ES2277121T3 - Elemento de tubo para un serpentin. - Google Patents
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Abstract
Elemento (10) de tubo metálico fabricado a partir de un tubo de fundición centrifugada en una pieza para un serpentín de tubo, que posee al menos dos zonas (11, 12) realizadas como curvas de tubo en las que la orientación del eje longitudinal del elemento de tubo varía de manera continua y en el que entre estas zonas (11, 12) configuradas como curvas de tubo se prevé una zona en la que la orientación del eje longitudinal del elemento (10) de tubo no varía, estando formado el elemento (10) de tubo de uno de los materiales GX40CrNiSi25-20 (1.4848; HK 40*), GX35CrNiSiNb24-24 (1.4855), GX45NiCrSi35-25 (1.4857;HP*), GX43NiCrWSi35-25-4 (HP+Nb*), GX40NiCrSiNb35-25 (1, 4852M HP+Nb*), GX45NiCrSiNbTi 35-25 (HP+Nb Micro*), GX10NiCrNb32-20 (1.4859; CT 15C*), GX50CRNiSi30-30 (1.4868), G-NiCr28W (2.4879), GX45NiCrSiNb45-35, GX13NiCrNb37-25, GX55NiCrWZr33-30-4 de la norma DIN EN 10027, parte 1.
Description
Elemento de tubo para un serpentín.
El invento se refiere a elementos de tubo para
un serpentín de tubo, en especial para serpentines de tubo para
instalaciones químicas, por ejemplo instalaciones petroquímicas,
como cracker de etileno.
En los cracker de etileno se conoce el
procedimiento de hacer pasar el medio, que se quiere someter al
proceso de craqueo, por medio de un serpentín de tubo curvado varias
veces a través de una cámara de calentamiento, por ejemplo un horno.
Estos serpentines de tubo se componen en parte de tubos rectos, que,
para la formación de un serpentín continuo, están unidos con sus
partes finales por medio de tramos de tubo curvados con los tubos
rectos con un procedimiento de ensamblaje.
En las figuras 1 y 2 se representa a título de
ejemplo un detalle de un serpentín de esta clase conocido en el
estado de la técnica. En este serpentín se unen los tubos con
tramos de tubo curvados designados como accesorios. Los accesorios
se fabrican por ejemplo por fundición estática y forman una sola
curva de tubo. Los accesorios están soldados en sus extremos con los
tubos.
En el marco de este invento se entiende como
curva de tubo la zona de un tubo curvado en la que varía de manera
continua la orientación del eje longitudinal. La curva de tubo
termina en el punto a partir del que ya no varía la orientación del
eje longitudinal del tubo.
Los serpentines del estado de la técnica poseen
una gran cantidad de cordones de soldadura, que son necesarios para
unir los accesorios con una sola curvatura con los tubos. Con ello
se encarece la fabricación de los serpentines de tubo. Además, los
cordones de soldadura representan puntos débiles potenciales para la
formación de grietas en un serpentín de tubo de esta clase. Dado que
los accesorios y los tubos de los serpentines de tubo conocidos
poseen con frecuencia estructuras de material distintas, se
incrementa adicionalmente el coste de fabricación por la dificultad
de soldar metales distintos. Además, los accesorios obtenidos por
fundición estática poseen en la mayoría de los casos un peso
elevado, de manera, que en el caso de una fijación suspendida del
serpentín de tubo en un horno, por ejemplo un cracker de etileno,
se produce una carga elevada de la suspensión, respectivamente una
mayor migración (alargamiento del tubo) de los tubos. Además, el
grueso de pared grande de los accesorios, debido al procedimiento de
fabricación, da lugar a una transmisión de calor deficiente entre el
medio de calor, que rodea el serpentín de tubo y el medio, que se
quiere tratar, conducido en el serpentín de tubo. El mayor grueso
de pared conduce también, debido al gradiente de temperatura, a
tensiones adicionales, que pueden dar lugar a grietas en los
accesorios.
A través del Patent Abstract of Japan relativo a
los documentos JP 2000 234887 A, US 2002/0034463 A1 y EP 1 122 005
A2 se conoce la fabricación de tramos de tubo para instalaciones
químicas por curvado de un tubo recto. Los elementos de tubo
descritos poseen entre otros curvas de 180º o curvas de 90º,
respectivamente curvas con forma de S, es decir un elemento de tubo
con una curva de tubo.
El documento US 4,444,589 divulga la posibilidad
fundamental de curvar un tubo para formar una curva de 90º.
Basándose en ello, el invento tiene por objeto
crear una curva de tubo, que permita el ensamblaje sencillo de un
serpentín de tubo.
Este problema se soluciona con las
reivindicaciones complementarias. Las configuraciones ventajosas del
invento se recogen en las reivindicaciones subordinadas.
El invento se basa en la idea principal de
proveer el elemento de tubo de varias curvas de tubo. Con ello se
puede establecer con un elemento de tubo metálico fabricado en una
pieza, por ejemplo, una unión entre dos tubos distanciados entre sí,
que se extienden paralelos entre sí. Se puede prescindir de la unión
de dos elementos de tubo curvados de manera sencilla con un tubo
intermedio para la fabricación de esta unión, con lo que se reduce
la cantidad de cordones de soldadura.
Como elemento de tubo se entiende según el
invento un cuerpo fabricado por curvado a partir de un tubo en una
pieza. Este elemento de tubo debe ser diferenciado de aquellos
tramos parciales de un serpentín de tubo, que se ensamblan con
procedimientos de unión, por ejemplo soldadura, para formar un
tramo parcial curvado varias veces del serpentín de tubo.
Como eje longitudinal se entiende según el
invento la línea, que une los centros de las superficies de la
sección transversal, perpendicular al sentido de flujo del medio
conducido en el elemento de tubo, del espacio hueco previsto en el
elemento de tubo para el paso del medio, que fluye por él. Estas
secciones transversales son con preferencia circulares o
elípticas.
El eje longitudinal del elemento de tubo no se
extiende con preferencia en un plano entre los dos extremos del
elemento de tubo. Con ello es posible obtener con el elemento de
tubo elementos parciales del serpentín de tubo adaptados al diseño
especial del horno, por ejemplo del cracker. El elemento de tubo
según el invento puede poseer más de dos extremos, por ejemplo una
bifurcación.
Se puede obtener una construcción especialmente
compacta de un serpentín, cuando la relación entre el radio de
curvatura y el diámetro del tubo del elemento de tubo es menor que
1,5, con preferencia menor que 1,1, al menos en algunos tramos, y
con especial preferencia igual a 1,04, al menos en algunos
tramos.
Con el elemento de tubo según el invento se
puede obtener igualmente un serpentín de tubo especialmente
compacto, cuando las longitudes intermedias entre dos curvas de tubo
de un elemento de tubo se mantienen pequeñas, con preferencia
inferiores a 300 mm, con especial preferencia inferiores de 100 mm
y de manera especialmente preferida iguales 40 mm. Como longitud
intermedia se entiende la longitud del tramo parcial del elemento de
tubo según el invento situado entre dos curvas de tubo, en la que no
varía la orientación del eje longitudinal del elemento de tubo.
De acuerdo con el invento se fabrica el elemento
de tubo con uno de los siguientes tipos de material (número de
material concordante con SEW595 y E DIN 17465; respectivamente tipo*
ASTM):
- GX40CrNiSi25-20 (1.4848; HK 40*)
- GX35CrNiSiNb24-24 (1.4855)
- GX45NiCrSi35-25 (1.4857;HP*)
- GX43NiCrWSi35-25-4 (HP+Nb*)
- GX40NiCrSiNb35-25 (1,4852M HP+Nb*)
- GX45NiCrSiNbTi 35-25 (HP+Nb Micro*)
- GX10NiCrNb32-20 (1.4859; CT 15C*)
- GX50CRNiSi30-30 (1.4868)
- G-NiCr28W (2.4879)
- GX45NiCrSiNb45-35
- GX13NiCrNb37-25
- GX55NiCrWZr33-30-4
contenidos en la norma DIN EN
10027, parte
1.
Se obtiene un tratamiento uniforme del medio
conducido en el elemento de tubo, cuando los tramos parciales del
elemento de tubo poseen esencialmente el mismo diámetro y/o el mismo
grueso de pared. Además, con la configuración del elemento de tubo
con un grueso de pared esencialmente constante se obtiene una
reducción de las tensiones en el elemento de tubo.
El grueso de pared a lo largo de todo el
elemento de tubo se halla con preferencia entre 6 mm y 14 mm. El
grueso de pared de todo el elemento de tubo es por ejemplo de 8 mm,
como mínimo, en la zona de tracción y de 11 mm, como máximo, en la
zona de compresión de la curva de tubo.
La superficie interior del elemento de tubo
posee en una configuración ventajosa del invento al menos en parte
una rugosidad de aproximadamente 3,2 R_{a}. Con la reducción de
la rugosidad de la superficie interior se minimiza, en la
utilización del elemento de tubo en serpentines de tubo de una
instalación petroquímica en la que se tratan hidrocarburos en el
serpentín de tubo, la sedimentación de partículas de coque en la
superficie interior (y la coquización) y la difusión de carbono
hacia el interior del material (carburación).
Además, se favorece, debido a la superficie
lisa, la formación de una capa de protección de óxido de cromo
uniforme y densa en la superficie interior del elemento de tubo.
Un serpentín de tubo según el invento para una
instalación química formada por tubos metálicos fabricados en una
pieza y ensamblados entre sí por medio de elementos de tubo posee al
menos en uno de sus extremos un elemento de tubo según el invento
descrito anteriormente unido con uno de los tubos. Este serpentín
de tubo puede ser fabricado con facilidad, ya que por medio de
elementos de tubo curvados varias veces se pueden unir entre sí con
facilidad y con una cantidad pequeña de cordones de soldadura los
elementos de tubo, que se extienden paralelos entre sí.
Esta unión de un elemento de tubo con al menos
uno de sus extremos con otro elemento de tubo o con un tubo puede
ser realizada de una manera especialmente muy sencilla, cuando los
elementos de tubo, respectivamente el elemento de tubo y el tubo se
fabrican con el mismo material. Debido a la misma macroestructura se
pueden soldar entre sí fácilmente los tubos.
Además, los tubos y los elementos de tubo poseen
las mismas propiedades mecánicas y la misma resistencia a
carburación y coquización. Debido a ello se puede planificar mejor
la utilización de serpentines de tubo o de partes de serpentines de
tubo.
El elemento de tubo, respectivamente el
serpentín de tubo descrito más arriba se fabrica con un tubo de
fundición centrifugada. Esto da lugar a una flexibilidad en la
fabricación de los elementos de tubo, en especial como sustitutos de
accesorios, ya que no es necesaria la preparación de un modelo o la
modificación del modelo de los accesorios, que se quieren fundir,
sino que el elemento de tubo puede ser curvado directamente con la
configuración deseada. La mayor flexibilidad también se manifiesta
en el hecho de que, para instalaciones sometidas a una erosión
especialmente intensa por coque, se pueden fabricar sin un coste
grande elementos de tubo con radios de curvatura mayores. Dado que
en las instalaciones petroquímicas se quema el coque depositado en
el interior del tubo con oxígeno y vapor de agua, produciéndose con
ello partículas de coque, se obtiene en este caso con los radios de
curvatura más pequeños un mayor desprendimiento erosivo. Este
deterioro del lado interior de los elementos de tubo puede ser
reducido con radios de curvatura más grandes.
Los elementos de tubo fabricados con el
procedimiento de fundición centrifugada posee en la zona de su
superficie interior una macroestructura globulítica fina, que posee
una resistencia a coquización mayor que la estructura columnar.
Además, la estructura fina actúa como freno de grietas, cuando
surgen daños por migración. Los tubos fabricados por fundición
centrifugada poseen, debido al elevado número de revoluciones de su
proceso de fabricación, una pureza mucho mayor que las piezas
fundidas procedentes de la fundición estática.
Debido a que el elemento de tubo curvado varias
veces se fabrica, por ejemplo con un procedimiento de unión, a
partir de un tubo recto fabricado por fundición centrifugada, existe
la posibilidad de mecanizar con arranque de viruta la superficie
interior del elemento de tubo antes de la fabricación del elemento
de tubo, es decir en el estado de rectilíneo del tubo, con lo que se
puede obtener una superficie interior muy lisa y homogénea. Esto no
se puede conseguir en los accesorios fabricados con curvas de tubo,
debido a la fabricación por fundición estática. Además, en la
fabricación del elemento de tubo a partir de fundición centrifugada
se puede obtener con facilidad una bonificación de la superficie
interior, por ejemplo por medio de un procedimiento de
rodadura.
El elemento de tubo se fabrica de una manera
especialmente preferida por curvado inductivo de un tubo de
fundición centrifugada. En este caso se pueden utilizar tubos de
fundición centrifugada, cuya superficie exterior no fue tratada
después de la fundición centrifugada.
Para minimizar, en especial durante el
mecanizado interior con arranque de viruta de los tubos, las
consolidaciones en frío, que se producen, se trata el tubo de
fundición centrifugada antes del curvado inductivo con calor, en
especial con un recocido de solución, respectivamente de reducción
de las tensiones. Para el tratamiento con calor se elige con
preferencia un margen de temperaturas de 800º a 1200º, en especial
de 850º a 1100º. Con el tratamiento con calor se garantiza con
preferencia, que se disuelven las fases, que dan lugar a una
fragilización del material (\gamma). Con el tratamiento con calor
también se puede mantener pequeña la cantidad de sedimentos de
carburo primarios y secundarios.
El elemento de tubo según el invento descrito en
lo que antecede es utilizado según el invento como sustituto de un
accesorio para serpentines de tubo. En especial, en los serpentines
de tubo ya existentes se pueden sustituir los accesorios necesitados
de sustitución con los elementos de tubo según el invento.
El elemento de tubo descrito en lo que antecede
o un serpentín de tubo descrito en lo que antecede puede ser
utilizado según en invento en una instalación petroquímica, con
preferencia en un cracker, de maneras especialmente preferida en un
cracker de etileno.
En lo que sigue se describirá el invento con
detalle por medio de un dibujo, que representa un ejemplo de
ejecución. En el dibujo muestran:
La figura 1, en una vista en planta desde
arriba, un elemento de tubo convencional de un serpentín de
tubo.
La figura 2, en una vista desde detrás, un
elemento de tubo convencional de un serpentín de tubo.
La figura 3, en una vista en planta desde
arriba, un elemento de tubo según el invento para un serpentín de
tubo.
La figura 4, en una vista desde detrás, un
elemento de tubo según el invento de un serpentín de tubo.
En el elemento de tubo utilizado hasta ahora,
representado en las figuras 1 y 2, se compone este de tres piezas
individuales con la forma de dos accesorios 1, 2 unidos entre sí por
medio de cordones 4 de soldadura circulares. Los accesorios 1, 2
están unidos en los otros extremos por medio de cordones 7 de
soldadura circulares con los tubos 5, 6 rectilíneos del serpentín de
tubo.
Se puede observar claramente el espesor de los
accesorios 1, 2, que es mayor con relación al tubo 3 intermedio.
Estos accesorios 1, 2 fabricados con procedimiento de fundición
convencional poseen un grueso de pared mayor que el tubo intermedio,
con lo que se produce una transmisión de calor distinta. Además, el
elemento de tubo convencional representado posee una fabricación
costosa a causa de los cordones de soldadura circulares.
En las figuras 3, 4 se representa el elemento de
tubo según el invento. Se fabrica a partir de un tubo de fundición
centrifugada en una pieza por curvado inductivo. El eje A
longitudinal del elemento de tubo varía de manera continua entre los
puntos B y C así como entre los puntos D y E. Entre los puntos C y D
se prevé una zona intermedia en la que no varía la orientación del
eje longitudinal del tubo. El elemento 10 de tubo según el invento
posee por lo tanto dos curvas 11, 12 de tubo. Como se desprende del
ensamblaje de las figuras 3 y 4, el eje A longitudinal no se
extiende entre los puntos B y E en un plano. El elemento 10 de tubo
está unido por medio de cordones 15 de soldadura circulares con los
tubos 23, 14 rectos de un serpentín de tubo.
Claims (17)
1. Elemento (10) de tubo metálico fabricado a
partir de un tubo de fundición centrifugada en una pieza para un
serpentín de tubo, que posee al menos dos zonas (11, 12) realizadas
como curvas de tubo en las que la orientación del eje longitudinal
del elemento de tubo varía de manera continua y en el que entre
estas zonas (11, 12) configuradas como curvas de tubo se prevé una
zona en la que la orientación del eje longitudinal del elemento (10)
de tubo no varía, estando formado el elemento (10) de tubo de uno de
los materiales GX40CrNiSi25-20 (1.4848; HK 40*),
GX35CrNiSiNb24-24 (1.4855),
GX45NiCrSi35-25 (1.4857;HP*),
GX43NiCrWSi35-25-4 (HP+Nb*),
GX40NiCrSiNb35-25 (1,4852M HP+Nb*), GX45NiCrSiNbTi 35-25 (HP+Nb Micro*), GX10NiCrNb32-20 (1.4859; CT 15C*), GX50CRNiSi30-30 (1.4868), G-NiCr28W (2.4879), GX45NiCrSiNb45-35, GX13NiCrNb37-25,
GX55NiCrWZr33-30-4 de la norma DIN EN 10027, parte 1.
GX40NiCrSiNb35-25 (1,4852M HP+Nb*), GX45NiCrSiNbTi 35-25 (HP+Nb Micro*), GX10NiCrNb32-20 (1.4859; CT 15C*), GX50CRNiSi30-30 (1.4868), G-NiCr28W (2.4879), GX45NiCrSiNb45-35, GX13NiCrNb37-25,
GX55NiCrWZr33-30-4 de la norma DIN EN 10027, parte 1.
2. Elemento de tubo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el eje (A) longitudinal de diferentes
tramos parciales del elemento (10) de tubo no se hallan en un plano
entre los dos extremos del elemento (10) de tubo.
3. Elemento de tubo según la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque la relación entre el radio de
curvatura y el diámetro del tubo de una curva (11, 12) de tubo es,
al menos por zonas, inferior a 1,5.
4. Elemento de tubo según la reivindicación 3,
caracterizado porque la relación entre el radio de curvatura
y el diámetro del tubo de una curva (11, 12) de tubo es, al menos
por zonas, inferior a 1,1, en especial menor o igual que 1,04.
5. Elemento de tubo según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la longitud
intermedia entre dos curvas de tubo es menor que 300 mm.
6. Elemento de tubo según la reivindicación 5,
caracterizado porque la longitud intermedia entre dos curvas
de tubo es menor o igual que 40 mm.
7. Elemento de tubo según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el elemento (10)
de tubo posee esencialmente el mismo grueso de pared.
8. Elemento de tubo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el grueso de pared de la totalidad del
elemento (10) de tubo se halla entre 6 mm y 14 mm.
9. Elemento de tubo según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la superficie
interior del elemento (10) de tubo posee, al menos por zonas, una
rugosidad inferior a 12 R_{a}.
10. Elemento de tubo según la reivindicación 9,
caracterizado porque la superficie interior del elemento de
tubo posee, al menos por zonas, una rugosidad inferior a 3,2
R_{a}.
11. Serpentín de tubo para una instalación
química formada por tubos unidos entre sí por al menos un elemento
de tubo, caracterizado por un elemento (10) de tubo según una
de las reivindicaciones 1 a 10 unido al menos en uno de sus extremos
con uno de los tubos (13, 14).
12. Serpentín de tubo según la reivindicación
11, caracterizado porque el elemento de tubo está unido al
menos en uno de sus extremos con un tubo (13, 14) o con elementos de
tubo, fabricado(s) con el mismo material.
13. Procedimiento para la fabricación de un
elemento de tubo según una de las reivindicaciones 11 ó 12,
caracterizado porque el tubo de fundición centrifugada es
deformado por curvado inductivo.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque el tubo de fundición centrifugada se
somete a un tratamiento con calor antes del curvado inductivo.
15. Procedimiento según la reivindicación 14,
caracterizado porque el tubo de fundición centrifugada se
somete antes del curvado inductivo a un tratamiento con calor con
una temperatura de 800º a 1200º.
16. Utilización de un elemento de tubo según una
de las reivindicaciones 1 a 10 como sustituto de accesorios para
serpentines de tubo con accesorios.
17. Utilización de un elemento de tubo según una
de las reivindicaciones 1 a 10 o de un serpentín de tubo según una
de las reivindicaciones 11 o 12 en un cracker.
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