JPS643487Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は化学機械（以下、化機と記す）用反応
管に係り、特に反応炉の出口部における温度差が
著しく熱応力のかかる部分においても亀裂などの
材質的欠陥のみられない、改良された新規な化機
用反応管に関するものである。

〔考案の背景〕

高温下で使用される化機用反応管、改質炉用反
応管等各種高温配管等としては、一般にFeを主
成分とし、25％のCr、20％のNi、0.4％のＣを含
む、高Cr系耐熱鋼が遠心鋳造法等によつて製造
され、いわゆる遠心鋳造管として広く用いられて
いる。このような成分の材質からなる高温用配
管、反応管は炉内において750〜850℃の温度域で
長時間加熱されるとCr，Feを主成分とする硬度
は高いが脆性に富んだ金属間化合物（以下σ相と
記載する）が主として結晶粒界に、また結晶粒内
にも析出し、いわゆるσ相脆性を生ずる。

このσ相は、炉内において高温にさらされ熱応
力等を受けると亀裂発生の原因となる。そして、
いつたん亀裂が発生すると溶接等による修理が困
難である。すなわち、通常の鋼管では局部的な小
さな亀裂の発生に対して溶接等の修理が可能であ
るが、上記の耐熱鋼においては修理すべき亀裂の
周辺にσ相が存在するために溶接時に生じる熱応
力によつて亀裂が更に増大するため、溶接による
修理は不可能であり全反応管の交換が必要にな
る。

そこで、従来から高Cr系耐熱鋼におけるσ相
の析出防止が大きな課題とされており、その対策
として、σ相弐の生成しにくい材料を選定し、
当該材料を、反応炉から受ける高温によりσ相
の析出し易い部位を調べ当該部位に用いることが
行なわれていた。

ここでσ相の析出しにくい材料としては、例え
ば25重量％以上のCr、35重量％以上のNiを含む、
鋼種のものは効果的にσ相生成の抑制が可能であ
ることが従来から知られている。

また炉内の反応管位置に対するσ相析出位置及
び生成量については第１図右側のグラフに示すよ
うになる。すなわち、横軸にσ相析出量（％）を
示し、縦軸に反応管１の高さをとると、比較的高
温にさらされるためにσ相の析出量の多い部位
は、化機あるいは反応炉の種類、その寸法等によ
つて異なるが、反応炉に設定された反応管の場合
には、前出の第１図に示すとおり、反応管１の炉
床４に近い部分ほど激しく、通常は当該床から
0.5〜１ｍの位置で最大５％程度を示している。
しかし炉床部では矢印Ｃで示す通風によつて冷却
されるため温度が750℃以下に低下し、σ相の析
出はほとんど生じない。

従つて従来は、反応管１の比較的低温にさらさ
れる部位、すなわち反応管上部及び炉床部には25
％Cr、20％Ni、0.4％のＣを含む高Cr系耐熱鋼と
し、比較的高温になり易い部位である反応炉の炉
床４に近いところにはCrが25％以上、Niが35％
以上含有する高Ni高Cr系耐熱鋼を使用してσ相
脆化に対処していた。

ところが、本考案者が鋭意試験研究を重ねた結
果、上記反応管１の素材中におけるσ相の析出
と、σ相の析出を根源とする亀裂の発生とは必ず
しも相関性はなく、反応炉等の内部でσ相の析出
が多い高温部における反応管１であつても応力分
布が微小である場合には、亀裂の発生が起りにく
いことを見い出した。

更に、従来は上記第１図右側のグラフに示され
るように、低温であるためにσ相の析出を問題と
しなかつた部分は炉床部や火炉外部であり、炉内
の高熱に直接さらされることが無いために問題と
されなかつた反応炉出口部にσ相を原因とする亀
裂が生じるというこの種反応装置特有の現象を初
めて知見した。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、化機用反応管においてσ相の
析出に起因する亀裂の発生を防止することにあ
る。

〔考案の概要〕

本考案による新規な化機用反応装置は、上記知
見に基づいてなされたものであつて、反応管の内
部の温度が高く、かつ内部と外部との温度差が大
きく熱応力が加わる部分で、かつ従来においてσ
相による亀裂防止対策の対象外であつた反応管の
反応炉出口直後の部分に、σ相が析出し難く線膨
張係数の小さいNiが35重量％以上、Crが25重量
％以上含有する高Ni高Cr系耐熱鋼からなる部材
を、部分的に接合し組合せた構造にすることを特
徴とするものである。

〔考案の実施例〕

以上の状況について、第１図に基づき本考案の
実施例の全体構成を詳細に説明すると、反応管１
は高Cr系の耐熱鋼であり、通常は遠心鋳造等の
方法で製造された管であるが、その製造、組立時
に溶接され、多数の溶接継手２が含まれている。
当該反応管１は複数本単位で、反応炉（図示せ
ず）の上部に設けられている支持体（図示せず）
によつて保持され、反応炉の、矢印Ａで示す上記
反応管１の入口部分のある天井壁３、炉床４を貫
通する状態で配備され、炉外へ出て更に別の各種
反応炉等へ接続されている。反応管１の炉床４側
の、矢印Ｂで示す出口部分には、例えばピツグテ
イルエルボ５が接続され、また当該ピツグテイル
エルボ５は保温材６によつて覆われている。

炉内にある反応管は前記のごとく応力分布は比
較的発生しにくく、微小であるため25％のCr、
20％Ni、0.4％Ｃを含む、高Cr系耐熱鋼を用いて
も良いが安全のため従来通りσ相の発生量に応じ
て前記高Ni高Cr系耐熱鋼を用いることが好まし
い。

一方炉外へ出ている反応管１の部分は保温材６
で被覆されているため当該反応管１の内部を流れ
る流体のため昇温し、これらの部分ではσ相の析
出は比較的著しい。

加えて、炉外部における上記反応管１は火炉内
部や火炉上部からの自重や大気の冷却効果によつ
て複雑な応力分布を生じ、σ相の析出を根源とす
る亀裂の発生が多くみられる。特に上記ピツグテ
イルエルボ５の継手熱影響部に亀裂の発生が多く
みられる。この部分の特に溶接熱影響部において
は組成の平衡がくずれ易く、また溶接時の残留応
力および反応管の内部と外部との温度差による熱
応力にも起因して亀裂の発生し易い状態になつて
いる。

以上説明した状況から、本考案の反応管におい
ては第２図に示す実施例のごとく、反応管１が炉
床４から炉外へ出た直後の部分で、保温層がなく
外気によつて冷却されて、反応管の内部と外部の
温度差が最も著しい箇所の反応管部分を、線膨張
係数が小さいNiが35重量％以上、Crが25重量％
以上のσ相の析出の見られない素材７を用い、こ
れを接合し組合せた構造とするものである。

第３図は、従来の反応管と高Ni高Cr系耐熱鋼
との線膨張係数の比較を示したものである。本考
案の対象である反応管の反応炉出口部近傍に高
Ni高Cr系耐熱鋼を用いた場合、σ相の析出を防
止するのみでなく、線膨張係数が小さいことによ
り、大気の冷却効果による反応管内部と外部の温
度差に起因する熱応力の発生も小さくなるため、
たとえσ相が析出してもこれを起点とした亀裂の
発生が抑制されることにもなり、更に、クリープ
や疲労強度の高い材料であることから反応管とし
て長寿命が期待できる。

〔考案の効果〕

本考案により化機用反応管全体にわたりσ相の
析出に起因する亀裂の発生を防止し、経済性、安
全性の高い化機用反応管を提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は化機用反応炉における反応管の全体構
成およびσ相の発生状況を示す説明図、第２図は
本考案による反応管の構成を示す説明図、第３図
は従来の反応管と高Ni高Cr系耐熱鋼の線膨張係
数の比較を示した図である。 １……反応管、２……溶接継手、３……天井
壁、４……炉床、５……ピツグテイルエルボ、６
……保温材、７……σ相の析出のみられない素
材。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 反応炉に、複数本の反応管を上記反応炉の天井
   壁および炉床に間隙をもつて貫通させる状態で垂
   直配備し、さらに上記反応炉の炉外から他の各種
   反応系へ接続されている化学機械用反応管におい
   て、上記反応管の炉床部から炉外に出た直後の反
   応管の出口部分で、保温層がなく外気によつて冷
   却され、上記反応管の内部と外部の温度差の最も
   著しい箇所の反応管材質を、線膨張係数が小さく
   シグマ相が析出しにくいNiが35重量％以上、Cr
   が25重量％以上含有する高Ni高Cr系の耐熱鋼と
   なし、該耐熱鋼を部分的に接合し組合せた構造と
   することを特徴とする化学機械用反応装置。