压而 成，
e) 所述内层d (4)是一个多层内层CV (4')，其包括至少一个 内层dc (40)和一个外层ds (41)，所述内层Cic (40)形成具有厚 度Ek的、由第一材料MK:制成的一个内部覆层，确保所述耐腐蚀性， 所述外层Cls (41)具有厚度Ek，由第二材料M!s制成，形成所述内 层dc的支承，所述内层CIC (40)和外层CIS (41)由一个第二组装 件(42)连接，以便尤其当典型地为所述容器(1)的化学工程装置处 于真空状态时，所述内层CIC (40)和外层CIS (41)彼此不能分离，
f) 尤其对于所述内层d，所述形状构件没有多层材料的对接焊。
实施例
图la至6f示出本发明的不同方面或构成本发明的实施例。 1)图la示出反应器(1, 1，)的一部分，其具有一为内半径R的 半球形凸起底部(3， 3')，以一通常很小的角度a连接于一个多层圆柱 形侧壁(2， 2')，所述凸起底部(3， 3')和所述壁(2， 2')之间的连 接示意地示于该图上。
该凸起底部(3, 3')具有一个较小厚度Er的内层d (4)，该层 在其整个内表面上是连续的，确保底部的耐腐蚀性。该内层Ci可以是 一个单层，或者最好是一个多层内层d'(4')，多层结构的实施例示 于图2c和2d。该凸起底部(3， 3')具有一个外层CE (5)，其形成一个单层外 层CE， ( 5')。
鉴于其较大的厚度EE，该外层(5， 5，)借助于外部焊接(55) 由8个相同的构件(50)组装而成，如图lb所示，每个构件(50)是 借助于一个标准功率的冲压机成形的构件(51)。
2) 图2a至2d示出内层(4)的形成，其用沖压机(8)冲压一个 带材，形成所述多层内带(6),更准确地说，沖压在所述内带(6)上 切割的一个圆形坯件(6')。在这种沖压期间， 一个坯件紧固件(82) 压缩坯件(6')的边缘，使之抵靠着沖模(81)的边缘，而冲头(80) 施加的轴向力使坯件的中央部分变形，使之贴合沖模(81)的内表面， 通常不形成褶皱。
图2b示出如此获得的内部形状部件(4a)，图2c和2d示出两种 具有代表性的多层结构。
该内部形状部件(4a)用于随后借助于所述第一组装件(30)，组 装于外部形状部件(5a),形成所述外层(5， 5')。
3) 图3a示出图lb所示的实施方式的一个实施例，在该实施方式 中，外部形状部件(5a)围绕一个中央构件(53)具有四个相同的构 件(52)，所有这些构件借助于所述外部焊接(55)彼此焊接。
图3c示出形状构件(51)的制造，其通过冲压通常在具有厚度 Ee的所述外帶(7)上切割的一个平面坯件(70)，形成构件(52)和 (53 )。
4) 图4a至4f根据两种主要实施方式的制造方法的多个变型
4-1)图4b至4f示出的情况是，带(6, 60， 61， 7)的宽度 足以获得具有所需尺寸的形状部件(4a)和(5a)。
带(6)是一个多层带d，或者是图2c所示的结构Clc/Cls，或者 是图2d所示的结构C1C/C /CIS。
带(60)是所述由材料Mk:制成的第一帶。
带(61)是所述由材料Mk制成的第二帶。
带(7)是所述由材料Mb制成的外帶。4-2)图4b，至4r示出的情况相反，借助于纵向焊接(621， 631， 72)，增加原来的带(60)、 (61)和(7)的宽度。
图4b和4b'分别示出在一个单个带(6， 60， 61， 7)上切割的坯 件(6'， 60'， 61'， 7')，以及在一个宽度加倍的带(62， 63， 7a)上 切割的坯件(62，， 63', 7a')。
图4c和4c，分別示出由材料Mk;制成的、厚度较小的、确保耐腐 蚀性的所述第一坯件(60，)和(62')。
同样，图4d和4d'分别示出由材料M,s制成的、厚度较大的、确 保材料MK:的支承作用的所述第二坯件(61，)和(63，)。
第一坯件(60'， 62，)和所述第二坯件(61'， 63，)随后借助于一 个中间层Cn (43)予以组装。
为了形成多层内带(6)，也可通过共同层压或加装一个中间层(43 ) 组装所述第一带(60)和第二带(61)。
通常，尤其是鉴于其较小的厚度，所述第一坯件(60'， 62，)和 第二坯件Ul'， 63，)不单独冲压，而是预先组装。
图4e和4e，示出由单层材料MB制成的外部坯件(7，)和(7a，)， 外部坯件(7a')是在一个加倍的带上切割的坯件，而相应的图4f和 4f示出由相应的外部坯件(7')和(7a，)冲压而成的形状部件(5a) 或形状构件(51)。
5) 图5a至5e示出所述第一带(60)和第二带(61)的组装，所 述第一带(60)是一个第一复合带(62)，典型地是一个加倍的带，如 图4b，所示，而所述第二带(61)是一个第一复合带(63)，典型地是 一个加倍的带，如图4b'所示。
有利地，以90。定向纵向焊接(621)和(631)。
6) 图6a至6f示出内层(4)和外层(5)的所述第一组装件(30) 的两种实施变型，以使所述底部(3， 3')或所述反应器(l')可耐真 空
根据图6a至6c所示的变型，在所述外层(5， 5')由在边缘(500) 进行焊接的多个构件(50)组装而成的情况下，那么，这种边缘(500)的焊接可同样用于连接内层(4)。根据图6d至6f所示的变型，在所 述外层(5)由具有一个单一构件(5c)的一个层CV构成的相反情况 下，形成一些孔(56),在所述外层(5， 5c)的整个厚度Ee上形成盲 孔，并且形成一个外部焊接(55)，连接所述内层(4)与所述外层(5， 5c)。
本发明的优越性
本发明可经济地实施很多种的容器或容器的部分，即使是在大尺 寸部件或构件的情况下，这些容器应该同时耐真空和耐压。
本发明可以限制焊接次数，尤其是避免现有技术中视为"困难"的 焊接，特别是避免多层材料的对接焊。
此外，该方法特别是在内层方面可限制、甚至取消现有技术的方 法所需的后期热处理，这些热处理是为了符合制造标准、例如CODAP 或ASME标准的要求。实际上，本发明可将内层的厚度限制到相当低 的数值，以便降低防腐材料的材料成本，并同时避免成本也^f艮高的消 除应力的热处理，例如当根据ASME标准，中性纤维的变形超过5% 时。
最后，本发明的应用范围很广，适用于任何类型的要求耐压和耐 真空的化学工程装置。1
反应器r
形状构件i，'
轴向10
侧壁
多层侧壁2,
4型内层20
5型外层21
底部3
凸起底部3,
多层部件3"
4和5的第一组装件30
4和5层的焊接/钎焊区域31
3、 3，、 3"的内层d4
3、 3'、 3"的多层内层d'4'
内部形状部件"
内层C,c40
外层cIS41
第二组装件42
中间层c 43
钎焊层43'
3、 3'的外层CE5
单层外层CE'5，
外部形状部件
具有多构件50的层CV5b
具有单一构件的层Ce'5c
5的构件50
2450的焊接边缘 500
形状构件 51
5 (N)的相同构件 52
5的中央构件 53
5 (N-I)的周边构件 54
外焊缝 55
形成30的第一层 550
形成30的孔 56
多层内带 6
在6上切割的坯件 6'
第一材料MK:带 60
在带60上切割的第一坯件 60'
第二材料M^带 61
在带61上切割的第二坯件 61，
由各部分组成的第一带 62
由各部分组成的第一坯件 62'
第一部分 620
620的第一焊缝 621
由各部分組成的第二带 63
由各部分组成的第二坯件 63'
第二部分 630
630的第二焊缝 631
材料MB的单层外带 7
在7上切割的外坯件 7，
由各部分组成的外带 7a
在7a上切割的外坯件 7a' 在7上切割的用于50的坯件 70
带7a的部分 71
带7a的焊缝 72沖压机 8
沖头 80
冲模 81
坯件紧固件 8权利要求
1.容器(1)，典型地是用于进行核反应或化学反应的一个反应器(1′)，其形成适于耐压和耐真空的产品的储存或转化装置，所述容器(1)包括一个侧壁(2)和一个底部(3)，所述侧壁(2)典型呈圆柱形，直径D至少等于1米，所述底部(3)典型地具有相同的直径D，连接于所述侧壁(2)，所述侧壁(2)和所述底部(3)典型地是金属的，其特征在于a)所述容器(1)的所述底部(3)是一个凸起底部(3′)，b)所述凸起底部(3′)形成具有厚度E的一个多层部件(3″)，其包括b1)一个内层CI(4)，确保所述凸起底部(3′)对所述产品的化学惰性，且典型地为对所述产品的耐腐蚀性，b2)以及一个外层CE(5)，其厚度EE至少等于所述内层CI(4)的厚度EI，以便所述外层CE(5)主要确保总厚度E等于EE+EI的所述多层部件(3″)的机械强度及其耐压性，c)所述内层CI(4)和外层CE(5)由一个第一组装件(30)予以连接，以便尤其是当所述容器(1)处于真空状态时，所述内层CI(4)不能脱离所述外层CE(5)，d)所述内层CI(4)是一个多层内层CI′(4′)，由一多层材料形成，具有至少一个内层CIC(40)，其形成一个内部覆层，具有厚度EIC，由第一材料MIC制成，适于确保所述耐腐蚀性，一个外层CIS(41)，具有厚度EIS，由第二材料MIS制成，形成所述内层CIC的一个支承，所述内层CIC(40)和外层CIS(41)由一个第二组装件(42)予以连接，以便尤其是当所述容器(1)处于真空状态时，所述内层CIC(40)和外层CIS(41)不能彼此分离，e)所述容器没有多层材料的对接焊，尤其对于所述内层CI。
2. 根据权利要求l所述的容器，其特征在于，所述外层CE(5， 5')是一个外层(5b)，其具有N个构件(50)，所述构件(50)具有厚度Ee,通过外部对接焊(55)彼此连接，N典型地为2至16。
3. 根据权利要求2所述的容器，其特征在于，所述N个构件(50) 由通过所述外部焊接(55)彼此连接的N个相同的构件(52)形成。
4. 根据权利要求2所述的容器，其特征在于，所述N个构件(50) 具有一个中央构件(53)和N-1个相同的周边构件(54)。
5. 根据权利要求2至4中任一项所述的容器，其特征在于，所述 N个构件(50 )的至少一部分是形状构件(51 )，典型地是用冲压机从 一基本相同厚度Ee的帶材(7)成形的冲压件。
6. 根据权利要求5所述的容器，其特征在于，构件(50)的数量 N根据所述外层(5, 5')的厚度Ee加以逸捧，数量N随厚度Ee而増 加，以便所述沖压机能够在能力低于1500吨的冲压机中选择。
7. 根据权利要求l所述的容器，其特征在于，所述外层CE(5， 5')是一个外层(5c),其具有一个单一构件，形成一具有厚度Ee的 单层形状部件。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的容器，其特征在于，厚度 Es;/E,之比为1至20，最好为2至10。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的容器，其特征在于，所述 厚度EE为15亳米至100亳米。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的容器，其特征在于，所 述厚度E，为4毫米至15亳米，最好为5毫米至10毫米。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的容器，其特征在于，所 述内层dc (40)的厚度Etc典型地为0.4毫米至4毫米。
12. 根据权利要求l至ll中任一项所述的容器，其特征在于，厚 度E^/EK:之比为2至10。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的容器，其特征在于，形 成所述内层CIC (40)的所述第一材料Mk:逸自钽或钽合金，钛， 钛合金，锆，锆合金，镍基合金和不锈钢。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的容器，其特征在于，所 述外层ce(5， 5')从一基料Mb形成，呈带状，其厚度基本等于Ee，所述基料MB典型地选自钢或不锈钢。
15. 根据权利要求1至14中任一项所述的容器，其特征在于，形 成所述外层(41)的所述第二材料mm选自钢或不锈钢。
16. 根据权利要求12或13所述的容器，其特征在于，形成所述 外层(41)的所述第二材料M!s以及形成所述外层(5, 5，)的所述基 料MB最好相同。
17. 根据权利要求1至16中任一项所述的容器，其特征在于，所 述多层内层d' ( 4')具有一 中间层C ( 43 )，其连接所述内层CIC ( 40 ) 与所述外层ds(41)，所述多层内层d'(4')因而形成一个多层材料， 用符号dc/CWds表示，所述内层CIC (40)用于接触所述产品，所 述外层C1S ( 41)借助于所述第 一组装件(30 )连接于所述外层CE ( 5 )。
18. 根据权利要求17所述的容器，其特征在于，所述中间层Cn (43 )最好是一钎焊层(43')。
19. 根据权利要求1至16中任一项所述的容器，其特征在于，所 述内层dc (40)和外层ds (41)是共同层压层，以形成所述第二组 装件(42 )。
20. 根据权利要求1至16中任一项所述的容器，其特征在于，所 述内层CIC (40)和外层C1S (41)典型地通过爆炸贴在一起，以形成 所述第二组装件(42)。
21. 根据权利要求1至20中任一项所述的容器，其特征在于，所 述内层C,(4, 4')和外层CE(5, 5，)彼此通过焊接或钎焊进行组装， 以形成所述第一组装件(30)。
22. 根据权利要求1至21中任一项所述的容器，其特征在于，所 述侧壁(2)是一个多层侧壁(2，)，其包括a) —个内壁层CIP (20)，类似于所述内层d (4, 4')，具有由 所述第一材料MK;制成的所述内层CIC (40),确保所述耐腐蚀性，由 所述第二材料M,s制成的所述外层CIS (41)形成所述内层CIC (40) 的支承，以及b) —个外壁层CEP (21),类似于由所述基料Mb制成的所述外层CE (5， 5')，其厚度至少等于所述内壁层C > (20)的厚度，以便 所述外壁层cep (21)主要确保所述侧壁(2, 2')的机械强度及其耐 压性。
23. 根椐权利要求1至22中任一项所述的容器，其特征在于，所 述底部(3， 3，， 3")和所述侧壁(2， 2')连接，形成一个小于60° 的角度a。
24. 根据权利要求1至23中任一项所述的容器，其特征在于，所 述凸起底部(3')是一圓锥形底部，或者是一个形成曲率半径R至少 等于0.5D的球座的底部。
25. 根据权利要求1至24中任一项所述的容器，其特征在于，所 述外层CE (5)是一个外层Ce' (5')，由一单层材料制成，具有所述 厚度Ee。
26. 根据权利要求1至24中任一项所述的容器，其特征在于，所 述外层CE (5)是一个外层CE' (5')，由一多层材料制成，具有所述 厚度EE。
27. 根据权利要求1至26中任一项所述的容器(1)的底部(3， 3'， 3")的制造方法，其中a) 形成一外部形状部件(5a)，其直径基本等于D，具有例如所 述曲率半径R,且用于借助一沖压机(8)，从典型呈平面的、所述基 料Mb的、厚度为Ee的一个外帝(7)，或从典型呈平面的、在所述外 带(7)上切割的一坯件(7')，形成所述底部(3， 3'， 3")的所述外 层CE (5， 5'),b) 形成一内部形状部件(4a)，其直径基本等于D,具有例如所 述曲率半径R，且用于形成所述底部(3， 3，， 3")的所述内层d或 CV (4， 4，)bl)形成或供给典型呈平面的、具有厚度EIC、由所述第一 材料Mk:制成的一个第一帶(60)，或直径至少等于D的、在所述第 一带(60)上切割的一个第一坯件(60')，b2)形成或供给典型呈平面的、具有厚度E!s的、由所述第二材料M,s制成的一个第二带(61)，或直径至少等于D的、在所述 第二带(61)上切割的一个第二坯件(61，)，b3)通过所述第二组装件(42)组装所述第一带(60)和第 二带(61)，或所述第一坯件(60，)和第二坯件(61，)，以形成典型 呈平面的一个内带(6)，b4 )借助一沖压机或在所述内带(6 )上预先切割的一坯件(6') 使所述内带(6)典型地在一沖压机(8)的沖头(80)和沖模(81) 之间成形，以形成具有所述曲率半径R的所述内部形状部件(4a)，c)以及最好，借助所述第一组装件(30)组装所述内部形状部件 (4a)和外部形状部件(5a)。
28. 根据权利要求27所述的方法，其特征在于，典型呈平面的具 有厚度Ek:的所述第一帶(60)或所述笫一坯件(60，)是一个第一带 (62)或一个第一坯件(62')，其由所述第一材料Mic的第一平面部分(620) 构成，所迷第一平面部分借助基本相同厚度E,c的第一对接焊(621) 进行组装，以便能获得一个大直径的内部形状部件(4a)，其直 径典型地大于2米。
29. 根据权利要求27或28所述的方法，其特征在于，典型呈平 面的具有厚度E,s的所述笫二带(61)或所述第二坯件(61，)是一个 第二带(63)或一个第二坯件(63，)，其由所述第二材料Mb的第二 平面部分(630)构成，所述第二平面部分借助基本相同厚度Eis的第 二对接焊(631)进行组装，以便能获得一个大直径的内部形状部件 (4a)，其直径典型地大于2米。
30. 根据权利要求27至29中任一项所述的方法，其特征在于， 在所述外屋Ee(5)的厚度Ee小于平均植的情况下，即对于2米的直 径D典型地最大等于25毫米，则所述外部形状部件(5a)借助所述 冲压机通过对所述外带(7)或所述外带(7)的所述坯件(7')的直 接沖制而获得。
31，根据权利要求27至29中任一项所述的方法，其特征在于， 在所述外层EE (5)的厚度Ee大的情况下，即对于2米的直径D，大于典型的25毫米左右的极限冲制厚度E^，则所迷外部形状部件(5a) 用下述方法获得1) 在所述外带(7)上切割N个平面坯件(70)，2) 用冲压机成形所述平面坯件(70)，以形成N个形状构件(51， 52， 53， 54)，3) 焊接所述N个形状构件(51， 52， 53， 54)，以形成所述外部 形状部件(5a)，其外部对接焊(55)的厚度基本等于Ee。
32. 根据权利要求27至31中任一项所述的方法，其特征在于， 所述外部形状部件(5a)用作所述内带(6)的成形冲模，以形成所述 内部形状部件(6a)。
33. 根据权利要求27和31所述的方法，其特征在于1) 首先形成所述内部形状部件(4a)，2) 在所述外层(5)的所述N个形状构件(51)形成之后，所述 N个形状构件(51)布置成典型地在所述内部形状部件(4a)上，与 所述内部形状部件(4a)相接触，以形成所述外部对接焊(55),3) 所述N个构件的所述外部焊接(55)包括一个第一阶段，形 成一个第一焊接层(550)，也构成所述第一组装件(30)。
34. 根据权利要求27至31中任一项所述的方法，其特征在于， 当形成所述底部(3)的所述多层部件(3")的等于Ee+E,的所述悉厚 度E典型地大于25毫米时，厚度Ee和EB的配对选择成其和恒定， 典型地为增加厚度E^而减小厚度EE，以便即使不能避免，也至少限 制所述外部形状部件(5a)或内部形状部件(4a)或所述底部(3)的 消除应力或退火的热处理次数。
35. 化学工程装置的形状构件(l")，所述化学工程装置典型地是 一个容器(l)，例如一个反应器(l')，典型地用于进行化学反应，形 成一个适于耐压和耐真空的产品的储存或转化装置，其特征在于a) 所述形状构件(l")具有一个曲率，例如曲率半径R至少等 于0.5米，b) 所述形状构件(l")是厚度为E的一个多层部件(3"),其包括bl) —个内层d (4)，确保所述形状构件(l")对所述产品 的化学惰性，且典型地为对所述产品的耐腐蚀性，b2 )及一个外层CE( 5 )，其厚度EE至少等于所述内层C,( 4 ) 的厚度E!,以便所述外层ce(5)主要确保总厚度E等于Ee+Et的所 述形状构件(l")的机械强度及其耐压性，c) 所述内层Ct (4)和外屋Ce (5)通过所述第一组装件(30) 予以连接，以便尤其是当所述形状构件(l")处于真空状态时，所述 内层d (4)不能脱离所述外层CE (5),d) 所述外层CE (5)是一个冲制的外层(5")，通过用基料MB 制成的、典型地为单层的、具有所述厚度Ee的所述外帶(7)沖压而 成，e) 所述内层C, (4)是一个多层内层CV (4')，其包括至少一个 内层CIC (40)和一个外层C1S (41),所述内层形成由第一材料M1C 制成的具有厚度E1C的一个内部覆层，确保所述耐腐蚀性，所述外层 具有厚度E,s，由第二材料Mm制成，形成所述内层Ck的支承，所述 内层dc (40)和外层ds (41)由一个第二组装件(42)连接，以便 尤其是当所述化学工程装置，即典型的所述容器(l)，处于真空状态 时，所述内层dc (41)和外层C!s (42)不能彼此分离，f) 所述形状构件没有多层材料的对接焊，尤其对于所述内层d。
全文摘要
本发明的容器(1)包括侧壁(2)和底部(3)，其特征在于a)所述底部(3)是一个凸起底部(3′)；b)所述厚度为E的凸起底部(3′)包括b1)一个确保耐腐蚀性的内层C_I(4)，b2)及一个外层C_E(5)，其厚度E_E至少等于内层C_I(4)的厚度E_I；c)所述内层C_I(4)和外层C_E(5)通过第一组装件(30)连接；d)所述内层C_I(4)由多层材料形成，具有一个确保耐腐蚀性的内层C_IC(40)和一个外层C_IS(41)，所述内层C_IC(40)和外层C_IS(41)通过第二组装件(42)连接。优点可经济地制造大尺寸容器。
文档编号B01J19/02GK101678294SQ200880013096
公开日2010年3月24日 申请日期2008年3月5日 优先权日2007年3月5日
发明者E·托蒂诺, E·科尔贝, T·诺达里 申请人:卡朋罗兰化学工程设备公司