MX2007001705A

MX2007001705A - Tubo compuesto, metodo de produccion para un tubo compuesto y uso de un tubo compuesto.

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Publication number: MX2007001705A
Application number: MX2007001705A
Authority: MX
Inventors: Dietlinde Jakobi; Hans-Peter Duster; Carlos Marturet
Original assignee: Schmidt & Clemens Gmbh & Co Kg
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-04-23
Also published as: BRPI0514214A; DE502005008457D1; NO20070491L; EA200700429A1; JP2008509285A; EP1802410B1; CA2575019C; RS20070043A; ATE447451T1; CA2575019A1; DE202004016252U1; IL181214A0; DE102004039356B4; NZ552975A; US20080014342A1; WO2006018251A2; EP1802410A2; KR20070043004A; MA28794B1; HRP20070037A2

Abstract

La invencion se relaciona con un tubo particularmente bien adaptado a los requerimientos especiales del uso en campos como la pirolisis acuosa. El tubo inventivo comprende un primer tubo parcial y un segundo tubo parcial. Un tubo parcial es dispuesto en el interior del otro tubo parcial. El primero tubo parcial es un tubo de fundicion centrifugada y el segundo tubo parcial se produce por un tratamiento de compresion a partir de un polvo.

Description

TUBO COMPUESTO, MÉTODO DE PRODUCCIÓN PARA UN TUBO COMPUESTO Y USO DE UN TUBO COMPUESTO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un tubo compuesto, un método de producción para un tubo compuesto y unos usos para un tubo compuesto . Para la pirólisis de de temperaturas altas de hidrocarburos (derivados de petróleo) han dado buenos resultados unos hornos tubulares en los que una mezcla de hidrocarburos y vapor de agua es conducida a temperaturas superiores a 750 °C por unas hileras de tubos individuales o dispuestos a manera de meandro (serpentinas de cracking) de una aleación de acero, níquel y cromo con una gran resistencia a la oxidación respectivamente a la formación de cascarilla en gases de humo y una gran resistencia a la carburación. Las serpentinas consisten, por ejemplo, de unas secciones de tubos rectos de extensión vertical que están conectadas entre sí mediante unos codos de tubo den forma de U; se calientan usualmente con la ayuda de unos quemadores de pared lateral y en parte también de piso y poseen, por lo tanto, un -así llamada- lado de sol -orientada hacia los quemadores- así como un, así llamado, lado de sombra desplazado en 90° con relación a aquellos, en decir que se extiende en la dirección de las hileras de tubos. Las temperaturas de pared de tubo promedio se ubican en parte por encima de los 1000 °C. La vida útil de los tubos de cracking depende de manera muy esencial de su resistencia a la carbonización y esta, a su vez, de la velocidad de coquización. Relevante para la velocidad de coquización, es decir, para la acumulación de una capa de depósitos de carbono (coque de pirólisis) en la pared interna son, además del tipo de los hidrocarburos usados, la temperatura de craquear de gases en la zona de la pared interna y la así llamada fuerza de cracking que se refiere a la influencia de la presión sistémica y el período de permanencia en el sistema de tubos para el rendimiento de etileno. La fuerza del cracking es ajustada mediante la temperatura media de salida de los gases craqueados (por ejemplo, 850 °C) . Tanto más se eleva la temperatura de los gases cerca de la pared interna del tubo por encima de esta temperatura, tanto más crece la capa del coque de pirólisis, cuyo efecto aislante hace crecer la temperatura de la pared de tubo aún más. No obstante que las aleaciones de acero, níquel y cromo que se usan como materia prima, con 0.4% de carbono, más de 25% de cromo y más de 20% de níquel, por ejemplo, 35% de cromo, 45% de níquel y eventualmente 1% de columbio, poseen una alta resistencia a la carbonización, el carbono difunde en la fallas de la capa de óxido en la pared del tubo y produce allí una carbonización considerable, que puede llegar del 1% hasta el 3% en profundidades de pared de 0.5 a 3 mm. Esto es asociado con un aumento considerable de la fragilidad del material del tubo implicando el riesgo de formación de fisuras bajo las cargas alternantes térmicas, en particular al arrancar y apagar el horno. Con la finalidad de reducir la deposición de carbón (coquización) de la pared interna del tubo, se debe interrumpir de vez en cuando la operación de cracking y se debe quemar el coque de pirólisis con la ayuda d una mezcla de vapor y aire. Esto requiere de una interrupción de la operación de hasta 36 horas y afecta por lo tanto la economía del método en forma considerable. De la publicación de patente británica 969 796 se conoce el uso de tubos de cracking con nervios internos. Semejantes nervios producen, ciertamente, una superficie interna mayor en muchos por cientos, por ejemplo mayor en 10%, y por lo tanto una mejor transferencia de calor; Pero se asocian también con la desventaja de una pérdida de presión considerablemente mayor -en comparación con un tubo liso- debido a la fricción en la superficie interna mayor del tubo. La pérdida mayor de presión obliga a mantener una presión sistémica mayor y empeora, por lo tanto, el rendimiento. Además, las materias conocidas para tubos con un alto contenido de carbono y cromo ya no pueden perfilarse mediante deformación en frío, por ejemplo prensado en frío. Tienen la desventaja que su defor abilidad se reduce fuertemente conforme incremente su resistencia térmica, así como su resistencia a la carbonización y la oxidación. Esto ha tenido la consecuencia de que las altas temperaturas de pared de tubo, deseables con miramiento al rendimiento de etileno, de por ejemplo hasta 1050 °C, obligan al uso de tubos de fundición centrifugada. En la fundición centrifugada se cuela la aleación fundida en el extremo de un molde en forma de tubo que rota a una velocidad tan alta que la aleación fundida forma una capa de aleación líquida en la cara interna del molde. Una vez que la aleación se solidifica, se para la rotación del molde y se puede expulsar el tubo formado. Este tubo es perforado sobre su longitud para obtener el diámetro interno exigido. Impurezas de óxido de cualquier tipo siempre serán más ligeras que la aleación y "flotarán", por lo tanto, en la cara interna del tubo y se eliminan, por lo tanto, por la operación de perforar. Pero como es posible producir tubos de fundición centrifugada sólo con paredes cilindricas, la producción de un tubo con nervios internos requiere de una mecanización especial por arranque de virutas o erosión electrolítica. En la patente europea EP 0 980 729 Bl se describe un mecanizado electrolítico de este tipo de un tubo de fundición centrifugada. El tubo bruto se coloca con esta finalidad en un dispositivo de sujeción que está sellado alrededor de sus extremos abiertos. El sello permite sólo la entrada y salida de un electrolito y el paso de una barra de electrodo en cuyo extremo está colocado un electrodo que puede desplazarse en dirección axial a lo largo de la cara interna del tubo por mecanizar mediante la barra de electrodo. El electrodo tiene en su superficie externa una serie de crestas y valles. Al aplicar un diferencial eléctrico a través de unos terminales eléctricos que están dispuestos a lo largo del tubo en forma distanciada y a través de un bloque de conexiones en el extremo de la barra de electrodos, se erosiona la materia electrolíticamente de la cara interna del tubo. La parte interna del tubo recibe de esta manera un perfil de la forma geométrica de la cara externa del electrodo. Este método, sin embargo, ha resultado muy aparatoso en su realización. La producción de tubos compuestos mediante fundición centrifugada, cuyos tubos parciales son producidos en etapas separadas de mecanización y que se unen entre sí por medios metalúrgicos, se conoce del documento US 6,406,800 Bl. Allí se describe un codo de tubo para tuberías para el transporte de materia sólida.

Primeramente se cuela la materia que forma el tubo externo, en estado fundido, en el molde que está rotando a gran velocidad, de modo que la aleación fundida - forma una capa de aleación líquida en la cara interna del molde. Muy poco antes de que la aleación de solidifique por completo o inmediatamente después de la solidificación completa, se cuela la aleación fundida que forma el tubo interno también en el molde en rotación, de manera que la segunda aleación fundida forma una capa de aleación líquida en la cara interna de la primera aleación casi solidificada. En la zona de transición entre el tubo externo y el tubo interno se mezclan las dos materias y producen así una unión metalúrgica entre los dos tubos. Las aleaciones descritas en el documento US 6,406,800 Bl no son apropiadas para el uso en la pirólisis a temperaturas altas. Es desventajoso también que se puedan usar sólo aleaciones para el tubo externo e interno que son susceptibles a la fundición centrifugada. Del documento US 5,069,866 es conocido además producir un tubo comprendiendo un tubo externo y un tubo interno conectado con el tubo externo mediante prensar isostático en caliente (HIP, por sus siglas en inglés: "hot isostatic pressing") de dos tipos de polvo. Los aceros austeníticos o aleaciones de níquel allí descritos, sin embargo, tampoco son apropiados para la aplicación en la pirólisis a temperaturas altas. Ante este fondo, la invención se basa en el problema de proponer un tubo que se adapta particularmente bien a las especificaciones especiales, exigidas en algunos campos de aplicación especiales como, por ejemplo, la hidro pirólisis. Además se pretende proponer un método de producción para unos tubos teniendo un tubo interno y externo. Este problema se resuelve mediante los objetos de las reivindicaciones principales, indicándose acondicionamientos ventajosos en las reivindicaciones subordinadas . La invención parte de la idea básica de conformar un tubo compuesto teniendo un primer tubo parcial y un segundo tubo parcial en que el uno de los tubos parciales está dispuesto en el interior del otro, siendo el primer tubo parcial un tubo de fundición centrifugada y habiéndose producido el segundo tubo parcial mediante tratamiento con presión a partir de un polvo. Mediante la combinación de dos tubos parciales es posible adaptar el tubo inventivo de modo especial a las exigencias impuestas en los campos de aplicación particulares como, por ejemplo, la hidro pirólisis . Mediante el segundo tubo parcial pueden mejorarse en particular las características de corrosión, aún a temperaturas de hasta 1200 °C, la resistencia al desgaste, el comportamiento de carbonización y coquización en la aplicación en instalaciones de cracking de etileno, así como la transferencia térmica de tubos de fundición centrifugada. Para el uso en el transporte de medios altamente corrosivos, puede usarse un tubo de fundición centrifugada de una materia resistente a la corrosión teniendo, por ejemplo, características mecánicas limitadas, mientras que el resto del espesor de la pared es producido de una materia más económica con buenas características mecánicas. El uso de un tubo de fundición centrifugada es particularmente apropiado para el craquear térmico de hidrocarburos gracias a su estructura homogénea y la posibilidad de usar aceros al cromo-níquel. Gracias a la formación de un segundo tubo parcial producido, por ejemplo, mediante prensado isostático en caliente de un polvo, se pueden proporcionar, sin embargo, características adicionales al tubo de fundición centrifugada que él por sí solo no puede lograr. De esta manera es posible producir el segundo tubo parcial de materias que no son susceptibles a un proceso de fundición centrifugada, pero que se pueden producir como polvo. Además, el segundo tubo parcial puede recibir durante el tratamiento con presión del polvo una geometría, por ejemplo un perfil de superficie. Semejantes geometrías pueden lograrse con tubos de fundición centrifugada puros de otra manera sólo con unas etapas de mecanizado posterior costosas, por ejemplo, una mecanización posterior mediante arranque de viruta o erosión electrolítica. El tubo compuesto inventivo puede, sin embargo, tener también una superficie lisa. Aquí ganan importancia entonces las ventajas, hechas posibles por el uso de un polvo, de una selección más libre de materia prima. Para el uso del tubo de fundición centrifugada en compuesto es posible también, en determinadas circunstancias, prescindir del tratamiento posterior muy costoso del tubo de fundición centrifugada, por ejemplo, el taladrar a diámetro. Por tubo compuesto se entiende un tubo que posee, con relación a su sección transversal, al menos dos zonas (tubos parciales) que se diferencian la una de la otra por el método de su producción. Por tratamiento con presión del polvo se entiende todo tipo de compactación del polvo que produce, eventualmente en combinación con un calentamiento del polvo, del polvo o de un polvo previamente compactado un cuerpo sólido continuo. Con particular preferencia, el segundo tubo parcial es producido mediante prensado isostático en caliente (HIP, por sus siglas en inglés: hot isostatic pressing) .

En una modalidad preferida, el primer tubo parcial es dispuesto, visto en dirección radial, de modo que está inmediatamente contiguo al segundo tubo parcial y unido firmemente sobre su superficie con una superficie del segundo tubo parcial. Es posible, sin embargo, prever también otros tubos parciales, en particular otros tubos de fundición centrifugada u otros tubos parciales producidos de un polvo mediante un tratamiento con presión. De esta manera es posible producir diferentes capas de un tubo compuesto que poseen características preferidas para su situación en la sección transversal del tubo. En una modalidad preferida, el segundo tubo parcial posee un perfil, en particular uno o varios nervios internos, pudiendo ser el perfil también un perfil externo. Mediante un perfil pueden influenciarse, por ejemplo remolinarse, unos medios que corren en el tubo compuesto inventivo o pasando por fuera junto al tubo compuesto. La modalidad particularmente preferida teniendo nervios internos es muy apropiada para su uso en un método para craquear térmicamente los hidrocarburos en presencia de vapor . Dependiendo del lado del tubo de fundición centrifugada que debe recibir características particulares por el segundo tubo parcial (cara interna/cara externa) , el tubo parcial puede producirse en el interior del primer tubo parcial, o envolviendo el primer tubo parcial. Un cuadro de corriente preferido de corriente central y remolinado en el tubo compuesto inventivo con nervios internos puede lograrse con un tubo compuesto que posee un ángulo de flancos que asciende en los nervios que, preferentemente, son continuos del principio hasta el fin del tubo, es decir, el ángulo externo entre el flanco del nervio y el radio del tubo, a de 16° a 20°, preferentemente de 17.5° a 18.5°; se ubica, por lo tanto, por encima del así llamado ángulo de venturi, es decir, el ángulo de abertura de una tobera venturi en dirección de la corriente, mismo que usualmente no excede los 15°. Semejante ángulo de flanco garantiza en particular en conexión con un ángulo de hélice de nervio de 20° a 40°, preferentemente 22.5° a 32.5°, que no se produzca en las valles entre nervios una corriente remolinada más o menos cerrada en sí gue regresa atrás del flanco de nervio al valle entre nervios y que tiene como consecuencias el surgimiento de "Twisters" indeseables, o sea de remolinos cerrados. Las turbulencias generadas en las valles entre nervios se desprenden más bien de los flancos de los nervios y son absorbidas por la corriente torcida. La energía helicoidal inducida por los nervios, por lo tanto, se conserva ampliamente y no es consumida en su mayor parte en los valles entre nervios. Esto tiene como consecuencia una disminución y mayor uniformidad de la temperatura de pared de tubo y una mayor uniformidad de la temperatura a través de la sección transversal del tubo. Los nervios y los valles que se encuentran entre los nervios pude estar configuradas en simetría de espejo en cuanto a su sección transversal y estar contiguos entre sí, respectivamente formar una línea ondulada teniendo en cada caso los mismos radios de curvatura. El ángulo de flanco se produce entonces entre la tangente en el punto de transición de valle entre nervios y nervio y el radio del tubo compuesto. Los nervios son, en esto, relativamente planos; se produce así una altura de nervios, es decir, una distancia radial entre los valles entre nervios y las crestas de nervios, de la proporción del área del nervio dentro del círculo inscrito y la sección transversal libre. La proporción debería ubicarse entre 0.06 y 0.1 (preferentemente ente 0.08 y 0.1). Así, la altura del nervio incrementa conforme aumente el diámetro de manera tal que la corriente torcida se conserva en cuanto a dirección y potencia según se requiere para el efecto del perfil . En otras palabras, la disminución del área libre -referida a un tubo liso con el mismo diámetro del círculo inscrito del perfil- se ubica en 3 % como máximo, preferentemente entre 1.5 % a 2.5 %.

En las valles entre nervios se produce una velocidad de corriente mayor que produce un efecto de auto-limpieza y por lo tanto menos deposiciones de coque de pirólisis. Unos ensayos arrojaron el resultado de que -independientemente del diámetro interno de los tubos- son suficientes un total de 6 a 20 nervios, preferentemente 8 nervios, para lograr el cuadro de corriente inventivo. En el tubo compuestos inventivo con nervios internos, la proporción del cociente de los coeficientes de transición térmica QR/QO respecto al cociente de las pérdidas de presión ?PR/?Po en la prueba de agua aplicando y respetando las leyes de similitud y usando los números de Reynold que resultan para una mezcla de nafta/vapor de agua, preferentemente de 1.4 a 1.5, designando en esto R un tubo con nervios y 0 un tubo liso. La superioridad del tubo compuesto inventivo (perfil 3) en comparación con un tubo liso (perfil 0), y un tubo con nervios teniendo nervios paralelos al eje (perfil 1) en que la distancia radial entre las valles de nervios y crestas de nervios asciende a 4.8 mm, es ilustrada por los datos de las siguiente tabla. Todos los tubos con nervios poseían 8 nervios y también el mismo círculo circunscrito.

El diámetro hidráulico se define para esto como sigue: Dhydr = 4 x (sección transversal libre) / circunferencia interna; éste corresponde de preferencia al diámetro interno de un tubo liso comparable y arroja entonces un factor de homogeneidad de 1.425. El tubo compuesto inventivo produce en la prueba de agua una transición de calor (QR) mayor por un factor de 2.56 en comparación con el tubo liso, teniendo simultáneamente una pérdida de presión (?PR) aumentada por el factor de 1.76 únicamente. En una modalidad preferida, el primer tubo parcial muestra un análisis de el primer tubo parcial consiste con particular preferencia de uno de las materias primas según DIN EN 10027, parte 1, GX40CrNiSi25-20, GX40NiCrSiNb35-25, GX45NiCrSiNbTi35-25, GX35CrNiSiNb24-24, GX45NiCrSi35-25, GX43NiCrWSi35-25-4, GXl0NiCrSi32-20, GX50CrNiSi30-30, G-NiCr28 , G-NiCrCoW, GX45NiCrSiNb45-35, GX13NiCrNb45-35, GX13NiCrNb37-25, GX55NiCrWZr33-30-04. Estas materias primas han resultado ser particularmente apropiadas para la aplicación a temperaturas altas en métodos para craquear térmicamente a los hidrocarburos. En una modalidad preferida, el segundo tubo parcial consiste de la misma materia prima como el primer tubo parcial. Para ajustar características particulares, el segundo tubo parcial puede consistir, sin embargo, también de una materia cerámica, una materia intermetálica o una materia ODS. Las materias intermetálicas pueden configurarse como inertes en una atmósfera agresiva, las materias ODS permiten una buena vida útil gracias a los óxidos finamente dispersas. El método de producción inventivo para un tubo compuesto prevé poner en contacto un polvo con la superficie interna o externa de un tubo de fundición centrifugada y compactar el polvo mediante tratamiento con presión para que forme un segundo tubo parcial y unirlo con el tubo de fundición centrifugada, en particular en forma metalúrgica. El uso de un polvo para la producción del segundo tubo parcial permite producir el tubo parcial de materias primas respectivamente combinaciones de materias primas que no son susceptibles a fundición centrifugada o que pueden producirse sólo con una inversión considerable (por ejemplo atmósfera inerte) . Además existe la opción de producir tubos que no pueden fabricarse mediante fundición centrifugada como, por ejemplo, un tubo interno teniendo un espesor de pared de sólo unos pocos milímetros. De esta manera surge en particular la opción de adaptar la superficie externa o interna de un tubo de fundición centrifugada con materias primas determinadas a unos campos de aplicación para los cuales las materias de fundición centrifugada requieren de una protección especial, por ejemplo de una protección contra corrosión o deposición de coque. El polvo puede rociarse sobre la superficie del tubo de fundición centrifugada con la que debe colindar el segundo tubo parcial. Este procedimiento se sigue en particular con ventaja en el caso que el tubo de fundición centrifugada posee una temperatura aumentada. El tubo de fundición centrifugada puede rociarse para esto o bien inmediatamente después de la colada con el polvo o puede calentarse nuevamente especialmente para la aplicación del polvo. El polvo, sobre todo, se calienta durante la producción del tubo compuesto. Esto puede realizarse con particular preferencia simultáneamente con el tratamiento con presión, por ejemplo, mediante el prensado en caliente particularmente preferido. Pero también es posible realizar el calentamiento del polvo previamente al tratamiento con presión. Si se realizan el tratamiento con presión y el calentamiento del polvo en forma simultánea, se produce un segundo tubo parcial con gran densidad, poca porosidad y una buena unión metalúrgica. El calentamiento del polvo pude realizarse por transferencia de calor desde el exterior, por ejemplo mediante calentamiento del tubo de fundición centrifugada o mediante una corriente de gas que pasa por encima del polvo o un elemento de calefacción que hace contacto con el polvo. Pero también es posible realizar el calentamiento por vía de la inducción. El polvo puede compactarse previamente mediante tratamiento con presión. Para facilitar el manejo del polvo puede compactarse a un cuerpo moldeado previamente afuera del tubo de fundición centrifugada, por ejemplo un tubo o un cilindro. Es posible realizar la compactación previa a tal grado que el cuerpo moldeado pueda manejarse, o se que se vuelva autosoportante. En forma de un cuerpo moldeado es fácil introducir el polvo previamente compactado en el tubo de fundición centrifugada. La maniobrabilidad del polvo puede aumentarse de manera complementaria o como alternativa si el polvo es aglutinado con un agente aglutinante, por ejemplo a manera de un cuerpo moldeado. El agente aglutinante sale preferentemente del polvo durante el tratamiento con presión, en particular en un tratamiento con presión combinado con calentar. Con particular preferencia se usa un método para la producción de un tubo compuesto comprendiendo un primer tubo parcial dispuesto adentro de un segundo tubo parcial, en que se inserta un macho en un tubo de fundición centrifugada, se llena el espacio libre que queda entre la superficie interna del tubo de fundición centrifugada y el macho con un polvo, se introduce el tubo de fundición centrifugada con el macho y el polvo en una cámara de presión, se aplica presión a la cámara de presión calentando simultáneamente el polvo y al terminar el tratamiento con presión se retiran el macho del tubo compuesto así producido. La introducción del polvo en un espacio libre remanente entre la superficie interna del tubo de fundición centrifugada y el macho mostró ser ventajoso para el manejo, en particular en posición vertical parada del tubo de fundición centrifugada. Dependiendo de las circunstancias de espacio puede realizarse la introducción del macho y/o el llenado del polvo aún en un tubo de fundición centrifugada ya colocado en el interior de una cámara de presión. Preferentemente se inserta un macho con un perfil invertido respecto a un perfil de nervios que debe generarse en la cara interna del tubo compuesto. El tubo compuesto obtiene así un segundo tubo parcial teniendo un perfil interno que puede usarse con particular preferencia en un método para el craqueado térmico de hidrocarburos en presencia de vapor. El macho puede ser eliminado del tubo compuesto al menos en parte mediante ataque químico o con métodos mecánicos. Esto permite un desprendimiento más fácil del macho del tubo compuesto producido, aún cuando el macho ha establecido en parte una unión metalúrgica con el segundo tubo parcial. De modo complementario o alternativo puede proveerse el polvo en la cara orientada hacia el macho o el molde con una materia de distancia, por ejemplo un aglutinante particular que impide una unión metalúrgica con el macho, respectivamente el molde, durante el tratamiento con presión de polvo, en particular durante el calentamiento. Esto se realiza preferentemente mediante evaporación de la materia de distancia en la transición del polvo al macho respectivamente al molde. Para la producción de un tubo compuestos teniendo un segundo tubo parcial en la cara externa del tubo de fundición centrifugada, el tubo de fundición centrifugada se inserta preferentemente en un molde, se llena un espacio libre remanente en la superficie externa del tubo de fundición centrifugada con un polvo, se introduce el tubo de fundición centrifugada en una cámara de presión, la cámara de presión se expone a una presión calentando simultáneamente el polvo y después de terminar el tratamiento con presión del tubo compuesto producido de esta manera con el primer tubo parcial y el segundo tubo parcial, se retira del molde. El polvo en el espacio libre entre el macho y el tubo de fundición centrifugada, respectivamente el molde y el tubo de fundición centrifugada puede compactarse mediante vibraciones. Con la finalidad de facilitar más el manejo de un tubo de fundición centrifugada con un polvo que llena un espacio libre entre el molde y el tubo de fundición centrifugada o el macho y el tubo de fundición centrifugada, se cierra preferentemente el espacio libre en un extremo. Esto permite en particular un manejo de un tubo parado verticalmente sin que el polvo se caiga del espacio libre. El tratamiento con presión se realiza en particular a presiones de 450 bares mínimo, en particular de 1000 bares o más. Durante el calentamiento se calienta el polvo con particular preferencia a una temperatura de 450 °C como mínimo, en particular de 1000 °C o más. La compactación del polvo durante el tratamiento con presión puede realizarse en una atmósfera inerte. De esta manera se inhibe en particular una oxidación del polvo durante la producción del segundo tubo parcial. En particular, se llena la cámara de presión con un gas inerte. Se puede lograr una producción particularmente eficiente de los tubos compuestos inventivos si se producen varios tubos compuestos juntos en una cámara de presión. En un tubo compuesto que debe producirse con tubos internos con nervios teniendo forma helicoidal puede producirse la configuración helicoidal produciendo un tubo con nervios rectos y torciendo los extremos del tubo compuesto el uno contra el otro después de la producción. La economía del craqueado térmico de hidrocarburos en hornos tubulares con tubos calentados externamente puede mejorar con el uso de un tubo compuesto, ya que es posible ajustar características preferidas mediante los diferentes tipos de producción y materias de los tubos parciales del tubo compuesto. Con particular preferencia se usa un tubo compuesto inventivo en que el primer tubo parcial es un tubo de fundición centrifugada y el segundo tubo parcial fue producido mediante tratamiento con presión de un polvo. El tubo compuesto inventivo puede estar conformada y usado en particular de manera tal que se genera en la cercanía inmediata de los nervios una corriente helicoidal y se cambia a una corriente predominantemente axial conforme crezca la distancia radial de los nervios a una zona central. La transición entre la zona externa con la corriente helicoidal y la zona central con una corriente predominantemente axial sucede poco a poco, por ejemplo, de manera exponencial. En el uso inventivo, la corriente helicoidal absorbe los remolinos que se desprenden de los flancos de los nervios, de manera que no se presenta un retorno local de los remolinos a manera de una corriente circular cerrada a los valles entre nervios. Esto es asociado con un aumento del tiempo de permanencia de 10% a 20%, por ejemplo, 15%. Esto queda garantizado en particular si la corriente helicoidal en la zona de los nervios, respectivamente los nervios, se extiende a un ángulo de 20° a 40°, por ejemplo 32°, preferentemente 22.5° a 32.5°, con relación al eje del tubo. En el uso inventivo se compensa la oferta calorífica forzosamente variante sobre la circunferencia del tubo entre el lado de sol y de sombra en la pared del tubo y el interior del tubo, y se lleva el calor rápidamente hacia el interior a la zona central. Esto se asocia con una disminución del riesgo de un sobrecalentamiento local del gas de proceso en la pared del tubo y la generación de coque de pirólisis causada por ello. Además, la exposición térmica del material del tubo es menor gracias a la compensación de la temperatura entre el lado de sol y sombra, lo que s traduce a una vida útil más larga. Finalmente, el uso inventivo produce también una homogenización de la temperatura a través de la sección transversal del tubo que tiene la consecuencia de un mejor rendimiento de etileno, respectivamente brusquedad de craquear. La razón de esto es la reversibilidad de la reacción de craqueado, que sin la compensación de temperatura radial inventiva en el interior del tubo tiene la consecuencia de que se presenta en la pared caliente del tubo un craqueado y en el centro del tubo una ecombinación. Además, en el caso del tubo liso, y aún en perfiles de nervios con una circunferencia aumentada en más del 10%, se forma una capa característica para corrientes turbulentos de corriente laminar con una transición de calor fuertemente reducida. Ésta produce en mayor grado la formación de coque de pirólisis con también mala conductividad de calor. Ambas capas juntas exigen un suministro de calor mayor, respectivamente una mayor potencia de los quemadores. Esto incrementa la temperatura de la pared del tubo (TMT) y acorta, por lo tanto, la vida útil. La corriente helicoidal reduce la capa laminar considerablemente; está asociada además con un vector de velocidad orientado hacia el centro del tubo que reduce la permanencia de los radicales del craqueado, respectivamente los productos del craqueado en la pared caliente, así como su transformación química y catalítica en coque de pirólisis. Además, las diferencias de temperaturas considerables en tubos con perfil interno- entre los valles y las crestas son compensadas mediante la corriente helicoidal inventiva. Esto aumenta el intervalo temporal ente dos descoquizaciones necesarias. Una permanencia tan corta como posible de productos de craqueado con inclinación a la coquización s mejor en tubos de craqueado provistas de nervios internos. Particularmente importante, porque se produce entre las crestas de los nervios y el fondo de los valles entre nervios -sin la corriente helicoidal inventiva- una diferencia de temperatura considerable. Preferentemente, en el uso inventivo, la velocidad circunferencial de la corriente de gas es mayor en los valles entre nervios que en las crestas de los nervios . El diagrama de la figura 1 contiene una representación comparativa de las velocidades helicoidales respectivamente circunferenciales en un tubo de nervios inventivo (perfil 3) teniendo 8 nervios y una inclinación e nervios de 30° y dos tubos comparativos (perfiles 4 y 6) , en cada caso teniendo una inclinación de los nervios de 16° y 3, respectivamente 8 nervios sobre la sección transversal del tubo. El curso de la curva muestra claramente la velocidad circunferencial sustancialmente mayor en la zona marginal del tubo compuesto inventivo de aproximadamente 2.75 respectivamente 3 m/s como máximo en comparación con la velocidad máxima de sólo aproximadamente 1.5 m/s en las zonas marginales de ambos tubos comparativos. El diagrama de la Fig. 2 muestra la distribución de la velocidad circunferencial sobre el radio del tubo para el perfil 3 de un tubo compuesto inventivo, las dos curvas superiores -coincidentes- se midieron en cada caso en un radio que pasó por un valle entre nervios en la lado de sol respectivamente de sombra, mientras que las dos curvas inferiores se midieron en cada caso a lo largo de los radios que pasan por las crestas de los nervios en el lado del sol respectivamente de la sombra. En la Fig. 3 se representan tres tubos de ensayo con sus datos en sección transversal, en entre ellos también el perfil 3 inventivo. Los diagramas reflejan la curva de la temperatura para cada caso sobre el semidiámetro (radio) de en el lado de sombra y de sol. Una comparación de los diagramas muestra la poca diferencia de temperatura entre la pared y el centro del tubo, así como la temperatura menor de la pared de tubo en el perfil 3 inventivo . La corriente helicoidal generada en el uso inventivo del tubo compuesto garantiza que la fluctuación de la temperatura de pared interna sobre la circunferencia del tubo, es decir, entre el lado de sol y de sombra, se ubica por debajo de 12° C, no obstante que las serpentinas usualmente dispuestas en hileras paralelas de un horno tubular son calentadas usualmente sólo en lados opuestos entre sí con la ayuda de quemadores de pared lateral, respectivamente cargados con los gases de combustión, y los tubos, por lo tanto, poseen en cada caso un lado de sol orientado hacia los quemadores y un lado de sombra desplazado en 90° relativo a éste. La temperatura media de pared de tubo, es decir, la diferencia de la temperatura de pared de tubo entre el lado de sol y de sombra produce tensiones internas y determina, por lo tanto, la vida útil de los tubos. En este sentido, la reducción de la temperatura media de pared de tubo, que se desprende del diagrama según la Fig. 4, de un tubo compuesto inventivo teniendo ocho nervios con una inclinación de 30°, un diámetro interno de tubo de 38.8 mm y un diámetro externo de tubo de 50.8 mm, por lo tanto una diferencia de altura entre valles entre nervios y crestas de nervios de 2 mm de 11° en comparación con un tubo liso teniendo el mismo diámetro, asociada a una vida útil promedio de 5 años, una temperatura de operación de 1050 °C un aumento de vida útil teórico a aproximadamente 8 años. La distribución de la temperatura entre el lado de sol y de sombra para los tres perfiles de la Fig. 3 es desprendible de la Fig. 5. Notable es en esto el nivel bajo de temperatura de la curva de temperatura para el perfil 3 en comparación con el tubo liso (perfil 0) y la amplitud de fluctuación esencialmente menor de la curva para el perfil 3 en comparación con el perfil de la curva 1. Una distribución particularmente favorable se presenta cuando los isotermos en la zona central tienen forma de un círculo y siguen el perfil interno del tubo compuesto sólo en la zona helicoidal. Una distribución uniforme de la temperatura sobre la sección transversal se produce en particular cuando la corriente helicoidal aumenta por 1.8 a 20 m/s por metro de longitud de tubo y cuando comprende 7 % a 8 % de la sección transversal libre, calculada a partir de la entrada de la mezcla de gases al tubo perfilado. En el uso inventivo del tubo compuesto, el factor de homogeneidad de temperatura sobre la sección transversal, y el factor de homogeneidad de temperatura referido al diámetro hidráulico, debieran ubicarse -con motivo de un rendimiento alto de etileno teniendo una longitud de tubo relativamente corta- por encima de 1 en proporción con los factores de homogeneidad de un tubo liso. Los factores de homogeneidad se definen para esto como sigue : Ht0:Ht0= ?T0 > dx/?Tx > d0 El tubo compuesto inventivo permite una aplicación particularmente apropiada en todos los procesos de alta temperatura como aquellos en que el tubo, en particular en la cara externa, es expuesto a temperaturas altas de, por ejemplo, 800 a 1000°C. El tubo compuesto inventivo puede aplicarse en particular en la producción de pigmentos de color, en hornos rotativos tubulares, por ejemplo la incineración de sustancias de la industria química o farmacéutica o en instalaciones de incineración de desechos.

En la Fig. 6 se representa un ejemplo de realización del tubo compuesto inventivo. Este posee un primer tubo 10 parcial y un segundo tubo 20 parcial producido mediante tratamiento con presión de un polvo, teniendo unos nervios 30.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Tubo compuesto comprendiendo un primer tubo parcial y un segundo tubo parcial en que - uno de los tubos parciales está dispuesto en el otro tubo parcial, - el primer tubo parcial es un tubo de fundición centrifugada y - el segundo tubo parcial fue producido mediante tratamiento con presión de un polvo.

2. Tubo compuesto según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer tubo parcial está unido metalúrgicamente con el otro tubo parcial.

3. Tubo compuesto según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el segundo tubo parcial posee un perfil.

4. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el segundo tubo parcial está dispuesto en el primer tubo parcial.

5. Tubo compuesto según la reivindicación 3 y 4, caracterizado porque el segundo tubo parcial posee al menos un nervio interno.

6. Tubo compuesto según la reivindicación 5, caracterizado porque el nervio interno tiene forma helicoidal .

7. Tubo compuesto según la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque el ángulo de flanco del nervio es de 16 a 20°.

8. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 5 a 1 , caracterizado porque el ángulo de hélice del nervio es de 20° a 40°.

9. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque varios nervios y los valles de nervios ubicados entre los nervios tienen, en sección transversal, forma de simetría de espejo.

10. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque las crestas de los nervios y los valles de los nervios de varios nervios colindan en cada caso entre sí.

11. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque los nervios y los valles de nervio de varios nervios poseen el mismo radio de curvatura.

12. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado por un total de seis a veinte nervios.

13. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizado porque la proporción del área de nervio dentro del círculo tangente del perfil a la sección transversal libre del perfil es inferior a 0.06 a 0.1.

14. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado porque la proporción de los cocientes de los coeficientes de transición de calor QR/QO al cociente de las pérdidas de presión ?PR/?P0 en la prueba de agua es de 1.4 a 1.5, caracterizando en esto R un tubo compuesto con nervios y 0 un tubo liso.

15. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 5 a 14, caracterizado porque el diámetro hidráulico corresponde al diámetro de tubo interno de un tubo liso comparable.

16. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el primer tubo parcial consiste de una materia prima teniendo el análisis en particular de una de las materias primas según DIN EN 10027 parte 1 GX40CrNiSi25-20, GX40NiCrSiNb35-25, GX45NiCrSiNbTi35-25, GX35CrNiSiNb24-24, GX45NiCrSi35-25, GX43NiCrWSÍ35-25-4, GXl0NiCrSi32-20, GX50CrNiSi30-30, G- NiCr28W, G-NiCrCoW, GX45NiCrSiNb45-35, GX13NiCrNb45-35, GX13NiCrNb37-25, GX55NiCrWZr33-30-04.

17. Tubo compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el segundo tubo parcial es fabricado de la misma materia prima como el primer tubo parcial y/o de una materia prima cerámica, intermetálica o de ODS.

18. Método para la producción de un tubo compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque un polvo es puesto en contacto con la superficie interna o externa de un tubo de fundición centrifugada y el polvo es compactado mediante tratamiento con presión para la formación del segundo tubo parcial y es unido con el tubo de fundición centrifugada.

19. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque el polvo es calentado.

20. Método según la reivindicación 18 o 19, caracterizado porque el polvo es compactado previamente al tratamiento con presión.

21. Método según la reivindicación 20, caracterizado porque el polvo es compactado mediante vibraciones.

22. Método según una de las reivindicaciones 19 a 21, caracterizado porque se inserta un macho en un tubo de fundición centrifugada, - un espacio libre remanente entre la superficie interna del tubo de fundición centrifugada y el macho es llenado con un polvo, - el tubo de fundición centrifugada es puesto a presión con calentamiento simultáneo del polvo, - después de la conclusión del tratamiento con presión se retira el macho del tubo compuesto así producido.

23. Método según la reivindicación 22, caracterizado porque un macho es insertado teniendo un perfil de nervios inverso a un perfil de nervios por producir en la cara interna del tubo compuesto.

24. Método según la reivindicación 22 o 23, caracterizado porque el macho es retirado del tubo compuesto al menos en parte mediante ataque químico.

25. Método según una de las reivindicaciones 19 a 21, caracterizado porque - un tubo de fundición centrifugada es insertado en un molde, - un espacio libre remanente entre la superficie externa del tubo de fundición centrifugada y el molde es llenado con un polvo, - el tubo de fundición centrifugada es puesto bajo presión con calentamiento simultáneo del polvo, - después de la conclusión del tratamiento con presión se retira el tubo compuesto así producido del molde.

26. Método según una de las reivindicaciones 22 a 25, caracterizado porque el espacio libre es cerrado al menos en un extremo del tubo.

27. Método según una de las reivindicaciones 18 a 26, caracterizado porque para el tratamiento con presión se genera una presión de al menos 450 bares.

28. Método según una de las reivindicaciones 19 a 27, caracterizado porque el polvo es calentado a una temperatura de al menos 450 °C.

29. Método según una de las reivindicaciones 19 a 28, caracterizado porque el polvo es calentado en una atmósfera inerte.

30. Método según una de las reivindicaciones 18 a 29, caracterizado porque el tratamiento con presión es realizado en una atmósfera inerte.

31. Método según una de las reivindicaciones 20 a 30, caracterizado porque varios tubos son producidos en una cámara de presión.

32. Método según una de las reivindicaciones 18 a 31, caracterizado porque los extremos de un tubo compuesto producido con un primer tubo parcial y un segundo tubo parcial, teniendo nervios paralelos al eje, son torcidos el uno respecto al otro.

33. Uso de un tubo compuesto para el craqueado térmico de hidrocarburos en presencia de vapor.

34. Uso de un tubo compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 17 para el craqueado térmico de hidrocarburos en presencia de vapor.

35. Uso de un tubo según una de las reivindicaciones 1 a 17 para el craqueado térmico de hidrocarburos en presencia de vapor en que la mezcla del proceso es conducida por unos tubos calentados externamente teniendo nervios internos helicoidales, caracterizado porque se genera en la zona inmediatamente colindante con los nervios una corriente helicoidal y se convierte en una zona central con corriente predominantemente axial conforme aumente la distancia radial de los nervios.

36. Uso según la reivindicación 35, caracterizado porque la corriente helicoidal absorbe los remolinos que se desprenden de los flancos de los nervios.

37. Uso según una de las reivindicaciones 35 o 36, caracterizado porque la velocidad circunferencial de la corriente de gas en los valles de los nervios es mayor que en las crestas de los nervios.

38. Uso según una de las reivindicaciones 35 a 37, caracterizado porque la corriente helicoidal tiene una inclinación en los nervios teniendo un ángulo de 20 a 40°, preferentemente de 22.5 a 32.5°, referido al eje del tubo.

39. Uso según una de las reivindicaciones 35 a 38, caracterizado porque la fluctuación de la temperatura de pared interna a lo largo de la circunferencia de tubo es menor a 12 °C.

40. Uso según una de las reivindicaciones 35 a 39, caracterizado porque los isotermos en la zona central tienen una forma circular.

41. Uso según una de las reivindicaciones 35 a 40, caracterizado porque la velocidad de la corriente helicoidal aumenta en 1.8 a 2.0 m/s por cada metro de longitud de tubo.

42. Uso según una de las reivindicaciones 35 a 41, caracterizado porque la velocidad de la corriente helicoidal abarca por cada metro de longitud de tubo 7% a 8% de la sección transversal libre.

43. Uso según una de las reivindicaciones 35 a 42, caracterizado porque el factor de homogeneidad de la temperatura sobre la sección transversal y el factor de homogeneidad referido al diámetro hidráulico de la temperatura en proporción con los factores de homogeneidad de un tubo liso se ubica por encima de 1.

44. Uso de un tubo compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 17 en aplicaciones de temperatura alta, en particular en un horno rotativo tubular o en una instalación de incineración de desechos.