DE1551606A1

DE1551606A1 - Mehrlagenbehaelter

Info

Publication number: DE1551606A1
Application number: DE19671551606
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Iwasaki; Yoshimitsu Uto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1966-10-06
Filing date: 1967-10-05
Publication date: 1970-04-02
Also published as: GB1206287A; FR1557012A; US3565275A; NL6713660A; NL132453C

Description

"Mehrlagenbehälter"

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Mehrlagen» "behälter, der gegen Wasserstoffversprödung, Haarrisse, Entkohlung, 7ersprödung und andere durch Wasserstoff bei hohem Brück und hohen Temperaturen verursachte fehler unempfindlich ist.

Die Gefahr einer Wasserstoffversprödung besteht dann nioht_? wenn als Werkstoff für Hochdruckbehälter ζητ. Lagerung und sum Iransport von Wasserstoff "bei hohem Dmel-i und holier Semperatur wasssrstoffbeständige Stähle verwendet werden, die bestimmten Betriebsbediiiguagea genügen,, Ifes= serstoffbestänäige Stähle sind jedoch'teuer iz&iü. aitlssea ins-"besoMsre mit großer Toi'sioM wäi?m©"b©liaadelt werden_? wodurch sieh die Herstellungskosten "b erhöhen. Die Herstellungskosten derartiger Behälter W jedoch gesenkt \ferden, wenn niw für die innere B ein gegen Wasserstoff "beständiger Stahl verwenö.Qt- mrd, rend für die die Innenwandung umgebenden äußeren Sagen ein billiger Stahl₅ "beispielsweise ein Kohlenstoffstahl» verwendet wird. ■-:-.■ '0098U/1580

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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die vorerwähnten Kachteile zu vermeiden und insbesondere einen billigen, gegen eine Wasserstoffversprödung beständigen Behälter zu schaffen.

Des weiteren ist die Erfindung darauf gerichtet, einen wasserstoffbeständigen Mehrlagenbehälter zu schaffen, φ bei dem eine Wasserstoffdiffusion in den Stahl der einzelnen lagen durch eine Belüftungsbohrung durch diese lagen oder den Schweißwerkstoff der ringförmigen Schweißnähte verhindert wird, so daß sich ein billiger Mehrlagenbehälter ergibt, der gegen eine Wasserstoffversprödung geschützt ist, und aus einem einfachen Stahl hergestellt ist mit Ausnahme der Verwendung eines wasserstoffbeständigen Stahls als Werkstoff für den inneren Zylinder und die Plansche.

Schließlich soll durch die Erfindung ein gegen ^ Wasserstoffversprödung unempfindlicher Mehrlagenbehälter

durch eine "besondere Art des Schweißens beim Herstellen der ringförmigen Schweißnähte durch Aufbringen eines Polsterwerkstoffes geschaffen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen?

. 1 einen axialen iängsschnitt durch einen herkömmlichen Mehrlagen-Hoehdruckbehälter _t

2 eine vergrößerte Darstellung einer Timfangssohweiß-

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naht des in I¹Ig. 1 dargestellten Mehrlagenbehälters,

Pig. 3 und 4 die Umfangesehweißnähte eines Mehrlagen-Hochdruck-Behälters nach der Erfindung und

gig, 5 einen. Querschnitt durch die Wandung eines erfindungsgemäSen Mehrlagenbehälters * im Bereich der Verbindung der Isagen mit einem Flansch.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte herkömmliche Mehrlagenbehälter besteht aus mehreren, einen inneren Zylinder 1 umgebenden Außenlagen 2, der an seinen Stirnseiten . Flansche 4 besitzt, die durch ringförmige Schweißnähte 5 mit den Lagen 1, 2 des Behälters verbunden sind. Demzufolge besteht, auch wenn der Innenzylinder 1 oder die Flansche 4 aus einem wasserstoffbeständigen Stahl bestehen und ein ebenfalls wasserstoffbeständiger Schweißdraht beim Schweißen benutzt wird, die Möglichkeit, daß im Betriebszustand Wasserstoff über die freiliegende innere Behälteroberfläche vom Schweißwerkstoff aufgenommen wird, von dort in die äußeren Lagen des Behälters gelangt und auf diese Weise zu einer Wasserstoffversprödung führt, wenn nicht auch die äußeren Lagen des Behälters aus einem wasserstoffbeständigen Stahl bestehen. Im einzelnen soll das anhand des Wandungsquerrschnittes der Fig. 2 erläutert werden, der aus einem inneren Zylinder 1 aus wasserstoffbeständigem Stahl, mehreren aus Kohlenstoffstahl bestehenden Außenlagen 2 und einer ringförmigen Schweißnaht 3 sowie einer Beobachtungs- und Beltiftungsbohrung 6 besteht. Ein Teil des Wasserstoffs wird von der

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Behälteroberflache absorbiert und diffundiert als atomarer Wasserstoff in den Stahl hinein. Das heißt der an der Oberfläche des inneren Zylinders 1 absorbierte Wasserstoff diffundiert durch diesen hindurch und tritt im Zwischenraum zwischen dem inneren Zylinder 1 und den lagen 2 aus, von wo er in die Belüftung slJohrung 6 gelangt. Da der Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter 1 und den Lagen 2 mit der Atmosphäre in Verbindung steht, übersteigt der Druck im Zwischenraum den Atmosphärendruck nicht, so daß es in den von der Schweißnaht 3 entfernten Bereichen der Lagen 2 nicht zu Wasserstoffehlern kommen kann· Der an der Oberfläche des Schweißwerkstoffs 3 aufgenommene Wasserstoff durchdringt zum Teil die gesamte Schweißnaht und gelangt in die freie Atmosphäre. Doch diffundiert auch ein gewisser Anteil seitlich in die Lagen 2; demzufolge muß für die Schweißnaht 3 und die Lagen 2 ebenfalls ein wasserstoffbeständiger Stahl verwendet werden, um WasserStoffehler im Bereich der Schweißnaht 3 zu verhindern. Das führt jedoch · zu einer beträchtlichen Erhöhung der Herstellungskosten.

In Pig. 3 ist im Querschnitt die Schweißverbindung der Lagen eines Mehrlagen-Hochdruckbehälters dargestellt. Der Mehiilagenbehälter 1 besteht aus den beiden inneren Zylindern 11, 12 aus wasserstoffbeständigem Stahl, meh- · reren Außenlagen 13 aus Kohlenstoffstahl, einer die inneren Zylinder 11, 12 verbindenden Schweißnaht 14 aus einem wasserstoff be ständigen Schweißwerkstoff und einer die Lagen 13

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.-."■ ü; miteinander "verbindenden ringförmigen Sehweißnaht 15· Durch "" .die Lagen 13 erstrecken sich Beobaehtungs- und Belüftungs-. bohrungen 16 und 17«

Eine Belüftungsbohrung 18 erstreckt sich nur durch - die innerste der Außenlagen 13„ Befindet sich im Inneren des Behälters 1 Wasserstoff hohen Drucks und hoher !Temperatur, dann wird dieser atomar von den inneren Zylindern 11 und. 12 aus wasserstoffbeständigem Stahl und dem Schweißwerkstoff 14 _t absorbiertj durch die er hindurehdiffundiert. Alsdann scheidet er sich als molekularer Wasserstoff im Zwischenraum zwischen, den inneren Zylindern 11, 12 und den Lagen 13 ab. Der Druck im Zwischenraum entspricht dem Atmosphärendruck, da 1 über die Bohrungen 16 und 1? eine Verbindung mit der freien Atmosphäre besteht, so daß der Wasserstoff nicht in den Schweißwerkstoff 15 diffundiert. Demzufolge sind auch die Lägeii t3 yoUlig gegen Wasserstoffehler geschützt» Die Beiüf^^tarigsbohajungen für den Wasserstoff können irgendwo im Bereich der Schweißnaht 15, gegebenenfalls auch in der Sehweiß-■ uahi? selbst liegen. _ · ' ;

^ ; f Zu^ Wirkung der Belüftungsböhrung 18 für Wass4rstoffigas ist folgendes zn sagend Da die ringförmige Schweiß- \[ iisht I^;3^ec^(^/4en/dimerea'2j|iiJiäÄ3Stt \t1 und 12 nicht in der Radialabeüö der Schweißnaht 15 liegt, besteht die Mög-; lichkeit, das ¥er schweiß en der beiden inneren Zylinder nach '· dem^ irerbinde»:'€jm 4ußenlag©n Tor zunehmen, In diesem falle ■ ,werd®33;;^;"äie Xnsensylinder aiir dem benachbarten Zylinder der

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Lagen 13 verschweißt, so daß der Wasserstoff im Bereich der Schweißnaht 14 absorbiert wird, in die Lagen 13 aus Kohlenstoffstahl gelangt und es dort zu einer Wasserstoff versprödung kommt, wenn nicht eine zusätzliche Beltiftungsbohrung 18 vorgesehen ist. Demzufolge wird eine nur durch die innerste Lage 13 verlaufende Belüftungsbohrung 18 angebrächt, um den Austritt des Wasserstoffs in die Atmosphäre über den Zwischenraum zwischen der innersten und der nächsten Lage 13 zur Belüftungsbohrung 16 zu ermöglichen·

Die Außenlagen 13 müssen so miteinander verschweißt werden, daß sie beim Schweißen nicht mit dem Innenzylinder verschweißen; ist dies schwierig, so sollte ein Polstermetall 19 verwendet werden, dessen Dicke größer ist als die Dicke der Schweißzone im Bereich des dem Innenzylinder der Jig· 4 benachbarten Seils. ·

_ Da die Verbindung über eine ringförmige Schweißnaht erfolgt und die axialen Spannungen halb so groß sind wie die Umfangsspaonungen bei einem bestimmten Innendruck, muß darauf hingewiesen werden, daß bei sehr gutem Schweißen die halbe |)icke ausreichend ist} demzufolge ergeben eich, ' wa* die festigkeit anbetrifft, keine Schwierigkeiten bei/ der Verwendung des vorerwähnten Metal lpoistersu

£n Fig. 5 ist die Verbindung der BefeÄlterwandung | mit einem flansch im Querschnitt dargestellt. Der Druckbehälter besteht aus einem inneren Zylinder 21 aus wäeeerstoffr j beständigem Stahl, mehreren aus Kohlenetoffatauhl bestehenden,.

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Außenlagen 2Z₉ einem Flansch 23 aus wasserstoffbeständigeia Stahl* einer Schweißnaht 24 aus Kohlenstoffstahl, einer Schweißnaht 2§ aas wasserstoffbeständigem Stahl, die den iaaeren Zylinder."-21 mit dem flansch "23 verbindet,, einer durch die AuSesilagen 22 gehende Belüftungsbohrung sowie ©ia©3? BeXÜftimgsbohruiig 27 durch den Mansch. 23· Auch, bei , äeffl-Ausführungabeispiel der Mg. 5 geiangtj wie bereite- int Steammeiihang alt Hg. 3 erläutert₉- der durch den Innensylimder .21 diffundierende Wasserstoff über den schmalen Zwisehenraito wischen ihm and den AuSenlageii 22 und die BeMftungsbohrujag 26 ia die ItUOBpMrS₀ so daß' für di® lußönlagen 22 aus Kotilenstoffstahl, leine iefaJar ©iner Wasserstoffversprödung besteht.

Der durch den ^laaaeh 23 ©te^ ien diesen überlappenden Teil des inneren Zylinders 21 diffundierende" Wasserstoff gelangt über die Belüftungsbohrung 27 im Flansch 23 in die Atmospiiäre₉ ehe er mit der Schweißnaht 24 aus Kohlenstoffstahl in Berührung kommt. Mes bezieht sich auf die Verwendung von Kohlenstoffstahl aus Schweißwerkstoff.

Ia Hinblick auf ein Verschweißen des Schweißwerkstoffs 24 mit dem inneren Zylinder 21 kann, wie bereits im Zusammenhang mit Eig. 3 erläutert, ein Metallpolster vorgesehen sein.

Im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 5 wurde aus Gründen der Vereinfachung auf Kohlenstoffstahl oder übli-

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chen Stahl für die Außenlagen "bezug genommen; stattdessen kann jedoch auch niedriglegierter Stahl oder ein hochfester Stahl mit geringerer Wasserstoffbeständigkeit verwendet werden.

Unter wasserstoffbeständigem Stahl ist ein Stahl zu verstehen, der infolge seines Chrom- und/oder Molybdänzusatzes oder anderer Legierungselemente ist wie Wolfram, Titan, Vanadin, Zirkonium, Niob usw. nicht oder nur wenig empfindlich gegen durch Wasserstoff verursachte Fehler bei hohem Druck und hoher Temperatur ist.

Wie vorstehend bereits anhand der Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert, besteht ein Mehrlagenbehälter nach der Erfindung aus einem inneren Zylinder aus wasserstoffbeständigem Stahl und äußeren Lagen} dabei sind die Enden des inneren Zylinders und der Lagen mit Planschen verbunden und fallen die ringförmigen Schweißnähte zwischen den Außenlagen oder zwischen den Planschen und den Außenlagen nicht mit den ringförmigen Schweißnähten zwischen den Innenzylindern zusammen. Außerdem ist eine Belüftungsbohrung, die sich durch die Außenlagen oder im Bereich, in dem der Flansch den»Innenzylinder überlappt, vorgesehen. Sie liegt zwischen den Lagen oder an der geschweißten Verbindung zwischen den Lagen und dem Flansch oder in dessen Nachbarschaft. Eine weitere Belüftungsbohrung liegt in der dem Innenzylinder benachbarten Lage, und zwar auf der anderen Seite der Schweißnaht der Innenzylinder wie die erwähnte Belüftungsbohrung.

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• Durch diese Belüftungsbohrungen wird der durch den Innenzy- -'' linder aus dem Behälter diffundierende Wasserstoff in die . Atmosphäre abgeleitet, so daß er nicht in die äußeren lagen des Behälters diffundieren kann. Für eine in bezug auf die Schweißnaht zwischen den innenzylindern auf der anderen Seite wie die Belüftungsbohrung 16 liegende Belüftungsbohrung 18 genügt es, wenn sie sich nur durch die den Innenzylindern benachbarte lage erstreckt! doch kann sie sich auch durch zwei oder mehrere benachbarte Lagen erstrecken. Der Schweißwerkstoff der ringförmigen Schweißnaht der Außenlagen kann über Belüftungsbohrungen mit der Atmosphäre in Verbindung stehen und durch ein besonderes Schweißverfahren vor einem Verschweißen mit dem Innenzylinder geschützt werden. Demzufolge diffundiert der Wasserstoff nicht in den Schweißwerkstoff, sondern gelangt in die Atmosphäre und somit nicht aus dem Schweißwerkstoff in die Außsnlagen. Dem-' nach brauchen nur die inneren Zylinder und die Plansche aus wasserstoffbeständigem Stahl zu bestehen, während die übrigen Seile aus einem Üblichen Stahl gefertigt sein können ! und dennoch ein wasserstoffbeständiger Behälter entsteht,, dessen Herstellungskosten verhältnismäßig gering sindο

Des weiteren kann aaofe. der■-Erfindung auch ein Metallpolster eingesetzt sein ,-■■ das diqker ist als dia Siefe der I . -Schweißwirkungj wie sie beim Schweißen außerhalb üqb laaen-. "Zylinders "bavj« in der sdngföEsiigsn Behwe'ißnant iwiseiieu - äoa \

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Außenlagen oder zwischen diesen und den flanschen auftritt, um auf diese Weise ein·Verschweißen mit dem Innenzylinder zu vermeiden.

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Claims

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Mitsubishi Jukogyo Katushiki Kaislia, ITo. 10, Martmouchi 2-ehome, Ghiyoda-ku, Tokio, Japan

Patentansprüche:

■S. "

t J Mehrlagenbehälter für Wasserstoff mit über ringförmige Schweißnähte verbundenen Innenzylindern aus wasser stoff beständigem Werkstoff, mehreren Außenlagen und !Flanschen an den Stirnseiten, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Schweißnähte (15, 24) zwischen den Außenlagen (13, 22) oder zwischen diesen und den Planschen (23) außerhalb der Radialebenen der Schweißnähte (14, 25) zwischen den inneren Zylindern (11, 12) oder zwischen einem inneren Zylinder (21) und einem Plansch (23) liegen und sich eine Belüftungsbohrung (16, 17, 26, 27) durch die Außenlagen (13, 22) oder an der Schweißnaht (24) des mit den Lagen (22) verschweißten Flansche (23) oder in dessen Nachbarschaft erstreckt und daß eine weitere Belüftungsbohrung (18) mindestens durch die dem Innenzylinder (12) benachbarte Lage (13) geht, die auf der anderen Seite in bezug auf die Schweißnaht (14) zwischen den Innenzylindern (11, 12) liegt wie die Belüftungsbohrung (16).
2. Mehrlagenbehälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet du r c h ein an der Stirnseite der Schweißnaht (15) liegendes Polster (19), das dicker ist als die Tiefe

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der Schweißwirkung beim Herstellen der Schweißverbindung (15> 24) zwischen den Außenlagen (I5) oder zwischen diesen und einem Plansch (23) außerhalb des inneren Zylinders (11, 12, 21).

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