(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高Ｎｉ-高Ｃｒ系耐熱鋳鋼からなる遠心力鋳造管の内面に溶接肉盛層として形成された高Ｎｉ-高Ｃｒ系耐熱合金からなる管軸方向に螺回する螺旋突起を有する直管を被加工管体とし、高周波誘導加熱コイルを備えた曲げ加工装置において前記被加工管体を管軸方向に移送しながら、前記高周波誘導加熱コイルの内側空間を通過させることにより加熱すると共に、該コイルを通過した被加工管体の加熱帯域に、加工温度６５０〜９００℃、加工速度０.１〜１ｍｍ/分の曲げ加工を施してなる、エチレン製造用反応管である内面突起付き熱交換用曲げ管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油化学工業用反応管等として使用される、管内面に螺旋突起を有する熱交換性にすぐれた曲げ管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油化学工業用反応管、例えばエチレン製造用熱分解炉に設置される反応管は、管内の原料流体（ナフサ，エタン等）に対する管外からの熱供給が効率よく行われるように熱交換性にすぐれていることが望まれる。その反応管として、図３に示すように、管内面に突起（４）（図は管軸方向に螺回する螺旋状の突起である）を形成された管体（２）が提案されている（特開平８−８２４９４号公報等）。管内面の突起（４）による管内流体の乱流形成の効果として、管内反応系に対する熱伝達が高められるのである。また、管温も低く保持され、管体の熱的影響に起因する材質劣化が抑制されることにより、反応管の耐用寿命も向上する。
【０００３】
管内面の突起（４）は、溶接肉盛層として、例えば粉体プラズマ溶接等を適用して形成することができる。図４において、Ｐは内面突起が形成される素管（遠心力鋳造管等）であり、管軸まわりの回転運動を行うように回転駆動装置（２１）に水平保持されている。（２２）は溶接トーチであり、ホルダー（２３）に装着されて素管（Ｐ）内に差し込まれている。素管（Ｐ）を回転させると共に、溶接トーチ（２２）を移動装置（２４）で管軸方向に移動させながら、管内面に溶接ビードを形成することにより、溶接肉盛層として螺旋状の突起（２）を有する直管（１）が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
熱分解反応管の炉内配管は、図５に示すように、直管（ストレート管）（２）と曲げ管（Ｕ字型管・エルボウ管等）（１）とが組み合わされ、管体同士を接合連結することにより形成される。これに、内面突起を有する管体を適用しようとする場合、上記のように直管（２）は遠心力鋳造管等に肉盛溶接で突起（４）を形成したものを使用することができる。しかし、直管と異なって、曲げ管（１）には、そのような内面突起（４）を形成することができない。
直管部に内面突起を形成しても、曲げ管部がそれを有しない配管構成では、反応管の管路全体における効果は少なく、その部分の管温低下の効果を得ることもできない。
本発明は、上記熱分解反応管等の配管構成に使用される内面突起を有する曲げ管を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のエチレン製造用反応管である内面突起付き曲げ管は、
高Ｎｉ-高Ｃｒ系耐熱鋳鋼からなる遠心力鋳造管の内面に溶接肉盛層として形成された高Ｎｉ-高Ｃｒ系耐熱合金からなる管軸方向に螺回する螺旋突起を有する直管を被加工管体とし、高周波誘導加熱コイルを備えた曲げ加工装置において前記被加工管体を管軸方向に移送しながら、前記高周波誘導加熱コイルの内側空間を通過させることにより加熱すると共に、該コイルを通過した被加工管体の加熱帯域に、加工温度６５０〜９００℃、加工速度０.１〜１ｍｍ/分の曲げ加工を施してなるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
曲げ加工に供される直管（２）は、遠心力鋳造管（直管）の内面に突起を形成（肉盛溶接）することにより製作される。図４の装置によれば、種々の形状・分布形態を有する突起を効率的に形成することができる。素管（Ｐ）の回転と溶接トーチ（２２）の管軸方向移動を行いながら肉盛溶接することにより、前記のように螺旋突起が形成され、螺旋のピッチや傾斜角等は、管体の回転速度と溶接トーチ（２２）の軸方向移動速度の調節により任意に設定される。図示のように、複数基の溶接トーチ（２２）（図は２基の場合を示している）をアーム（２３）に並列設置しておけば、１回の軸方向移動で多条螺旋（図の例では２条螺旋）を形成することができる。
【０００７】
また、図４の装置において、例えば溶接トーチ（２２）を管軸方向の１箇所に固定したまま、管体（Ｐ）を回転させて管内面を１周する肉盛層を形成する操作を、管軸方向に一定の間隔を置いて反復実施することにより、管軸と直交する向きの円環形状を有する突起が形成される。肉盛溶接を断続的に反復実施した場合は、断続した分布形態を有する突起を形成することができる。
【０００８】
管内面の突起（４）の形状・分布形態は、管体の用途や管径の大小等に応じて適宜設定される。エチレン製造用熱分解反応管として使用される管体（管径約３０〜１５０ｍｍ）において、螺旋突起を形成する場合を例に挙げれば、突起高さｈ（管内面からの高さ）は約２〜１５ｍｍ、突起幅ｗ（突起基部における螺旋方向と直交する向きの幅サイズ）は約３〜１０ｍｍ、傾斜角度（管軸方向に対する角度）は約１５゜以上、螺旋ピッチｐは約２０〜４００ｍｍ、軸方向間隔ｄ（隣り合う螺旋突起同士の管軸方向離隔距離）は約２００ｍｍ以下とすることができ、これらの値は所望により増減調節される。
【０００９】
管（Ｐ）および突起（４）を形成する合金の材種は、用途・使用環境条件に応じて適宜選択される。エチレン製造用熱分解反応管では、その管材として従来より使用されている耐熱合金、代表的には、ＡＳＴＭ  ＨＫ４０（０．４Ｃ‐２０Ｎｉ‐２５Ｃｒ‐Ｆｅ），ＨＰ（０．５Ｃ‐３５Ｎｉ‐２５Ｃｒ‐Ｆｅ）、あるいは０．５Ｃ−４３Ｎｉ−３１Ｃｒ−Ｆｅ等の高Ｃｒ−高Ｎｉ合金鋼である。突起（４）は、管材と同種の耐熱合金又はそれ以上の高温特性を有する適宜材種を用いて形成される。
【００１０】
内面突起を形成された直管（２）は、高周波曲げ加工により目的とする曲げ管に成形される。図２は、高周波曲げ加工の実施要領を示している。
図中、（１１）は、管体（２）の移送路を形成するガイドローラ、（１２）はその移送路の前端部に設置されている高周波誘導加熱コイルである。管体（２）は、高周波誘導加熱コイル（１２）に包囲された帯域を加熱され、その加熱帯域は、管の前進移送に伴って管軸方向に沿って後端側へ移動していく。（１３）は管体（２）の移送方向を制御するクランプアームである。クランプアーム（１３）は、管体（２）の前端部を握持するチャック（１３１）を有し、基端側は支軸（１３２）により回動自在に軸承されている。
【００１１】
上記曲げ加工装置において、クランプアーム（１３）で先端側を握持拘束された管体（２）は、高周波コイル（１２）で加熱（帯域加熱）されながら、後端側から加えられる押圧力により一定の移送速度で前方に押し出され、押し出し移送に伴うクランプアーム（１３）の回動動作により湾曲形状に成形される。
曲げ加工される管材の昇温速度、加工温度等は、高周波コイル（１２）の電源出力、管体の送り速度などにより調節される。曲げ加工速度は、管材の送り速度と同等である。曲げ管の曲げ半径はクランプアーム（１３）のアーム長さを増減調節することにより所望のとおりに設定され、またクランプアーム（１３）の回動角度により、９０゜エルボウやＵ字管など所望の曲げ形状・曲げ角度を有するベンド管を形成することができる。
【００１２】
エチレン製造用反応管等の高Ｎｉ−高Ｃｒ系耐熱合金鋼からなる曲げ管を製造する場合において、管材に亀裂等の損傷をきたすことなく、効率良く曲げ加工を達成するために、加工温度、曲げ加工速度（管体の送り速度）、および曲げ加工後の冷却速度等の調節は重要である。加工温度が低すぎると、管体の延性の不足により、亀裂を生じさせずに所定の曲げ加工を達成することが困難となり、他方、加工温度が高すぎると、加工途中で、管体の背側（テンション側）の外表面に微小クラックが発生し易くなる。これらの点から、加工温度は、約６５０〜９００℃の範囲に設定するのがよい。また、加工速度が高すぎると、亀裂を誘起し、他方緩徐に過ぎると、加工効率が悪くなる。このため、加工速度は約０．１〜１ｍｍ/分の範囲に設定するのがよい。更に、曲げ加工後の冷却は、亀裂発生を防止するために、一般的な強制冷却に代え、自然放冷による緩徐の冷却とするのがよい。
【００１３】
【実施例】
遠心力鋳造管の内面に、図４の装置による粉体プラズマ溶接を施して螺旋突起（２条螺旋）を形成し、ついで図２の高周波曲げ加工装置に付してＵ字型管を製造する。
【００１４】
［内面突起の形成］
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【００１５】
［高周波曲げ加工］
加工温度：８００℃
加工速度：０．４ｍｍ／分
加工後の冷却：自然放冷
上記曲げ加工により、亀裂等の欠陥のない内面突起付きＵ字型管を得た。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の内面突起付き熱交換用曲げ管は、例えば石油化学工業用反応炉内の配管構成材料として、内面突起付き直管と組み合わせて炉内配管を構成することにより、反応効率や管体の耐用寿命の向上等の効果を得ることを可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内面突起付き曲げ管を示す管軸方向断面図である。
【図２】管体の高周波曲げ加工を示す説明図である。
【図３】内面突起を有する直管を示す管軸方向断面図である。
【図４】管内面に突起を形成するための溶接接施工の例を示す管軸方向断面説明図である。
【図５】直管と曲げ管からなる配管構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１：曲げ管
２：直管
３：管内面
４：突起
１０：高周波曲げ加工装置
１１：ガイドローラ
１２：高周波誘導加熱コイル
１３：クランプアーム
２０：管内面溶接肉盛装置
２１：管体回転駆動装置
２２：溶接トーチ
２３：溶接トーチ移動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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