JPH09264683A - 石油化学用フィン付き熱分解反応管 - Google Patents

石油化学用フィン付き熱分解反応管

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JPH09264683A
JPH09264683A JP8076641A JP7664196A JPH09264683A JP H09264683 A JPH09264683 A JP H09264683A JP 8076641 A JP8076641 A JP 8076641A JP 7664196 A JP7664196 A JP 7664196A JP H09264683 A JPH09264683 A JP H09264683A
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JP
Japan
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fin
fins
tube
fluid
pipe
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JP8076641A
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English (en)
Inventor
Takayoshi Obata
敬良 小畠
Kenichi Mae
健一 前
Kenji Otsubo
憲司 大坪
Masamichi Hino
正道 日野
Masayuki Tomita
雅之 富田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】管の熱伝達性を高めるために管内面にフィンを
形成した熱分解反応管について、フィンの近傍の流体の
淀み・渦流による局部的な温度上昇を抑制防止し、フィ
ンの機能を効果的に発揮させる。 【解決手段】この熱分解反応管のフィン(2)は、下記
(a)〜(d)の形状または材質を有している。(a)
フィンの背面側(流体流通方向の下流側)にフィンの頂
部から斜降する傾斜面(3)が形成されている、(b)
フィンの前面側および背面側の裾部が傾斜面(4
1,2 )をなしている、(c)フィンに、管内流体を流
通させる貫通孔(51 )〜(54 )が形成されている、
(d)フィンが母材管対より熱伝導性のよい材料で形成
されている。フィン(2)の形状効果や熱伝達性による
熱拡散効果としてフィンの近傍の温度上昇が抑制防止さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、管内面に設けられ
たフィンによる高い熱伝達性を有し、エチレン製造用熱
分解反応管等として好適な熱分解反応管の改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】エチレン製造用熱分解炉では、炉内に配
設された熱分解反応管に、ナフサ・軽灯油等の炭化水素
類を含む原料流体を供給し、管内を高速流通させなが
ら、管の外部から加熱し、熱分解反応生成物として、エ
チレン,プロピレン等のオレフィンを得る。エチレンの
熱分解反応には、オレフィンの二次反応(エチレンの脱
水素分解反応によるアセチレンの生成、アセチレンの分
解による遊離炭素の析出)があり、これはエチレンの収
率を低下させ、また生成する遊離炭素は管内面に沈積
(コーキング)して浸炭による管材質の劣化を速め、耐
用寿命の低下を招く。オレフィンの二次反応を抑制防止
し、エチレン等の目的製品を高収率で得るには、管内の
原料流体を迅速に所定の反応温度に加熱昇温し、短時間
で反応を完結させることが必要である。そのために反応
管は高い熱伝達性を有するものであることが要求され
る。上記反応管の熱伝達性能を高める手段として、管内
面にフィンを形成することが有効なことが提案されてい
る(特開平6−109392号公報)。これは、フィン
の管内流体に対する攪拌作用により、管内流体の乱流形
成・均一混合効果として管内流体を急速に加熱昇温させ
るものである。フィンによる熱伝達性能の向上効果は顕
著であり、反応管長さの短縮、装置のコンパクト化、製
造能力の増大等が可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】反応管内面に形成され
たフィンは、流体攪拌要素として管の熱伝達性を大きく
高めることを可能とする反面、フィンの背面部(管内流
体の下流側部分)あるいは前面部(上流側部分)に流体
の淀み(渦流)を生じさせ、このため淀み部分の管面温
度が上昇し易くなる。この温度上昇は、管内反応系のオ
レフィンの二次反応に付随する遊離炭素の生成と、それ
に伴うコーキングの発生を助長する原因となる。本発明
は、管内面のフィンの形成に付随する上記不具合を抑制
防止し、攪拌要素としてのフィンの機能をより効果的に
発揮させるための改良されたフィン付き熱分解反応管を
提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の石油化学用フィ
ン付き熱分解反応管の第1の発明は、流体攪拌要素とし
て管内面に形成されたフィンの背面側がフィンの頂部か
ら斜降する傾斜面をなし、第2の発明は、フィンの前面
側および背面側の裾部が傾斜面をなし、第3の発明は、
管内面に形成されたフィンが、管内流体を流通させる貫
通孔を有していることを特徴とし、また第4の発明は、
熱伝導性の高い材料からなるフィンが形成されているこ
とを特徴としている。
【0005】
【発明の実施の形態】管内面に形成されるフィンに上記
形状を付与した第1〜第3の発明によれば、その形状効
果として、フィンの背面側や前面側の流体の淀み・渦が
低減・解消されることにより、フィンの背面側の温度上
昇が抑制防止される。また、フィンを熱伝導性の高い材
料で形成した第4の発明によれば、フィンの背面側およ
び前面側の流体の淀みによる温度上昇は、フィン自身が
有する良好な熱伝導性に基づく熱拡散効果により緩和解
消される。
【0006】図1〜図6は、第1〜第3の発明のフィン
形状の例を示している。各図中、(1)は管体、(2)
は管内面(11 )に形成されたフィンであり、矢符Aは
管内流体の流通方向(管軸方向)を示している。図1
は、第1の発明について、フィン(2)の背部を、管内
流体の流通方向に沿って、フィンの頂部から斜降する傾
斜形状とした例である。フィン(2)の背部をこのよう
な傾斜面(3)とすることにより、フィン(2)を通過
する管内流体(G)は背部の傾斜面(3)に沿って流通
する効果として、傾斜面(3)を有しない場合に比し、
フィンの背部における流体の淀みが少なくなる。図2
は、第2の発明について、フィン(2)の前面側と背面
側の裾部を傾斜面(41 )(42 )とした例である。フ
ィンの裾部にこのような傾斜形状をもたせることによ
り、フィンの前面側および背面側における管内流体
(G)の淀みが弱められる。上記図1の傾斜面(3)、
および図2の傾斜面(41 )(42 )は、フィン(2)
の長手方向(紙面に垂直)に沿って形成される。
【0007】図3〜図6は、第3の発明について、フィ
ン(2)に管内流体(G)を流通させる貫通孔を形成し
た例を示している。その貫通孔(流体通路)として、図
3のフィン(2)は、その裾部を前面から背面に向って
貫通するストレート状の孔(51 )を有し、図4のフィ
ン(2)は、前面側の上部から背面側の裾部に向って湾
曲する貫通孔(52 )を有している。また図5のフィン
(2)では、その前面と頂面とに開口する貫通孔
(53 )が設けられ、図6では、フィン(2)の前面に
開口を有するU字形状の貫通孔(54 )が設けられてい
る。
【0008】図3,図4のように、フィン(2)の前面
および背面に開口する貫通孔(51),(52 )を設け
た場合は、フィン(2)を前部から背部に貫流する管内
流体の流通効果として、フィン(2)の前面側および背
面側の淀みが低減解消される。図5のようにフィン
(2)の前面と頂面に開口を有する貫通孔(53 )や、
図6のようにフィン(2)の前面に両端開口を有するU
字状の貫通孔(54 )を設けた場合には、貫通孔の両端
開口部の圧力差により、貫通孔(53 ),(54 )内に
管内流体の流れが生じ、その効果としてフィン(2)の
前面側における流体の淀みが軽減される。貫通孔
(51 )〜(54 )は、図7に示すように、フィン
(2)の長さに応じてその長手方向に適当な間隔をおい
て反復形成される。
【0009】フィン(2)の形状・サイズは、熱分解反
応管の使用条件や管内径(約30〜150mm)等に応じ
て適宜設計される。フィンの管内面からの高さは約2〜
15mm、フィン(2)の背面部を図1のように傾斜面
(3)とする場合の傾斜角度(管内面に対する角度)は
約15〜75°、図2のようにフィン基部を傾斜面(4
1 )(42 )とする場合の斜面の高さは、フィン高さの
約1/5〜1/2程度、傾斜角度は約15〜75°とし
てよい。図3〜図6のように、貫通孔(51 )〜
(54 )を形成する場合の貫通孔の孔径は、フィン高さ
の約1/5〜1/2、隣合う貫通孔間の距離は、孔径の
約1/2〜4倍程度とすることができる。孔形状は円形
状に限定されず、矩形状(正方形,長方形等)、楕円形
状、その他任意の形状が採用される。
【0010】上記図1〜図6のような形状を有するフィ
ンを形成する場合のフィン形成材料は、熱分解反応管の
管材料として公知の各種耐熱合金、例えば、ASTM HK40
材(0.4C-20Ni-25Cr-Fe ),HP材(0.5C-35Ni-25Cr-Fe)
やそれらの改良材、あるいは0.5C-45Ni-30Cr-Fe 、イン
コロイ(IN)合金(45Cr-Ni 系)等を使用することがで
きる。他方、熱伝導性の高いフィンを形成する場合のフ
ィン形成材料は、管体を構成する耐熱合金の熱伝導率κ
(cal/cm . s . ℃)〔例えば,HPM 材κ:0.056(800℃),
0.061(900℃), HK4M 材κ:0.057(800℃), 0.063(900
℃), HP 材κ:0.060(800℃), 0.065(900℃), IN657材
κ:0.064(800℃), 0.069(900℃) 〕より高い熱伝導率を
有するものが好ましく使用される。そのようなフィン形
成材料の例として、WC-TiC-Co 系超硬合金〔例えば、94
WC-1TiC-5Co κ: 0.19, 84.5WC-5TiC-13Coκ:0.15
〕、炭化珪素セラミックス〔例えば,dense SiC κ:
≧0.09(780℃),self bonded SiC κ: ≧0.09 (1080℃)
〕等が挙げられる。この他、熱分解反応管の使用環境
に耐え得る耐熱性等の材料特性と高い熱伝導率とを併せ
もつ各種鉄系・非鉄系金属(合金)、サーメット、セラ
ミックス等が適宜使用される。熱伝導性の良好な材料で
形成されるフィンに、図1〜図6に示したような形状を
付与する場合は、熱拡散効果と形状効果とが重畳され、
フィンおよびその近傍の温度上昇をより効果的に抑制防
止することができる。
【0011】管内面に形成されるフィン(2)は種々の
分布形態が与えられる。図8〜図10はその例を示して
いる。図8のフィン(2)は、管軸(x)とほぼ直交す
る向きに延在するリング状フィンとして形成した例、図
9は、管軸(x)に対し傾斜する向きに延在する螺旋状
フィンとして形成した例である。図10は、図8のリン
グ形状のフィン(2)に断点を設け、断続形状のフィン
(2)を形成した例であり、図9の螺旋状のフィン
(2)についても、所望により断続的な螺旋状フィンと
して形成される。フィン(2)のピッチ(隣合うフィン
同士の間隔)は約3〜400mm,螺旋状フィンの傾斜角
度は約15°以上、また図10のように断続形態を有す
るフィンにおける各フィンの長さは約3〜100mm,断
点の長さは約1〜50mmとする例が挙げられる。このほ
か、規則的もしくはランダムな分布パターンをなす散点
模様状の突起からなるフィンを形成することもでき、フ
ィン(2)の形態・分布パターンは多様な設計が可能で
ある。
【0012】管内面に対するフィン(2)の形設施工
は、使用するフィン形成材料の材種に応じて、例えば粉
体プラズマ溶接、ティグ溶接,ミグ溶接等を適用し、肉
盛ビードとしてフィンを形成することができ、別法とし
て、所要の形状に加工された部材(鋳造品,鍛圧品,焼
結品等)をフィン形成部材とし、これを管内面の所要個
所にあてがって溶接,その他の方法で接合固定するよう
にしてもよい。図3〜図6のように貫通孔(51 )〜
(54 )を有するフィン(2)の場合は、そのフィン部
材として、貫通孔(51 )〜(54 )を備えた、管内面
の曲面に一致するリング形状等を有する部材を製作して
おき、これを管内面に接合固定する方法等を適用して形
成することができる。また、前記図1に示したような断
面三角形状のフィン(2)を、プラズマ粉体溶接による
肉盛ビードとして形成する場合には、図11に示すよう
に、補助具として当板(11)を管内面にあてがい、溶
接トーチ(10)を当板(11)の板面に斜向させてビ
ードを肉盛することにより、所望の断面形状を有するフ
ィン(2)が形成される。当板(11)として、耐熱性
金属板またはセラミックス板を使用すると共に、これに
冷却用フィン(12)または適宜の水冷手段(図示せ
ず)を設けることにより、当板(11)の熱的損傷やビ
ードの付着を防止し、効率よくフィンを形成することが
できる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、管内面に形成されるフ
ィンの近傍の温度上昇とそれに起因するコーキングの発
生が抑制防止され、攪拌要素としてのフィンの機能をよ
り効果的に発揮させ、高いエチレン収率を確保すること
ができ、またコーキングに起因する反応管の浸炭・劣化
が抑制防止され、反応管の耐用寿命が高められるほか、
デコーキング作業(管内面の沈積炭素の除去作業)の実
施およびそのための炉運転の停止頻度が減少し、効率よ
い熱分解操業を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱交換用金属管のフィンの形状を示す
管軸方向断面図である。
【図2】本発明の熱交換用金属管のフィンの形状を示す
管軸方向断面図である。
【図3】本発明の熱交換用金属管のフィンの形状を示す
管軸方向断面図である。
【図4】本発明の熱交換用金属管のフィンの形状を示す
管軸方向断面図である。
【図5】本発明の熱交換用金属管のフィンの形状を示す
管軸方向断面図である。
【図6】本発明の熱交換用金属管のフィンの形状を示す
管軸方向断面図である。
【図7】本発明の熱交換用金属管のフィンの形状を示す
正面図である。
【図8】管内面のフィンの分布形態を示す管軸方向の模
式的断面図である。
【図9】管内面のフィンの分布形態を示す管軸方向の模
式的断面図である。
【図10】管内面のフィンの分布形態を示す管軸方向の
模式的断面図である。
【図11】溶接肉盛によるフィンの形設態様の例を示す
図である。
【符号の説明】
1: 管体 11 : 管内面 2: フィン 3,41 , 2 : 傾斜面 51 〜54 : 貫通孔(流体流路) G: 管内流体 10: 溶接トーチ 11: 当板 12: 冷却用フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 正道 兵庫県尼崎市浜1丁目1番1号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 富田 雅之 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管内流体の攪拌要素として、管内面にフ
    ィンが形成され、フィンの背面側は、フィンの頂部から
    斜降する傾斜面をなしていることを特徴とする石油化学
    用フィン付き熱分解反応管。
  2. 【請求項2】 管内流体の攪拌要素として、管内面にフ
    ィンが形成され、フィンの前面側および背面側の裾部に
    傾斜面を有することを特徴とする石油化学用フィン付き
    熱分解反応管。
  3. 【請求項3】 管内流体の攪拌要素として、管内面にフ
    ィンが形成され、フィンは、管内流体を通過させる貫通
    孔が設けられていることを特徴とする石油化学用フィン
    付き熱分解反応管。
  4. 【請求項4】 管内流体の攪拌要素として、管内面に熱
    伝導性の高い材料からなるフィンが形成されていること
    を特徴とする石油化学用フィン付き熱分解反応管。
JP8076641A 1996-03-29 1996-03-29 石油化学用フィン付き熱分解反応管 Pending JPH09264683A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011518302A (ja) * 2008-04-18 2011-06-23 ニルソン、スベン・メルカー チャネルシステム

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JP2011518302A (ja) * 2008-04-18 2011-06-23 ニルソン、スベン・メルカー チャネルシステム

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