WO2004046277A1 - 螺旋状フィン付きクラッキングチューブ - Google Patents

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Masahiro Inui
Kaoru Hamada
Kenji Otsubo
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Kubota Corporation
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    • F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors

Definitions

  • the present invention relates to a cracking tube of a pyrolysis reaction furnace for producing ethylene or the like, particularly in a cracking tube in which fins having a function of stirring the fluid in the pipe are provided on the inner surface of the pipe while maintaining the effect of promoting heat transfer to the fluid in the pipe.
  • the pressure loss can be suppressed as much as possible.
  • Olefins such as ethylene and propylene are produced by pyrolyzing hydrocarbon (naphtha, natural gas, nitrogen, etc.) source gas.
  • hydrocarbon raw material gas is introduced together with steam into a cracking coil provided in a heating furnace supplied with heat from the outside, and heated to the reaction temperature range while flowing through the cracking coil at high speed.
  • the cracking coil is typically formed in a meandering shape by connecting a bent bend tube to a plurality of tubes (straight tubes).
  • fins are provided on the inner surface of the tube of the cracking coil as a stirring element for the fluid in the tube.
  • the turbulence is formed by stirring, and it is possible to heat and raise the temperature rapidly. As a result, the reaction is completed in a short time, and lightening due to over-decomposition is avoided. Also, by improving the heat transfer efficiency of the tube, the temperature of the tube can be lowered, and the service life of the tube can be improved.
  • the fin (1) is formed in a continuous spiral at a constant inclination angle 0 with respect to the tube axis.
  • Fig. 13 is a continuous spiral fin of Fig. 12 formed intermittently.
  • the fin (1) and the non-fin part (2) on the spiral trajectory are alternated in every turn. Is formed.
  • the fins (1) and the non-fin portions (2) are formed on a plurality of lines parallel to the tube axis with a distribution pattern in which the fins (1) and the non-fin portions (2) are alternately distributed.
  • the fins are parallel to the tube axis, the effect of stirring the fluid in the tube is insufficient, and the desired heat transfer performance cannot be obtained.
  • an object of the present invention is to suppress a pressure loss as much as possible while maintaining an effect of promoting heat transfer to a fluid in a pipe.
  • a cracking tube is characterized in that a fin having a function of agitating a fluid in the pipe is formed on the inner surface of the pipe so as to be inclined with respect to a pipe axis.
  • Draw spiral path and intermittent in spiral direction The pipe is provided with a fin-free area on the inner surface of the pipe from one end face to the other end face of the pipe axis over the entire length in the pipe axis direction.
  • FIG. 1 is a developed view of the inner surface of a tube for explaining one embodiment of a distribution pattern of fins formed on the inner surface of the tube of the cracking tube of the present invention.
  • FIG. 2 is a developed view of the inner surface of the tube for explaining another embodiment of the distribution pattern of the fins formed on the inner surface of the tube of the cracking tube of the present invention.
  • FIG. 3 is a developed view of the inner surface of the tube for explaining another embodiment of the distribution pattern of the fins formed on the inner surface of the tube of the cracking tube of the present invention.
  • FIG. 4 is a developed view of the inner surface of the tube for explaining another embodiment of the distribution pattern of the fins formed on the inner surface of the tube of the cracking tube of the present invention.
  • FIG. 5 is a developed view of the inner surface of the tube for explaining another embodiment of the distribution pattern of the fins formed on the inner surface of the tube of the cracking tube of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the distribution form of the fins shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the tube of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a method of performing overlay welding in which spiral fins are formed as overlay beads.
  • Figure 9 is a graph showing the heat transfer characteristics of the test tube from the experiment.
  • FIG. 10 is a graph showing the pressure loss characteristics of a test tube in an experiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic shape of a test coil.
  • FIG. 12 is a developed view of the inner surface of a conventional cracking tube for explaining a distribution pattern of fins formed on the inner surface of the tube.
  • FIG. 13 is a developed view of the inner surface of the tube for explaining another distribution pattern of the fins formed on the inner surface of the tube of the conventional cracking tube.
  • FIG. 14 is a developed view of the inner surface of the tube for explaining another distribution pattern of the fins formed on the inner surface of the tube of the conventional cracking tube.
  • FIG. 1 is a developed view of an inner surface of a pipe showing an embodiment of a distribution form of spiral fins of the present invention.
  • the fin (1) is formed intermittently along a spiral trajectory having a constant inclination angle 0 with respect to the tube axis direction X.
  • the diagonal dotted line indicates the spiral locus
  • the vertical dotted line indicates the connection of the spiral
  • the horizontal chain line indicates the band Z A where the fins (1) are arranged in the tube axis direction, and the non-fin portion where there are no fins. and shows the band Z B of (2).
  • Fig. 1 shows an example in which the number of fins per turn is four, but the corresponding fins (1) and non-fin portions (2) on each turn line are aligned in a direction parallel to the tube axis. I have.
  • 2 to 5 are developed views of the inner surface of a tube showing another embodiment of the distribution form of the spiral fins of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of a spiral fin in which spiral trajectories having different inclination angles of 0 are continuous.
  • the angle of inclination of the spiral 0 I in the region I of the pipeline is larger than the angle of inclination of the spiral in the region] !, and the fin (1) and the non-fin portion (2) are each a band parallel to the tube axis. It is located in ⁇ ⁇ and Z ⁇ .
  • FIG. 3 shows an example in which two spiral trajectories are used. Fins are formed intermittently along the spiral trajectories S1 and S2 at the same inclination angle S.
  • the fin (11) and the non-fin part (21) are formed on the spiral locus S1
  • the fin ( ⁇ ) and the non-fin Down portion (22) is formed on the helical locus S 2
  • fins (U) ([pi) is band Zeta lambda
  • non off I (21) (22) is arranged in the band Zeta beta.
  • FIG. 4 shows an example in which, in a spiral fin composed of two spiral trajectories S1 and S2, the fins of each spiral trajectory are formed in different sizes.
  • the fin (11) of the spiral track S1 is formed longer than the fin (12) of the spiral track S2.
  • fins (11) (12) is in the band Zeta Alpha, all or a portion of the non-fin portion (21) (22) is arranged in the band Zeta beta.
  • the spiral fin in FIG. 5 has four spiral trajectories S 1 _ S 4, and the fins (11) and (14) belonging to each of the spiral trajectories S 1 — S 4 are gradually moved in the circumferential direction. This is an example in which the gap is changed.
  • the fin groups (11)-(14) on each helical trajectory are in band ⁇ ⁇
  • the non-fin groups (21)-(24) are in band Za.
  • the fins (11) and (14) of each spiral locus draw a wave shape (indicated by a chain line) within the band ⁇ ⁇ .
  • FIGS. 2 to 5 have a region ZB in which no fin is present on the inner surface of the pipe, from one end face of the pipe axis to the other end face, over the entire length in the pipe axis direction.
  • Fig. 6 is an explanatory diagram of the distribution form of the fins shown in Fig. 3, where 0 is the inclination angle of the spiral fin, p is the pitch, and the fins in the direction of the tube axis between the opposing fins on adjacent swirl lines. These are center-to-center distances, which are appropriately determined according to the inner diameter D of the pipe.
  • the inclination angle 0 is about 15 to 85 degrees and the pitch p is about 2 ⁇ to 400 mm can be cited.
  • the fin height H (projection height from the pipe inner surface) is, for example, about 1/3 to 1/10 of the inner diameter of the pipe, and the fin length L is, for example, about 5 to 100 mm.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a spiral fin in a plane orthogonal to the tube axis, and shows an example in which the number of fins on one rotation line is four.
  • the arc length (projection plane) of each fin is represented by w and the number of fins on one turning line is represented by n
  • the spiral fin can be efficiently formed as a build-up bead by, for example, a build-up welding method such as powder plasma welding (PTA welding).
  • a build-up welding method such as powder plasma welding (PTA welding).
  • PTA welding powder plasma welding
  • Figure 8 shows an example of the construction.
  • the tube (50) is horizontally supported by a rotary driving device (not shown), and is rotatable about a tube axis X.
  • the welding torch (51) is fixed to the support arm (52).
  • the support arm (52) is arranged so as to move in the tube axis direction while maintaining a posture parallel to the tube axis.
  • the welding torch (51) is supplied with powder (build-up material) through a supply pipe (53), and forms a build-up bead on the inner surface of the pipe.
  • powder build-up material
  • the welding torch (51) is supplied with powder (build-up material) through a supply pipe (53), and forms a build-up bead on the inner surface of the pipe.
  • the number and width of the Z ⁇ (arc length in the projected image in Fig. 6), etc. are appropriately adjusted according to the rotation speed of the tube (50), the number of welding torches (51) installed, the horizontal movement speed, the intermittent cycle of the plasma arc, etc. be able to.
  • the helical fins extend over the entire length of the pipeline from the entrance end to the exit end of the tube, or at appropriate locations in the pipeline, such as the region near the entrance side of the pipeline, the middle region, the region near the exit side, etc. As described above, one or a plurality of areas are selected and arranged.
  • the material forming the spiral fins is a heat-resistant alloy of the same kind as the tube, for example, 25Cr-Ni (SCH22), 25Cr-35Ni (SCH24) Incoloy (trade name) ), Etc.
  • various heat-resistant alloys that can withstand the use environment of the tube are appropriately used.
  • Test tubes T1 and T5 were prepared, and the heat transfer coefficient h (W / mVK) and the pressure loss dP (Pa) were measured.
  • T1 is an invention example
  • T2-T5 is a comparative example, and their forms are shown in Table 1.
  • Arc length ratio R (Sum of fin arc length per turn in projected image on plane perpendicular to tube axis) I (Inner circumference of tube) * * For arc length ratio of T4, Of the thickness of the pipe) / (perimeter of the inner surface of the pipe).
  • the experimental conditions are as follows.
  • Fig. 9 film heat transfer coefficient h
  • Fig. 10 pressure loss dP
  • test tube T1 of the invention example has substantially the same heat transfer characteristics as the test tube T2 of the continuous spiral fin and T3 of the discontinuous spiral fin, and the pressure loss Is almost equivalent to test tube T.
  • test tubes T2 and T3 have a larger pressure loss than the test tube T1, and cause a decrease in yield as described later.
  • test tube T4 is inferior in heat transfer characteristics to the test tube T1, and thus has a problem of coking in addition to a decrease in yield.
  • test tube T5 is a smooth tube without fins
  • the pressure loss is better than the test tube T1 of the present invention, but the heat transfer characteristics are inferior. Similarly, yield and coking problems arise.
  • test tube T1 of the invention can suppress the pressure loss as much as possible while maintaining the desired heat transfer characteristics.
  • thermal fluid analysis was performed to simulate the operating conditions of the reaction tube for ethylene production, and the pressure loss of the fluid in the tube and the yields of ethylene and propylene were determined.
  • the coil tube (straight tube section) shown in Fig. 11 has an inner diameter of 63.5 mm, a wall thickness of 6.4 mm, and a length of 9.6 m. From the upstream side, the first pass, the second pass, number 3 This is the fourth pass, and Table 2 shows the structure of test tubes T6-T9.
  • the test tube T 6 is an invention example
  • the test tubes T 7-T 9 are comparative examples
  • the distribution of fins in the tube (straight tube section) is as shown in FIG. T8 is the same as that shown in FIG. T9 is an example in which no fin is formed.
  • Table 2
  • the inclination angle is 60 degrees
  • the fin height is 3.5 mm
  • the pitch is 115 mm
  • the analysis conditions are as follows: fluid pressure at the coil outlet is 1.98 kg / cm 2 (absolute pressure), coil inlet temperature is 600 ° C, The coil outlet temperature was set at 830.
  • the flow rate per coil is set to 840 kg / h for naphtha and 4.20 kg / h for steam.
  • Table 3 shows the temperatures for the first to fourth passes of the tube.
  • Table 4 shows the analysis results of the pressure and temperature of the pipe fluid at the inlet and outlet of the coil, the pressure loss, and the yields of ethylene and propylene.
  • T6 Absolute pressure
  • T7-T8 has almost the same heat transfer efficiency and can operate at lower tube temperatures.
  • T6 has a lower pressure loss than T7-T8, and has a higher yield of ethylene and propylene.
  • T9 has low pressure loss, but poor heat transfer efficiency, resulting in poor ethylene and propylene yields Industrial applicability
  • the cracking tube of this invention can reduce the pressure loss of the fluid in a pipe as much as possible, maintaining the high heat transfer characteristic by the stirring action of the fin by the distribution form of the spiral fin formed in the pipe inner surface. . .

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Abstract

エチレン等を製造する熱分解反応炉で用いられるクラッキングチューブ(50)であって、管の内面に、管内流体の撹拌作用を有するフィン(1)が管軸に対して傾斜して形成されており、フィンは１条乃至複数条の螺旋軌跡を描いて螺旋方向に断続して配備され、管軸の一方の端面から他方の端面まで、管軸方向の全体に亘って、管内面にフィンの存在しない領域(ＺＢ)を有している。

Description

明細書 螺旋状フィン付きクラッキングチューブ 技術分野
本発明は、 エチレン等製造用熱分解反応炉のクラッキングチューブに 関し、 特に管内流体の撹拌作用を有するフィンが管内面に設けられたク ラッキングチューブにおいて、 管内流体に対する伝熱促進効果を維持し つつ、 圧力損失を可及的に抑制し得るようにしたものである。
背景技術
エチレン、 プロピレン等のォレフィンは、 炭化水素（ナフサ、 天然ガス、 ェ夕ン等）の原料ガスを熱分解することによって生成される。 熱分解反応 は、 外部から熱供給される加熱炉内に配備されたクラッキングコイル中 に、 炭化水素原料ガスを水蒸気と共に導入し、 クラッキングコイル内を 高速で流通する間に、 反応温度域まで加熱することによって行われる。 クラッキングコイルは、 典型的には、 複数のチューブ（直管）に、 屈曲 したベンド管を接続し、 蛇行した形状に構成されている。
熱分解反応を効率良く行なうには、 高速流通する管内流体を短時間に 管路の径方向中心部まで熱分解反応温度域に加熱昇温し、 かつ高温加熱 をできるだけ回避することが重要である。 高温での加熱時間が長くなる と、 炭化水素類の過度の軽質化（メタン、 遊離炭素等の生成）や分解生成 物の重縮合反応等により、 目的製品の収率低下が大きくなる。 また、 コ 一キング（遊離炭素の管内面への沈積）が助長され、 管体の熱伝達係数の 低下を招くから、 デコーキング作業の実施を頻繁に行なう必要が生ずる。 そこで、 クラッキングコイルのチューブ内面に管内流体の撹拌要素と してフィンを設けることが行われており、 高速流通する流体はフィンの 撹拌によって乱流を形成し、 急速に加熱昇温することが可能となる。 こ の結果、 反応は短時間で完結し、 過分解に伴う軽質化が回避される。 ま た、 管体の熱伝達効率の向上により、 管体温度を低くすることが可能と なり、 管体の耐用寿命向上の効果がもたらされる。
クラッキングチューブのフィン形成例として、 例えば、 図 1 2乃至図 1 4の展開図に示される形態のものが提案されている（特開平 9— 2 4 1 7 8 1号）。
図 1 2の例は、 フィ ン（1)が、 管軸に対して一定の傾斜角 0にて連続す る螺旋に形成されている。
図 1 3の例は、 図 1 2の連続螺旋フィンを断続的に形成したもので、 螺旋軌跡上におけるフィン（1 )と非フィン部（2)とが、 1旋回毎に入れ替 わった千鳥状の分布パターンをもつて形成されている。
これらの例は、 管内流体の撹拌効果が大きく、 管内流体に対する熱伝 達性能にすぐれるが、 一方では、 管内流体の圧力損失が大きいため、 内 圧が上昇し、 熱分解操業において、 エチレン、 プロピレン等の収率の低 下を招く不都合がある。
図 1 4の例は、 管軸に平行な複数の線上に、 フィン（1 )と非フィン部 (2)とが交互に分布する分布パターンをもって形成されている。 しかし、 フィンが管軸に対して平行であるため、 管内流体の撹拌効果が不十分で あり、 所望の熱伝達性能が得られない。
上記に鑑み、 本発明の目的は、 管内流体に対する伝熱促進効果を維持 しつつ、 圧力損失を可及的に抑制することである。
発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明のクラッキングチューブは、 管の 内面に、 管内流体の撹拌作用を有するフィンが管軸に対して傾斜して形 成され、 該フィンは 1条乃至複数条の螺旋軌跡を描いて螺旋方向に断続 して配備されており、 管軸の一方の端面から他方の端面まで、 管軸方向 の全長に亘つて、 管内面にフィンの存在しない領域を有するようにした ものである。
この構成によって、 螺旋状フィンによる管内流体への高い熱伝達作用 を維持しながら、 管内流体の圧力損失を可及的に少なく抑えることがで きる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明のクラッキングチューブの管内面に形成されたフィン の分布パターンの一実施例を説明するための管内面の展開図である。 図 2は、 本発明のクラッキングチューブの管内面に形成されたフィン の分布パターンの他の実施例を説明するための管内面の展開図である。 図 3は、 本発明のクラッキングチューブの管内面に形成されたフィン の分布パターンの他の実施例を説明するための管内面の展開図である。 図 4は、 本発明のクラッキングチューブの管内面に形成されたフィン の分布パターンの他の実施例を説明するための管内面の展開図である。 図 5は、 本発明のクラッキングチューブの管内面に形成されたフィン の分布パターンの他の実施例を説明するための管内面の展開図である。 図 6は、 図 3に示すフィンの分布形態の説明図である。
図 7は、 図 1に示す実施例のチューブの横断面図である
図 8は、 螺旋状フィンを肉盛ビ一ドとして形成する肉盛溶接の施工方 法を説明する図である。
図 9は、 実験による供試管の伝熱特性を示すグラフである。
図 1 0は、 実験による供試管の圧力損失特性を示すグラフである。 図 1 1は、 供試コイルの概略形状を説明する図である。
図 1 2は、 従来のクラッキングチューブの管内面に形成されたフィン の分布パターンを説明するための管内面の展開図である。 図 1 3は、 従来のクラッキングチューブの管内面に形成されたフィン の他の分布パターンを説明するための管内面の展開図である。
図 1 4は、 従来のクラッキングチューブの管内面に形成されたフィン の他の分布パターンを説明するための管内面の展開図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明のクラッキングチューブについて、 図面に示す実施例を参照し、 以下に詳細に説明する。
図 1は、 本発明の螺旋状フィンの分布形態の一実施例を示す管内面の 展開図である。
フィン（1 )は、 管軸方向 Xに対して一定の傾斜角 0をなす螺旋軌跡に沿 つて断続的に形成されている。 斜めの点線は螺旋軌跡、 垂直の点線は螺 旋の繋がりを夫々示しており、 水平の鎖線は管軸方向にフィン（1 )が並ん で分布する帯域 Z Aと、 フィンが存在しない非フィン部（2)の帯域 Z Bを示 している。
図 1では、 1旋回当たりのフィンの個数が 4個の例を示しているが、 各旋回線上の相対応するフィン（1)と非フィン部（2)は管軸に平行な向き に並んでいる。
図 2乃至図 5は、 本発明の螺旋状フィンの分布形態の他の実施例を示 す管内面の展開図である。
図 2は、 傾斜角 0の異なる螺旋軌跡が連続した螺旋状フィンの例であ る。 管路の領域 I における螺旋の傾斜角 0 Iは、 領域]!における螺旋の傾 斜角 よりも大きくなつており、 フィン（1 )と非フィン部（2)は夫々が 管軸に平行な帯域 Ζ Λと Z Β内に配置されている。
図 3は、 螺旋軌跡を 2条とした例であり、 フィ ンは、 同じ傾斜角 Sに て、 螺旋軌跡 S 1及び S 2に沿って断続的に形成されている。 フィン（1 1)と非フィン部（21)は螺旋軌跡 S 1上に形成され、 フィン（Π)と非フィ ン部（22)は螺旋軌跡 S 2上に形成され、 フィン（U) (Π)は帯域 Ζ Λ、 非フ ィ部（21) (22)は帯域 Ζ Β内に配置されている。
図 4は、 2条の螺旋軌跡 S 1及び S 2からなる螺旋状フィンにおいて、 各螺旋軌跡のフィンを異なるサイズに形成した例を示している。 螺旋軌 跡 S 1のフィン（11)は、 螺旋軌跡 S 2のフィン（12)よりも長く形成され ている。 この場合も、 フィン（11) (12)は帯域 ΖΑ内にあり、 非フィン部 (21) (22)の全部又は一部分は帯域 Ζ Β内に配置されている。
図 5の螺旋状フィンは、 4条の螺旋軌跡 S 1 _ S 4を有し、 各螺旋軌 跡 S 1 — S 4の夫々に属するフィン（11)一（14)を円周方向に少しずつ間 隔を変えて形成した例である。 4条の螺旋軌跡 S 1— S 4において、 各 螺旋軌跡上のフィン群（11)一（14)は帯域 Ζ Λ内に、 非フィン部群（21)— (24)は帯域 Z a内に配置されている。 しかも、 各螺旋軌跡のフィン（11)一 (14)は、 帯域 Ζ Α内で波形状（鎖線で表示）を描いている。
それゆえ、 図 2乃至図 5の例は全て、 管軸の一方の端面から他方の端 面まで、 管軸方向の全長亘つて、 管内面にフィンの存在しない領域 Z Bを 有している。
図 6は、 図 3に示すフィンの分布形態の説明図であり、， 0は螺旋状フ イ ンの傾斜角、 pはピッチで、 隣り合う旋回線上の相対するフィンどう しの管軸方向の中心間距離であり、 これらは管の内径 Dに応じて適宜定 められる。
例えば、 内径 Dが約 3 0— 1 5 0 mmのチューブにおいて、 傾斜角 0 は約 1 5 _ 8 5度、 ピッチ pは約 2 Ό— 4 0 0 mmの例を挙げることが できる。 ピッチ pは螺旋の傾斜角 Θと螺旋条数 Nにより拡縮調整される (p = E/N、 但し、 Eは螺旋リード）。
フィンの高さ H (管内面からの突出高さ）は例えば管内径の約 1 /3 0乃 至 1 /1 0、 フィンの長さ Lは例えば約 5— 1 0 0 mmであり、 具体的に は管内径 D及び螺旋軌跡の 1旋回線当たりの分断数等に応じて設定され る。
図 7は、 管軸直交面における螺旋状フィンの断面図であり、 1旋回線 上のフィン数が 4つの例を示している。 各フィンの弧長（投影面）を w、 1旋回線上のフィンの個数を nで表すと、 フィンの弧長の総和 TWは、 TW=wX nである。
なお、 フィンの弧長総和 TWが管の内面周長 C (C = U D)に占める比 率 R (R = TWZ C)は、 約 0. 3 — 0. 8であることが望ましい。 螺旋状 フィンによる管内流体に対する伝熱促進作用を維持しつつ、 圧力損失を できるだけ低く抑えるためであり、 この値があまりに小さいと伝熱促進 作用が低下し、 あまりに大きいと圧力損失が大きくなりすぎるためであ る。
螺旋状フィンは、 例えば、 例えば粉体プラズマ溶接（P T A溶接）など の肉盛溶接法により、 肉盛ビードとして効率的に形成することができる。 図 8はその施工例を示している。
チューブ（50)は、 回転駆動装置（図示せず）に水平担持され、 管軸 Xを 中心に回転可能である。 溶接トーチ（51)は支持アーム（52)に固定されて いる。 支持アーム（52)は管軸に平行な姿勢を保持して管軸方向に進退移 動するように配蘆されている。
溶接トーチ（51)は、 粉体（肉盛用材料）が供給管（53)により供給され、 管内面に肉盛ビードを形成する。 チューブ（50)の回転と溶接トーチ（51) の水平移動（管軸方向）により、 プラズマ溶接を断続的に行ない、 肉盛ビ ―ドからなる螺旋状フィンが形成される。
図示のように 2台の溶接トーチ（51)を設置している場合は、 2条の螺 旋状フィンが形成される。
形成される螺旋状フィンの条数、 傾斜角 、 ピッチ p、 フィンの帯域 Z Λの数と幅（図 6の投影像における弧長）等は、 チューブ（50)の回転速度、 溶接トーチ（51)の設置台数、 水平移動速度、 プラズマアークの断続周期 等によって適宜調節することができる。
螺旋状フィンは、 チューブの入側端から出側端に到る管路全長に亘っ て、 或いは管路の適宜箇所、 例えば管路の入側付近の領域、 中間領域、 出側付近の領域等の如く、 1乃至複数の領域を選択して配設される。
なお、 螺旋状フィンを形成する材料は、 チューブと同種の耐熱合金、 例えば 2 5 C r— N i (S CH 2 2)、 2 5 C r - 3 5 N i (S C H 24 ) インコロイ（商標名）等であり、 このほかチューブの使用環境に耐え得る 種々の耐熱合金が適宜使用される。
次に具体的実施例を挙げて説明する。
実施例 1
供試管 T 1一 T 5を作製し、 境膜伝熱係数 h (W/mVK)と圧力損失 d P (P a)を測定した。
T 1は発明例、 T 2— T 5は比較例であり、 それらの形態を表 1に示 す。
[表 1 ]
Figure imgf000010_0001
(注） * 弧長比 R = (管軸直交面上の投影像における 1旋回当りのフィン弧長の和〉 I (管の内面周長) * * T 4の弧長比については、 （フィンの肉厚の合計） / (管の内面周長） として求めた。
実験条件は次の通りである。
•試験流体： 空気
•流体温度（入側端） ：室温
• レイノルズ数： 20, 000 - 60, 000
•圧力損失の測定区間： 1000mm
測定結果を、 図 9 (境膜伝熱係数 h )及び図 1 0 (圧力損失 d P )に示し ており、 夫々、 供試管 T 5のレイノルズ数 20, 000での値を 1 . 0 (基準 値）とする比率で表している。
図 9及び図 1 0を参照すると、 発明例の供試管 T 1は、 伝熱特性につ いては連続螺旋フィンの供試管 T 2及び断続螺旋フィンの T 3とほぼ同 等であり、 圧力損失については供試管 T とほぼ同等である。
しかし、 供試管 T 2及び T 3は、 供試管 T 1 と比べて圧力損失が大き く、 後述の如く、 収率の低下を招く。
一方、 供試管 T 4は、 供試管 T 1と比べて伝熱特性に劣るから、 収率 低下の他、 コーキング発生の問題がある。
なお、 供試管 T 5はフィンなしの平滑管であるため、 圧力損失の点で は、 本発明の供試管 T 1よりもすぐれているが、 伝熱特性の点で劣り、 供試管 T 4と同様、 収率とコーキングの問題が生ずる。
これに対し、 発明例の供試管 T 1は、 所望の伝熱特性を維持しつつ、 圧力損失を可及的に抑制することができる。
実施例 2
次に、 図 1 1に示す W型コイルについて、 エチレン製造用反応管の使 用条件を模擬した熱流体解析を行ない、 管内流体の圧力損失と、 ェチレ ン及びプロピレンの収率を求めた。
図 1 1に示すコイルのチューブ（直管部）は、 内径 6 3 . 5 mm、 肉厚は 6 . 4 m m、 長さ 9 . 6 mであり、 上流側から第 1パス、 第 2パス、 第 3 パス、 第 4パスであり、 供試管 T 6—T 9の構造を表 2に記載している。 供試管 T 6は発明例、 供試管 T 7— T 9は比較例であり、 チューブ（直 管部）のフィ ンの分布形態は、 供試管 T 6は図 1、 T 7は図 1 3、 T 8は 図 1 2に示すものと同じである。 なお、 T 9は、 フィンを形成しない例 である。 表 2
Figure imgf000012_0001
(注） * フィン A ： 図 1 に示す分布形態の断続螺旋 （フィン数 =4個 /1旋回）
傾斜角 60度、 フィン高さ 3.5画、 ピッチ 115· 2画 フィン B ： 図 1 3に示す分布形態の断続螺旋
傾斜角 60度、 フィン高さ 3.5睡、 ピッチ 115.2mm フィン C ： 図 1 2に示す分布形態の連続螺旋
傾斜角 60度、 フィン高さ 3· 5議、 ピッチ 115· 2mm 解析条件は、 コイル出口の流体圧力を 1. 9 8 k g/c m2 (絶対圧力）、 コイル入口温度を 6 0 0 °C、 コイル出口温度を 8 3 0 に設定した。 な お、 1コイルあたりの流量設定は、 ナフサが 840 k g/h、 スチームが 4.2 0 k g/hである。
チューブの第 1パス—第 4パスにおける温度を表 3に示している。 コイルの入口と出口での管内流体の圧力及び温度、 圧力損失、 ェチレ ン及びプロピレンの収率の解析結果を表 4に示している。 表 3
Figure imgf000013_0001
表 4
Figure imgf000013_0002
(注） *絶対圧力 表 3に示されるように、 T 6の管温度は T 7 - T 8と同程度であり、 T 9と比べると約 2 0 以上低い。 これは、 T 6— T 8がほぼ同程度の 伝熱効率を有しており、 より低い管温度で操業できることを意味する。 表 4を参照すると、 T 6は T 7— T 8よりも圧力損失が少なく、 ェチ レン及びプロピレンの収率にすぐれている。 なお、 T 9は、 圧力損失は 少ないが、 伝熱効率に劣るため、 エチレン及びプロピレンの収率に劣つ ている 産業上の利用可能性
本発明のクラッキングチューブは、 管内面に形成された螺旋状フィン の分布形態により、 フィンの撹拌作用による高伝熱特性を維持しつつ、 管内流体の圧力損失を可及的に少なくすることができる。 .
従って、 エチレン、 プロピレン等の収率の向上の他、 チューブのデコ 一キング作業の低減、 チューブの耐用寿命の向上をもたらすことができ る等、 エチレン等製造用熱分解炉におけるクラッキングチューブとして 有用である。

Claims

請求の範囲
1. 管の内面に、 管内流体の撹拌作用を有するフィンが管軸に対して傾 斜して形成されたクラッキングチューブにおいて、
フィンは 1条乃至複数条の螺旋軌跡を描いて螺旋方向に断続して配 備され、 管軸の一方の端面から他方の端面まで、 管軸方向の全長に亘 つて、 管内面にフィンの存在しない領域を有することを特徴とするク ラッキングチューブ。
2. フィ ンの傾斜角は 1 5度〜 8 5度である請求項 1に記載のクラツキ ングチューブ。
3. フィンは、 管内面の周長 C (C== 7tD、 但し、 Dは管の内径） に対 するフィンの弧長の和 TW(TW = wX n、 但し、 wはフィンの弧長で 管軸直交面における投影面上の長さ、 nは 1旋回線上のフィンの数）の 比 TWZCは、 0. 3— 0. 8である請求項 1又は請求項 2に記載のク ラッキングチューブ。
4. フィンは溶接肉盛ビ一ドである請求項 1に記載のクラッキングチュ ーブ。
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