DE69832190T2

DE69832190T2 - Verfahren zur herstellung eines heizofenrohres mit einem zwischenelement

Info

Publication number: DE69832190T2
Application number: DE69832190T
Authority: DE
Inventors: Katsumi Yamamoto; Takeo Murata; Rin Sasano; Kenji Sato; Toshikazu Nakamura; Muneyasu Ichimura; Kunio Yokohama-shi ISHII; Keizo Yokohama-shi HOSOYA
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: WO1999009230A1; CN1267340A; BR9815655A; EP1018563A4; AU733795C; RU2205247C2; EP1018563B1; ID24490A; AU8747298A; CN1085741C; AU733795B2; US6514631B1; EP1018563A1; TW548334B; KR20010023118A; EP1600519A1; KR100509290B1; DE69832190D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Heizofenrohrs und spezieller auf ein Verfahren zur Herstellung eines Heizofenrohrs, dessen Probleme Verkokung und Karburierung beim Betrieb unter hoher Temperatur sind, wie etwa das Crackrohr einer Ethylen-Fabrik.
STAND DER TECHNIK
In einem Crackrohr einer Ethylen-Fabrik, das als Heizofenrohr verwendet wird, ist beispielsweise das Verkoken ein Problem, wobei sich Kohlenstoff niederschlägt und auf der Innenfläche des Rohrs in der Atmosphäre von Kohlenstoff enthaltendem Gas, wie etwa Kohlenwasserstoff, ablagert, wenn die Temperatur in dem Temperaturbereich liegt, in welchem Kohlenstoffausfällung auftritt.
Falls auf der Innenfläche des Heizofenrohrs Verkokung entsteht, können während des Betriebes der Anlage solch schwerwiegende Probleme wie Überhitzung und Verstopfung auftreten. Daher muss in kurzen Abständen ein Entkoken durchgeführt werden, um den abgelagerten Kohlenstoff bei hoher Temperatur durch Verbrennen in Dampf-Atmosphäre zu beseitigen, und um das Entkoken durchzuführen, muss die Anlage vorübergehend stillgelegt werden, was einen beträchtlichen Leistungsabfall verursacht.
Technologien, die entwickelt wurden, um dieses Problem zu lösen, schließen die Konstruktion eines Heizofenrohrs aus Material mit einem Aluminium enthaltenden Oxidfilm auf der Oberfläche ein, der durch eine eisenhaltige Legierung, der 1–10% Al beigemischt werden, hergestellt wird, oder aus Material mit einer Schicht, die einen hohen Al-Anteil enthält, indem die Oberfläche der Basislegierung aluminisiert wird.
In diesem herkömmlichen Stand der Technik ist die Verkokungswiderstandsfähigkeit bis heute zwar tatsächlich erhöht worden, jedoch reicht sie noch nicht aus, das Rohr als Heizofenrohr in einem heutigen Industrieofen zu verwenden.
EP-A-0 418 606, die als Beispiel für den maßgeblichsten Stand der Technik gilt, offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Einheit aus zwei Rohren aus nicht korrodierendem Material, die mittels Diffusionsbindung über ein Einlagematerial verbunden werden, wobei das Einlagematerial vor der Diffusionsbindung an der Verbindungsfläche zwischen die beiden zu verbindenden Rohre eingefügt wird. Während der durch Erwärmen des Einlage-Elementes erreichten Diffusionsbindung wird zumindest auf die Seitenstoßkanten der zu verbindenden Teile der beiden Rohre Druck angelegt.
Unter Betrachtung des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Heizofenrohrs bereitzustellen, das eine gute Verkokungswiderstandsfähigkeit aufweist und einen Leistungsausfall wegen Entkoken verhindern kann.
Im Falle eines Heizofenrohrs, das Karburierung verursacht, wie etwa im Falle eines Crackrohrs einer Ethylen-Fabrik, wird die Karburierungstiefe auf der Innenfläche des Heizofenrohrs regelmäßig gemessen, um einer Schädigung des Heizofenrohrs durch Karburierung vorzubeugen, und da der Betrieb der Anlage bei jeder Maßnahme angehalten werden muss, fällt die Produktivität beträchtlich.
Eine durch Oxiddispersion verstärkte (ODS) Eisenlegierung, die eine ferritische Legierung mit hohem Chromanteil ist, (20Cr-5Al-Fe) in der Seltenerdoxid dispergiert wird, ist dafür bekannt, dass sie eine außergewöhnlich überragende Hochtemperaturfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Karburierung aufweist, verglichen mit herkömmlichen Materialien, und wird daher für ein Heizofenrohr verwendet, einschließlich eines Verbindungsverfahrens, das Schmelzschweißen, Reibschweißen, Hartlöten oder eine mechanische Verbindungsmethode anwendet.
Bei der Methode des Schmelzschweißens mittels WIG-Schweißen und Elektronenstrahl-Schweißen, die das Flüssigwerden der Stoßstellen einbezieht, treiben jedoch Oxidteilchen nach oben und die Dispersionsverfestigungsfunktion, die ein Hauptmerkmal der Seltenerd-ODS-Eisenlegierung ist, geht verloren, wodurch eine hohe Temperatur auf die Hälfte oder darunter abfällt.
Bei der Reibschweißmethode, die das Schmelzen von Material nicht einbezieht, fällt die Hochtemperaturfestigkeit nicht stark ab, jedoch bildet der hohe Verbindungsdruck eine dicke Schweißnaht an der Stoßstelle des Heizofenrohrs, was das Fließen von Flüssigkeiten im Heizofenrohr hemmen wird.
Beim Hartlöten kann keine hohe Hitzebeständigkeit erwartet werden, da der Schmelzpunkt des Hartlöt-Zusatzmetalls weit niedriger ist als der des Grundwerkstoffs, und beim mechanischen Verbindungsverfahren, wie etwa Vernieten und Verschrauben, ist die Aufrechterhaltung der Luftdichtigkeit bei hoher Temperatur äußerst schwierig, weswegen beide Methoden zum Verbinden der Heizofenrohre ungeeignet sind.
Auf diese Weise haben herkömmliche Methoden zum Herstellen einer Verbindung Schwierigkeiten, die Anforderungen an die Stoßstellen von Heizofenrohren zu erfüllen, einschließlich der Karburierung, der Luftdichtigkeit und hohen Zuverlässigkeit, zusätzlich zu außerordentlicher Hochtemperaturtestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Karburierung.
OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zur Herstellung eines Heizofenrohrs entsprechend der vorliegenden Erfindung wird in Anspruch 1 definiert.
Bei dieser Konfiguration wird zumindest ein Heizofenrohr-Element so hergestellt, dass es ein aus einer Seltenerd-ODS-Eisenlegierung hergestelltes Heizofenrohr mit guter Widerstandsfähigkeit gegen Karburierung ist, weshalb das Intervall zum Ersetzen des Heizofens länger hinausgeschoben werden kann als bei einem herkömmlichen Heizofenrohr, wenn es in einer Ethylen-Fabrik verwendet wird, und infolgedessen kann ein Leistungsausfall verhindert werden.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist, dass das Einlagemetall durch Plattieren geformt wird.
Bei dieser Konfiguration kann das Einlagemetall einfach und sicher zwischen Seitenstoßkanten des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite und des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite und dem Kupplungsansatzrohr eingelegt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Tabelle über das Ergebnis nach der Prüfung der Verkokungswiderstandsfähigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation bei hoher Temperatur und mechanischer Charakteristika verschiedener Legierungszusammensetzungen, einschließlich Seltenerd-ODS-Eisenlegierung, des Heizofenrohrs;
2 ist eine Graphik, die den Vergleich der Verkokungswiderstandsfähigkeit zwischen der Fe/20Cr/5Al/Y₂O₃-Legierung, die eines der Materialien des Heizofenrohrs ist, der austenitischen hitzebeständigen Legierung, die ein herkömmliches Material ist, und der Fe/20Cr/5Al-Legierung darstellt;
3 ist eine Tabelle über das Ergebnis nach der Prüfung des Einflusses von S auf die Verkokungswiderstandsfähigkeit der Seltenerd-ODS-Eisenlegierung des Heizofenrohrs und der austenitischen hitzebeständigen Legierung eines herkömmlichen Heizofenrohrs;
4 ist eine perspektivische Ansicht des Hauptteils des Heizofenrohrs;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die Einzelteile und den Spanner des Heizofenrohrs darstellt;
6 ist eine Querschnitts-Seitenansicht des Hauptteils, die die Herstellungsweise des Heizofenrohrs entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist eine perspektivische Ansicht des Hauptteils des Heizofenrohrs;
8 ist eine perspektivische Ansicht, die Einzelteile und den Spanner des Heizofen rohrs darstellt;
9 ist eine Querschnitts-Seitenansicht, die die Herstellungsweise des Heizofenrohrs entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 ist eine Querschnitts-Seitenansicht des Hauptteils, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Heizofenrohrs darstellt;
11 ist eine Querschnitts-Seitenansicht des Hauptteils, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Heizofenrohrs darstellt; und
12 ist eine Querschnitts-Seitenansicht des Hauptteils, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Heizofenrohrs darstellt.
Die Ausführungsbeispiele, die in den 1–4, 7 und 11–12 offenbart werden, sowie die entsprechenden Teile der Beschreibung stellen keinen Teil der Erfindung dar, repräsentieren aber den Stand der Technik und sind nützlich zum Verständnis der Erfindung.
DIE BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die Abbildungen wird nun die beste Art zur Ausführung der Erfindung hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung des Heizofenrohrs beschrieben.
In den Abbildungen werden dieselben Ziffern und Zeichen für dieselben Einzelteile verwendet, um überflüssige Erläuterungen wegzulassen.
Ein Heizofenrohr ist ein Heizofenrohr, das verwendet wird, um Flüssigkeiten durchzuleiten, die Kohlenwasserstoff oder Kohlenmonoxid enthalten, wie etwa ein Crackrohr einer Ethylen-Fabrik, und unter Verwendung einer ferritischen Eisenlegierung mit hohem Chromanteil und mit Al-Zusatz als Basis, speziell einer Yttrium-ODS-Eisenlegierung, die 19–26 Gew.-% Cr und 3–6 Gew.-% Al enthält, aus Seltenerd-ODS-Eisenlegierung hergestellt wird.
1 zeigt das Ergebnis nach Prüfung der Verkokungswiderstandsfähigkeit, der Oxidationswiderstandsfähigkeit bei höherer Temperatur sowie der mechanischen Eigenschaft (Hochtemperaturfestigkeit, Verformbarkeit) verschiedener Zusammensetzungen von Legierungen, einschließlich einer Yttrium-ODS-Eisenlegierung, die für das Heizofenrohr der vorliegenden Erfindung (Anspruch 1) verwendet wird.
Die Verkokungswiderstandsfähigkeit wurde hier auf der Basis eines bekannten Kohlenstoffablagerungstests beurteilt.
Mit anderen Worten, es wird ein Probestück (4 × 10 × 45 mm) für jede Legierung hergestellt, dessen Oberfläche mit Schleifpaper (Körnung 600) bearbeitet und unter Dampf bei 950°C oxidiert wurde, jedes Probestück wird in einen Festkörper-Karburierer versenkt und bei 1.100°C karburiert, in einer Atmosphäre von 1.100°C oxidiert, und anschließend werden Verkoken und Entkoken zehnmal wiederholt, danach werden Gewichtsveränderungen an jedem Probestück vor und nach dem Verkoken geprüft, und die Verkokungswiderstandsfähigkeit wird abhängig vom Umfang der Gewichtsveränderung beurteilt.
Der Verkokungstest ist unter folgenden Bedingungen durchgeführt worden: Quellengas: Benzol (0,5 g/h), Trägergas: Argon (16 Nml/min), Menge an hinzugefügtem S: 1 ppm oder weniger, Temperatur: 800°C und Zeit: 8 Stunden.
Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation bei hoher Temperatur, Hochtemperaturfestigkeit und Verformbarkeit sind Kriterien zur Beurteilung, ob jedes Legierungsmaterial in der Praxis für ein Heizofenrohr verwendet werden kann, unter Berücksichtigung des Umstandes, unter welchem das Heizofenrohr eingesetzt wird, d. h., die Außenfläche wird mittels eines Brenners erwärmt, eine Flüssigkeit von hoher Temperatur wird durchgeleitet, und eine mechanische Festigkeit wird benötigt, die zur Verwendung als Teil in einer Anlage ausreicht.
In 1 bezeichnet ⌾ in der Praxis ausreichend, O heißt: möglich, Δ: in der Praxis nicht ausreichend, und ✶ heißt unmöglich, und in der Tabelle der 1 sind die Probestücke Nr. 8–Nr. 15, nämlich Yttrium-ODS-Eisenlegierung mit 19–26 Gew.-% Cr und 3–6 Gew.-% Al geeignet als Heizofenrohr hinsichtlich der Verkokungswiderstandsfähigkeit und anderer Eigenschaften.
Andererseits zeigt 2 das Ergebnis des Vergleichs der austenitischen hitzebeständigen Legierung (Stahl mit hohem Nickel- und Chromanteil), der Fe/20Cr/5Al-Legierung, und der Fe/20Cr/5Al/Y₂O₃-Legierung, die eines der Materialien des Heizofenrohrs der vorliegenden Erfindung ist, für die Verkokungswiderstandsfähigkeit und insbesondere die Gewichtsveränderung vor und nach dem Verkoken.
Während sowohl der Stahl mit hohem Nickel- und Chromanteil als auch die Fe/20Cr/5Al-Legierung mittels eines Schmelzvorganges hergestellt werden, ist die Fe/20Cr/5Al/Y₂O₃-Legierung des Heizofenrohrs eine dispersionsverstärkte Legierung, die mittels Pulvermetallurgie hergestellt wird.
Es wird ein Probestück (4 × 10 × 45 mm) für jede Legierung hergestellt, dessen Oberfläche mit Schleifpaper (Körnung 600) bearbeitet und unter Dampf bei 950°C oxidiert wurde, jedes Probestück wird in einen Festkörper-Karburierer versenkt, bei 1.100°C karburiert, in einer Atmosphäre bei 1.100°C oxidiert, und anschließend werden Verkoken und Entkoken zehnmal wiederholt, danach werden Gewichtsveränderungen an jedem Probestück vor und nach dem Verkoken geprüft.
Der Verkokungstest ist unter folgenden Bedingungen durchgeführt worden. Quellengas: Benzol (0,5 g/h), Trägergas: Argon (16 Nml/min), Menge an hinzugefügtem S: 1 ppm oder weniger, Temperatur: 800°C und Zeit: 8 Stunden.
Wie in 2 dargestellt, ist die Gewichtsveränderung vor und nach dem Verkoken der Fe/20Cr/5Al/Y₂O₃-Legierung des Heizofenrohrs immer noch geringer als bei der Fe/20Cr/5Al-Legierung mit exzellenter Verkokungswiderstandsfähigkeit, wodurch offensichtlich wird, dass die Zugabe des Yttriumoxids zur Fe/C/Al-Legierung zu einer Hauptverbesserung der Verkokungswiderstandsfähigkeit beiträgt.
Ein Vergleichsergebnis zwischen den Probestücken Nr. 5 und Nr. 8 in 1 zeigt auch, dass die Zugabe von Yttriumoxid zur Fe/Cr/Al-Legierung zu einer Hauptverbesserung der Verkokungswiderstandsfähigkeit beiträgt.
Die Tabelle in 1 zeigt klar, dass eine ferritische Eisenlegierung mit hohem Chromanteil, die 19–26 Gew.-% Cr und 3–6 Gew.-% Al enthält, eine verhältnismäßig gute Verkokungswiderstandsfähigkeit aufweist, und insbesondere die Yttrium-ODS-Eisenlegierung der Probestücke Nr. 8–Nr. 15 außerordentlich geringe Gewichtsveränderungen vor und nach dem Verkoken verursacht, ungefähr 1 mg/cm², was eine gute Verkokungswiderstandsfähigkeit aussagt, wie bei der Fe/20Cr/5Al/Y₂O₃-Legierung in 2 ersichtlich, verglichen mit dem Stahl mit hohem Nickel- und Chromanteil und der Fe/20Cr/5Al-Legierung.
Material, das 28 Gew.-% Cr oder mehr und 8 Gew.-% Al oder mehr enthält, weist eine geringe Verformbarkeit auf, insbesondere bei Bruchdehnung, und Material, das 14 Gew.-% Cr oder weniger enthält, weist eine geringe Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation auf, wenn es einer Umgebung mit hoher Temperatur ausgesetzt ist, daher weisen diese beiden Materialien Probleme in der praktischen Verwendung als Material für Heizofenrohre auf, und Material, dem kein Yttriumoxid beigemischt wurde, weist eine niedrige Hochtemperaturfestigkeit auf, weswegen es schwierig ist, dieses Material für heutige Heizofenrohre zu verwenden.
Yttrium-ODS-Eisenlegierungen der Probestücke Nr. 8–Nr. 15, denen Yttriumoxid beigemischt wurde, weisen andererseits bessere Verkokungswiderstandsfähigkeit und Hochtemperaturfestigkeit auf, und folglich wurde offenbar, dass eine Seltenerd-ODS-Eisenlegierung, die 19–26 Gew.-% Cr und 3–6 Gew.-% Al enthält, als Material für Heizofenrohre geeignet ist.
Das Heizofenrohr wird aus einer Seltenerd-ODS-Eisenlegierung hergestellt, die 19–26 Gew.-% Cr und 3–6 Gew.-% Al enthält.
Und da eine Seltenerd-ODS-Eisenlegierung, die 19–26 Gew.-% Cr und 3–6 Gew.-% Al enthält, eine außerordentlich gute Verkokungswiderstandsfähigkeit aufweist, wie oben erwähnt, kann das Heizofenrohr das Verkoken, das durch den Betrieb der Anlage verursacht wird, minimieren, und das Entkokungsintervall kann viel länger hinausgezögert werden als bei herkömmlichen Typen.
Das auf diese Weise hinausgezögerte Entkokungsintervall verbessert die Produktivität der Anlage beträchtlich, und der wirtschaftliche Effekt wird enorm, einschließlich einer Kostenverminderung für das Entkoken, einer Verminderung der thermischen Ermüdung infolge Betriebsstopps und -neustarts der Anlage beim Entkoken sowie einer Verlängerung der Lebensdauer.
Im Falle von Crackrohren einer Ethylen-Fabrik, wo die Temperatur der Röhrenwand 1.000°C übersteigt und an manchen Stellen sogar 1.100°C erreicht, ist eine genaue Kontrolle für den Betrieb der Anlage mit heutiger austenitischer, hitzebeständiger Legierung notwendig, da der Schmelzpunkt lediglich ungefähr 150–200°C höher als 1.100°C liegt, wenn jedoch die Seltenerd-ODS-Eisenlegierung, die einen Schmelzpunkt von 1.480°C hat, für Heizofenrohre verwendet wird, verbessert sich die Sicherheit weiter, und der Betrieb der Anlage wird sogar einfacher.
Da das Heizofenrohr einer Ethylen-Fabrik extrem lang ist, ist es von einem wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus gesehen ratsam, das Heizofenrohr nur für Stellen zu verwenden, an denen Verkokungsprobleme auftreten, während an anderen Stellen das Heizofenrohr aus herkömmlichen Materialien verwendet wird und diese Rohre verbunden werden, um ein komplettes Heizofenrohr zu konstruieren.
Es ist allgemein bekannt, dass die Zugabe eines S(Schwefel)-Gemischs zu Fluid, das durch das Heizofenrohr strömt, zur Steuerung des Verkokens wirkungsvoll ist.
3 zeigt das Ergebnis der Prüfung des Einflusses von S auf die Verkokungswiderstandsfähigkeit einer Seltenerd-ODS-Eisenlegierung des Heizofenrohrs, d. h. einer Seltenerd-ODS-Eisenlegierung, die 19–26 Gew.-% Cr und 3–6 Gew.-% Al enthält, und einer austenitischen hitzebeständigen Legierung (25Cr/35Ni-Stahl) eines herkömmlichen Heizofenrohrs.
Ein Verkokungstest wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Quellengas: 10% Methan + Wasserstoff, Additiv: DMS (Dimethylsulfid), 0 ppm, 200 ppm (S = 100 ppm Atomgewichtseinheiten), Temperatur: 900°C, 1.000°C, 1.100°C und Zeit: 5 Stunden.
3 zeigt einen Vergleich der Verkokungswiderstandsfähigkeit, abhängig von Material, der Menge des beigefügten S-Gemischs und der Temperatur, unter Zugabe eines S-Gemischs und mit dem Ausmaß der durch Verkoken der Seltenerd-ODS-Eisenlegierung verursachten Gewichtsveränderung, wenn ein S-Gemisch beigefügt wird.
Unter Temperaturbedingungen von 900°C und 1.000°C nimmt die durch das Verkoken verursachte Gewichtsveränderung unter Zugabe eines S-Gemischs sowohl bezüglich der Seltenerd-ODS-Eisenlegierung als auch der austenitischen hitzebeständigen Legierung ab, die das Vergleichsmaterial (herkömmliches Material) darstellt, wie die Tabelle in 3 zeigt.
Unter Temperaturbedingungen von 1.100°C wird andererseits die durch Verkoken verursachte Gewichtsveränderung durch die Zugabe eines S-Gemischs im Falle der Seltenerd-ODS-Eisenlegierung vermindert; jedoch neigt die durch Verkoken verursachte Gewichtsveränderung im Falle der austenitischen hitzebeständigen Legierung, die das Vergleichsmaterial (herkömmliches Material) ist, durch Zugabe eines S-Gemischs zur Erhöhung.
Somit ist offensichtlich, dass die Zugabe von 100 ppm S in Atomgewichtseinheiten die Verkokungswiderstandsfähigkeit sowohl der Seltenerd-ODS-Eisenlegierung als auch der austenitischen hitzebeständigen Legierung unter einer Temperaturbedingung von 1.000°C oder niedriger verbessert.
Somit wird eine gute Verkokungswiderstandsfähigkeit in einem Heizofenrohr erzielt, das durch Verbinden des Heizofenrohrs aus einer Seltenerd-ODS-Eisenlegierung und des Heizofenrohrs aus austenitischer hitzebeständiger Legierung hergestellt wird, wenn 100 ppm oder weniger S-Atomgewichtseinheiten dem durch das Rohr fließenden Fluid beigemischt werden und das Rohr unter einer Temperaturbedingung von 1.000°C oder niedriger sowie 550°C oder höher verwendet wird, bei der die Seltenerd-ODS-Eisenlegierung (bei 475°C) keine Sprödbrüche verursacht, und folglich kann das Heizofenrohr als gut geeignet in einer Kohlenwasserstoff-Umgebung verwendet werden, in der Verkoken leicht auftritt.
Die Zugabe des Additivs S in einer Menge, die 100 ppm (in Atomgewichtseinheiten) überschreitet, ist für industrielle Zwecke nicht geeignet, da Schwierigkeiten hinsichtlich Korrosion und der Entfernung von S im nachgeschalteten Verfahren auftreten.
Um S-(Schwefel-)Fluid, das durch das Heizofenrohr strömt, hinzuzufügen, können DMS (Dimethylsulfid) und DMDS (Dimethyldisulfid) als gut geeignet verwendet werden, und eine ausreichende Wirkung kann ebenfalls durch Zugabe von Hydrogensulfid-Gas erwartet werden.
Wie oben beschrieben, können die Kosten der Anlage beträchtlich vermindert werden, falls das ganze Heizofenrohr einer Ethylen-Fabrik hergestellt wird, indem das Heizofenrohr aus Seltenerd-ODS-Eisenlegierung und das Heizofenrohr aus austenitischer hitzebeständiger Legierung verbunden werden, mit anderen Worten, indem das Heizofenrohr aus austenitischer hitzebeständiger Legierung für einen Teil des gesamten Heizofenrohrs verwendet wird.
Falls Fluid, das 100 ppm oder weniger S in Atomgewichtseinheiten enthält, durch das Heizofenrohr strömt, das hergestellt wird, indem das Heizofenrohr aus Seltenerd-ODS-Eisenlegierung und ein Heizofenrohr aus austenitischer hitzebeständiger Legierung verbunden werden, und das Heizofenrohr in einem Temperaturbereich von 550°C bis 1.000°C verwendet wird, kann das Verkoken auf der Seltenerd-ODS-Eisenlegierung und der austenitischen hitzebeständigen Legierung minimiert werden, und daher kann das Entkokungsintervall viel weiter hinausgeschoben werden als bei herkömmlichen Typen.
Diese Weise des Hinausschiebens des Entkokungsintervalls verbessert die Produktivität der Anlage beträchtlich, und der wirtschaftliche Effekt wird enorm, einschließlich einer Kostenreduktion für das Entkoken, einer Verminderung der thermischen Ermüdung infolge Betriebsstopps und -neustarts der Anlage beim Entkoken, wie auch einer Erhöhung der Lebensdauer.
4 bis 6 zeigen das Heizofenrohr, das hergestellt wird, indem das Heizofenrohr aus Seltenerd-ODS-Eisenlegierung und das Heizofenrohr aus herkömmlichem Material verbunden werden, und das Verfahren zur Herstellung des Heizofenrohrs entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Das Heizofenrohr 1, dargestellt in 4, wird hergestellt durch Verbinden eines Heizofenrohr-Elementes 10 auf der einen Seite, das aus einem Heizofenrohr aus Seltenerd-ODS-Eisenlegierung besteht, die 19–26 Gew.-% Cr und 3–6 Gew.-% Al enthält, mit dem Heizofenrohr-Element 20 auf der anderen Seite aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung, die mittels Diffusionsbindung über ein Einlagemetall verbunden werden.
Das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10 und das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20 des Heizofenrohrs 1 werden über das Kupplungsansatzrohr 30 verbunden, das aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung besteht, die aus dem gleichen Material besteht wie das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20.
Für das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20 kann nicht nur eine austenitische hitzebeständige Legierung verwendet werden, sondern auch eine Seltenerd-ODS-Eisenlegierung, die aus dem gleichen Material besteht wie das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10.
Auch für das Kupplungsansatzrohr 30 kann nicht nur die oben genannte austenitische hitzebeständige Legierung verwendet werden, sondern auch eine Seltenerd-ODS-Eisenlegierung, die aus dem gleichen Material besteht wie das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10.
Das oben beschriebene Heizofenrohr 1 wird gemäß den folgenden Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Zunächst werden die Außenfläche der Seitenstoßkanten des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10 (Außendurchmesser: 70 mm, Wandstärke: 5 mm) und des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20, dessen Abmessungen denen des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10 entsprechen (Außendurchmesser: 70 mm, Wandstärke: 5 mm), in einem Bereich von 30 mm von der Kante des entsprechenden Rohrteils auf eine Oberflächenrauheit von 25 S geschliffen.
Anschließend wird der Legierungsfilm M aus Ni und 4% B, der als Einlagemetall verwendet wird, durch Elektroplattieren auf 50 μm Dicke auf der Außenfläche der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10 und ebenso auf der Außenfläche der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20 gebildet, die wie oben beschrieben bearbeitet sind.
Für das Einlagemetall kann ein übliches amorphes Metallprodukt, wie etwa B/Ni-Metall, zum Hartlöten verwendet werden.
Dann werden sowohl die Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10 als auch die Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20 in jede Kante des Kupplungsansatzrohrs 30 um 30 mm eingeschoben.
Hier hat das Kupplungsansatzrohr 30 einen Innendurchmesser von 70 mm, eine Wandstärke von 8 mm und eine Länge von 60 mm, und die Innenfläche 30a ist auf eine Oberflächenrauheit von 25 S bearbeitet worden.
Beide Enden der Außenfläche des Kupplungsansatzrohrs 30 weisen Schrägflächen 30t und 30t von ungefähr 10° auf, wo der Durchmesser sich zur Kante hin verringert.
Es ist möglich, den Film des Einlagemetalls nicht nur an den Seitenstoßkanten der oben genannten Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 zu formen, sondern auch auf der Innenfläche 30a des oben genannten Kupplungsansatzrohrs 30, und es ist ferner möglich, den Film des Einlagemetalls nur auf der Innenfläche des oben genannten Kupplungsansatzrohrs 30 zu formen.
Nach dem Ansetzen der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10 bzw. der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20 an das Kupplungsansatzrohr 30 wird das Kupplungsansatzrohr 30 in Radiusrichtung durch die Spanner 40 und 41 an jede Schrägfläche 30t und 30t des Kupplungsansatzrohrs 30 angesetzt, so dass die Seitenstoßkanten der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 und die Innenfläche 30a des Kupplungsansatzrohrs 30 gepresst werden und dabei die Plattierungsschichten M und M des Einlagemetalls beidseitig bedecken und zum Verbinden druckkontaktiert werden.
Die Spanner 40 und 41 haben hier beide eine Ringform, deren Innenflächen Schrägflächen 40t und 41t aufweisen, ähnlich den Schrägflächen 30t und 30t des oben genannten Kupplungsansatzrohrs 30, und das Kupplungsansatzrohr 30 wird in Radiusrichtung in Kontakt gebracht, indem die an jeder Schrägfläche 30t und 30t des Kupplungsansatzrohrs 30 angebrachten Spanner zueinander bewegt werden.
Das Druckbelüftungsmittel P zum Druckkontaktieren des Kupplungsansatzrohrs 30 mit dem Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10 und dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20 besteht aus den Schrägflächen 30t und 30t des oben genannten Kupplungsansatzrohrs 30 und den oben genannten Spannern 40 und 41.
Nach dem Verbinden des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10 und des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20 mit dem Kupplungsansatzrohr 30 wird das Innere jedes Heizofenrohr-Elementes 10 und 20 evakuiert, bis die Güte des Vakuums 0,001 Torr oder weniger wird.
10A und 20A der 6 sind Absperrplatten, die angebracht werden, um die Öffnungen der Kanten der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 zu versiegeln, wenn das Innere jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 evakuiert wird.
Das Evakuieren des Inneren jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 beugt einer Oxidation des Films M des Einlagemetalls vor und ermöglicht die Überprüfung des Verbindungszustandes zwischen jedem einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 und dem Kupplungsansatzrohr 30.
Das Verbinden jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 über das Kupplungsansatzrohr 30 erleichtert das Zentrieren (Ausrichten der Mittelachse) des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10 und des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20 und bewirkt Luftdichtigkeit innerhalb und außerhalb jedes der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20.
Es ist akzeptabel, nach dem Evakuieren Inertgas in jedes einzelne der Heizofenrohr- Elemente 10 und 20 zu füllen, um einer Oxidation des Films M des Einlagemetalls vorzubeugen, und es ist ebenfalls akzeptabel, ohne Evakuieren Inertgas in jedes einzelne der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 zu füllen.
Nach dem Evakuieren des Innern jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 erhöht eine in die oben genannten Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 eingeschobene Heizeinrichtung die Temperatur mittels Induktionsheizung bis zu der Temperatur, bei der der Film M des Einlagemetalls schmilzt, und diese Temperatur wird für die Dauer einer Stunde gehalten, um die Diffusionsbindung (Flüssigphasen-Diffusionsbindung) voranzubringen.
Es ist ebenfalls möglich, den Film M des Einlagemetalls zu schmelzen und die Diffusionsbindung durch Infrarotheizung voranzubringen, anstatt eine Induktionsheizung zu verwenden.
Wenn jedes einzelne der Heizofenrohr-Elemente 10 und 20 von innen erwärmt wird, dehnt sich jedes Heizofenrohr-Element 10 und 20 thermisch in Radiusrichtung, was einen Abfall des Verbindungsdrucks zwischen jedem Heizofenrohr-Element 10 und 20 und dem Kupplungsansatzrohr 30 während der Erwärmung zusammen mit der Verbindungskraft mittels des oben genannten Druckbelüftungsmittels P verhindert.
Nach Vollendung der Diffusionsbindung durch das Halten hoher Temperatur für die Dauer einer Stunde wird das Heizofenrohr 1 auf Zimmertemperatur abgekühlt, anschließend werden die Spanner 40 und 41 vom Kupplungsansatzrohr 30 entfernt, und der Herstellungsvorgang des Heizofenrohrs 1 endet.
Wie 4 zeigt, erscheint das fertiggestellte Heizofenrohr 1 so, dass das Kupplungsansatzrohr 30 am Verbindungsteil zwischen dem Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10 und dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20 angebracht ist.
Beim Heizofenrohr 1, das die oben genannte Gestaltung aufweist, können die Kosten der Anlage beträchtlich vermindert werden, indem das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20 verwendet wird, das teilweise aus austenitischer, dem Erwärmen standhaltender Legierung gefertigt ist.
Falls das Heizofenrohr 1, das die oben genannte Gestaltung aufweist, zulässt, dass Flüssigkeit, die 100 ppm oder weniger Atomgewichtseinheiten S enthält, durchfließt und in einem Temperaturbereich von 550°C bis 1.000°C verwendet wird, kann das Verkoken am Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10, das aus Seltenerd-ODS-Eisenlegierung hergestellt ist, und am anderen Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20, das aus austenitischer, hitzebeständiger Legierung hergestellt ist, minimiert werden, und folglich kann das Entkokungsintervall viel weiter hinausgezögert werden als bei einem herkömmlichen Heizofenrohr, was eine enorm hohe ökonomische Wirkung erzeugt.
Selbstverständlich können das Heizofenrohr und seine Verwendung nicht nur als Crackrohre in einer Ehtylen-Fabrik wirkungsvoll eingesetzt werden, sondern auch als verschiedene Heizofenrohre, die Verkokungsproblemen ausgesetzt sind, wie etwa als CCR-Anlage in einer Erdölraffinerie.
Das Heizofenrohr, dessen eine Aufgabe es ist, das Problem der Karburierung zu lösen, wird ebenfalls auf genau die gleiche Weise wie das Heizofenrohr 1, dargestellt in 4 bis 6, gefertigt.
Wie 7 bis 9 zeigen, wird das Heizofenrohr 1' hergestellt, indem das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10' aus Yttrium-ODS-Eisenlegierung, die 20 Gew.-% Cr und 4,5 Gew.-% Al enthält, mit dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20' aus austenitischer hitzebeständiger Legierung (25Cr/35Ni/Fe) durch Diffusionsbindung über ein Einlagemetall verbunden wird.
Das oben genannte Heizofenrohr 1' hat ein Kupplungsansatzrohr (Zwischenelement) 30' aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung (25Cr/35Ni/Fe), die dasselbe Material ist wie das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20', und das Heizofenrohr-Element 10' auf der einen Seite und das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20' sind über das oben genannte Kupplungsansatzrohr 30' verbunden.
Für das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20' kann nicht nur ein Rohr aus austenitischer hitzebeständiger Legierung verwendet werden, wie etwa das Schleudergussrohr Hpmod, Sumitomo Metal HPM und Inco-Legierung 803, sondern auch ein Rohr aus ODS-Eisenlegierung aus dem gleichen Material wie das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10'.
Für das Kupplungsansatzrohr 30' kann nicht nur das oben genannte Rohr aus austenitischer hitzebeständiger Legierung verwendet werden, sondern auch ein Rohr aus einer ODS-Eisenlegierung aus dem gleichen Material wie das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10', und ebenso kann ein Rohr aus einer ferritischen hitzebeständigen Legierung verwendet werden.
Das oben genannte Heizofenrohr 1' wird mittels des folgenden Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Zunächst werden die Außenfläche der Seitenstoßkanten des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10' (Außendurchmesser: 70 mm, Wandstärke: 5 mm) und des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20', dessen Abmessungen denen des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10' entsprechen (Außendurchmesser: 70 mm, Wandstärke: 5 mm), in einem Bereich von 30 mm von der Kante des entsprechenden Rohrteils auf eine Oberflächenrauheit von 25 S geschliffen.
Anschließend wird der Legierungsfilm M aus Ni und 4% B, der als Einlagemetall verwendet wird, durch Elektroplattieren auf 5 μm Dicke auf der Außenfläche der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10' und ebenso auf der Außenfläche der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20' gebildet, die wie oben beschrieben bearbeitet sind.
Für das Einlagemetall kann ein übliches amorphes Metallprodukt, wie etwa BNi-Metall, zum Hartlöten verwendet werden.
Dann werden sowohl die Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10' als auch die Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20' in jede Kante des Kupplungsansatzrohrs 30' um 30 mm eingeschoben.
Hier hat das Kupplungsansatzrohr 30' einen Innendurchmesser von 70 mm, eine Wandstärke von 8 mm und eine Länge von 60 mm, und die Innenfläche 30a' ist auf eine Oberflächenrauheit von 25 S bearbeitet worden.
Beide Enden der Außenfläche des Kupplungsansatzrohrs 30' weisen Schrägflächen 30t' und 30t' von ungefähr 10° auf, wo der Durchmesser sich zur Kante hin verringert.
Es ist möglich, den Film des Einlagemetalls nicht nur an den Seitenstoßkanten der oben genannten Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' zu formen, sondern auch auf der Innenfläche 30a' des oben genannten Kupplungsansatzrohrs 30', und es ist ferner möglich, den Film des Einlagemetalls nur auf der Innenfläche des oben genannten Kupplungsansatzrohrs 30' zu formen.
Nach dem Ansetzen der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10' bzw. der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20' an das Kupplungsansatzrohr 30' wird das Kupplungsansatzrohr 30' in Radiusrichtung durch die Spanner 40' und 41' an jede Schrägfläche 30t' und 30t' des Kupplungsansatzrohrs 30' angesetzt, so dass die Seitenstoßkanten der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' und die Innenfläche 30a' des Kupplungsansatzrohrs 30' gepresst werden und dabei die Plattierungsschichten M und M des Einlagemetalls beidseitig bedecken und zum Verbinden druckkontaktiert werden.
Die Spanner 40' und 41' haben hier beide eine Ringform, deren Innenflächen Schrägflächen 40t' und 41t' aufweisen, ähnlich den Schrägflächen 30t' und 30t' des oben genannten Kupplungsansatzrohrs 30', und das Kupplungsansatzrohr 30' wird in Radiusrichtung in Kontakt gebracht, indem die an jeder Schrägfläche 30t' und 30t' des Kupplungsansatzrohrs 30' angebrachten Spanner zueinander bewegt werden.
Das Druckbelüftungsmittel P zum Druckkontaktieren des Kupplungsansatzrohrs 30' mit dem Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10' und dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20' besteht aus den Schrägflächen 30t' und 30t' des oben genannten Kupplungsansatzrohrs 30' und den oben genannten Spannern 40' und 41'.
Nach dem Verbinden des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10' und des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20' mit dem Kupplungsansatzrohr 30' wird das Innere jedes Heizofenrohr-Elementes 10' und 20' evakuiert, bis die Güte des Vakuums 0,001 Torr oder weniger wird.
10A' und 20A' der 9 sind Absperrplatten, die angebracht werden, um die Öffnungen der Kanten der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' zu versiegeln, wenn das Innere jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' evakuiert wird.
Das Evakuieren des Inneren jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' beugt einer Oxidation des Films M des Einlagemetalls vor und ermöglicht die Überprüfung des Verbindungszustandes zwischen jedem einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' und dem Kupplungsansatzrohr 30'.
Das Verbinden jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' über das Kupplungsansatzrohr 30' erleichtert das Zentrieren (Ausrichten der Mittelachse) des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 10' und des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 20' und bewirkt Luftdichtigkeit innerhalb und außerhalb jedes der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20'.
Es ist akzeptabel, nach dem Evakuieren Inertgas in jedes einzelne der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' zu füllen, um einer Oxidation des Films M des Einlagemetalls vorzubeugen, und es ist ebenfalls akzeptabel, ohne Evakuieren Inertgas in jedes einzelne der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' zu füllen.
Nach dem Evakuieren des Innern jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' erhöht eine in die oben genannten Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' eingeschobene Heizeinrichtung H die Temperatur mittels Induktionsheizung bis zu der Temperatur, bei der der Film M des Einlagemetalls schmilzt, und diese Temperatur wird für die Dauer einer Stunde gehalten, um die Diffusionsbindung (Flüssigphasen-Diffusionsbindung) voranzubringen.
Es ist ebenfalls möglich, den Film M des Einlagemetalls zu schmelzen und die Diffusionsbindung durch Infrarotheizung voranzubringen, anstatt eine Induktionsheizung zu verwenden.
Wenn jedes einzelne der Heizofenrohr-Elemente 10' und 20' von innen erwärmt wird, dehnt sich jedes Heizofenrohr-Element 10' und 20' thermisch in Radiusrichtung, was einen Abfall des Verbindungsdrucks zwischen jedem Heizofenrohr-Element 10' und 20' und dem Kupplungsansatzrohr 30' während der Erwärmung zusammen mit der Verbindungskraft mittels des oben genannten Druckbelüftungsmittels P verhindert.
Nach Vollendung der Diffusionsbindung durch das Halten hoher Temperatur für die Dauer einer Stunde wird das Heizofenrohr 1' auf Zimmertemperatur abgekühlt, anschließend werden die Spanner 40' und 41' vom Kupplungsansatzrohr 30' entfernt, und der Herstellungsvorgang des Heizofenrohrs 1' endet.
Wie 7 zeigt, erscheint das fertiggestellte Heizofenrohr 1' so, dass das Kupplungsansatzrohr 30' am Verbindungsteil zwischen dem Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10' und dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 20' angebracht ist.
Es hat sich bestätigt, dass das auf diese Weise gefertigte Heizofenrohr 1' eine in der Praxis ausreichende Funktion aufweist, wo der Verbindungsbereich während Hydraulik-Tests einem Barometer-Druck von 100 standhalten kann.
Im mittels der oben genannten Verfahren hergestellten Heizofenrohr 1' wird zumindest das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 10' aus einer Yttrium-ODS-Eisenlegierung hergestellt, die eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Karburierung aufweist, weswegen das Intervall für das Austauschen des Heizofenrohrs weiter verlängert werden kann als bei einem herkömmlichen Heizofenrohr.
Dies hat eine beträchtliche ökonomische Auswirkung, da die Ausgaben für das Austauschen der Heizofenrohre vermindert werden können, und eine Verlängerung des Intervalls von Fertigungsstopps der Anlage wegen der Messungen der Karburierungstiefe verhindert einen Leistungsausfall, und eine Verlängerung des Intervalls von Fertigungsstopps der Anlage wegen der Messungen der Karburierungstiefe vermindert ebenfalls die thermische Ermüdung, die durch das Ausschalten des Ofens und seine Wiederinbetriebnahme verursacht wird, was die Betriebsdauer der Anlage verlängert.
Die Festigkeit des Verbindungsbereiches jedes Heizofenrohr-Elementes 10' und 20' des Heizofenrohrs 1' ist geringer als ein Rohr aus einer ODS-Eisenlegierung und ein Rohr aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung, die Basismaterialien sind.
Die Hochtemperaturfestigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen Karburierung eines Rohrs aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung, die für einen Teil des Heizofenrohrs 1' verwendet wird, sind geringer als jene eines Rohrs aus einer ODS-Eisenlegierung, und es ist bekannt, dass ein Rohr aus einer ODS-Eisenlegierung abhängig vom Bereich der Betriebstemperatur auch ein Versprödungs-Phänomen zeigt.
Daher wurden Versuche hinsichtlich Strukturänderung und Karburierungswiderstand durchgeführt, um den optimalen Bereich der Betriebstemperatur des Heizofenrohrs 1' zu bestätigen, und die folgenden Ergebnisse wurden gewonnen:
Zur Auswertung der Widerstandsfähigkeit gegen Karburierung wurde ein Probestück in ein Quartz-Rohr gesetzt und in einem elektrischen Ofen erwärmt, durch welchen Wasserstoff und Methangas durchgeleitet wurden, anschließend wurde die Gewichtsveränderung des Probestücks gemessen. Wie das obige Ergebnis zeigt, sollte die Betriebstemperatur des Heizofenrohrs 1' auf den Bereich von 550°C oder mehr festgesetzt werden, in dem die 475°C-Versprödung nicht auftritt, und den Bereich von 1.200°C oder niedriger, in dem die Widerstandsfähigkeit gegen Karburierung ausreicht.
Mit anderen Worten, die Verwendung des Heizofenrohrs 1' in einem Temperaturbereich von 550°C bis 1.200°C beugt Sprödbrüchen vor, die von der 475°C-Versprödung verursacht werden und erfüllt eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Karburierung.
Im Falle eines herkömmlichen Heizofenrohrs aus austenitischer hitzebeständiger Legierung findet andererseits in einem Temperaturbereich, der 1.100°C übersteigt, beträchtliche Karburierung statt.
Dieses Karburierungsproblem kann gelöst werden, indem ODS-Eisenlegierungsrohre für sämtliche Heizofenrohr-Elemente, die sich nahe einer Temperaturumgebung von 1.100°C befinden, verwendet werden, und indem Rohre aus austenitischer hitzebeständiger Legierung für Heizofenrohr-Elemente verwendet werden, die sich nahe einer 1.000°C-Temperaturumgebung befinden, wie etwa der Ausgang des Ofens.
Auf diese Weise erlaubt das Verfahren zur Herstellung des Heizofenrohrs der vorliegenden Erfindung die Verwendung unterschiedlicher Materialien für Heizofenrohr-Elemente, abhängig von den Betriebstemperaturbedingungen, und speziell die Verwendung eines Rohrs aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung für einen Teil des Heizofenrohrs kann die Kosten der Anlage vermindern.
Das Heizofenrohr 100 in 10 ist gefertigt aus dem Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 110 aus einem Rohr aus einer ODS-Eisenlegierung, und das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 120 aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung, die mittels Diffusionsbindung über ein Einlagemetall verbunden sind.
Für das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 120 kann nicht nur ein Rohr aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung verwendet werden, sondern auch ein Rohr aus einer ODS-Eisenlegierung, die aus demselben Material besteht wie das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 110.
Der Film M des Einlagemetalls wird auf der Außenfläche der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 110 geformt und die Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 120 so gedehnt, dass sie mit der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 110 in Eingriff geht.
Zur Herstellung des Heizofenrohrs 100 wird zunächst die Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 110 mit der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 120 in Eingriff gebracht, dann wird der Spanner 140, dessen Innenfläche eine Schrägfläche 140t aufweist, an die Schrägfläche 120t des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 120 angesetzt, und ein Halteblock 141 wird am Bereich 120f des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 120 angebracht, wo der Durchmesser größer wird.
Anschließend wird die Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 120 unter Druck mit der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 110 verbunden, indem die Plattierungsschicht M des Einlagemetalls zwischengelegt wird, dann wird die Diffusionsbindung durch Evakuieren, Erhöhen der Temperatur sowie durch Halten der hohen Temperatur auf die gleiche Weise wie der Herstellungsvorgang des oben genannten Heizofenrohrs 1' vorangebracht, und das Rohr wird nach Fertigstellung der Diffusionsbindung auf Zimmertemperatur abgekühlt, schließlich werden der Spanner 140 und der Halteblock 141 entfernt, und der Herstellungsvorgang des Heizofenrohrs 100 endet.
Der Film M des Einlagemetalls kann nicht nur am Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 110 geformt werden, sondern auch auf der Innenfläche des Heizofenrohres-Elementes auf der anderen Seite 120, und er kann auch lediglich am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 120 geformt werden.
Selbstverständlich erzeugt das Heizofenrohr 100 mit der oben genannten Konfiguration auch eine Wirkung, die der des oben genannten Heizofenrohrs 1' entspricht.
Im Falle des oben genannten Heizofenrohrs 100, bei dem das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 110 und das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 120 mittels Diffusionsbindung über das Einlagemetall direkt miteinander verbunden werden, ist das für das oben genannte Heizofenrohr 1' verwendete Kupplungsansatzrohr als Zwischenelement nicht notwendig.
Die Heizofenrohre und ihre Herstellung, die in den 11–12 offenbart werden, fallen nicht unter den Schutzumfang des Anspruchs 1.
Das Heizofenrohr 200 in 11 wird hergestellt aus dem Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 210, das aus einem Rohr aus ODS-Eisenlegierung gefertigt ist, sowie dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220, das aus einem Rohr aus austenitischer hitzebeständiger Legierung gefertigt ist, die mittels Diffusionsbindung über ein Einlagemetall miteinander verbunden werden.
Für das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220 kann nicht nur ein Rohr aus einer austenitischen hitzebeständigen Legierung, sondern auch ein Rohr aus einer ODS-Eisenlegierung, das aus dem gleichen Material wie das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 210 ist, verwendet werden.
Eine Schrauben-Pressspindel 210S befindet sich auf der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 210, und eine Mutterschraube 220S befindet sich am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220, und der Film M des Einlagemetalls wird mittels Elektroplattieren auf der Außenfläche der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 210 für die gesamte Verbindungsfläche mit dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220 geformt.
Zur Herstellung des Heizofenrohrs 200 werden die Schrauben-Pressspindel 210S am Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 210 und die Mutterschraube 220S am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220 miteinander verschraubt, um jedes Heizofenrohr-Element 210 und 220 mechanisch zu verbinden, und die Seitenstoßkanten der Heizofenrohr-Elemente 210 und 220 werden mit Druck in Kontakt gebracht, wobei die Plattierungsschicht M des Einlagemetalls zwischengelegt wird, anschließend wird die Diffusionsbindung durch Evakuieren, Temperaturerhöhung und Halten der hohen Temperatur auf die gleiche Weise wie beim Herstellungsverfahren des oben genannten Heizofenrohrs 1' vorangebracht, nach der Fertigstellung der Diffusionsbindung wird das Rohr dann auf Zimmertemperatur abgekühlt, und der Herstellungsvorgang des Heizofenrohrs 200 endet.
Der Film M des Einlagemetalls M kann nicht nur am Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 210, sondern auch am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220 geformt werden, und er kann lediglich am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220 geformt werden.
Die Mutterschraube kann sich am Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 210 und die Schrauben-Pressspindel am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220 befinden.
Ein runder Einlegering aus Einlagemetall kann an den Verbindungsbereichen a und b an jedem einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 210 und 220 eingelegt werden.
Selbstverständlich erzeugt das Heizofenrohr 200 mit der oben genannten Konfiguration auch eine Wirkung, die der des oben genannten Heizofenrohrs 1' entspricht.
Im Falle des oben genannten Heizofenrohrs 200, wo das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 210 und das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 220 mittels Diffusionsbindung über das Einlagemetall direkt verbunden sind, ist das Kupplungsansatzrohr als Zwischenelement, wie es für das oben genannte Heizofenrohr 1' verwendet wird, nicht notwendig.
Auch im oben genannten Heizofenrohr 200 können mechanische Festigkeit und Luftdichtigkeit in einer Umgebung hoher Temperatur durch die Kombination von mechanischer Verbindung durch Zusammenschrauben und Diffusionsbindung verwirklicht werden.
Das Heizofenrohr 300 in 12 wird hergestellt aus dem Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 310 aus einem aus ODS-Eisenlegierung gefertigten Rohr und dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 320 aus einem aus austenitischer hitzebeständiger Legierung gefertigten Rohr, die mittels Diffusionsbindung über ein Einlagemetall verbunden werden.
Für das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 320 kann nicht nur ein Rohr aus austenitischer hitzebeständiger Legierung, sondern auch ein Rohr aus ODS-Eisenlegierung, das das gleiche Material wie das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 310 ist, verwendet werden.
Ein schräg geformter konvexer Eingriffsbereich 310T befindet sich auf der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 310, und ein schräg geformter konkaver Eingriffsbereich 320T befindet sich auf der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der anderen Seite 320, und der Film M des Einlagemetalls wird durch Elektroplattieren auf der Außenfläche der Seitenstoßkante des Heizofenrohr-Elementes auf der einen Seite 310 für die gesamte Verbindungsfläche mit dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 320 geformt.
Zur Herstellung des Heizofenrohrs 300 werden der konvexe Eingriffsbereich 310T am Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 310 und der konkave Eingriffsbereich 320T am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 320 in Eingriff gebracht, damit sie jedes einzelne der Heizofenrohr-Elemente 310 und 320 mechanisch verbinden, und die Seitenstoßkanten der Heizofenrohr-Elemente 310 und 320 werden mit Druck verbunden, wobei die Plattierungsschicht M des Einlagemetalls zwischengelegt wird, indem ein Kompressionsdruck von 0,1 kg/mm² oder mehr in Rohrachsenrichtung jedes Heizofenrohr-Elementes 310 und 320 angelegt wird.
Dann wird die Diffusionsbindung durch Evakuieren, Erhöhen der Temperatur und Halten der Temperatur auf die gleiche Weise wie beim Herstellungsvorgang des oben genannten Heizofenrohrs 1' vorangebracht, anschließend wird das Rohr auf Zimmertemperatur abgekühlt, nachdem die Diffusionsbindung vollendet ist, und der Herstellungsvorgang des Heizofenrohrs 300 endet.
Der Film M des Einlagemetalls kann nicht nur am Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 310, sondern auch am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 320 geformt werden, und er kann auch nur auf dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 320 geformt werden.
Der konkave Eingriffsbereich kann sich am Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 310, und der konvexe Eingriffsbereich kann sich am Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 320 befinden.
Ein runder Einlegering aus Einlagemetall kann an den Verbindungsbereichen a und b jedes einzelnen der Heizofenrohr-Elemente 310 und 320 angebracht werden.
Selbstverständlich erzeugt das Heizofenrohr 300 mit der oben genannten Konfiguration auch eine Wirkung, die der des oben genannten Heizofenrohrs 1' entspricht.
Im Falle des oben genannten Heizofenrohrs 300, bei dem das Heizofenrohr-Element auf der einen Seite 310 und das Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite 320 mittels Diffusionsbindung über ein Einlagemetall direkt verbunden sind, ist das Kupplungsansatzrohr als Zwischenelement, das für das oben genannte Heizofenrohr 1' verwendet wird, nicht notwendig.
Auch in dem oben genannten Heizofenrohr 300 können mechanische Festigkeit und Luftdichtigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur verwirklicht werden, indem die mechanische Verbindung mittels Schrägverbindung und die Diffusionsbindung kombiniert werden.
Der Film M des Einlagemetalls, der in jedem der oben genannten Ausführungsbeispiele verwendet wird, wird durch Elektroplattieren geformt, jedoch können Nassplattieren, Trockenplattieren, fremdstromlose Metallabscheidung, physikalische Beschichtung (z. B. Vakuumbedampfung, Sputtern, Ionenplattieren) und Dampfplattieren, einschließlich chemischer Abscheidung (z. B. Hochtemperatur-CVD-Verfahren, Plasma-CVD-Verfahren), Aufsprühen und Metallpastenüberzug und andere Methoden angewandt werden, um den Film M des Einlagemetalls zu formen.
Es ist auch möglich, Metall, speziell rohrförmiges oder rundes Einlagematerial, das aus einer dünnen Einlagemetallplatte oder einem Einlagemetallfilm hergestellt ist, in den Raum zwischen dem Heizofenrohr-Element auf der einen Seite und dem Heizofenrohr-Element auf der anderen Seite einzulegen.
Selbstverständlich kann das Verfahren zur Herstellung des Heizofenrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur auf die Crackrohre einer Ethylen-Fabrik, sondern auch auf verschiedene Heizofenrohre wirkungsvoll angewandt werden, die zu Karburierungsproblemen neigen, wie etwa eine CCR-Anlage in einer Erdölraffinerie.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Ein auf die vorliegende Erfindung bezogenes Verfahren zur Herstellung eines Heizofenrohrs kann wirkungsvoll auf Heizofenrohre angewandt werden, die zu Verkokungs- und Karburierungsproblemen neigen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Heizofenrohrs (1), das ein Heizofenrohr-Element (10) umfasst, das aus mit Seltenerdoxiddispersion verstärkter Eisenlegierung hergestellt ist, die 17–26 Gew.-% Cr und 2–6 Gew.-% Al enthält; und noch ein Heizofenrohr-Element (20) umfasst, das aus der mit Seltenerdoxiddispersion verstärkten Eisenlegierung oder hitzebeständiger Legierung hergestellt ist, die durch Diffusionsbindung über ein Einlagemetall (M) verbunden sind, wobei das Verfahren zur Herstellung des Heizofenrohrs die Schritte umfasst: – Anformen oder Ansetzen des Einlagemetalls (M) an zumindest eine der Seitenstoßkanten des einen Heizofenrohr-Elementes (10) und des anderen Heizofenrohr-Elementes (20); – Druckkontaktieren der Seitenstoßkante des einen Heizofenrohr-Elementes (10) mit der Seitenstoßkante des anderen Heizofenrohr-Elementes (20) über ein Zwischenelement (30); und – Diffusionsverbinden des einen Heizofenrohr-Elementes (10) und des anderen Heizofenrohr-Elementes (20) durch Erwärmen des Einlagemetalls (M), wobei das Zwischenelement (30) ein Kupplungsansatzrohr (30) ist, an das die Seitenstoßkante des einen Heizofenrohr-Elementes (10) und die Seitenstoßkante des anderen Heizofenrohr-Elementes (20) angesetzt werden, und das eine Heizofenrohr-Element (10) und das andere Heizofenrohr-Element (20) über das Kupplungsansatzrohr (30) verbunden werden, indem eine Diffusionsbindung in dem Stadium durchgeführt wird, wo die Seitenstoßkanten des einen Heizofenrohr-Elementes (10) und des anderen Heizofenrohr-Elementes (20) und das Kupplungsansatzrohr (30) durch ein Druckbelüftungsmittel (P) über das zwischen den Seitenstoßkanten des einen Heizofenrohr-Elementes (10), des anderen Heizofenrohr-Elementes (20) und dem Kupplungsansatzrohr (30) angeordnete Einlagemetall (M) unter Druck in Kontakt gebracht werden, wobei das Druckbelüftungsmittel (P) einen Spanner (40, 41) mit Schrägflächen (40t, 41t) umfasst, der mit der Schrägfläche (40t, 41t) in Eingriff geht und das Kupplungsansatzrohr (30) an Schrägflächen (30t) in Radiusrichtung berührt.
Verfahren zur Herstellung des Heizofenrohrs gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlagemetall (M) durch Plattieren geformt wird.