SE529444C2 - Rör och användning av röret - Google Patents

Description

25 30 35 529 444 2 temperatur av approximativt 750°C till 950°C. Detta tunna alumi- niumoxidskikt förhindrar att Fe hos basmaterialet kommer i kon- takt med gasen som strömmar inuti röret, vilket är viktigt efter- som Fe verkar som en katalysator för bildande av koks på ytan hos röret genom så kallad katalytisk uppkolning. Dessutom kan pyrolytisk uppkolning uppträda i gasflödet. Den katalytiska upp- kolningen är emellertid huvudproblemet. l sådana rör gjorda av andra vanligt använda material, såsom Alloy 800 HT, som inte tillhandahåller ett aluminiumoxidskikt av denna typ har koks pro- ducerats inuti röret och avsatts på den invändiga väggen hos rö- ret under reducerande av gasflödet i röret och värmeöverföringen från röret till gasen som strömmar däri. Det fanns i sådana rör av nämnda andra vanligt använda material även en risk för fullstän- dig tilltäppning av röret med koks. Fastän kända rör av den in- ledningsvis definierade typen är fördelaktiga med avseende på nämnda konventionella rör finns en ständig strävan att tillhanda- hålla rör av den typ som beskrivs i SE C2 524 010 med förbätt- rade egenskaper.

Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett rör av den inledningsvis definierade typen, vilket kommer att förbättra effektiviteten hos en krackningsugn.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhandahålla ett aluminiumoxidbildande rör i vilket åtminstone den ena av den utvändiga och den invändiga ytan hos röret är belagd med an- tingen en metall, en metallegering eller en metallförening, vilken efter oxidation bildar ett skikt med en emissionskoefficient som överskrider 0,7, eller med ett skikt som består väsentligen av en metalloxid som har en emissionskoefficient som överskrider 0,7.

Genom att förse åtminstone den ena av den utvändiga och den invändiga ytan hos röret med ett nämnt ytbeläggningsskikt med en emissionskoefficient som överskrider 0,7, dvs. som är högre än emissionskoefficienten hos Al2O3, vilken är 0,7, kommer ett rör med en ökad emissionsförmåga där nämnda ytbeläggnings-skikt är applicerat att uppnås med avseende på ett rör med ett yttre skikt av 10 15 20 25 30 35 529 44-4 3 Al2O3. AI2O3 kommer vid användning av röret för det avsedda än- damålet, t.ex. strålningsuppvärmning i exempelvis en uppkolande miljö, att vara närvarande under nämnda ytbeläggningsskikt, så att bildandet av koks fortfarande förhindras att uppträda. Detta innebär att det inte är nödvändigt att utföra avgasningsoperatio- ner för att avlägsna koks från röret lika ofta som i jämförelse med exempelvis Alloy 800 HT nämnt här ovan. Denna högre emis- sionskoefficient resulterar i en ökad effektivitet hos strålnings- uppvärmningen genom ett sådant rör, eftersom mindre effekt kommer att krävas för att uppnà en viss uppvärmningsverkan. l den ovan beskrivna applikationen av röret för krackning av gas- formiga kolväten innebär detta att mindre effekt krävs för upp- värmning av en gasblandning som strömmar med en förutbe- stämd flödeshastighet igenom röret till en förutbestämd tempe- ratur, så att effekt kan sparas eller gasflödeshastigheten kan ökas för en förutbestämd effekt under fortfarande uppnående av uppvärmning av gasblandningen till en förutbestämd temperatur.

Detta innebär att det är möjligt att uppnå en högre effektivitet hos krackningsugnen som helhet. En bonuseffekt av den ökade emis- sionskoefficienten är en förlängd livstid hos ett sådant rör enligt uppfinningen med avseende på tidigare kända strålningsupp- värmningsrör.

Enligt teorin för värmeöverföring genom strålning kan nämnda emissionskoefficient antaga ett värde mellan 0 och 1 och varierar för vanliga material frân värden som är så låga som 0,05 för en blank metallyta upp till 0,9 för vissa material som dessutom har en lämplig yträhet.

Skiktet av AI2O3 som skall finnas på ytan hos röret vid använd- ning av röret för strålningsuppvärmning i en uppkolande miljö kommer att bildas antingen vid tillverkning av röret, när sådan tillverkning involverar uppvärmning av basmaterialet till en till- räckligt hög temperatur, eller senare när röret uppvärms under dess avsedda användning. Det har visat sig att en ickeoxiderad yta av nämnda FeCrAl-basmaterial kommer att bilda ett Al2O3- skikt vid uppvärmning till den relevanta temperaturen även om 10 15 20 25 30 35 529 444 4 nämnda yta är belagd med ett nämnt ytbeläggningsskikt. Al2O3- skiktet kan förutom egenskaperna att förhindra produktion av koks även förbättra vidhäftningen av det yttersta ytskiktet och basmaterialdelen (substratet) hos röret. Materialet använt för nämnda ytbeläggningsskikt bör företrädesvis ha en låg Iöslighet i Al2O3, så att det inte kan förändra egenskaperna hos AI2O3- skiktet.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är nämnda ytbelägg- ningsskikt utformat att tillhandahålla en nämnd emissionskoeffi- cient som överskrider 0,8, vilket kommer att resultera i en vä- sentlig effektivitetsökning med avseende på fallet av ett sådant rör som inte har något ytbeläggningsskikt av denna typ och följ- aktligen en emissionskoefficient av 0,7.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är endast en för- sta av nämnda utvändiga och invändiga yta av röret belagd med nämnda ytbeläggningsskikt för att tillåta den andra av nämnda utvändiga och invändiga yta hos röret att vara i kontakt med en gasatmosfär för vilken varje risk för att oönskade ämnen som kommer från beläggningsskiktet in i gasatmosfären måste undvi- kas. Effektivitetsökningen hos strålningsuppvärmningen kommer att vara den bästa om både den utvändiga och den invändiga ytan hos röret är belagd med nämnda ytbeläggningsskikt, men i fallet av ett krav på att undvika varje risk för att oönskade ämnen som kommer från beläggningsskiktet träder in i gasatmosfären utanför eller inuti röret kan det avstås från att belägga en av nämnda ytor. Exempelvis i ovannämnda fall av en användning i en krackningsugn kan det väljas att endast förse den utvändiga ytan hos röret med nämnda ytbeläggningsskikt för att undvika varje risk för introducerande av ämnen från detta skikt in i pro- cessgasen som strömmar inuti röret, eftersom sådana ämnen skulle kunna störa processtegen nedströms om ugnen.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen består nämnda yt- beläggningsskikt av en metall eller metallegering som spontant bildar nämnda metalloxid vid den avsedda driftstemperaturen 10 15 20 25 30 35 529 444 5 och/eller miljön hos röret för strålningsuppvärmning. Detta utgör ett lämpligt sätt att uppnå nämnda ökade emissionskoefficient på. Detta inkluderar sådant spontant bildande vid driftstempera- turen för strålningsuppvärmning samt vid lägre temperaturer un- der fasen för uppvärmning av röret för att höja driftstemperatu- ren.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är metallen, me- tallegeringen eller metalloxiden hos nämnda ytbeläggningsskikt nickel eller kobolt, en legering som innehåller nickel och/eller ko- bolt eller en metalloxid som innehåller nickel och/eller kobolt.

Det har visat sig att koboltoxid har endast en liten om ens någon inverkan på tillväxten av AI2O3 för bildande av nämnda AI2O3- skikt vid höga temperaturer. Dessutom är lösligheten av Co/CoO i Al2O3 försumbar, vilket betyder att ett koboltoxidskikt, som är närvarande på ytan vid begynnelsen, även är beläget på ytan hos röret efter en lång tid och är tämligen opåverkat. Även om ett ytskikt av en koboltoxid är önskvärt skulle även ett ytskikt av metallisk kobolt eller andra koboltlegeringar kunna anbringas, förutsatt att det blir oxiderat när röret når driftstemperaturen.

Skiktet av Co kan exempelvis appliceras på röret genom vaku- umdeponering. Vid användning av nickel för nämnda ytbelägg- ningsskikt ökar emissionskoefficienten hos röret när ytskiktet oxideras till NiO. Ett Ni-skikt kan exempelvis appliceras elektro- lytiskt på röret.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen har röret ett FeCrAl-basmaterial som innehåller 10-25 vikt-% Cr, 1-10 vikt-% Al, 0-5 vikt-% Mo, en mindre mängd legeringselement och resten Fe. Detta från SE C2 524 010 kända rörbasmaterialet har fördel- aktiga särdrag med avseende på användningen för värmestrål- ning. Uppfinningen är emellertid applicerbar på alla typer av rör som bildar ett skikt av Al2O3 vid höga temperaturer, nämligen 750°C-950°C, såsom S&C HT60 med NiCrAlFe som basmaterial. 10 15 20 25 30 35 529 444 6 Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är halten av Mo i nämnda basmaterial 2-3,5 vikt-%. Mo-halten i basmaterialet re- sulterar i en högre hållfasthet hos detta material, men anled- ningen till att hålla molybdenhalten jämförelsevis låg är att när molybdenhalten är för hög kan en flyktig molybdenoxid MoOa bil- das, vilken förångas och försvinner, så att bulken hos materialet delvis utarmas på Mo och därigenom hållfastheten hos materialet reduceras. Molybdenhalten resulterar i en högre kryphållfasthet och en motsvarande märkbar ökning av livslängden hos röret.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen innehåller bas- materialet hos röret mindre fraktioner av ett eller flera av leger- ingselementen hafnium, zirkonium, yttrium, kväve, kol och syre, varvid den totala halten av dessa legeringselement är max 5 vikt- %, företrädesvis max 3 vikt-%. Dessa legeringselement kan ge basmaterialet hos röret egenskaper som är föredragna ur kryp- hållfasthets- och/eller korrosionsbeständighetssynpunkt.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen har ytbelägg- ningsskiktet en tjocklek > 0,3 pm, företrädesvis > 0,5 pm. Det har upptäckts att en tjocklek av ytbeläggningsskiktet som överskrider 0,3 pm krävs för uppnàende av en märkbar ökning av emissionskoefficienten hos rörytan, och den bör vara över 0,5 pm för uppnàende av den emissionskoefficient som är möjlig för det material som används för ytbeläggningsskiktet. Det synes som om A|2O3 kan bildas under ett sådant ytbeläggningsskikt obero- ende av dess tjocklek, men det får naturligtvis inte vara för tjockt så att detta inte är möjligt vid applicerande av ytbeläggnings- skiktet innan AIQOS-skiktet bildas. Detta innebär att i ett sådant fall kan tjockleken som en försiktighetsåtgärd väljas att inte överskrida 5 pm.

Uppfinningen avser även ett rörsystem som innefattar ett flertal rör enligt föreliggande uppfinning. Ett sådant rörsystem kommer att ha ovannämnda fördelaktiga särdrag när det används för upp- värmning av ett medium eller föremål. 10 15 20 25 30 35 529 444 7 Uppfinningen avser även en krackningsugn för krackning av gasformiga kolväten, såsom för bildande av eten, vilken innehål- ler ett rör för strålningsuppvärmning enligt föreliggande uppfin- ning. Funktionen hos en krackningsugn med ett sådant rör och fördelarna hos den framgår av avhandlingen ovan.

Uppfinningen avser även en användning av ett rör enligt förelig- gande uppfinning i en uppkolande atmosfär, där det kan dra nytta av dess aluminiumoxidytbildande egenskaper.

Uppfinningen avser dessutom användningen av ett rör enligt fö- religgande uppfinning i en ugn för strålningsuppvärmning av ett medium inuti röret genom mottagande av strålningsvärme på den utvändiga ytan av röret. l ett sådant fall kan den tillgängliga ef- fekten utnyttjas mera effektivt eller effekt kan sparas med avse- ende på ett rör som har AI2O3 som det yttre skiktet som täcker exempelvis den utvändiga ytan av röret. Effektiviteten kan då ökas ännu mer när även den andra, såsom den invändiga ytan hos röret, är belagd med nämnda ytbeläggningsskikt. Medlet är då företrädesvis i form av ett gasformigt medium inuti röret, fastän även fasta material eller vätskeformiga media kan upp- värmas på detta sätt. En speciellt fördelaktig användning av ett rör enligt uppfinningen är i en krackningsugn för krackning av kolväten som strömmar igenom röret, såsom för bildande av eten. Det påpekas dock att uppfinningen även fungerar i andra applikationer, där denna typ av strålningsuppvärmning äger rum, än i krackningsugnar.

En annan möjlig användning av ett rör enligt uppfinningen är i en ugn för uppvärmning av föremål som skall placeras i ugnen ge- nom uppvärmning av röret från insidan för att stråla värme till omgivningen av röret. uppvärmningen av mestadels kalla föremål placerade i en sådan ugn för värmebehandling därav kommer att vara mera effektiv genom användning av ett rör med en ökad emmisionskoefficient hos åtminstone den ena av dess utvändiga och invändiga yta. 529 444 8 Uppfinningen är naturligtvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan många möjligheter till modifikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på området utan avvikelse från uppfinningens grundidé såsom denna definieras i bifogade krav.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 529 444 Patentkrav Metallrör för uppvärmning av ett medium eller föremål utanför detta eller inuti det genom överföring av värme- energi igenom väggar hos röret, varvid värme absorbe- ras eller emitteras åtminstone till en väsentlig grad ge- nom strålning på den ena eller båda av de inre och yttre ytorna hos röret, varvid röret är av ett material som bil- dar ett skikt av väsentligen Al2O3 på sina ytor när det uppvärms till åtminstone approximativt 750°C, @1_n_e_-_ tecknat därav, att åtminstone den ena av den utvändiga och den invändiga ytan hos röret är belagd med antingen en metall, en metallegering eller en metallförening, vilken efter oxidation bildar ett skikt med en emissionskoefficient som överskrider 0,7, eller med ett skikt som består väsentligen av en metalloxid som har en emissionskoefficient som överskrider 0,7. Rör enligt krav 1, kännetecknat därav, att nämnda ytbe- läggningsskikt är utformat att tillhandahålla en nämnd emissionskoefficient som överskrider 0,8. Rör enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att endast en första av nämnda utvändiga och invändiga yta hos röret är belagd med nämnda ytbeläggningsskikt för att tillåta den andra av nämnda utvändiga och invändiga yta hos röret att vara i kontakt med en gasatmosfär för vil- ken varje risk för att oönskade ämnen kommer från nämnda beläggningsskikt in i denna gasatmosfär måste undvikas. Rör enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att nämnda ytbeläggningsskikt består av en me- tall eller metallegering som spontant bildar nämnda metalloxid vid den avsedda driftstemperaturen och/eller miljön hos röret för strålningsuppvärmning. 10 15 20 25 30 35 10. 11. 12. 13. 529 444 10 Rör enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att metallen, metallegeringen eller metalloxiden hos nämnda ytbeläggningsskikt är nickel eller kobolt, en legering som innehåller nickel och/eller kobolt eller en metalloxid som innehåller nickel och/eller kobolt. Rör enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att röret har ett FeCrAl-basmaterial som innehål- ler 10-25 vikt-% Cr, 1-10 vikt-% Al, 0-5 vikt-% Mo, en mindre mängd av legeringselement och resten Fe. Rör enligt krav 6, kännetecknat därav, att halten av Mo i nämnda basmaterial är 2-3,5 vikt-%. Rör enligt krav 6 eller 7, kännetecknat därav, att basmaterialet hos röret innehåller mindre fraktioner av ett eller flera av legeringselementen hafnium, zirkonium, yttrium, kväve, kol och syre, och att den totala halten av dessa legeringselement är max 5 vikt-%, företrädesvis max 3 vikt-%. Rör enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att ytbeläggningsskiktet har en tjocklek >0,3 pm, företrädesvis >O,5 pm. Rör enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att det är ett krackningsrör. Rörsystem innefattande ett flertal rör enligt något av kraven 1-10. Krackningsugn för krackning av gasformiga kolväten, så- som för bildande av eten, kännetecknad därav, att den innehåller ett rör enligt något av kraven 1-10. Användning av ett rör enligt något av kraven 1-10 i en uppkolande miljö. 10 15 20 25 30 35 14. 15. 16. 17. 529 444 11 Användning av röret enligt något av kraven 1-10 i en ugn för stràlningsuppvärmning av ett medium inuti röret genom mottagning av stràlningsvärme på den utvändiga ytan av röret. Användning enligt krav 14 för uppvärmning av ett me- dium i form av ett gasformigt medium inuti röret. Användning enligt krav 15, vid vilken röret är anordnat i en krackningsugn för krackning av kolväten som ström- mar igenom röret, såsom för bildande av eten. Användning av ett rör enligt något av kraven 1-9 i en ugn för uppvärmning av föremål som skall placeras i ug- nen genom uppvärmning av röret från insidan för strål- ning av värme till omgivningen av röret.