Fabrication et application d'une enveloppe en demi-tube spiralée pour sécheur sous vide à cône unique

Le séchoir à cône unique multifonctionnel à impulsions sous vide est un séchoir à agitation sous vide de nouvelle génération, développé par Wuxi ZhangHua Machinery pour répondre aux exigences des lignes de production de sachets de séchage fin dans l'industrie chimique fine. Doté d'une conception et d'une technologie de fabrication avancées, il permet de traiter des poudres humides, des gâteaux de filtration, des pâtes, des suspensions et d'autres matériaux. Il est particulièrement adapté aux produits à forte densité, à viscosité élevée, à haute sensibilité ou contenant des solvants toxiques ou explosifs. Ce séchoir à mélange à cône unique à impulsions fonctionne sous vide partiel et peut être utilisé à d'autres étapes du procédé, notamment : réaction-cristallisation, chauffage-refroidissement, stérilisation, séparation liquide-solide et dégazage.

Avec le développement de l'industrie chimique moderne, la production chimique tend à s'industrialiser et à se généraliser. Le rendement d'une seule installation de production augmente, et le sécheur sous vide à cône unique se développe lui aussi progressivement à grande échelle. Parallèlement, le diamètre du sécheur à cône unique augmente, et la longueur du cône s'accroît. En particulier, lorsque la pression de la double enveloppe dépasse 1,0 MPa, l'épaisseur de la paroi du cylindre intérieur augmente, ce qui complexifie la conception et la fabrication du sécheur sous vide à cône unique et, par conséquent, augmente également le coût de production de l'équipement.

Par conséquent, il est plus économique et raisonnable d'atteindre l'objectif d'amincissement de la paroi et d'augmentation de la capacité de résistance à la pression du cylindre intérieur en choisissant une structure de chemise appropriée.

Type et caractéristiques de la chemise chauffante du séchoir sous vide à cône unique

(1) Veste intégrale

Pour le chauffage ou le refroidissement des agitateurs, le type de double enveloppe le plus couramment utilisé est la double enveloppe intégrale, constituée d'un conteneur de diamètre légèrement supérieur placé à l'extérieur de l'équipement. Sa technologie de fabrication éprouvée, sa structure simple et sa facilité de production expliquent son utilisation répandue dans la conception des équipements chimiques.

L'inconvénient est que la surface de chauffe est limitée par la géométrie du cylindre et ne peut pas être trop grande.

(2) Veste avec déflecteur en spirale

La plaque de guidage en spirale est intégrée à la double enveloppe. Elle permet non seulement de guider le fluide, d'optimiser le chauffage ou le refroidissement du matériau contenu dans le conteneur, mais aussi de réduire l'épaisseur de paroi calculée du cylindre grâce à la diminution de la longueur de pression externe calculée. Cependant, lorsque le déflecteur est de grande taille, il ne peut être installé entre le cylindre et la double enveloppe. Augmenter la distance entre le cylindre et la double enveloppe, ou encore le nombre de spires du déflecteur et l'épaisseur de paroi du cylindre, pour réduire la déviation, revient à mettre la charrue avant les bœufs. De plus, le cylindre, l'anneau de renfort et la double enveloppe étant solidement liés, les différences de matériaux et de températures engendrent des contraintes importantes. Il est donc préférable d'éviter cette configuration.

(3) Demi-tuyau (rond)

La structure de la chemise à tubes semi-circulaires se divise en deux types selon l'agencement : spirale et rangée de tubes. Selon la forme des tubes semi-circulaires, on distingue les tubes semi-circulaires standard et les tubes arqués. Comparée à une chemise classique, la chemise à tubes semi-circulaires présente les caractéristiques suivantes : structure simple, forte résistance à la pression, et possibilité de réduire l'épaisseur des parois sans incidence sur le fonctionnement du conteneur. Il en résulte des économies de matériaux et une réduction des coûts d'équipement. De plus, elle améliore la résistance et la rigidité de l'équipement face aux pressions extérieures et facilite la maintenance. Cet avantage est particulièrement marqué pour les grands séchoirs sous vide à cône unique soumis à des conditions de pression extérieure extrêmes.

L'inconvénient est qu'il y a de nombreuses soudures et une grande quantité de soudage, ce qui entraîne certaines difficultés de traitement et de fabrication, et augmente également la charge de travail des essais non destructifs.

Problèmes et analyse de la fabrication de la chemise de demi-tube de retour spiralée du sécheur sous vide à cône unique

Les équipements à double enveloppe tubulaire semi-circulaire spiralée (ci-après dénommés demi-tubes) sont largement utilisés en Europe et en Amérique, et l'Allemagne a établi une norme en 1979. Comparés aux cuves à double enveloppe classiques, les équipements à demi-tubes présentent l'avantage d'une bonne résistance aux contraintes dans le cylindre, d'une efficacité de transfert thermique élevée, d'économies d'énergie et d'une consommation d'acier réduite, etc. Il s'agit actuellement d'une structure de double enveloppe relativement raisonnable et avancée.

Wuxi ZhangHua Machinery a mené une étude approfondie sur certains fabricants responsables de la production et a constaté que le problème de fabrication du conteneur à double enveloppe semi-tube est l'un des principaux problèmes affectant sa promotion et son application.

(1) Problème de formage de demi-tubes

Certains fabricants produisent cette partie du demi-tube à partir d'un tube rond préfabriqué, qu'ils façonnent selon le diamètre extérieur du cylindre, puis marquent. Après le traçage, ils utilisent une fraiseuse pour usiner la moitié du tube (qui est inutilisable) et obtenir ainsi la pièce finale.

Par conséquent, cette partie du demi-tube est très gourmande en ressources, le volume de traitement est important et son coût relatif est relativement élevé, et il est difficile de garantir la rondeur du diamètre intérieur du demi-tube après traitement.

(2) Le problème de la non-circularité du poids propre du cylindre

Du fait de sa longueur relativement importante, ce type d'équipement ne peut être posé à plat que pour assembler et souder les demi-tubes au niveau du joint cylindrique. Du fait de son propre poids, même un tube arrondi se déformera après sa mise à plat.

Cependant, certains fabricants n'ont pris aucune mesure et ont directement assemblé et soudé les demi-tubes sur les joints des fûts, ce qui a engendré des dangers cachés lors de l'utilisation future de l'équipement.

(3) Problème d'assemblage du demi-tube spiralé et du cylindre

Les demi-tubes sont d'abord fixés à la paroi de l'appareil, puis soudés bout à bout. Le procédé de fabrication ne permet aucun retrait après soudage, ce qui engendre d'importantes contraintes d'assemblage entre les soudures. Ces contraintes, généralement de traction, peuvent facilement provoquer des fissures et réduire la résistance à la traction de la soudure.

Par conséquent, sa technologie de traitement doit être améliorée.

Solution de fabrication de la gaine en demi-tube spiralée pour séchoir sous vide à cône unique

Pour résoudre les problèmes susmentionnés, Wuxi ZhangHua Machinery a consacré plus d'un mois à l'étude de la documentation technique relative à la fabrication des enveloppes spiralées en demi-tube au Japon, en Allemagne et dans d'autres pays. Au terme de ce mois, elle a finalement identifié le schéma de fabrication précis de l'enveloppe spiralée en demi-tube du sécheur sous vide à cône unique, ainsi que la méthode permettant de résoudre les problèmes évoqués.

(1) profilage par rouleaux

La gaine en demi-tube est fabriquée à partir d'une plaque d'acier au lieu d'un tube rond, puis profilée par laminage à l'aide d'une machine à laminer les demi-tubes fabriquée sur mesure.

Les bandes d'acier sont formées sur la machine à laminer selon le « Code de processus de laminage rond » des récipients sous pression afin de rendre la rondeur conforme aux exigences 10 et 13 de la norme GB150-89 relative aux récipients sous pression.

(2) Assemblage du tube semi-circulaire spiralé à l'extérieur du cylindre

Le processus de fabrication des tubes semi-circulaires spiralés est complexe, car il implique la variation du rayon et de l'angle d'hélice, ce qui en accroît la difficulté. Un défaut de dimensionnement complique l'assemblage et le soudage. Les tubes semi-circulaires spiralés comportent de nombreux joints bout à bout, et les cordons de soudure d'angle sont relativement longs. Pour garantir la qualité du soudage, une pénétration complète est indispensable au niveau des joints bout à bout. Or, la détection des défauts dans les cordons de soudure d'angle des tubes semi-circulaires est difficile, de même que la détection des défauts internes (laitier de serrage, pénétration incomplète, porosités, fissures, etc.).

Cela engendre de nombreux dangers potentiels liés à l'utilisation de l'équipement, c'est pourquoi des mesures technologiques spécifiques ont été mises au point pour résoudre les difficultés susmentionnées.

(3) Préparation du cylindre avant soudage

Commencez par positionner le cylindre soudé sur la plateforme, puis vérifiez à nouveau sa position verticale (0°, 90°, 180°, 270°). Tracez ensuite la trajectoire du tube semi-circulaire spiralé sur les quatre lignes d'orientation mentionnées. Cette méthode garantit la précision de l'assemblage. Les tubes semi-circulaires spiralés sont alors assemblés et soudés successivement, de bas en haut. À cette fin, des gabarits et des cales sont utilisés pour assurer un maintien optimal des tubes semi-circulaires sur le cylindre et minimiser le décalage des joints bout à bout, ce qui contribue à une meilleure qualité de soudure.

(4) Procédé de soudage

Afin d'obtenir une pénétration complète des joints bout à bout, des rainures en forme de V, des bords émoussés (1±1) mm, des écarts de 2 à 3 mm, un soudage unilatéral et un formage bilatéral sont adoptés, et les soudeurs sont spécialement formés au soudage.

Pour la soudure d'angle circulaire, afin d'en garantir la qualité, après soudage et traitement thermique, outre le contrôle de surface, un test d'étanchéité à l'eau et à l'air est effectué. En cas de fuite, la soudure est réparée immédiatement, le défaut est contrôlé à nouveau et un nouveau test d'étanchéité est réalisé. (Après un calcul précis, la pression d'essai est augmentée à un multiple déterminé et maintenue pendant une durée suffisante).

(5) Essai de pression

En raison de la structure complexe du séchoir sous vide à cône unique, le cordon de soudure est trop long et la position de soudure imprécise. Afin de garantir la qualité de la soudure, il est nécessaire de réaliser un test de pression sur le serpentin externe après soudage et traitement thermique, ainsi qu'un test d'étanchéité à l'eau et à l'air, pour répondre aux exigences du produit.

Le réacteur à double enveloppe tubulaire semi-circulaire spiralée, sécheur sous vide à cône unique, présente des exigences techniques élevées, une structure complexe et d'importantes difficultés de fabrication. Il est indispensable de prendre pleinement en compte les difficultés liées aux processus de fabrication et d'assemblage, de définir des mesures de processus appropriées et de prévoir au préalable l'outillage auxiliaire nécessaire.

Au cours du processus de fabrication, les pièces sont formées en stricte conformité avec les dessins et les exigences du processus, et la déformation de la grande bride après soudage est évitée pendant le processus d'assemblage et de soudage, afin d'améliorer la qualité de soudage de la bobine et du cylindre et de contrôler toutes les difficultés clés.