NL7901691A - Werkwijze voor het vervaardigen van een pijp voor een kraakinstallatie. - Google Patents

Description

- * < ir.o. 27.299 B.Y. Eoninklyke Maatschappij "De gehelde", te YIISSIHGM.

Werkwijze voor het vervaardigen van een pyp voor een kraakinstallatie .

De uitvinding heeft betrekking op een werkwyze voor het vervaardigen van een pyp voor een kraakinstallatie.

By de bereiding van ethyleen uit nafta is pyrolyse by zeer hoge temperatuur het enige proces waarmee nog op een normale wyze voldaan kan worden aan de toenemende vraag naar ethyleen. 5

Deze werkwijze wordt uitgevoerd in pjjpovens, zogenaamde kraakovens, waarbij verzadigde koolwaterstoffen, nafta in geval van ethyleen, gemengd met stoom worden gevoerd door horizontaal of vertikaal opgestelde pijpen, die uitwendig door gasbranders of oliebranders tot een zeer hoge temperatuur worden verhit. De 10 endotherme kraakactie vindt in hoofdzaak plaats in de stralings-zone binnen de pijpen waar de hoogste temperatuur heerst, en wel gedurende een verblijftijd van enkele seconden tot enkele tienden seconden afhankelijk van de installatie. Hier wordt het mengsel koolwaterstof-stoom by een druk van ongeveer 200 kPa en een tem- 15 peratuur tot ongeveer 900°C verhit. Het hierbij gevormde kraakgas wordt vervolgens geforceerd gekoeld.

By de recente bekende processen wordt reeds een hoge graad van perfectie bereikt, zodat een verhoging van de ethyleen-op-brengst nog slechts mogelijk is door verhoging van de kraaktempe- 20 ra tuur en verkorting van de verblijftijd.

De bovenvermelde temperatuur van 900°C heeft men kunnen bereiken door toepassing van hoog gelegeerd nikkel, bijvoorbeeld CrUi 25/20. Hiervan bedraagt de maximum pijpwandtemperatuur ongeveer 1050°C bij een temperatuur in de branderruimte van ongeveer 25 1200°C.

790 16 § 1 2 * «

Hogere kraakgastemperaturen zijn echter tot op heden niet mogelijk gebleken, omdat de nikkellegeringen bij nog hogere temperaturen de druk van het kraakgas in het inwendige van de pijp niet meer kunnen weerstaan.

Onderzoekingen met keramisch materiaal voor de pijpen 5 hebben niet tot het gewenste resultaat geleid, in hoofdzaak omdat ook de keramische pijpen onvoldoende weerstand bieden tegen hoge druk.

De uitvinding beoogt thans een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van een pijp voor een kraakinstallatie, 10 waarbij met > veel hogere pijpwandtemperaturen en hogere druk kan worden gewerkt dan tot nu toe mogelijk was. Met dit soort pijpen kan de ethyleenopbrengst aanzienlijk worden verhoogd. Het spreekt echter vanzelf dat pijpen volgens deze werkwijze niet tot toepassing bij ethyleen zijn beperkt. 15

De werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat om een interne pijp, bestaande uit materiaal dat bestand is tegen het inwendige milieu en de interne temperatuur de interne pijp een bewapening wordt aangebracht, die van meerdere tussen de bewapeningsdelen gelegen openingen of doorgangen is voorzien en 20 bestaat uit materiaal dat bestand is tegen de op de pijp werkzame druk- en trekkrachten; dat om deze bewapening een externe pijp wordt aangebracht, die bestaat uit materiaal dat bestand is tegen zowel het milieu als de temperatuur die kunnen heersen buiten de externe pijp, dat op het binnenvlak van de interne pijp en het 25 buitenoppervlak van de externe pijp een zodanige druk wordt uitgeoefend en dat deze pijpen vervolgens in een drukoven worden gebracht en tot een zodanige hoge temperatuur worden verhit, dat de vloeigrens van het pijpmateriaal wordt overschreden, waardoor de twee pijpen in de openingen of doorgangen tussen de 30 bewapeningsdelen door druk- of fusielassen met elkaar worden verbonden.

3¾ voorkeur wordt hierbij in de ruimte tussen de interne en externe pijp een vacuum opgewekt. Als de interne of externe pijp uit nikkel of een nikkellegering bestaan, terwijl de bewapening 35 uit molybdeen bestaat, zal voor het fusielassen of druklassen 7901691 ' ψ 3 een druk op de pijpen worden uitgeoefend tussen ongeveer 4500 en 5000 kPa terwijl de pijpen worden verhit tot ongeveer 1300°C.

De bewapening kan bestaan uit een netwerk of een vlechtwerk van draden, een kous, maar ook uit draden die sehroeflijn-vormig in tegengestelde richtingen om de pijp zijn gewikkeld. Ook 5 kan een enkele wikkeling worden gewikkeld op een aantal parallelle langsdraden, die op de interne pijp zijn gelegen. Deze bewapening kan verder bestaan uit een buis van passend materiaal bijvoorbeeld plaatmateriaal die om de interne pijp is geschoven en van een groot aantal openingen of doorgangen is voorzien, bijvoorbeeld -J0 door ponsen of zagen. Een voorwaarde is dat er voldoende openingen zijn om door fusielassen onder druk en temperatuur een stevige hechting tussen de interne en de externe pijp tot stand kunnen brengen.

ÏTabij de kopse uiteinden kan men de bewapening over een 15 korte afstand tot het uiteinde achterwege laten, zodat hier, waar de twee pijpen met elkaar zijn verbonden, een kop oppervlak wordt verkregen van uitsluitend het materiaal van de twee coaxiale pijpen.

Het materiaal van zowel de interne als de externe pijp is 20 bij voorkeur nikkel of een nikkellegering zoals inconel 601, welke materialen tegen de gewenste hoge kraaktemperatuur bestand zijn.

Het materiaal is echter niet tot deze genoemde stoffen beperkt.

Ook kunnen bijvoorbeeld kobalt-legeringen worden toegepast, in het algemeen materialen die de genoemde hoge temperatuur en het 25 milieu kunnen verdragen.

Voor de bewapening is vanwege de sterkte in het bijzonder molybdeen en zijn legeringen geschikt. Dit materiaal zal bij de genoemde hoge temperatuur onder invloed van zuurstof onmiddellijk oxyderen. Door de omhullende pijpen van nikkel of legeringen 30 hiervan wordt deze bewapening echter volledig ingebed en aldus zeer doeltreffend tegen het omringende milieu beschermd. Tegelijkertijd geeft het de pijpen de noodzakelijke stevigheid om de procesdruk te kunnen weerstaan, alsmede voldoende sterkte in de langsrichting van de pijp. 35

In plaats van molybdeen kunnen echter ook andere passende 790 1 6 9 1 % ·» 4 materialen worden toegepast, zoals wolfram, tantalium of legeringen hierban.

De fusie tussen de twee coaxiale pijpen in de openingen tussen de bewapeningsdelen levert vanzelfsprekend de noodzakelyke goede warmte-overdracht op van het uitwendige van de pijpen, waar 5 zich de verbrandingsgassen bevinden, naar het inwendige met de stoom en/of het kraakgas. Ook levert deze fusie een goede.afdichting in axiale richting op, indien in een van de pijpwanden een lek zou ontstaan.

Met de pijpen volgens de uitvinding vervaardigd van nikkel- 10 legeringen en molybdeen kunnen kraakgastemperaturen worden bereikt tot tegen 1300°C bij een druk van J00 kPa (3 atmosfeer) of hoger. Deze veel hogere temperatuur dan tot nu toe maximum te bereiken was, te weten 900°C, levert een zeer sterke toename op van het rendement, dat wil zeggen een veel hogere ethyleenopbrengst -\5 by eenzelfde hoeveelheid gestookt aardgas.

De pijp wordt gelijktijdig met het aanwenden van druk verhit tot een temperatuur van ongeveer 1300°. Deze verhitting kan over de gehele pjjplengte plaats vinden, maar ook binnen een korte, de pijp over een deel van zyn lengte omgevende verhittingsoven waar 20 de pijp in zijn langsrichting doorheen wordt gevoerd of die in langsrichting om de pijp wordt gevoerd.

Als de pijp de genoemde hoge oventemperatuur bereikt wordt de vloeigrens van het pijpmateriaal overschreden, zodat de twee coaxiale pijpen onder de bovengenoemde hoge druk en het 25 gewenste vacuum in de tussenruimte zo sterk naar elkaar worden gedrukt, dat het materiaal van de pijpen in de openingen tussen de delen of draden van de bewapening wordt gedrukt en daar door druk- of fusielassen met elkaar wordt verbonden, De delen of draden van de bewapening worden volledig alzijdig ingebed in het 30 materiaal van de coaxiale pijpen zodat het materiaal van de bewapening volledig tegen het uitwendige en inwendige milieu van de pypen wordt beschermd, terwijl de draden ook niet meer kunnen verschuiven.

Vanzelfsprekend moet het materiaal van de bewapening zo- 35 danig zyn, dat by hoge vloeigrenstemperatuur van het materiaal 7301691 * * 5 van de pijpen de bewapening zijn vorm houdt.

De uitvinding zal thans nader worden toegelioht aan de hand van de tekening, waarop een uitvoeringsvoorbeeld van een pip volgens de uitvinding is weergegeven.

]?ig. 1 toont een pip volgens de uitvinding, gedeeltelik 5 in doorsnede, voordat de interne en de externe pijp met elkaar zijn verbonden; fig. 2 toont een pip volgens de uitvinding in doorsnede, na het fusielassen van de interne aan de ecteme pip en het oplassen van een kopse afsluiting. Deze pip is over $0° om de hart-li'n gedraaid ten opzichte van de pip in fig. 1.

.In fig. 1 is een uiteinde van een pip volgens de uitvinding weergegeven, waarbi het meest linkse deel in de figuur geheel in doorsnede is getekend, dat wil zeggen door de beide coaxiale pipen. Het middengedeelte toont alleen de externe pip 15 in doorsnede, terwyl het rechterdeel de externe pip in aanzicht weergeeft.

De interne pip 1, die bi voorkeur uit nikkel of een nikkel-legering bestaat, is in het geval van dit voorbeeld, als bewapening stevig schroeflinvormig, kruiselings omwikkeld met twee 20 molybdeendraden 5 en 4, die in tegengestelde zin zin gewikkeld.

In het linkerdeel van fig. 1 zijn de draden 3 wn 4 eveneens doorgesneden en worden met de ononderbroken getekende lijnen de gangen van deze draden aan de achterzi'de van de interne pijp 1 aangegeven.

Het middengedeelte toont het inwendige van de interne pip 1 25 met de om deze pip kruiselings gewikkelde molybdeendraden 5 en 4·

Over deze draad wordt bi voorkeur nauw passend, de externe pip 2 geschoven, tot de kopse kanten van de beide pipen links in de figuur, vanze fsprekend ook in het niet weergegeven rechterdeel gelik liggen. De pip 2 moet zo nauw passend of schui- 30 vend passend over de molybdeendraden 5 en 4 worden geschoven, dat nog voldoende spleten overbliven om in de gehele tussenruimte 5 over de gehele lengte van de pip vacuum te zuigen.

Het aldus gevormde samenstel van pipen 1 en 2 en draden 5 en 4 wordt vervolgens gebracht in een gasdrukkamer-ovencombi- 35 natie 8. Deze druk-ovencombinatie 8 kan bestaan uit een warmte 7901691 6 geïsoleerde, gesloten drukhuid 10 met warmte-isolatie 11, die de te lassen pijpen geheel omgeeft en gevuld is met een hij voorkeur inert gas. Deze drukovencombinatie 8 is in fig. 1 slechts schematisch aangegeven. De oven wordt verhit door stralingselementen 9·

De vereiste druk wordt bereikt door verhoging van de druk van het 5 inerte vulgas.

De uiteinden van de pijpen 1 en 2 die toegang geven tot de binnenruimte 5 kunnen profisorisch worden afgedicht, bijvoorbeeld door lassen of met ringen 6, waarin vacuum zuigopeningen voor pijpen 7 zijn aangebracht. De pijpen 7 staan in verbinding met de Ί0 genoemde binnenruimte 5 en voeren naar een of meer niet weergegeven vacuumpompen, die buiten de drukkamer-ovencombinatie 8 zijn opgesteld.

Het werkzame ovendeel kan de vorm hebben van· een uit de drukhuid uitspringende ring of kort buisstuk, dat evenals de 15 drukhuid coaxiaal om het pijpsamenstel is geplaatst.

Men kan nu ofwel het pijpensamenstel door de drukoven 10, 8 verplaatsen, maar het pijpensamenstel kan ook stationair worden opgesteld, terwijl de drukoven 10, 8 in de langsrichting van het pijpsamenstel wordt verplaatst. 20

Als het pijpensamenstel in de drukkamer is geplaatst wordt vacuum in de tussenruimte 5 opgewekt. Vervolgens indien de pijpen uit nikkel of een nikkellegering bestaan en de bewapening uit molybdeendraden 5 en 4 wordt de druk in de drukkamer opgevoerd tot op het binnenoppervlak van de binnenpijp 1 en op het buiten- 25 oppervlak van de buitenpijp 2 een druk wordt uitgeoefend van 4500-5000 kPa (45 - 50 atmosfeer). Gedurende het aanleggen van deze druk wordt bij voorkeur het vacuum in de tussenruimte 5 gehandhaafd. Het pijpensamenstel wordt binnen de oven 8, 10 verhit tot een temperatuur van ongeveer 1300°C eveneens bij toepassing van " nikkel of een nikkellegering voor de pijpen. Ter plaatse waa2$Leze t temperatuur wordt bereikt zullen nu door de op de pijpen 1 en 2 uitgeoefende druk en het tussen de pijpen 1 en 2 opgewekte vacuum, na het overschrijden van de vloeigrens van het pijpmateriaal de pijpen naar elkaar toe worden gedrukt, waarbij eerst de axiale 35 7901691 ♦. r 7 ruimte tussen de draden 3 en 4» waar inmiddels een vacuum heerst wordt opgevuld. De druk en temperatuur moeten uiteindelijk zo hoog worden opgevoerd, dat het materiaal van pijp 1 en pijp 2 in de genoemde ruimte tussen de draden volledig samenvloeit, dat wil zeggen dat er tussen de pijpen 1 en 2 een fusielas van zeer 5 goede kwaliteit tot stand is gekomen terwijl de draden 3 en 4 volledig zijn ingebed.

Het pjjpsamenstel kan in de drukpven in zijn langsrichting worden verplaatst, maar ook kan de oven worden verplaatst bij stationaire pijp. In dat geval kan het fusielassen stapsgewijze 10 geschieden, dat wil zeggen dat telkens delen van de pijp worden gelast die corresponderen met de lengte van het kortere verhittings-deel van de drukoven.

In fig. 1 is een uitvoeringsvorm weergegeven waarbij zoals hierboven is vermeld twee ononderbroken draden 3 en 4 kruiselings 15 de binnenpijp 1 zijn gewikkeld. De uitvinding is hiertoe echter vanzelfsprekend niet beperkt. In plaats van twee draden kunnen meer draden worden toegepast, die bijvoorbeeld tussen elkaar worden gewikkeld. De wikkelspoed behoeft ook niet overal constant te zijn, en kan bijvoorbeeld ter plaatse van een hogere temperatuur 20 kleiner worden gekozen.

Ook kunnen eerst op de interne pijp 1 meerdere parallelle draden in langsrichting worden aangebracht, waarover dan schroeflijnvormig een of meer draden worden gewikkeld.

Bij het kiezen van de wanddikte voor de pijpen 1 en 2 moet 25 er vanzelfsprekend rekening mee worden gehouden, dat ook waar twee draden 3 en 4 op elkaar liggen nog voldoende restwand-dikte tussen de buitenzijde en de draden overblijft en dat ook deze draden volledig alzijdig worden ingebed.

De uitvinding is ook niet tot draden met ronde dwarsdoor- 30 sneden beperkt. In plaats van draden kunnen banden of stroken worden toegepast of een betrekkelijk groot mazig geweven buisnet.

Ook is een buisvormige bewapening mogelijk van plaatmateriaal met een groot aantal over de gehele bewapening verdeelde openingen waar het materiaal van de pijpen 1 en 2 kan samenvloeien.

7901091 Γ * 8

Hit de in fig. 2 weergegeven gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een pijp volgens de uitvinding blijkt, dat deze een gegolfd buitenoppervlak bezit, wat het gevolg is van het tussen de draden 3 en 4 naar elkaar toe bewegen van het püpmateriaal. De stippellijn ter plaatse van het cilindervlak van de draden 3 geeft 5 derplaats aan waar de twee buizen 1 en 2 met elkaar zijn verbonden.

Dit is slechts een denkbeeldige lijn, aangezien de samenvloeiing in de praktijk zo volledig is, dat geen materiaal o ver gang kan worden waargenomen.

De kopse zijkanten van de met elkaar verbonden pijpeinden -jq kunnen worden bedekt met een ring 12, die bij voorkeur door oplassen wordt verkregen. Deze ring kan de ring 6 in fig. 1 zijn en zal bij voorkeur uit hetzelfde materiaal als dat van de pijpen 1 en 2 bestaan.

Voor een kraakinstallatie, waarin pijpen volgens de 15 onderhavige uitvinding worden toegepast, kan worden gedacht aan een opstelling met ononderbroken pijpen met een lengte van 10 - 20 m en een diameter van 130 mm uitwendig, waarbij de eveneens ononderbroken bewapening in een arbeidsgang is aangebracht. Vanzelfsprekend kunnen echter ook pijpen met andere afmetingen worden 20 vervaardigd en in kraakinstallaties worden toegepast. Daar volgens de uitvinding pijpen met grote diameter en kleine wanddiktes kunnen worden vervaardigd ontstaat het voordeel van een kleiner temperatuurverschil over de wand en de mogelijkheid om grotere warmtestroomdichtheden toe te passen. Het geringe temperatuur- 25 verschil over de wand verhoogt tevens de maximum te bereiken procestemperatuur van het medium binnen de buis. De mogelijkheid om buizen van voldoende sterkte met grote diameter toe te passen heeft een gunstig effect op het te installeren verwarmde oppervlak. 30

Het spreekt vanzelf dat de uitvinding niet tot de weergegeven en besproken uitvoeringsvorm voor de pyp beperkt is, maar dat wijzigingen en aanvullingen mogelijk zyn zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

35 7901691

Claims (7)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een pijp voor een kraakinstallatie, met het kenmerk, dat om een interne pijp, bestaande nit materiaal dat bestand is tegen het inwendige milieu en de interne temperatuur in de interne pijp een bewapening 5 wordt aangebracht, die van meerdere tussen de bewapeningsdelen gelegen openingen of doorgangen is voorzien en bestaat uit materiaal dat bestand is tegen de op de pijp werkzame druk- en trekkrachten; dat om deze bewapening een externe pijp wordt aangebracht, die bestaat uit materiaal dat bestand is tegen zowel 1q het milieu als de temperatuur die kunnen heersen buiten de externe pijp, dat op het binnenoppervlak van de interne pijp en het buitenoppervlak van de externe pijp een zodanige druk wordt uitgeoefend en dat deze pijpen vervolgens in een drukoven worden gebracht en tot een zodanige hoge temperatuur worden verhit, dat de 15 vloeigrens van het pijpmateriaal wordt overschreden, waardoor de twee pijpen in de openingen of doorgangen tussen de bewapeningsdelen door druk- of fusielassen met elkaar worden verbonden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat in de ruimte tussen de interne en de externe pijp een 20 vacuum wordt opgewekt.

3. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 en 2, m e t het kenmerk, dat de interne en externe pijp bestaan uit nikkel of een nikkellegering, dat de bewapening bestaat uit molybdeendraad en dat voor het fusielassen van de twee pijpen 25 eeh druk op de pijpen wordt uitgeoefend tussen ongeveer 4500 tot 5000 kPa en de pijpen worden verhit tot een temperatuur van ongeveer 1300°C.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bewapening wordt aangebracht jq door het kruiselings tegen elkaar om de interne pijp wikkelen van meerdere draden.

5. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 - 3, m e t het kenmerk, dat de bewapening wordt aangebracht door eerst op de interne pijp meerdere parallelle draden in langs- 35 richting aan te brengen en dat hierover één of meer draden 790 1 6 91 •Γ ♦ 10 schroeflijnvormig wordt gewikkeld of omgekeerd.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kopse uiteinden van de door fusielassen met elkaar verbonden interne en externe pijp met een ring van hetzelfde materiaal als de pijpen worden bedekt. 5

7. Pijp volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de ring door oplassen is aangebracht. 7901691