BR112017028525B1 - Método para produzir uma disposição de tubo, disposição de tubo e fornalha - Google Patents
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Abstract
um método de produção de uma disposição de tubo, uma disposição de tubo e uma fornalha proporcionada com uma tal disposição de tubo. a presente invenção se refere a um método de produção de uma disposição de tubo, na qual um primeiro tubo é unido com um segundo tubo, tanto o primeiro tubo e quanto o segundo tubo sendo tubos de metal. a presente invenção também se refere a uma disposição de tubo compreendendo um primeiro tubo de metal proporcionado com uma primeira rosca exterior em uma região do mesmo, um segundo tubo de metal proporcionado com uma segunda rosca exterior em uma região de extremidade do mesmo, uma primeira solda de extremidades unindo referidas regiões de extremidade do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal, e uma luva proporcionada sobre o exterior do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal formando um acoplamento de rosca com a rosca exterior do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal. a presente invenção também se refere a uma fornalha compreendendo uma câmara que é proporcionada com uma disposição de queimador para geração de calor. referida câmara é proporcionada com uma disposição de tubo conforme definida aqui anteriormente para condução de um gás quente ou vapor através da fornalha.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um método para produzir uma disposição de tubo, na qual um primeiro tubo é unido com um segundo tubo, tanto o primeiro tubo e quanto o segundo tubo sendo tubos de metal.
[0002] A presente invenção também se refere a uma disposição de tubo compreendendo um primeiro tubo de metal proporcionado com uma primeira rosca externa em uma região de extremidade do mesmo, um segundo tubo de metal proporcionado com uma segunda rosca externa em uma região de extremidade do mesmo, uma primeira solda de extremidades unindo referidas regiões de extremidade do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal, e uma luva proporcionada sobre o exterior de primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal formando um acoplamento rosqueado com a rosca externa do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal.
[0003] A presente invenção também se refere a uma fornalha compreendendo uma câmara que é proporcionada com uma disposição de queimador para geração de calor. Referida câmara é proporcionada com uma disposição de tubo conforme definido aqui posteriormente para condução de um gás quente ou vapor através da fornalha.
[0004] Disposições de tubo interior, tais como, por exemplo, tubos de serpentinas, retos ou parcialmente encurvados, utilizados para realização de um processo em uma fornalha industrial, podem consistir de comprimentos ou seções de tubo separado/as unido/as juntamente por soldagem. De maneira tal a obter uma funcionalidade de vedação à prova de gás confiável das junções entre seções de tubo separadas, soldas são frequentemente preferidas ao invés de acoplamentos de rosca como o recurso para conexão dos tubos. Tanto quanto os tubos que foram unidos por soldagem e assim como a liga de preenchimento de solda utilizada, consistem da mesma ou próxima das mesmas ligas, irá existir difusão muito limitada (quase zero) de elementos de liga através da solda a partir de uma seção de tubo para a outra seção de tubo ao longo do tempo. Entretanto, podem existir aplicações nas quais um primeiro tubo de metal compreendendo uma primeira liga de metal e um segundo tubo compreendendo uma segunda liga de metal são para serem unidos, neste caso difusão de elementos de liga pode ocorrer e também pelo menos uma fase quebradiça pode ser formada na solda ou em ambas das áreas de seção de tubo diretamente adjacentes para a solda. Isto irá tornar a localização onde esta fase quebradiça forma menos resistência contra força de impacto e também enfraquecimento mecanicamente do que uma solda entre ligas da mesma ou próxima composição química. Por consequência, tais soldas e/ou áreas adjacentes, podem com tempo se tornarem um ponto fraco na disposição de tubo e podem opcionalmente não ter capacidade para adotar a carga mecânica projetada para carregar durante utilização da mesma.
[0005] Um exemplo de uma tal posição em uma fornalha de craqueamento a vapor é a seção de saída de uma fornalha de craqueamento a vapor na qual etileno é produzido por intermédio de craqueamento de hidrocarbonetos conduzidos por referida disposição de tubo. Na região de saída de uma tal fornalha, tipicamente no interior da câmara de fornalha, um primeiro tubo de uma liga ferrítica de FeCrAl utilizada para a tubulação no interior da câmara de fornalha pode ser conectada para um segundo tubo de uma liga de ferro-níquel-cromo austenítica (FeNiCr) utilizada para condução adicional do vapor ou gás para exterior da fornalha. Quando estes materiais são unidos por intermédio de soldagem, Al a partir da liga de FeCrAl irá possuir uma tendência para interagir com o Ni a partir da liga de FeCrNi e formar um alumineto de níquel NiβAl, chamado y’, na solda ou em suas áreas adjacentes próximas.
[0006] Adicionalmente, se a liga de FeCrNi devesse também conter uma determinada quantidade de nitrogênio, nitreto de alumínio (AlN), que é uma fase dura, quebradiça e estável, pode também aparecer na solda ou em suas áreas adjacentes próximas. Em concordância com isso, a solda entre materiais, tais como ligas de FeCrAl e ligas de FeCrNi, podem ser substancialmente enfraquecidas devido para o fato de difusão de elementos entre as seções de tubo unidas e a resultante formação de tais fases quebradiças dentro de um determinado tempo em serviço.
[0007] O pedido de patente norte americano número US2008/0252074 apresenta um acoplamento no qual dois tubos são unidos por intermédio de uma solda no qual é proporcionada uma luva de metal sobrepondo a junta entre os tubos e está em engate com os respectivos tubos por intermédio de um acoplamento de rosca. Em concordância com isso, as regiões de extremidade opostas dos tubos são proporcionadas com uma respectiva rosca externa, enquanto a luva compreende duas roscas interiores separadas. Cada uma das roscas interiores é almejada para engate com a respectiva rosca externa do respectivo tubo. O acoplamento é conseguido em primeiro lugar aparafusamento da luva a meio caminho em cima de um primeiro dos tubos, aparafusamento do segundo tubo na metade remanescente da luva até que suas extremidades venham a encontrar a extremidade do primeiro tubo, e então, soldagem dos tubos juntamente. Esta operação de soldagem deve ser feita a partir do interior dos tubos por uma soldagem de furo interior. Soldagem de furo interior é muito complicada na medida em que é difícil para localizar a solda na posição correta e para produzir boa solda a partir do interior dos tubos.
[0008] A patente inglesa número GB 496.293 e a patente norte americana número US 1.935.041 apresentam um acoplamento. Entretanto, o acoplamento nestes documentos de patente não irá proporcionar a necessária resistência e estabilidade para ser útil. Adicionalmente, os acoplamentos apresentados não irão proporcionar para eficiente impermeabilidade a gás e propriedades de transporte de carga simultaneamente.
[0009] Os dois tubos podem também ser soldados a partir do exterior antes que a luva venha a ser posicionada sobre os mesmos por intermédio de aparafusamento. Entretanto, em um tal caso, qualquer desalinhamento entre os dois tubos irá tornar o posicionamento da luva, por intermédio de aparafusamento, impossível.
[0010] Em concordância com isso, é um aspecto da presente invenção o de apresentar um método alternativo de produção de uma disposição de tubo. A presente invenção também se refere a uma disposição de tubo, como tal possibilitando um procedimento de acoplamento menos complicado.
[0011] O aspecto da presente invenção é conseguido por intermédio de um método de produção de uma disposição de tubo, na qual um primeiro tubo é unido com um segundo tubo, referidos tubos sendo tubos de metal, em que referido método compreende as seguintes etapas: a) provisão de uma região de extremidade do primeiro tubo de metal com uma primeira rosca externa; b) provisão de uma região de extremidade do segundo tubo de metal com uma segunda rosca externa; c) provisão de uma primeira parte de luva feita de metal com uma primeira rosca interna; d) provisão de uma segunda parte de luva feita de metal com uma segunda rosca interna; e) posicionamento da primeira parte de luva de metal sobre o primeiro tubo de metal por aparafusamento de referida primeira parte de luva de metal em cima da primeira rosca externa do primeiro tubo de metal; f) posicionamento da segunda parte de luva de metal sobre o segundo tubo de metal por aparafusamento da segunda parte de luva de metal em cima da segunda rosca externa do segundo tubo de metal; g) movimentação das regiões de extremidade do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal em contato umas com as outras; h) soldagem de extremidades juntamente a partir do exterior das regiões de extremidade do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal; i) modalidade juntamente da primeira parte de luva de metal e da segunda parte de luva de metal por aparafusamento de pelo menos uma de referidas partes de luva de metal sobre a rosca externa de seu tubo associado; e: j) soldagem de extremidades juntamente a partir do exterior das extremidades opostas da primeira parte de luva de metal e da segunda parte de luva de metal; • em que na etapa g) a primeira parte de luva de metal e da segunda parte de luva de metal são posicionadas de maneira tal que uma junção entre o primeiro tubo de metal e o segundo tubo de metal é acessível a partir do exterior.
[0012] Por consequência, o método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente irá proporcionar um acoplamento confiável de dois tubos de metal que são unidos por intermédio de soldagem de extremidades em que uma luva faz ponte (ponteia) para uma solda entre os tubos de metal que forma um acoplamento de rosca com os dois tubos de metal e forma um elemento de transporte de carga reduzindo a carga a ser transportada pela solda entre os tubos de metal. Na etapa g), a primeira parte de luva e a segunda parte de luva são separadas uma a partir da outra na direção axial do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal, em consequência disso, expondo entre as mesmas, a junção entre o primeiro tubo de metal e o segundo tubo de metal e tornando referida junção acessível a partir do exterior.
[0013] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, pelo menos um do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal antes da etapa a) ou antes da etapa f), é submetido para um tratamento por intermédio do que referida região de extremidade é proporcionada com um maior diâmetro externo e uma maior espessura de parede do que uma parte adjacente do correspondente tubo de metal. Pode, em consequência disso, ser evitado que a porção de rosca do tubo de metal ou dos tubos de metal venha a se tornar mecanicamente mais fraca do que o restante do tubo de metal, o que deveria de outra maneira ser um resultado da provisão de uma rosca.
[0014] Com referência para uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, a diferença em diâmetro externo entre a região de extremidade e a parte adjacente do tubo de metal proporcionado com um maior diâmetro externo e uma maior espessura de parede do que uma parte adjacente daquele tubo de metal pode não ser maior do que a profundidade das roscas. Isto significa que a profundidade da rosca interna pode ser de menos do que a espessura da parede de tubo, por consequência, prevenindo uma concentração de tensão local. Portanto, pelo menos uma porção da rosca interna da parte de luva de metal ou das partes de luva de metal pode/m ser aparafusada/s além da extremidade da rosca de maneira tal que a mesma/s sobrepõe/m referida parte adjacente do tubo de metal de maneira tal que a extremidade oposta da parte de luva de metal é removida e não mais de nenhuma forma sobrepõe a extremidade do tubo de metal, em consequência disso, expondo referida extremidade e facilitando soldagem da mesma contra a extremidade oposta do outro tubo de metal.
[0015] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, tanto o primeiro tubo de metal e quanto o segundo tubo de metal apresentam as características anteriormente mencionadas.
[0016] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, o tratamento inclui forjamento, tal como intervenção na referida região de extremidade de maneira tal que referida região de extremidade é proporcionada com um maior diâmetro externo e uma maior espessura de parede do que uma parte adjacente do correspondente tubo de metal.
[0017] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, entre as etapas g) e h), um elemento de proteção é posicionado entre a primeira parte de luva de metal e a segunda parte de luva de metal e o primeiro tubo de metal e o segundo tubo de metal, em que o elemento de proteção separa a segunda solda de extremidade a partir do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal e a partir da primeira solda de extremidade. Em consequência disso, é evitado que carga que deveria ser transportada pela luva venha a ser transportada pela primeira solda de extremidade.
[0018] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, o elemento de proteção pode ser uma cerâmica. A cerâmica pode possuir a configuração de uma fita, de um anel ou de qualquer outra configuração adequada para a tarefa como um elemento de proteção prevenindo que a solda conectando as partes de luva venha a contatar e venha a interagir com os tubos ou com a primeira solda de extremidades.
[0019] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, o primeiro tubo de metal compreende uma primeira liga de metal e o segundo tubo de metal compreende uma segunda liga de metal, em que a primeira liga de metal e a segunda liga de metal podem possuir a mesma composição de liga ou podem possuir diferentes composições de liga. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, a primeira liga de metal e a segunda liga de metal possuem diferentes composições de liga. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, o primeiro tubo de metal compreende uma primeira liga de metal e o segundo tubo de metal compreende uma segunda liga de metal, em que a primeira liga de metal e a segunda liga de metal possuem diferença na química de material, o que significa que os elementos de liga compreendidos nas mesmas é micro-estruturado, isto é, irá interagir e formar pelo menos uma fase quebradiça na primeira solda de extremidade unindo o primeiro tubo de metal e o segundo tubo de metal, tornando a primeira solda de junção mecanicamente mais fraca do que o respectivo tubo de metal.
[0020] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, a primeira liga de metal pode ser uma liga de FeCrAl, por consequência significando que referida liga possui um conteúdo de crômio de acima de 11% em peso, um conteúdo de alumínio de mais do que 4% em peso e o balanço é de Fe. Uma tal liga possui uma microestrutura ferrítica e irá também formar uma camada de proteção de óxido de alumínio sobre a superfície de um objeto compreendendo referida liga. Uma tal liga pode também conter uma grande quantidade de molibdênio. A segunda liga de metal pode ser uma liga de FeNiCr, por consequência significando que a liga possui um conteúdo de crômio de acima de 11% em peso, um conteúdo de níquel de 20% em peso - 60% em peso e o balanço é de Fe. Uma tal liga de aço inoxidável de FeNiCr (incluindo ligas de base de ferro e de base de níquel) sempre possui uma microestrutura austenítica e irá formar uma camada de proteção de óxido de crômio sobre a superfície de objetos compreendendo referida liga.
[0021] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, a primeira liga de metal é um aço inoxidável compreendendo Fe, Cr, mais do que 1% em peso de Al e menos do que 0,1% em peso de Ni, e a segunda liga de metal é um aço inoxidável compreendendo Fe, Cr, mais do que 10% em peso de Ni e menos do que 0,5% em peso de Al.
[0022] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, precipitações de alumineto de níquel, tal como NÍ3AI (y) , podem estar presentes na primeira solda de extremidades ou em suas áreas adjacentes próximas no primeiro tubo de metal e no segundo tubo de metal como um resultado das composições de liga diferentes composições de liga. Em concordância com ainda uma outra modalidade da presente invenção, a primeira liga de metal contém, em % em peso: C até 0,08; Si até 0,7; Cr de 10 - 25; Al de 1 - 10; Mo de 1,5 - 5; Mn até 0,4; o balanço de Fe e impurezas normalmente ocorrendo.
[0023] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, pelo menos a primeira rosca externa do primeiro tubo de metal é submetida para um tratamento de pré-oxidação antes que a primeira parte de luva de metal venha a ser posicionada sobre o primeiro tubo de metal e eu o primeiro tubo de metal venha a ser unido com o segundo tubo de metal. Ligas contendo alumínio podem ser submetidas para formação de óxido de ferro sobre a superfície da mesma sob condições tais como aquelas ocorrendo em uma fornalha na qual etileno é produzido por intermédio de craqueamento de hidrocarbonetos. Na medida em que a rosca é uma parte particularmente sensível da construção, que não tem que ser submetida para oxidação catastrófica, referida rosca é pré-oxidada de maneira tal que uma camada de alumina é formada sobre a superfície da mesma, o que irá prevenir a formação de óxido de ferro sobre referida superfície.
[0024] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, pelo menos a segunda parte de luva de metal pode compreender a primeira liga de metal conforme definida aqui anteriormente, e a segunda rosca interna da segunda luva é submetida para um tratamento de pré-oxidação antes que venha a ser posicionada em cima do segundo tubo de metal. O risco de se ter óxido de ferro sobre a superfície de rosca da primeira liga de metal é ainda mesmo maior quando a parte em oposição, neste caso o segundo tubo de metal, é feito da segunda liga de metal anteriormente mencionada. Consequentemente, nesta modalidade da presente invenção, pelo menos a segunda rosca interna da segunda parte de luva de metal deveria ser submetida para um tratamento de pré-oxidação. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, cada uma da rosca interna ou da rosca externa anteriormente mencionada, proporcionada sobre um tubo ou parte de luva, feita da primeira liga de metal é pré-oxidada.
[0025] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, a primeira luva e a segunda luva compreendem a primeira liga de metal. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, a primeira luva de metal e a segunda luva de metal são feitas da e podem possuir a mesma composição de liga. Independentemente de se a composição de liga é a mesma ou não, pelo menos os elementos de liga compreendidos na mesma são tais que estes elementos de liga não formam fases quebradiças em uma solda quando unidos por intermédio de soldagem. Por consequência, a primeira luva de metal e a segunda luva de metal podem, como uma alternativa adicional, consistir de aço possuindo correspondentes elementos de liga, mas com diferentes quantidades dos mesmos. Em concordância com uma modalidade adicional da presente invenção, a liga de metal da primeira liga de metal e da segunda liga de metal contém, em % em peso: C até 0,08; Si até 0,7; Cr de 10 - 25; Al de 1 - 10; Mo de 1,5 - 5; Mn até 0,4; o balanço de Fe e impurezas normalmente ocorrendo.
[0026] Os aspectos da presente invenção são também conseguidos por intermédio de uma disposição de tubo, compreendendo: i) um primeiro tubo de metal proporcionado com uma primeira rosca externa em uma região de extremidade do mesmo; ii) um segundo tubo de metal proporcionado com uma segunda rosca externa em uma região de extremidade do mesmo; iii) uma primeira solda de extremidades unindo referidas regiões de extremidade do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal; iv) uma primeira parte de luva de metal proporcionada com uma primeira rosca interna e posicionada sobre referida região de extremidade do primeiro tubo de metal; v) uma segunda parte de luva de metal proporcionada com uma segunda rosca interna e posicionada sobre referida região de extremidade do segundo tubo de metal; • em que a primeira rosca interna da primeira parte de luva de metal engata a primeira rosca externa do primeiro tubo de metal e em que a segunda rosca interna da segunda parte de luva de metal engata a segunda rosca externa do segundo tubo de metal e em que as extremidades opostas da primeira parte de luva de metal e da segunda parte de luva de metal são unidas pela segunda solda de extremidades.
[0027] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, existe um espaço entre a segunda solda de extremidades e o primeiro tubo de metal e o segundo tubo de metal e entre a segunda solda de extremidades e a primeira solda de extremidades. Este espaço irá prevenir que a segunda solda de extremidades venha a entrar em contato e venha a interagir com o primeiro tubo de metal e com o segundo tubo de metal ou com a primeira solda de extremidades. Em consequência disso, é evitado que carga que deveria ser transportada pelas luvas de metal venha a ser transportada pela primeira solda de extremidades.
[0028] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, um elemento de proteção de cerâmica pode ser proporcionado em referido espaço, isto irá prevenir que a segunda solda de extremidades venha a entrar em contato e venha a interagir com o primeiro tubo de metal e com o segundo tubo de metal e que venha a entrar em contato e venha a interagir com a primeira solda de extremidades. Um elemento de proteção física pode ser preferido na medida em que o mesmo reduz o risco de haver contato e interação não intencionais entre a segunda solda de extremidades e os tubos de metal ou entre a segunda solda de extremidades e a primeira solda de extremidades devidas para o fato de soldagem incorreta.
[0029] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, o primeiro tubo de metal compreende uma primeira liga de metal e o segundo tubo de metal compreende uma segunda liga de metal. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, a primeira liga de metal e a segunda liga de metal podem possuir diferentes composições de liga. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, existe pelo menos uma fase quebradiça na primeira solda de extremidades unindo o primeiro tubo de metal e o segundo tubo de metal como uma consequência da primeira liga de metal e da segunda liga de metal possuir diferentes composições de liga o que significa que os elementos de ligação na mesma irão interagir devido para o fato da diferente química de material e formação de referida fase, tornando a solda de extremidades menos forte, isto é, mecanicamente mais fraca, do que a do respectivo tubo de metal.
[0030] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, a primeira liga de metal pode ser uma liga de FeCrAl, por consequência, significando que referida liga possui um conteúdo de crômio de acima de 11% em peso, um conteúdo de alumínio de mais do que 4% em peso e o balanço é de Fe. Uma tal liga possui uma microestrutura ferrítica e irá também formar uma camada de proteção de óxido de alumínio sobre a superfície de um objeto compreendendo referida liga. Uma tal liga pode também conter uma grande quantidade de molibdênio. A segunda liga de metal pode ser uma liga de FeNiCr, por consequência significando que a liga possui um conteúdo de crômio de acima de 11% em peso, um conteúdo de níquel de 20% em peso - 60% em peso e o balanço é de Fe. Uma tal liga de aço inoxidável de FeNiCr (incluindo ligas de base de ferro e de base de níquel) sempre possui uma microestrutura austenítica e irá formar uma camada de proteção de óxido de crômio sobre a superfície de objetos compreendendo referida liga. A liga de FeNiCr possui uma microestrutura austenítica.
[0031] Em concordância com uma modalidade do método da presente invenção conforme definido aqui anteriormente ou aqui posteriormente, a primeira liga de metal é um aço inoxidável compreendendo Fe, Cr, mais do que 1% em peso de Al e menos do que 0,1% em peso de Ni, e a segunda liga de metal é um aço inoxidável compreendendo Fe, Cr, mais do que 10% em peso de Ni e menos do que 0,5% em peso de Al. Quando tubos de metal de tais diferentes materiais são soldados, aluminetos de níquel são facilmente formados na solda, tornando a solda menos resistente e, em consequência disso, tornando mais importante proporcionar uma adicional parte de transporte de carga, o que é concretizado pela luva sugerida formada pelas partes de luva unidas. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, a primeira solda de extremidades compreende preciptações de aluminetos de níquel, e o material da primeira solda de extremidades possui uma resistência mais baixa do que aquela da primeira liga de metal e da segunda liga de metal.
[0032] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, pelo menos a segunda parte de luva de metal pode compreender a primeira liga de metal conforme definida aqui anteriormente, e a segunda rosca interna da segunda luva é submetida para um tratamento de pré-oxidação antes que venha a ser posicionada em cima do segundo tubo de metal. O risco de se ter óxido de ferro sobre a superfície de rosca da primeira liga de metal é ainda mesmo maior quando a parte em oposição, neste caso o segundo tubo de metal, é feito da segunda liga de metal anteriormente mencionada. Consequentemente, nesta modalidade da presente invenção, pelo menos a segunda rosca interna da segunda parte de luva de metal deveria ser submetida para um tratamento de pré-oxidação. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, cada uma da rosca interna ou da rosca externa anteriormente mencionada, proporcionada sobre um tubo ou parte de luva, feita da primeira liga de metal é pré-oxidada.
[0033] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, a primeira luva e a segunda luva compreendem a primeira liga de metal. Em concordância com uma modalidade da presente invenção, a primeira luva de metal e a segunda luva de metal são feitas da e podem possuir a mesma composição de liga. Independentemente de se a composição de liga é a mesma ou não, pelo menos os elementos de liga compreendidos na mesma são tais que estes elementos de liga não formam fases quebradiças em uma solda quando unidos por intermédio de soldagem. Por consequência, a primeira luva de metal e a segunda luva de metal podem, como uma alternativa adicional, consistir de aço possuindo correspondentes elementos de liga, mas com diferentes quantidades dos mesmos. Em concordância com uma modalidade adicional da presente invenção, a liga de metal da primeira liga de metal e da segunda liga de metal contém, em % em peso: C até 0,08; Si até 0,7; Cr de 10 - 25; Al de 1 - 10; Mo de 1,5 - 5; Mn até 0,4; o balanço de Fe e impurezas normalmente ocorrendo.
[0034] O aspecto da presente invenção é também conseguido por intermédio de uma fornalha, apresentando uma câmara a qual é proporcionada com uma disposição de queimador para geração de calor e na qual é proporcionada uma disposição de tubo conforme definida aqui anteriormente ou aqui posteriormente para condução de um gás quente ou de vapor através da fornalha.
[0035] Em concordância com uma modalidade da presente invenção, a fornalha na qual etileno é produzido por intermédio de craqueamento de hidrocarbonetos conduzido por referida disposição de tubo.
[0036] Características e vantagens adicionais da presente invenção irão ser apresentadas na descrição detalhada a seguir.
[0037] Modalidades da presente invenção irão agora ser apresentadas, e em maiores detalhes, por intermédio dos, e com referência aos desenhos.
[0038] A Figura 1 é uma seção transversal mostrando uma disposição de tubo em concordância com a presente invenção;
[0039] A Figura 2 é uma vista ampliada de um detalhe da disposição de tubo mostrada na Figura 1;
[0040] A Figura 3 é uma vista em perspectiva da disposição de tubo em uma posição antes da junção do primeiro tubo de metal e do segundo tubo de metal da mesma por intermédio de soldagem; e:
[0041] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma fornalha no qual uma disposição de tubo em concordância com a presente descrição é disposta.
[0042] Os desenhos são unicamente representações esquemáticas/diagramáticas e a presente invenção não está limitada às modalidades exemplificativas preferidas neles representadas.
[0043] Ainda que a presente invenção venha a ser aplicável para todas as aplicações nas quais uma luva exterior é utilizada para o propósito de suplementação ou de substituição da função de transporte de carga de uma solda entre dois tubos de metal, a presente invenção irá ser descrita com respeito para uma aplicação na qual tubos são utilizados em fornalhas para craqueamento de matéria- prima de hidrocarbonetos para a produção de etileno. Deveria, por consequência, ser compreendido que a presente invenção não é primariamente restrita para uma tal aplicação.
[0044] A Figura 1 mostra uma seção transversal de uma disposição de tubo de uma modalidade em concordância com a presente invenção. A disposição de tubo compreende um primeiro tubo de metal (1) proporcionado com uma primeira rosca externa (2) em uma região de extremidade (3) do mesmo; um segundo tubo de metal (4) proporcionado com uma segunda rosca externa (5) em uma região de extremidade (6) do mesmo; uma solda de extremidades (7) unindo referidas regiões de extremidade (3, 6) do primeiro e segundo tubos de metal (1, 4); uma primeira parte de luva de metal (8) proporcionada com uma primeira rosca interna (9) e posicionada sobre referida região de extremidade (3) do primeiro tubo de metal (1), em que a primeira rosca interna (9) da primeira parte de luva de metal (8) engata a primeira rosca externa (2) do primeiro tubo de metal (1); uma segunda parte de luva de metal (10) proporcionada com uma segunda rosca interna (11) e posicionada sobre referida região de extremidade (6) do segundo tubo de metal (4), em que a segunda rosca interna (11) da segunda parte de luva de metal (10) engata a segunda rosca externa (5) do segundo tubo de metal (4), em que extremidades opostas da primeira parte de luva de metal (8) e da segunda parte de luva de metal (10) são unidas por uma solda de extremidades (12). Na presente invenção, o termo luva é intencionado para significar uma conexão rosqueada tubular de peça única.
[0045] Cada uma das regiões de extremidade anteriormente mencionadas (3, 6) do primeiro e do segundo tubos de metal (1, 4) é proporcionada com um maior diâmetro externo e uma maior espessura de parede do que uma parte adjacente do primeiro e do segundo tubo de metal (1, 4) associados para a mesma. O fundo de cada rosca circunda um círculo possuindo um maior diâmetro do que o diâmetro de referida parte adjacente dos respectivos primeiro e segundo tubos de metal (1, 4). Em concordância com isso, o diâmetro interior da primeira parte de luva de metal (8) é maior do que o diâmetro externo de referida parte adjacente do primeiro tubo de metal (1), e o diâmetro interior da segunda parte de luva de metal (10) é maior do que o diâmetro de referida parte adjacente do segundo tubo de metal (4). O diâmetro externo de referida região de extremidade (3) do primeiro tubo de metal (1) corresponde para o diâmetro externo de referida região de extremidade (6) do segundo tubo de metal (4).
[0046] As extremidades opostas do primeiro e do segundo tubos de metal (1, 4) que são unidos por intermédio da solda de extremidades (7) são chanfrados de maneira tal que a solda de extremidades (7) é configurada em (U), ou é configurada em (V), com sua extremidade mais larga direcionada para o exterior.
[0047] As extremidades de oposição da primeira e da segunda partes de luva de metal (8, 10) que são unidas pela solda de extremidades (12) são chanfradas de maneira tal que a solda de extremidades (12) é configurada em (U) ou é configurada em (V), com sua extremidade mais larga direcionada para o exterior.
[0048] Existe um espaço (13) entre a solda de extremidades (12) da primeira e da segunda partes de luva de metal (8, 10) e o primeiro e o segundo tubos de metal (1, 4) ou a solda de extremidades (7) dos mesmos. Este espaço (13) irá prevenir que a solda de extremidades (12) conectando a primeira e a segunda partes de luva de metal (8, 10) venha a contatar e venha a interagir com o primeiro e com o segundo tubos de metal (1, 4) e venha a contatar e venha a interagir com a solda de extremidades (7) conectando referidos tubos de metal (1, 4). Um elemento de proteção de cerâmica (14) é proporcionado em referido espaço (13), prevenindo que a solda de extremidades (12) conectando a primeira e a segunda partes de luva de metal (8, 10) venha a contatar e venha a interagir com o primeiro e com o segundo tubos de metal (1, 4) e a solda de extremidades (7) conectando os últimos.
[0049] O primeiro tubo de metal (1) compreende uma primeira liga de metal e o segundo tubo de metal (4) compreende a segunda liga de metal, em que existe pelo menos uma fase quebradiça na solda de extremidades (7) unindo o primeiro e o segundo tubos de metal como uma consequência da primeira e da segunda ligas de metal possuindo diferentes composições de liga e, em consequência disso, diferente química de material, os elementos de ligação compreendidos nas mesmas irão interagir e formar referida fase sobre soldagem, por consequência, tornando a solda de extremidades (7) mecanicamente mais fraca do que os respectivos tubos de metal (1, 4). Aqui, a primeira liga de metal de FeCrAl, e a segunda liga de metal é uma liga de FeCrNi. A fase quebradiça anteriormente mencionada pode, por consequência, incluir aluminetos de níquel. Na modalidade exemplificativa aqui apresentada, a primeira liga de metal contém em % em peso: C até 0,08; Si até 0,7; Cr de 10 - 25; Al de 1 - 10; Mo de 1,5 - 5; Mn até 0,4; o balanço de Fe e impurezas normalmente ocorrendo.
[0050] A primeira e a segunda luvas de metal (8, 10) são feitas de aço possuindo a mesma ou pelo menos a correspondente composição química. Na modalidade exemplificativa aqui apresentada, a liga de metal da primeira e da segunda luvas de metal é a primeira liga de metal anteriormente mencionada, que contém, em % em peso: C até 0,08; Si até 0,7; Cr de 10 - 25; Al de 1 - 10; Mo de 1,5 - 5; Mn até 0,4; o balanço de Fe e impurezas normalmente ocorrendo.
[0051] A segunda rosca interna (11) da segunda parte de luva de metal (10) apresenta uma camada de alumina (não visível no Desenho). O risco de se possuir óxido de ferro sobre a superfície de rosca da primeira liga de metal é ainda mesmo maior quando a parte de oposição, neste caso o segundo tubo de metal (4), é feito da segunda liga de metal anteriormente mencionada e a segunda parte de luva de metal (10) é formada pela primeira liga de metal. Consequentemente, pelo menos a segunda rosca interna (11) da segunda parte de luva de metal (10) deveria ser submetida para um tratamento de pré-oxidação e por intermédio do que a camada de alumina é obtida sobre a mesma como um resultado do mesmo. Na modalidade exemplificativa aqui apresentada, a primeira rosca interna (9) da primeira parte de luva de metal (8) também apresenta uma camada de alumina de proteção. Também, a primeira rosca externa (2) do primeiro tubo de metal (1) apresenta uma camada de alumina de proteção.
[0052] A disposição de tubo apresenta uma conexão à prova de gás entre o primeiro e o segundo tubos de metal (1, 4) definida pela solda de extremidades (7) conectando o primeiro e o segundo tubos de metal (1, 4), enquanto uma luva formada pela primeira e pela segunda partes de luva (8, 10) forma uma parte de transporte de carga da disposição de tubo, o que reduz a carga mecânica necessitada para ser adotada pela solda de extremidades (7) conectando o primeiro e o segundo tubos de metal (1, 4). Em concordância com a modalidade exemplificativa aqui apresentada, a parte de transporte de carga formada pela primeira e pela segunda partes de luva de metal (8, 10) conectadas pela solda de extremidades (12) é projetada para transportar uma maior parte da carga mecânica para a qual a disposição de tubo é submetida do que é transportada pela solda de extremidades (7) conectando o primeiro e o segundo tubos de metal (1, 4).
[0053] Uma modalidade exemplificativa da provisão da disposição de tubo anteriormente aqui apresentada compreende as seguintes etapas: • provisão de uma região de extremidade (3) do primeiro tubo de metal (1) com uma primeira rosca externa (2); • provisão de uma região de extremidade (6) do segundo tubo de metal (4) com uma segunda rosca externa (5); • provisão de uma primeira parte de luva (8) feita de metal com uma primeira rosca interna (9); • provisão de uma segunda parte de luva (10) feita de metal com uma segunda rosca interna (11); • posicionamento da primeira parte de luva de metal (8) sobre o primeiro tubo de metal (1) por aparafusamento de referida primeira parte de luva de metal (8) em cima da primeira rosca externa (2) do primeiro tubo de metal (1); • posicionamento da segunda parte de luva de metal (10) sobre o segundo tubo de metal (4) por aparafusamento da segunda parte de luva de metal (10) em cima da segunda rosca externa (5) do segundo tubo de metal (4); • movimentação das regiões de extremidade (3, 6) do primeiro tubo de metal (1) e do segundo tubo de metal (4) em contato umas com as outras; • soldagem de extremidades juntamente a partir do exterior das regiões de extremidade (3, 6) do primeiro tubo de metal (1) e do segundo tubo de metal (4); • modalidade juntamente da primeira parte de luva de metal (8) e da segunda parte de luva de metal (10) por aparafusamento de pelo menos uma de referidas partes de luva de metal (8, 10) sobre a rosca externa (2, 5) de seu tubo associado (1, 4); e: • soldagem de extremidades juntamente a partir do exterior das extremidades opostas da primeira parte de luva de metal (8) e da segunda parte de luva de metal (10).
[0054] As roscas anteriormente mencionadas (2, 5, 9, 11) são tipicamente geradas por intermédio de usinagem do respectivo componente proporcionado com as mesmas.
[0055] O processo de soldagem de extremidades é sugerido para compreender um processo de soldagem de TIG [tungsten inert gas] (gás inerte de tungstênio), possivelmente manual, utilizando a primeira liga de metal anteriormente mencionada como o material de preenchimento. Entretanto, outras ligas adequadas podem também ser utilizadas como material de preenchimento. O material de preenchimento pode estar na forma de uma tira (fita) ou de um fio (arame).
[0056] Antes de provisão de referidas regiões de extremidade (3, 6) do primeiro e do segundo tubos de metal (1, 4) com referidas roscas exteriores (2, 5), os tubos de metal (1, 4) são submetidos para um tratamento por intermédio do qual as regiões de extremidade (3, 6) dos mesmos são proporcionadas com um maior diâmetro externo e uma maior espessura de parede do que uma correspondente parte adjacente dos tubos de metal (1, 4). Este tratamento compreende uma etapa de forjamento, também referenciada como intervenção.
[0057] Antes de junção por soldagem de extremidades ads extremidades opostas da primeira parte de luva de metal (8) e da segunda parte de luva de metal (10), o elemento de proteção de cerâmica (14) é posicionado entre a primeira parte de luva de metal (8) e a segunda parte de luva de metal (10) e o primeiro tubo de metal (1) e o segundo tubo de metal (4) em uma posição na qual se irá prevenir que a solda de extremidades (12) da primeira e da segunda partes de luva de metal (8, 10) venha a entrar em contato e venha a ter interação com o primeiro e com o segundo tubos de metal (1, 4) e a solda de extremidades (7) contatando os mesmos.
[0058] A segunda rosca interna (11) da segunda parte de luva de metal (10) é submetida a um tratamento de pré-oxidação antes que a segunda parte de luva de metal (10) venha a ser posicionada sobre o segundo tubo de metal (4) e que este segundo tubo de metal (4) venha a ser unido com o primeiro tubo de metal (1). O tratamento de pré- oxidação compreende aquecimento da segunda parte de luva de metal (10) para uma temperatura de aproximadamente 1.100 0C por um período de tempo de aproximadamente de 8 horas.
[0059] Na modalidade exemplificativa da presente invenção apresentada aqui, também a primeira rosca interna (9) da primeira parte de luva de metal (8) e a primeira rosca externa (2) do primeiro tubo de metal (1) são proporcionadas com uma camada de alumina por intermédio de um correspondente tratamento de calor.
[0060] A Figura 4 mostra uma fornalha, apresentando uma câmara (15) na qual uma disposição de queimador (16) é proporcionada para geração de calor e na qual uma disposição de tubo conforme definido aqui anteriormente é proporcionada para condução de um gás quente ou de vapor através da fornalha. Nesta modalidade específica da presente invenção, a fornalha é uma fornalha na qual etileno é produzido por intermédio de craqueamento de hidrocarbonetos conduzidos por referida disposição de tubo.
[0061] No interior da câmara (15) da fornalha, uma tubulação (19) para a qual a disposição de tubo é conectada [aqui por soldas de extremidades (20, 21)] é formada por uma tubulação (19). É sugerido que a primeira liga de metal anteriormente mencionada venha a ser utilizada como o material de referida tubulação (19). Na região de uma saída (17) da câmara (15), no interior da câmara (15), a disposição de tubo anteriormente definida é proporcionada, em que o segundo tubo de metal (4) da disposição de tubo se estende para fora de referida câmara (15) através de referida saída (17). Em uma entrada (18) da câmara (15), no interior da câmara (15), uma outra disposição de tubo conforme definida aqui anteriormente é disposta. O segundo tubo de metal (4) desta disposição de tubo se estende para fora da câmara (15) através da entrada (18).
Claims (14)
1. Método para produzir uma disposição de tubo, na qual um primeiro tubo (1) é unido com um segundo tubo (4), os tubos (1, 4) sendo tubos de metal, caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes etapas: a) prover uma região de extremidade (3) do primeiro tubo de metal (1) com uma primeira rosca externa (2); b) prover uma região de extremidade (6) do segundo tubo de metal (4) com uma segunda rosca externa (5); c) prover uma primeira parte de luva (8) feita de metal com uma primeira rosca interna (9); d) prover uma segunda parte de luva (10) feita de metal com uma segunda rosca interna (11); e) posicionar a primeira parte de luva de metal (8) sobre o primeiro tubo de metal (1) por aparafusamento da primeira parte de luva de metal (8) na primeira rosca externa (2) do primeiro tubo de metal (1); f) posicionar a segunda parte de luva de metal (10) sobre o segundo tubo de metal (4) por aparafusamento da segunda parte de luva de metal (10) na segunda rosca externa (5) do segundo tubo de metal (4); g) movimentar as regiões de extremidade (3, 6) do primeiro tubo de metal (1) e do segundo tubo de metal (4) em contato umas com as outras; h) soldar as extremidades juntas a partir do exterior das regiões de extremidade (3, 6) do primeiro tubo de metal (1) e do segundo tubo de metal (4); i) juntar a primeira parte de luva de metal (8) e a segunda parte de luva de metal (10) por aparafusamento de uma das partes de luva de metal (8, 10) sobre a rosca externa (2, 5) de seu tubo associado (1, 4), e: j) soldar as extremidades juntas a partir do exterior das extremidades opostas da primeira parte de luva de metal (8) e da segunda parte de luva de metal (10); em que na etapa (g) a primeira parte de luva de metal (8) e a segunda parte de luva de metal (10) são posicionadas de maneira que uma junção entre o primeiro tubo de metal (1) e o segundo tubo de metal (4) é acessível a partir do exterior, em que a primeira e a segunda partes de luva de metal (8, 10) são separadas uma da outra na direção axial dos primeiro e segundo tubos de metal (1, 4), dessa forma expondo entre os mesmos a junção entre os primeiro e segundo tubos de metal (1, 4) e tornando a junção acessível a partir do exterior, e em que antes da etapa (a) ou antes da etapa (f), um dentre os primeiro e segundo tubos de metal (1, 4) é sujeito a um tratamento pelo qual a região de extremidade (3, 6) é proporcionada com um diâmetro externo maior e uma espessura de parede maior do que uma parte adjacente do tubo correspondente (1, 4).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tratamento contém forjamento da região de extremidade (3, 6) de maneira que a região de extremidade (3, 6) é proporcionada com um maior diâmetro externo e uma espessura de parede maior do que uma parte adjacente do tubo de metal (1, 4) correspondente.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de entre as etapas (g) e (h), posicionar um elemento de proteção (14) entre as primeira e segunda partes de luva de metal (8, 10) e os primeiro e segundo tubos de metal (1, 4), em que o elemento de proteção (4) separa a segunda solda de extremidade (12) dos primeiro e segundo tubos de metal (1, 4) e da primeira solda de extremidade (7).
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o elemento de proteção (14) é uma cerâmica.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro tubo de metal (1) compreende uma primeira liga de metal e o segundo tubo de metal (4) compreende uma segunda liga de metal, em que a primeira liga de metal e a segunda liga de metal têm diferentes composições de liga.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a primeira liga de metal é um aço ferrítico compreendendo Fe, Cr e Al, e a segunda liga de metal é um aço austenítico compreendendo Fe, Cr e Ni.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira parte de luva de metal (8) e a segunda parte de luva de metal (10) têm a mesma composição de liga.
8. Disposição de tubo, compreendendo: i) um primeiro tubo de metal (1) proporcionado com uma primeira rosca externa (2) em uma região de extremidade (3) do mesmo; ii) um segundo tubo de metal (4) proporcionado com uma segunda rosca externa (5) em uma região de extremidade (6) do mesmo; iii) uma primeira solda de extremidade (7) unindo as regiões de extremidade (3, 6) do primeiro tubo de metal (1) e do segundo tubo de metal (4); iv) uma primeira parte de luva de metal (8) proporcionada com uma primeira rosca interna (9) e posicionada sobre a região de extremidade (3) do primeiro tubo de metal (1); v) uma segunda parte de luva de metal (10) proporcionada com uma segunda rosca interna (11) e posicionada sobre a região de extremidade (6) do segundo tubo de metal (4); em que a primeira rosca interna (9) da primeira parte de luva de metal (8) engata a primeira rosca externa (2) do primeiro tubo de metal (1) e em que a segunda rosca interna (11) da segunda parte de luva de metal (10) engata a segunda rosca externa (5) do segundo tubo de metal (4) e em que as extremidades opostas da primeira parte de luva de metal (8) e da segunda parte de luva de metal (10) são unidas pela segunda solda de extremidade (12), caracterizada pelo fato de que cada uma das regiões de extremidade (3, 6) dos primeiro e segundo tubos de metal (1, 4) é proporcionada com um diâmetro externo maior e uma espessura de parede maior do que uma parte adjacente dos primeiro e segundo tubos de metal (1, 4) associados às mesmas, em que o fundo de cada rosca envolve um círculo tendo um diâmetro maior do que o diâmetro da parte adjacente dos respectivos primeiro e segundo tubos de metal (1, 4).
9. Disposição de tubo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que existe um espaço (13) entre a segunda solda de extremidade (12) e os primeiro e segundo tubos de metal (1, 4) e entre a segunda solda de extremidade (12) e a primeira solda de extremidade (7).
10. Disposição de tubo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a disposição de tubo é proporcionada com um elemento de proteção de cerâmica (14) no espaço (13).
11. Disposição de tubo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizada pelo fato de que o primeiro tubo de metal (1) compreende uma primeira liga de metal e o segundo tubo de metal (4) compreende uma segunda liga de metal e em que a primeira liga de metal e a segunda liga de metal são de diferentes composições de liga.
12. Disposição de tubo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizada pelo fato de que a primeira parte de luva de metal (8) e a segunda parte de luva de metal (10) têm a mesma composição de liga.
13. Fornalha, caracterizada pelo fato de que tem uma câmara (15) na qual é proporcionada uma disposição de queimador (16) para geração de calor e na qual é proporcionada uma disposição de tubo do tipo definida em qualquer uma das reivindicações 8 a 12 para condução de um gás quente ou de vapor através da fornalha.
14. Fornalha, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a fornalha é uma fornalha na qual etileno é produzido por meio de craqueamento de hidrocarbonetos conduzidos pela disposição de tubo.
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