JP4885710B2 - 高温での腐食に対する装置の保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１種の炭化水素および／または一酸化炭素を含む流体の存在下で、高温で稼動することが意図される装置を、メタルダスティングおよび／または与炭による腐食から保護する方法であって、装置の部品は、ニッケル、鉄、クロムおよび／またはアルミニウムおよび／または銅を含む合金から作られており、上記装置の部品は、保護コーティングにより上記腐食から保護される方法に関する。

以後の記載において、「高温」という語は、メタルダスティング現象および／または与炭現象が生じる温度と少なくとも等しい温度を意味する。これらの現象は、圧力に依存して、約４５０℃以上の温度で生じることが一般的に理解されている。

メタルダスティングおよび／または与炭タイプの腐食は、装置部品および配管の製造に用いられた合金が、炭化水素および／または一酸化炭素の存在下で、高温で稼動する工業プロセスにおける主要な問題である。比較的長期の稼動後に、腐食攻撃が、合金のゆるやかなダスティングおよび／または与炭により明らかになることが見出されている。

種々のプロセスは、それが同様の流体組成物と稼動条件を用いる限り、このような問題に至り得る。例えば、蒸気リホーミングの場合には、天然ガスまたは他の炭化水素は、ニッケル触媒による触媒反応により、一酸化炭素、水素および二酸化炭素に変換される。蒸気リホーミング炉の下流では、装置はメタルダスティングによる腐食にさらされ、これは、装置を構成する合金を損傷する。

この現象を減じるために、合金の腐食耐性を強化できる表面コーティングの使用を含む、種々の解決策が提案されている。この腐食を受けることが意図される表面のアルミニウム化が、この現象を制限するために特に用いられる。

この保護を最適化するために、EP 0 903 424は、鉄、ニッケルまたはクロムを含有する、いわゆる高温合金のメタルダスティングからの保護を改善することを意図した方法であって、周期表ＩＶ族またはＶ族に由来する金属の薄層を、０．０１〜１０μｍの厚さに、保護されるべき表面上に堆積すること、およびこの処理された表面を不活性雰囲気中で再焼成することから成る方法を記述している。

しかしながら、合金コーティングは、満足のゆく保護を提供するが、保護された部品間の接続の問題がなお存在する。保護された部品間の溶接による結合は、保護の連続性を提供するために、特有の接続を用いることを必要とする。

現在、保護された部品の接合のこの問題についての満足のいく解決策は、知られていない。

これは、接続されるべき部品を溶接前に保護した場合、溶接は、溶接された領域の保護を破壊し、その近接する領域の保護にも不利に影響を及ぼすためである。この保護が溶接後に適用された場合には、保護は、その後、異なる組成および／または構造を有する溶加材上に渡って作り出され、この場合に、種々の化学元素の拡散速度は、影響を受け、溶接による影響を受けない母材に対して、溶接された領域において異なる、およびしばしば低下した質と厚さをもたらす。さらに、入手できる溶接材料があったとしても、支持体に溶接されるべき部品が、配管の小さい直径に固定されることができない。従って、現場で、直接的に接合部を保護することができない。

従って、装置の製造に用いられる合金のタイプに対して、合金の保護に用いられる表面コーティングのタイプに対して、および装置を使うよう意図される工業プロセスの稼動条件に対してどのような保護における改善を提供したとしても、保護された部品間の接続における腐食の特有の問題が残る場合がなお存在する。この腐食は、局在している際でさえも、５０ｂａｒに達し得る圧力条件下で稼動する装置品の故障をもたらし得る。

本発明の目的は、保護された部品間の接続における局所的な腐食のこの問題を解決することである。

これを行うために、本発明の１つの特徴によれば、本発明は、少なくとも１種の炭化水素および／または一酸化炭素を含む流体の存在下で、高温で稼動することが意図される装置を腐食から保護する方法にして、装置の部品は、ニッケル、鉄、クロムおよび／またはアルミニウムおよび／または銅を含有する合金から作られ、装置の上記部品は、保護コーティングにより上記腐食から保護される方法であって、このように保護された上記装置部品は、接合部品によって互いに接続されており、上記接合部品は、高温で上記流体と接触させることが意図されるその表面の少なくとも一部に渡って予め保護されており、上記腐食に供されることが意図される上記接続のそれぞれが、上記装置部品と接合部品の端部の外部溶接により生成されることを特徴とする方法に関する。

合金は、例えば、鉄（Ｆｅ）基合金、ニッケル（Ｎｉ）基合金、銅（Ｃｕ）基合金または任意の他の適切な合金であり得る。Ｆｅ基、Ｎｉ基、Ｃｕ基合金は、ＦｅまたはＮｉまたはＣｕがそれぞれ主成分である合金と解釈すべきである。とりわけ、Ｆｅ基合金である合金Ｎ０８８００と、Ｎｉ基合金である合金Ｎ０６６０１は、例えば、本発明による装置の部品の作製に適している（合金の識別は、統一されたナンバリングシステム（Unified Numbering System）への照会により成される）。

接合部品を用いることが意図される局所的な条件に依存して、常にこれらを保護コーティングにより保護する必要はない。このような部品の小さな寸法のために、これらは、有利に、その具体的な使用について十分に優れた腐食に対する耐性をそれ自身により呈する合金から作製され得る。

しかしながら、多くの場合において、接合部品は、有利に、保護コーティングにより予め保護されており、好ましくは、それらは、予めアルミニウム化により保護されている。

本発明の具体的な側面によれば、装置は、メタルダスティングに対して保護されている。

本発明の他の側面によれば、本発明は、上記した方法を実行することにより保護された装置を含むことを特徴とする、炭化水素混合物から合成ガスを発生するためのプラントに関する。

本発明の第３の側面によれば、本発明は、上記した方法を実行できる接合部品に関する。

有利には、少なくともいくつかの接合部品は、メタルダスティングから保護されている。

有利には、少なくともいくつかの接合部品は、保護コーティングにより、好ましくはアルミニウム化により、予め保護されている。

本発明の他の特徴と利点は、限定的でない例として与えられた態様の、添付した図面に関して成される以下の記載から明らかとなるであろう。

図１は、支持ストリップを有する従来の接続の２つのタイプを示す。両方の場合において、接続されるべき装置部品と支持ストリップの双方が、少なくとも、腐食にさらされるであろう領域において、アルミニウム化により保護されている。

接続タイプ１によれば、支持ストリップは、装置の内面上に置かれ、表面から突き出ており、これは地点Ａ１において装置の端部Ａに溶接され、装置の面取りした端部Ｂが、それ自身も面取りされた装置の端部Ａと接触するように設計されており、その後、これらの２つの端部は、その外面において溶接される。この従来の解決法は、特に、２つの欠点を有する。すなわち、
１００ｍｍ未満の直径を有する配管においては、現行の手段を用いては、溶接点Ａ１の形成が困難であるか、または不可能ですらある；
保護層が、溶接された領域Ａ１において、特に、メタルダスティング現象を惹起する危険性を招く材料と構造の違いに関連した欠陥を有する。

接続タイプ２によれば、支持ストリップは、装置の内面上に置かれるが、その端部Ａ’とＢ’に設けられたスペース内に配置されており、従って、支持ストリップは、表面から突き出ることがなく、これは、地点Ａ’１において装置の端部Ａに溶接され、装置の面取りされた端部Ｂ’は、それ自身も面取りされた装置の端部Ａ’と接触するように設計され、スロットの第２の端は、本目的のために、Ｂ’の内面上に設けられたスペースに滑りこみ、この場合に、２つの端部Ａ’とＢ’も、その外面上で溶接され得る。本方法は、特に３つの欠点を有する。すなわち、
１００ｍｍ未満の直径を有する配管においては、現行の手段を用いては、溶接点Ａ１の形成が困難であるか、または不可能ですらある；
保護層が、溶接された領域Ａ’１における欠陥を有し、この保護における欠陥は、メタルダスティング現象を惹起する危険を招く；
装置に形成された凹部のために、部品の長さを調節することができない。

図２において、パイプ１の２つの端部１−Ａと１−Ｂが示され、装置を構成する部品は、その内面がアルミニウム化により処理されている。アルミニウム化コーティング２は、全ての図１〜７において、部品の表面を示す細い線に隣接する、太いハッチング線により示される。

２つの異なる接合部品３と４は、パイプ１の端部に接続され、その形状配置は、それに対して割り当てられた機能に関連する。

接合部品３は、チューブ１の端部１−Ａに結合される。接続は、チューブ１の内側に、接合部品の端部を取り付けることにより成される。その後、２つの部品は、本目的のために作られたスペース内において、このようにして形成されたアセンブリの外側で溶接される。接合部品３の内面と、チューブ１の内側に取り付けられるように設計されたこの同じ部品３の一部分は、アルミニウム化により覆われている。従って、表面仕上げの質の連続性がある。溶接継手５が、部品の外面に形成される。従って、この溶接は、腐食を受けるであろう部品の内面の表面仕上げに全く影響を与えない。

同様に、接合部品４が、チューブ１の端部１−Ｂに結合される。外面上の形状がわずかに異なっていても、部品の端部３および４の双方は、本発明の主要な特徴を再現する。従って、部品４は、腐食に供されるであろうその表面の少なくとも一部分に渡って、表面処理により保護され、且つ、１−Ｂにおいて部品１と４の間の接合を形成するに溶接は、部品の外面に位置する。

図３は、図２の接合部品３のものと同一の少なくとも一端を有する、本発明による接合部品を示す。従って、上記部品は、一定の内部直径を有するタイプのものである一方で、その外径は、それに接続されるべき部品の端部とマッチし得るように、端部において長さｌに渡り所定の減縮ｄを有する。さらに、面取り部６が、外径減縮部において形成され、この面取り部は、その後、接続時に、結合される他の部品と適合する面取り部に面するように配置され、従って、結合されるアセンブリの周辺上にＶ型の溝を示すこれら２つの面取り部は、溶接継手を形成するように意図される追加の材料を受け取ることができるようになる。部品が小さい場合には、図３に示されるように、それを完全にアルミニウム化することは容易である。

図４は、パイプ１と、番号６および７の２つの接合部品を示す。この場合、部品６は、まっすぐな接合部品であり、流体の通過を制限する機能を提供し、その２つの端部は、本発明に従って保護され、およびプラントの要求（本明細書には記載しない）に適合する外部形状寸法を有する。部品７は、湾曲した接合部品であり、内径の部分的変化を有し、パイプ１の反対側に位置する端部は、本発明に従って保護される。露出領域になくともよい、この部品７の他の端部は、上記高温腐食に対し耐性があることを必要としない。さらに、小さいものである部品６および７は、予め、その全表面に渡ってアルミニウム被覆されていることが注意される。後の溶接を行うことができるように、コーティングは、面取り部とそのすぐ近傍において除去される。

図５〜７は、プラントの要求に応じて様々な形状寸法を有する本発明による接合部品の例を示す。

図５は、図４の部品７を再現するものであり、これは完全にアルミニウム化され、およびその端部の一方が、温度がメタルダスティング現象が生じる温度未満であるプラントの領域において作動するものである。これは腐食の危険にさらされることがないので、この端部において本発明の特徴に従う必要はない。

図６は、内径に減縮を有する、図４の完全にアルミニウム被覆された部品６を再現するものである。これは、その全長に渡って、メタルダスティング腐食条件下で稼動することができる。

図７は、反応器の投入口に適合するように意図された接合部品を再現するものである。

図８は、アルミニウム被覆され、その２つの端部において接続されたチューブを示し、すなわち、
端部８−Ａにおいて、同じ直径のチューブに接続されている。接続は、通常の溶接により形成され、保護の不連続性が図示されている；
端部８−Ｂにおいて、接合部品に接続されており、溶接は、チューブの内面に到達していない。

図９は、端部８−Ｂにおける接続を図示する。溶接金属９は、内面に到達していない。アルミニウム化コーティング１０は、当該概略図上の太線により、および写真上のチューブの内面に沿ったダークグレーゾーンにより示され、これは、内面におけるアルミニウム化層が、溶接後にも、なお存在することを示す。

上記から理解され得るように、本発明による部品を用いることは、以下の利点を有する。すなわち、
接続形成時に、接合部品の保護領域上と装置上との干渉がないことは、その稼動中の装置全体に渡るメタルダスティングの抑制を高めることに強く寄与する；
接合部品の形状寸法のために、溶接は、接合されるべき部品の外側に形成され、従って、それらは、小さい直径について用いられ得る；
溶接と、溶接の影響を受ける領域は、腐食雰囲気に直接さらされず、表面処理により保護される必要がない；
小さい接合部品を、全ての地点において、より良い厚さに制御しながら、容易に、（内面および外面を）完全に保護することができる；
装置を形成するパイプの長さを、その端がいかなる特有の形状寸法も有しないために、調節することができる。

本発明を、個々の接合部品のモデルに関して記載したが、本発明はそれらにより制限されるものでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、改変および変形が可能である。

本発明による装置の保護の改善方法は、合成ガスの発生中に用いられる装置品の保護に、特に適している。

支持ストリップを有する、２つの通常の接続タイプを示す概略図。 パイプの端部に設けられた、本発明による接続の長手方向の部分における概略図。 本発明を実行するように意図された接合部品の長手方向の概略図。 図２におけるタイプの接続を形成することができるインサイチュ（in situ）支持体および接合部品を示す図。 本発明を実行するように意図された種々の接合部品の長手方向における概略図。 本発明を実行するように意図された種々の接合部品の長手方向における概略図。 本発明を実行するように意図された種々の接合部品の長手方向における概略図。 通常の溶接および本発明による溶接の写真。 本発明により接続されたチューブの内面におけるアルミニウム化された層の存在を示す図。

Claims (6)

1. 少なくとも１種の炭化水素および／または一酸化炭素を含む流体の存在下で少なくとも部分的に高温で稼動することが意図される装置を腐食から保護する方法にして、前記装置の部品は、ニッケル、鉄、クロムおよび／またはアルミニウムを含有する合金から作製され、前記装置の前記部品が、保護コーティングにより前記腐食から保護されているところの方法であって、
   このように保護された前記装置部品が、接合部品によって互いに接続され、前記接合部品が、高温で前記流体と接触することが意図されるその表面を保護コーティングにより予め保護されており、
   前記腐食に供されることが意図される接続のそれぞれは、前記接合部品の端部と前記装置の部品の端部とを開先突合せて外部溶接により作製され、かつ前記溶接で形成される溶融金属は前記接合部品および前記装置部品の前記保護コーティングに到達せず、溶接後に当該溶接箇所に前記保護コーティングが存在する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記装置が、メタルダスティングから保護される請求項１に記載の方法。
3. 前記接合部品の前記保護コーティングが、アルミニウム被覆により得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法を実行することにより保護された装置を含むことを特徴とする、炭化水素混合物から合成ガスを発生させるためのプラント。
5. 請求項１に記載の方法に組み込まれる接合部品であって、高温で前記流体と接触することが意図されるその表面を保護コーティングにより予め保護され、かつ開先突合せの外部溶接により前記装置部品の端部と接続される端部を有する接合部品。
6. 前記保護コーティングが、アルミニウム被覆により得られることを特徴とする請求項５に記載の接合部品。

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