JP5524534B2 - 分解管と冷却管との間の連結部材及び連結方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルの特徴を有する分解炉の分解管と分解ガス冷却器の冷却管との間の連結部材、ならびに、分解炉の分解管と分解ガス冷却器の冷却管との連結方法に関する。

熱分解炉またはエチレン分解炉は、エチレンプラントの内部にプラスチック工業用の原料エチレン、プロピレン、ブタジエン等を製造するための鍵となる要素を形成する。

出発物質として、飽和炭化水素、主としてエタン、プロパン、ブタン、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ナフサおよびガス油が使用される。不飽和炭化水素への飽和炭化水素の転換は、分解管内で入口温度５００〜６８０℃および出口温度７７５〜８７５℃および圧力１．５〜５ｂａｒの範囲で行われる。

炉出口に後置された分解ガス冷却器内で、７７５〜８７５℃の不飽和炭化水素（分解ガスとも呼ぶ）が高圧蒸気または低圧蒸気の形成下に約３５０〜４５０℃に冷却される。「冷却水」は、その際に相応の圧力における沸騰温度を有する。冷却は、液状から蒸気状への相転移に基づき行われる。

分解ガス冷却器は、１本または複数本の二重管からなり、内管の中に被冷却分解ガスが有り、かつ外管の中つまり内管周りには冷却水が有る。分解ガスは、それぞれの炉型式に応じて下方から分解ガス冷却器の中へ流入し、かつ上方へ流れ、または上方から流入し、かつ下方へ流れる。

冷却式分解ガス冷却器の二重管は、特別の移行部材を用いて分解炉から突出する分解管に連結されている。前記移行部材は蒸気で冷却されるかまたは断熱材で充填された非冷却式構造部品のいずれかとして設計されている。このような非冷却式移行部材は特許文献１から公知であり、かつ内側部分と外側部分とを有する拡張された、フォーク状に形成された管端からなる。前記両部分の間に有る空間は断熱材で充填されている。単に移行部材の外側部分が分解ガス冷却器に連結されており、他方、移行部材の内側部分と分解ガス冷却器の冷却管との間に半径方向および軸線方向への遊隙が含まれている。

特許文献１から公知の非冷却式移行部材は、冷却式移行部材に比べ、連結箇所で壁温度がほぼ同じであり、その結果、熱応力が回避される長所を有する。この明らかな長所にもかかわらず、より古い分解ガスプラントにはまだ冷却式移行部材が使用されている。既存の分解ガスプラントにおいて既存の冷却式移行部材を非冷却式移行部材に交換する需要がある。

特許文献２および特許文献３から、冷却媒体用の特別の供給室を具備した分解ガスを冷却するための単管式熱交換器が知られている。前記供給室は、個別的に連結された重厚な帯状の部材の部分からなり、その中にそれぞれただ１つの、内管を囲繞する凹所が取り込まれている。二重管として形成された冷却管の内管は供給室の底部の中に溶接されており、他方、二重管の外管は前記凹所の外側にある供給室の部分に溶接されている。分解炉との連結は、前記熱交換器の場合も、断熱材を含みかつフォーク状の拡大部を具備した非冷却式移行部材を介して行われる。前記熱交換器の場合、各冷却管は個別的にかつ標定して駆動させることができ、かつ供給室は、付加的な補強体なしに冷却媒体の高い圧力に耐えるためにそれ自体充分に剛性である。冷却媒体の接線方向の供給は、供給室の底部の良好な冷却を生ぜしめ、かつ冷却媒体からの望ましくない粒子の沈積物を妨害する回転する冷却媒体流を発生する。

ドイツ連邦共和国特許第３９１０６３０Ｃ３号明細書 欧州特許第７１８５７９Ｂ１号明細書 欧州特許第８１０４１４Ｂ１号明細書

本発明の課題は、後から既存のプラントの現場において、低減された費用で非冷却式分解炉の分解管と冷却式分解ガス冷却器の冷却管との間に使用することができる高い精度の連結部材を提供することである。

上記の目的を達成するため、請求項１の特徴項に記載されている特徴を有する当初に挙げた種類の管連結部材が本発明によって提供されたのである。本発明に係る連結部材を使用して実施する上記管の連結方法は請求項４に記載されている。本発明の有利な実施態様は従属請求項２及び３に記載されている。
請求項１〜４の各記載内容は次のとおりである。
１．分解炉の分解管（１）と分解ガス冷却器の冷却管（２）との間の連結部材であって、冷却管（２）が分解管（１）の延伸部の中に配置された内管（３）と、冷却間隙（５）の形成下に前記内管（３）を囲繞する外管（４）とを備えた二重管として形成されているとともに、前記冷却間隙（５）が冷却媒体を供給するための供給室（６）に接続され、かつ分解管（１）が移行部材（１４）に接続されており、該移行部材（１４）は、その末端部分がフォーク状に形成されているとともに、内側部分（１５）および外側部分（１６）を有し、それらの間に断熱材（１７）からなる層が充填されている連結部材において、分解管（１）と冷却管（２）との間の連結に適するように供給室（６）と移行部材（１４）とハーフシェル（１８、１９）とが前以て製造された１つのユニットとして形成されていること、移行部材（１４）の外側部分（１６）が冷却管（２）の縦軸に対して同軸に供給室（６）の底部（９）に固定されていること、供給室（６）の中へ内管部分（１３）が溶接され、前記内管部分が供給室（６）から突出し、かつ移行部材（１４）の内側部分（１５）と一直線に並べられ、かつその厚さおよび内径もしくは外径が内管（３）のそれらに相当していること、及び、ハーフシェル（１８、１９）の厚さおよび内径もしくは外径が外管（４）のそれらに相当し、かつハーフシェル（１８、１９）の軸線方向の長さが供給室（６）から突出する内管部分（１３）の部分よりも大きいことを特徴とする連結部材。
２． 供給室（６）から突出する内管部分（１３）の部分が外側にスペーサ（２０）を具備しており、その高さが冷却管（２）内部の冷却間隙（５）の幅に相当することを特徴とする請求項１記載の連結部材。
３． 供給室（６）が重厚な帯状の部材または重厚な帯状の部材の複数の相互に連結された部分（７）からなり、その中に帯状の部材の薄い底部（９）の残留下に片側が閉鎖されている円形の凹所（８）が組み込まれていること、及び、底部（９）の中に内管部分（１３）が溶接されていることを特徴とする請求項１または２記載の連結部材。
４． 請求項１ないし３記載の連結部材を使用して分解ガス冷却器の冷却管（２）と分解炉の分解管（１）とを連結するための方法であって、移行部材（１４）および供給室（６）を１つのユニットとして前以て組立を行い、次いで供給室（６）の内管部分（１３）を冷却管（２）の内管（３）に溶接し、ハーフシェル（１８、１９）を供給室（６）から突出する内管部分（１３）の部分周りに配置して、ハーフシェル（１８、１９）を相互におよび一方の前面で冷却管（２）の外管（４）と、他方の前面で供給室（６）と溶接し、及び、移行部材（１４）を分解管（１）に溶接することを特徴とする方法。

本発明に係る２分割型連結部材は修理用セットである。前以て製造されたユニットは供給室の外部にすでに移行部材を含み、その結果、供給室と移行部材との間で高負荷されるために危険な溶接継目は自動溶接機により工場で最高の品質と精度で製造される。ハーフシェル相互かつ冷却管の内管および外管での連結ならびに分解管での移行部材の連結のようなプラント内での現場の溶接は、より簡単な手動溶接として実行することができる。

以下、本発明の一実施形態につき図面を参照して詳述する。

図１は、分解管と分解ガス冷却器の冷却管とを連結する連結部材の縦断面図である。

図１に、図示しない分解炉の非冷却式分解管１と、分解ガス冷却器の冷却管２との間の連結部材が示されている。本発明にとり本質的な入口部分のみが示されている分解ガス冷却器は、内管３および外管４を有する二重管として形成された複数の冷却管２を含む。内管３と外管４との間に、高い圧力の冷却媒体が貫流する冷却間隙５がある。外管４は内管３を基準にして後置されている。

内管３と外管４との間の冷却間隙５は、冷却媒体を供給するための供給室６に接続されている。個別的に、供給室６は相互に形状嵌合式に連結された個々の部分７に分割される重厚な帯状の部材からなる。

供給室６の各部分７に、それぞれ１本の冷却管２が割り当てられる断面が円形の凹所８が組み込まれている。凹所８は、高い内圧用に指定された残肉厚を有するリング状の底部９が残留するような深さで供給室６を形成する部材の中に組み込まれている。

各凹所８の中に、底部９の高さで好ましくは接線方向に穴１０が挿通されている。穴１０は、それぞれ供給短管１１を介して図示しない冷却媒体用の供給管路に連結されている。冷却媒体は、穴１０を通して高速で凹所８の中に流入し、かつ冷却管２周りに回転する流れを発生する。前記流れは、凹所８の底部９の良好な冷却を生ぜしめ、かつ底部９上への粒子の沈積物の発生を阻止する。このような沈積物は有害な局所的な過熱をもたらす。

凹所８は、底部９の高さで外部へ案内されるもう１つの穴１２を具備している。この別の穴１２を通して、凹所８の中に収集され、かつ冷却媒体の流れによって回転する粒子は、分解ガス冷却器の運転中に排出させることができる。さらに、穴１２を通して凹所８および底部９を内視鏡を用いて外部から検査することができる。

供給室６のリング状の底部９の中に内管部分１３が溶接されており、その外径は凹所８の内径よりも小さく、その結果、凹所８の内部に供給短管１１に連結される自由空間が形成されている。内管部分１３の内径、外径および厚さは、冷却管２の内管３の対応する寸法に等しい。内管部分１３は供給室６から突出する。

各分解管１の出口側の端部は移行部材１４に連結されている。移行部材１４はフォーク状に拡大されており、かつ分解管１の延伸部にある内側部分１５および両方が一端で相互に連結された外側部分１６を形成する。移行部材１４の外側部分１６は、分解管１に対向する供給室６側に溶接されている。移行部材１４の内側部分１５は約数ミリメートルの軸線方向の間隔で内管部分１３に向き合っている。移行部材１４の内側部分１５と外側部分１６との間の間隙は断熱材１７からなる層で充填されている。

供給室６から突出する内管部分１３の部分は、冷却管２の内部の冷却間隙５の幅に相当する間隔でハーフシェル１８、１９によって囲繞されている。前記間隔を正確に維持するために、内管部分１３の外側に少なくとも２個のスペーサ２０が取り付けられており、その高さは冷却管２の内部の冷却間隙５の幅に相当する。

ハーフシェル１８、１９の内径、外径および厚さは、外管４の対応する寸法に等しい。ハーフシェル１８、１９は、外管４の延伸部で前記外管と、ならびに相互に、および供給室６とその冷却管２に対向する側で溶接されている。ハーフシェル１８、１９の内径は凹所８の内径に相当し、それによって供給室６と冷却間隙５との間の連結が構築されている。

ハーフシェル１８、１９および前以て製造されたユニットは、溶接された移行部材１４および溶接された内管部分１３を有する供給室６を含み、一緒になって既存のプラントに使用できる修理セット（“Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ Ｓｅｔ”）を形成する。そのために、既存のプラントで古い移行部材を有する供給室が除去され、冷却管２の内管３および外管４は、− 図１に示したように − 内管３が外管４から突出するように分離されている。さらに、分解管１は供給室６の近傍で完全分離されている。分解ガス冷却器のさらなる解体は不要である。

前以て製造されたユニットは、溶接された移行部材１４および溶接された内管部分１３を有する供給室６を含み、内管部分１３と共に手動で内管３に溶接されている。ハーフシェル１８、１９は、供給室６から突出する内管部分１３の部分周りに配置されており、かつ相互にならびに一方の前面で外管４と、および他方の前面で冷却管２に対向する供給室６側と同様に手動で溶接されている。それに続き、移行部材１４は分解管１と手動で溶接されている。

既存の分解ガス冷却器において前記供給室６および非冷却式移行部材１４の前記長所を利用できるようにするため、分解ガス冷却器を取り外し、かつ対応して装備される新規分解ガス冷却器を取り付ける必要はない。単に既存のかつ交換される分解ガス冷却器において前記分解ガス冷却器は分解炉から分離され、古い移行部材を有する既存の供給室６ならびに内管３および外管４の小部分が取り除かれ、かつ前記した本発明による修理セット（“Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ Ｓｅｔ”）と交換される。それによって改造時間が短縮され、その結果、プラントは迅速にかつ改善された技術で再び使用可能である。

本発明は、上記の如く構成されているので、これによれば、後から既存のプラントの現場において、低減された費用で非冷却式分解炉の分解管と冷却式分解ガス冷却器の冷却管との間に使用することができる高精度の連結部材を得ることができる。

本発明に係る上記分解管と上記冷却管との連結部材は、低コストで高精度に作ることができ、しかもそれを使用して行う管の連結方法も容易であるので、産業の発達に貢献し得ること大である。

分解管と分解ガス冷却器との間の連結部材の縦断面図。 図１記載の断面ＩＩ−ＩＩ。 図１記載の断面ＩＩＩ−ＩＩＩ。

1 分解炉の分解管
2 分解ガス冷却器の冷却管
3 内管
4 外管
5 冷却間隙
6 冷却媒体の供給室
8 凹所
9 底部
13 内管部分
14 移行部材
15 移行部材の内側部分
16 移行部材の外側部分
18 ハーフシェル
19 ハーフシェル

Claims (4)

1. 分解炉の分解管（１）と分解ガス冷却器の冷却管（２）との間の連結部材であって、冷却管（２）が分解管（１）の延伸部の中に配置された内管（３）と、冷却間隙（５）の形成下に前記内管（３）を囲繞する外管（４）とを備えた二重管として形成されているとともに、前記冷却間隙（５）が冷却媒体を供給するための供給室（６）に接続され、かつ分解管（１）が移行部材（１４）に接続されており、該移行部材（１４）は、その末端部分がフォーク状に形成されているとともに、内側部分（１５）および外側部分（１６）を有し、それらの間に断熱材（１７）からなる層が充填されている連結部材において、分解管（１）と冷却管（２）との間の連結に適するように供給室（６）と移行部材（１４）とハーフシェル（１８、１９）とが前以て製造された１つのユニットとして形成されていること、移行部材（１４）の外側部分（１６）が冷却管（２）の縦軸に対して同軸に供給室（６）の底部（９）に固定されていること、供給室（６）の中へ内管部分（１３）が溶接され、前記内管部分が供給室（６）から突出し、かつ移行部材（１４）の内側部分（１５）と一直線に並べられ、かつその厚さおよび内径もしくは外径が内管（３）のそれらに相当していること、及び、ハーフシェル（１８、１９）の厚さおよび内径もしくは外径が外管（４）のそれらに相当し、かつハーフシェル（１８、１９）の軸線方向の長さが供給室（６）から突出する内管部分（１３）の部分よりも大きいことを特徴とする連結部材。
2. 供給室（６）から突出する内管部分（１３）の部分が外側にスペーサ（２０）を具備しており、その高さが冷却管（２）内部の冷却間隙（５）の幅に相当することを特徴とする請求項１記載の連結部材。
3. 供給室（６）が重厚な帯状の部材または重厚な帯状の部材の複数の相互に連結された部分（７）からなり、その中に帯状の部材の薄い底部（９）の残留下に片側が閉鎖されている円形の凹所（８）が組み込まれていること、及び、底部（９）の中に内管部分（１３）が溶接されていることを特徴とする請求項１または２記載の連結部材。
4. 請求項１ないし３記載の連結部材を使用して分解ガス冷却器の冷却管（２）と分解炉の分解管（１）とを連結するための方法であって、移行部材（１４）および供給室（６）を１つのユニットとして前以て組立を行い、次いで供給室（６）の内管部分（１３）を冷却管（２）の内管（３）に溶接し、ハーフシェル（１８、１９）を供給室（６）から突出する内管部分（１３）の部分周りに配置して、ハーフシェル（１８、１９）を相互におよび一方の前面で冷却管（２）の外管（４）と、他方の前面で供給室（６）と溶接し、及び、移行部材（１４）を分解管（１）に溶接することを特徴とする方法。