RS20070043A - Višeslojna cev, postupak za proizvodnju višeslojne cevi i njena upotreba - Google Patents

Abstract

Pronalazak se odnosi na cev koja je naročito dobro prilagodjena specijalnim zahtevima za upotrebu u oblasti kao što je hidropiroliza. Inventivna cev obuhvata prvu komponentnu cev i drugu komponentnu cev. Jedna komponentna cev je nameštena unutar druge komponentne cevi. Prva komponentna cev je centrifugalno livena cev i druga komponentna cev se proizvodi presovanjem praha.

Description

VIŠESLOJNA CEV, POSTUPAK ZA PROIZVODNJU VIŠESLOJNE CEVI I NJENA UPOTREBA

Pronalazak se odnosi na višeslojnu cev, postupak za proizvodnju višeslojne cevi i njenu upotrebu.

Cevne peći u kojima se mešavina ugljovodonika i vodene pare propušta kroz niz pojedinačnih ili krivudavih cevi (namotaji cevi za krekovanje) na temperaturama iznad 750°C, načinjenih od legura hrom-nikl-čelika, otpornih na toplotu, velike otpornosti na oksidaciju ili ljuskanje u otpadnim gasovima i velike otpornosti na karburizaciju, pokazale su se kao pogodne za pirolizu ugljovodonika (sirovih derivata nafte) na visokom temperaturama. Cevni namotaj i sadrže vertikalne, prave sekcije cevi koje su medjusobno povezane U-oblikovanim cevnim lukovima ili su postavljene medjusobno paralelno. Obično se zagrevaju pomoću bočnih grejača a u nekim slučajevima i donjim grejačima, pa se tako javlja ono što je poznato kao svetla strana, okrenuta ka grejačima, i ono što je poznato kao tamna strana, koja je pomerena za 90° u odnosu na svetlu stranu, tj. pruža se u pravcu redova cevi. Srednje temperature metala cevi (TMT) u nekim slučajevima prelaze 1000°C.

Vek trajanja cevi za krekovanje zavisi u veoma velikoj meri od otpornosti materijala cevi na karburizaciju, a takodje i od brzine taloženja koksa na materijal cevi. Odlučujući faktor za brzinu taloženja koksa, t.j. porasta sloja nataloženog ugljenika (pirolizni koks) na unutrašnji zid cevi jeste, pored vrste korišćenog ugljovodonika, temperatura gasa za krekovanje u području unutrašnjeg zida, i ono što je poznato kao teški radni uslovi, a obuhvata uticaj pritiska u sistemu i vremena zadržavanja u sistemu cevi na prinos etilena. Teški radni uslovi definišu se na bazi srednje izlazne temperature gasova za krekovanje (npr. 850°C). Što je temperatura gasa u blizini unutrašnjeg zida cevi viša od pomenute temperature, to je veći porast sloja piroliznog koksa, a izolaciono delovanje tog sloja omogućuje još viši porast temperature metala cevi. Mada legure hrom-nikl-čelika koje sadrže 0,4% ugljenika, preko 25% hroma i preko 20% nikla, na primer 35% hroma, 45% nikla i, ako je potrebno, 1% niobijuma, koje se koriste kao materijal cevi imaju veliku otpornost na karburizaciju, ugljenik difunduje u zid cevi na mestima oštećenja u oksidnom sloju, gde dovodi do značajne karburizacije koja može dovesti do sadržaja ugljenika od 1% do 3% na dubini zida od 0,5 do 3 mm. To je povezano sa značajnim gubitkom žilavosti materijala cevi, uz rizik obrazovanja prskotina u slučaju kolebljivih toplotnih opterećenja, naročito kada se peć pušta u rad ili se njen rad prekida.

Da bi se razbile naslage nataloženog ugljenika (koksa) na unutrašnjem zidu cevi, neophodno je da se povremeno prekida proces krekovanja i da se pirolizni koks sagori mešavinom pare i vazduha. To zahteva prekid rada u trajanju do 36 časova, i ima znatan negativan uticaj na ekonomičnost postupka.

Takodje je poznata iz britanskog patenta 969 796 primena cevi za krekovanje sa unutrašnjim rebrima. Mada unutrašnja rebra ove vrste dovode do unutrašnje površine koja je dobrih nekoliko procenata, na primer 10%, veća uz odgovarajuće poboljšanje prenosa toplote, ona su takodje povezana i sa posle-dicama znatnog povećanja gubitka pritiska u poredjenju sa glatkom cevi, a zbog trenja na uvećanoj unutrašnjoj površini. Veći gubitak pritiska zahteva viši pritisak u sistemu i stoga ima negativan uticaj na prinos. Dodatni činilac je i to što se poznati materijali za cevi sa velikim sadržajem ugljenika i hroma više ne mogu profilisati obradom na hladno, na primer hladnim izvlačenjem. Oni imaju nedostatak da se njihova sposobnost deformisanja znatno smanjuje povećanjem njihove otpornosti na zagrevanje i otpornosti na karburizaciju i oksidaciju.To je dovelo do visokih temperatura od, na primer, do 1050°C, koje su poželjne s obzirom na prinos etilena i koje zahtevaju primenu centrifugalno livenih cevi.

U postupku centrifugalnog livenja, stopljena legura se izlije na kraju kalupa za livenje cevi koji kao takav rotira velikom brzinom da stopljena legura formira sloj tečne legure na unutrašnjoj strani kalupa za livenje. Nakon što legura očvrsne, rotacija pomenutog kalupa se zaustavlja i cev koja se fomira na ovaj način može da bude izbačena iz kalupa. Cev se buši po dužini da bi se dobio željeni unutrašnji prečnik. Bilo kakve nečistoće u vidu oksida uvek će da budu lakše od legure i stoga će " plutati " u unutrašnjosti cevi, što za posledicu ima njihovo uklanjanje bušenjem.

Kako se, medjutim, centrifugalno livene cevi mogu proizvesti samo sa cilindričnim zidovima, potrebni su posebni postupci rezanja ili uklanjanja mašinskom obradom elektrolitičkog materijala, ako se žele proizvesti cevi sa unutrašnjim rebrima.

Evrposki patent br. EP 0 980 729 BI opisuje ovaj tip elektrolitičkih mašinskih operacija za centrifugalno livene cevi. U tu svrhu, prazna cev se postavlja u žljeb koji se zaptiva oko otvorenih krajeva cevi. Zaptivanje dozvoljava da u elektrodnu cev utiče i ističe samo elektrolit kao i štapić sa elektrodom, koji na svom kraju ima vezanu elektrodu; elektroda se pomoću štapića sa elektrodom pomera duž unutrašnjosti cevi koja se podvrgava mašinskoj obradi i to duž osovine cevi.

Na spoljnoj površini, elektroda ima veliki broj vrhova i neravnina. Materijal sa unutrašnje strane cevi se uklanja elektrolitički na osnovu razlike u voltaži koja se primenjuje izmedju elektrode i cevi preko električnih krajeva, koji su uredjeni u prostoru duž cevi, i preko vezivnog bloka na kraju elektrode. Na ovaj način, unutrašnja cev je dobila profil geometrijskog oblika spoljašnje površine elektrode. Medjutim , ispostavilo se daje ovaj postupak komplikovan za izvodjenje.

Proizvodnja višeslojnih cevi centrifugalnim livenjem, pri čemu se delovi cevi proizvode u odvojenim fazama mašinske obrade i metalurški spajaju jedna za drugu,

poznata je iz američke prijave br. US, 6, 406, 800 BI, koja opisuje cev za cevovode za transportavanje čvrstih proizvoda. Višeslojna cev koja se koristi kao polazni proizvod za savijena cev proizvodi se centrifugalnim livenjem. Pre svega, materijal koji formira spoljnu cev se sipa u stopljenom stanju u kalup za livenje, koji rotira velikom brzinom, tako da stopljena legura formira sloj tečne legure na unutrašnjosti kalupa za livenje. Kratko pre nego što legura u potpunosti očvrsne ili odmah nakon

potpuog očvršćavanja materijala, stopljena legura koja gradi unutrašnju cev se na sličan način s ipa u kalup za rotaciono livenje, tako da druga stopljena legura formira sloj tečne legure na unutrašnjem delu prvo očvrsnute legure. Dva materijala

se pomešaju u prelaznom regionu izmedju sponje cevi i unutrašnje cevi i stoga proizvodi metaluršku vezu izmedju dve cevi. Legure koje su opisane u američkoj prijavi br. US, 6, 406, 800 BI nisu pogodne za korišćenje u postupku pirolize na visokim temperaturama. Dalji nedostatak je taj što samo legure koje su pogodne za centrifugalno livenje mogu da se koriste za unutrašnje i spoljašnje cevi.

Osim toga, poznato je iz američke patentne prijave br. 5, 069, 866 da se može proizvesti cev koja ima spoljašnju cev i unutrašnju cev koja je spojena za spoljnu cev postupkom izostatičkog pritiska toplotom (HIP) iz dva praha. Čelik ili legure nikla koje su opisane u ovom dokumentu, medjutim, nisu pogodne za upotrebu u postupcima pirolilze na visokim temperaturama.

Imajući u vidu ovu osnovu, pronalazak se zasniva na problemu predlaganja jedne cevi koja je posebno dobro prilagođena specifičnim zahtevima nametnutim u posebnim oblastima primene, kao što je, na primer, hidropiroliza. Dalje se zasniva na nameri da se predloži postupak za izradu cevi koje imaju jednu unutrašnju i jednu spoljnu komponentnu cev.

Ovaj je problem rešen predmetom nezavisnih zahteva, dok su pogodne konfiguracije date u zavisnim zahtevima.

Pronalazak se zasniva na osnovnom konceptu obrazovanja jedne višeslojne cevi koja ima jednu prvu komponentnu cev i jednu drugu komponentnu cev, u kojoj je jedna cev postavljena u drugu cev, pri čemu je prva cev jedna centrifugalno livena cev dok je druga cev izrađena presovanjem nekog praška. Kombinovanjem dveju komponentnih cevi omogućuje se da cev prema pronalasku bude posebno prilagođena zahtevima koje nalažu posebne oblasti primene, kao što je, na primer, hidropiroliza.

Druga osnovna cev se može posebno koristiti za poboljšanje svojstava centrifu-galno livenih cevi protiv korozije, čak i na temperaturama do 1200°C, otpornosti na habanje,

cementacije (čelika) kada se koristi u postrojenjima za razlaganje etilena, kod prenošenja toplote.

Za primenu kod prenošenja veoma korozivnih materija, može se koristiti jedna centrifugalno livena cev načinjena od materiala otpornog na koroziju koji ima, na primer, ograničena mehanička svojstva, dok je ostatak debljine zida načinjen od jeftinijeg materijala dobrih mehaničkih svojstava.

Zbog svoje homogene mikrostrukture i mogućnosti korišćenja hrom-nikl čelika, centrifugalno livena cev posebno je pogodna za toplotno razlaganje ugljovo-donika.

Međutim, obrazovanjem druge komponentne cevi, koja se izrađuje od nekog praška, na primer toplim izostatičkim presovanjem, moguće je da se centrifugalno livenoj cevi dodaju druga svojstva koja ta cev ne može sama steći. Tako, na primer, druga komponentna cev može biti načinjena od materijala koji nisu pogodni za postupak centrifugalnog livenja, ali se mogu proizvesti u obliku praška. Pored toga, druga komponentna cev može biti izvedena sa određenom geometrijom, na primer sa površinskim profilom, tokom presovanja praška. Kod čisto centrifugalno livenih cevi, geometrijski oblici te vrste mogu se ostvariti samo složenom dodatnom mašinskom obradom, na primer operacijama rezanja ili elektrolitičkog uklanjanja materijala. Višeslojna cev prema pronalasku može, međutim, da ima i glatku površinu. U tom slučaju prednost većeg izbora praška dolazi do izražaja. U izvesnim okolnostima takođe se mogu odbaciti skupe dalje obrade centrifugalno livene cevi, na primer operacija bušenja centrifugalno livene cevi koja treba da se koristi u višeslojnoj cevi.

Pod višeslojnom cevi podrazumeva se cev koja, gledano na njenom poprečnom preseku, ima najmanje dva područja (komponentne cevi) koja se međusobno razlikuju po načinu na koji su proizvedena,

Pod presovanjem praška podrazumeva se bilo koje presovanje praška koje, ukoliko je potrebno u kombinaciji sa zagrevanjem praška, dovodi do obrazo-vanja jednog kohezivnog čvrstog tela od praška ili od prethodno presovanog praška. Posebno je poželjno da se druga komponentna cev proizvede pomoću toplog izostatičkog

presovanja (HIP - hot isostatic pressing).

Kod jednog preporučljivog izvođenja, prva komponentna cev postavljena je tako da neposredno naleže na drugu komponentnu cev, posmatrano u radijalnom pravcu višeslojne cevi, a jedna je od njenih površina čvrsto spojena sa jednom površinom druge komponentne cevi. Takođe je, međutim moguće da se izrađuju druge komponentne cevi, posebno druge centrifugalno livene cevi ili druge komponentne cevi izrađene presovanjem nekog praška. Na taj je način moguće da se izrađuju različiti slojevi jedne kompozitne cevi koji imaju željena svojstva za njihov posebni položaj u poprečnom preseku cevi.

Kod jednog preporučljivog izvođenja, druga komponentna cev ima profil koji naročito obuhvata jedno ili više unutrašnjih rebara, pri čemu profil može biti i jedan spoljni profil. Takav profil se može koristiti da utiče na tečnosti koje teku unutar višeslojne cevi prema pronalasku ili tečnosti koje teku duž spoljne strane višeslojne cevi, na primer tako što će im dati vrtložno kretanje. Posebno prepo-ručljivo je izvođenje sa unutrašnjim rebrima koje je izuzetno pogodno za primenu u postupku toplotnog razlaganja ugljovodonika u prisustvu vodene pare.

Zavisno od strane centrifugalno livene cevi koja treba da dobije posebna svojstva pomoću druge komponentne cevi (spoljna strana / unutrašnja strana), moguće je izraditi drugu komponentnu cev unutar prve komponentne cevi ili oko prve komponentne cevi.

Jedan preporučljiv profil toka koji se sastoji od središnjeg toka i vrtložnog toka u višeslojnoj cevi prema pronalasku sa unutrašnjim rebrima može se postići primenom jedne višeslojne cevi u kojoj je bočni ugao rebara, koja se poželjno pružaju od početka do kraja cevi, odnosno spoljni ugao između bokova rebara i poluprečnika cevi, jednak između 16° do 20°, najbolje 17,5° do 18,5°, a to znači daje veći od onoga što je poznato kao venturijev ugao, tj ugao otvora venturi mlaznice u smeru toka, a koji obično ne prelazi 15°. Bočni ugao ove vrste, posebno u kombinaciji sa rebrom pod nagibom od 20° do 40°, obezbeđuje da se jedan više ili manje turbulentni tok koji se vraća u uvale rebara iza bokova rebara, a koji dovodi do obrazovanja neželjenih vrtloženja, tj. zatvorenih nabora u kojima se javlja turbulencija u uvalama rebara, ne obrazuje u uvalama rebara. Energija vrtloženja koji stvaraju rebra time se u suštini zadržava i ne gubi se većim delom u uvalama rebara. To dovodi do snižavanja temperature metalne cevi i njenog uravnotežavanja a takođ izjednačuje temperaturu po poprečnom preseku cevi.

Rebra i udubljenja izmedju rebara mogu biti projektovana simetrično kao u ogledalu i nadovezivati se jedna na druga ili mogu obrazovati jednu spiralnu lliniju, ali u svakom slučaju sa istim poluprečnikom krivine. Tada se bočni ugao dobija izmedju tangente udubljenja izmedju rebara/ prenosne tačke rebra i poluprečnika višeslojne cevi. U tom slučaju rebra su relativno kratka, a visina rebra tj. kružno rastojanje izmedju udubljenja rebara i vrhova rebara, proizilazi iz odnosa površinske zone rebra unutar kružnog omotača i jasnog preseka. Odnos može da bude izmedju 0.06 i 0.01 (po mogućstvu izmedju 0.08 i 0.1). Zbog toga se visina rebara povećava sa porastom prečnika, tako da se vrtložni protok zadržava po jačini i po intenzitetu potrebnom za delovanje profila.

Drugim rečima, smanjenje jasne zone, koja se bazira na glatkoj cevi sa istim prečnikom kao i profilom kružnog omotača, je uglavnom 3%, a po mogućstvu je od 1.5% do 2.5%.

Dobij a se veća brzina protoka izmedju rebara ili u udubljenjima izmedju rebara, što dovodi do efekta samočišćenja, tj. smanjenja nataloženog piroliznog koksa.

Ispitivanja su pokazala daje, bez obzira na unutrašnji prečnik cevi, ukupan broj od 6 do 20, po mogućstvu 8 rebara, dovoljan je da se postigne profil protoka prema pronalasku.

U višeslojnoj cevi sa unutrašnjim rebrima prema pronalasku, odnos je koeficijenata prenosa toplote Qr/Qoprema koeficijentu gubitaka pritiska APr/APopri ogledu sa vodom, primenjujući i poštujući zakone sličnosti i Gejnoldsov broj za mešavinu nafta/vodena para, najbolje od 1,4 do 1,5, gde R označava jednu rebrastu cev a 0 označava jednu glatku cev.

Prednost rebraste cevi prema pronalasku (profil 3) u poredjenju sa glatkom cevi (profil 0) i rebrastom cevi sa paralelnim rebarima u osi (profil 1), kod kojih je radijalno rastojanje izmedju dna medju rebrima i vrhova rebara 4,8 mm, ilustrovana je podacima prikazanim u sledećoj tabeli. Rebraste cevi imaju po 8 rebara i isti krug omotača.

U gornjoj tabeli, hidraulički prečnik definisan je na sledeći način:

Dhydr= 4 x (čist poprečni presek) / unutrašnji obim

a poželjno je da odgovara unutrašnjem prečniku jedne poredive glatke cevi i tada se dobija faktor homogenosti od 1,425.

Kod ispitivanja vodom, višeslojna cev prema pronalasku imala je prenos toplote (Qr) koji je bio veći za faktor 2,56 od glatke cevi, sa gubitkom pritiska (APR) koji je bio veći samo za faktor 1,76.

U poželjnom izvodjenju prva komponentna cev se sastoji od :

i naročito je poželjno da se prva komponentna cev sastoji od jedne od DIN EN 10027 materijala za 1 deo GX40 CrNiSi25-20, GX40 NiCrSiNb35-25, GX45NiCrSiNbTi35-25, GX35CrNiSiNb24-24, GX45NiCrSi35-25, GX43NiCrWSi35-25-4, GX10NiCrNb32-20, GX50CrNiSi30-30, G-NiCr28W, G-NiCrCoW, GX45NiCrSiNb45-35, GX13NiCrNb45-35, GX13NiCrNb37-25, GX55NiCrWZr33-30-04. Ovi materijali su se pokazali posebno pogodni za upotrebu na visokim temperaturama u postupcima za termalno krekovanje ugljovodnika.

U poželjnom izvodjenju, druga komponentna cev se sastoji od istog materijala kao i prva komponentna cev. Medjutim, da bi se podesila posebna svojstva, takodje je poželjno za drugu komponentnu cev da se sastoji od keramičkog materijala, intermetalnog materijala ili ODS materijala. Intermetalni materijali mogu da postanu inertni u agresivnim atmosferama, dok ODS materijali zadržavaju dobru otpornost na kidanje pri puzanju materijala korišćenjem fino dispergovanih čestica oksida.

Postupak prema pronalasku za proizvodnju višeslojne cevi obezbedjuje da prah dolazi u kontakt sa unutrašnjom i spoljnom površinom centrifugalno livene cevi, i da prah bude presovan da bi se formirala druga komponentna cev koja se metalurškim postupkom vezuje se za centrifugalno livenu cev.

Korišćenjem praška za izradu druge komponentne cevi moguće je izraditi komponentnu cev od kombinacija materijala koji nisu pogodni za centrifugalno livenje ili se mogu proizvesti samo uz velike troškove (na primer u inertnoj atmosferi). Pored toga, mogu se izrađivati cevi koje se ne mogu centrifugalno liti zbog njihove geometrije, kao što je, na primer, unutrašnja cev debljine zida od samo nekoliko mm. Time se posebno omogućuje, nanošenjem specifičnih materijala, prilagođavanje spoljne ili uutrašnje površine jedne centrifugalno livene cevi područjima primene u kojima centrifugalno liveni materijali zahtevaju posebnu zaštitu, na primer zaštitu od korozije ili koksovanja.

Prašak se može naneti raspršivanjem na površinu centrifugalno livene cevi na koju treba da se nanese druga komponentna cev. To se posebno pogodno izvodi ako je centrifugalno livena cev na nekoj povišenoj temperaturi. U tom cilju, centrifugalno livena cev može biti prskana praškom neposredno nakon što je izlivena, ili se može posebno ponovo zagrevati radi nanošenja praška.

Posebno je poželjno da prašak bude zagrevan tokom izrade višeslojne cevi. To se poželjno može izvesti istovremeno sa presovanjem, na primer pomoću toplog izostatičkog presovanja koje se inače posebno rado koristi. Mečutim, isto tako je moguće da se prašak zagreva pre sabijanja. Ako se sabijanje i zagrevanje praška odvijaju istovremeno, dobija se druga komponentna cev velike gustine, male poroznosti i dobrog metalurškog vezivanja.

Zagrevanje praška može se izvesti prenošenjem toplote spolja, na primer zagrevanjem centrifugalno livene cevi ili pomoću struje gasa koja teče preko praška ili pomoću nekog grejnog elementa koji je u dodiru sa praškom. Isto tako je, međutim, moguće da se prašak indukciono zagreva.

Prašak se može prethodno zgusnuti pre sabijanja. To se posebno pogodno vrši vibriranjem. Da bi se poboljšalo rukovanje praškom, on se može prethodno zgusnuti van centrifugalno livene cevi da bi se obrazovalo jedno oblikovano telo, na primer da bi se obrazovala neka cev ili cilindar. Prethodno zgušnjavanje može se vršiti u meri dovoljnoj da oblikovano telo bude pogodno za rukovanje, odnosno, da bude, na primer, samonoseće. Prethodno zgusnuti prašak u vidu oblikovanog tela potom se lako umeće u centrifugalno livenu cev.

Svojstva rukovanja praškom mogu se dopunski ili kao alternativa poboljšati ako se prašak vezuje korišćenjem nekog veziva, na primer za izradu jednog oblikovanog tela.

Poželjno je da vezivo napusti prašak tokom presovanja, posebno tokom presovanja uz zagrevanje.

Posebno je poželjno da se proizvede jedna višeslojna cev kod koje je druga komponentna cev postavljena u prvu komponentnu cev postupkom kod koga se jedno jezgro umeće u jednu centrifugalno livenu cev, slobodan prostor koji ostaje izmeđSu unutrašnje površine centrifugalno livene cevi i jezgra popunjava se praškom, centrifugalno livena cev zajedno sa jezgrom i praškom unosi se u komoru pod pritiskom, komora se stavlja pod pritisak uz istovremeno zagrevanje praška, i pošto se završi sabijanje, jezgro se vadi iz ovako izrađene višeslojne cevi. Unošenje praška u slobodni prostor koji nastaje između unutrašnje površine centrifugalno livene cevi i jezgra pokazalo se kao pogodno za rukovanje, naročito u slučaju vertikalno postavljene centrifugalno livene cevi.

U zavisnosti od raspoloživog prostora, moguće je izvesti umetanje jezgra i/ili punjenje praškom kada je centrifugalno livena cev veae postavljena unutar komore pod pritiskom.

Poželjno je da se jezgro sa profilom koji je obrnutog oblika profila sa rebrima koji treba da se načini na unutrašnjoj strani višeslojne cevi, umetne u centrifugalno livenu cev. Time višeslojna cev dobija drugu komponentnu cev sa unutrašnjim profilom koji se može posebno koristiti u procesu razlaganja ugljovodonika u prisustvu vodene pare.

Jezgro se može ukloniti iz višeslojne cevi bar delimieno nagrizanjem ili mehaničkim postupcima. To omogućuje lako uklanjanje jezgra iz proizvedene višeslojne cevi čak i kada je jezgro bilo delimično metalurški spojeno sa drugom komponentnom cevi.

Pored toga, ili kao alternativa, moguće je da se prašak, na strani okrenutoj jezgru ili kalupu, isporuči sa nekim materijalom za držanje odstojanja, na primer sa nekim vezivom, koji sprečava metalurško spajanje sa jezgrom ili kalupom u toku presovanja praška, a naročito tokom zagrevanja. Ovo se najbolje vrši isparavanjem materijala za držanje odstojanja pri prelazu od praška do jezgra ili do kalupa.

Da bi se proizvela višeslojna cev sa drugom komponentnom cevi sa spoljne strane centrifugalno livene cevi, prema jednom pogodnom izvođenju centrifugalno livena se cev umeće u jedan kalup, slobodan prostor koji nastaje između spoljne površine centrifugalno livene cevi i kalupa puni se praškom, centrifugalno livena cev se unosi u komoru pritiska, komora se stavlja pod pritisak uz istovremeno zagrevanje praška, a posle završetka sabijanja, ovako proizvedena višeslojna cev, koja koristi prvu komponentnu cev i drugu komponentnu cev, vadi se iz kalupa.

Prašak u slobodnom prostoru između jezgra i centrifugalno livene cevi ili između kalupa i centrifugalno livene cevi može se slegnuti drmanjem.

Da bi se poboljšalo rukovanje centrifugalno livenom cevi sa praškom koji je unet u slobodan prostor između kalupa i centrifugalno livene cevi ili između jezgra i centrifugalno livene cevi, slobodni prostor se zatvara na jednom kraju. To posebno omogućuje rukovanje vertikalno postavljenom cevi a da pri tome ne dođe do ispadanja praška iz slobodnog prostora.

Sabijanje se vrši pod pritiskom od najmanje 450 bar, najbolje od 1000 bar ili više. Tokom zagrevanja, prašak se zagreva do temperature od najmanje 450°C, najbolje od 1000°C ili više.

Sleganje praška tokom sabijanja može se vršiti u nekoj inertnoj atmosferi. To posebno sprečava oksidisanje praška tokom izrade druge kompozitne cevi. Posebno se preporučuje da pritisna komora bude ispunjena nekim inertnim gasom.

Posebno efikasna proizvodnja višeslojnih cevi prema pronalasku može se ostvariti ako se jedan veći broj višeslojnih cevi istovremeno proizvodi u jednoj pritisnoj komori.

U slučaju višeslojne cevi koja se dobija pomoću unutrašnjih rebrastih cevi sa spiralom, spiralni oblik može da se dobije proizvodnjom višeslojne cevi sa ravnim rebrima a nakon proizvodnje, krajevi višeslojne cevi se zavrću u suprotnim smerovima.

Ekonomičnost toplotnog krekovanja ugljovodonika u cevnim pećima sa spolja grejanim cevima može da se poboljša upotrebom višeslojne cevi, pošto poželjna svojstva mogu da budu podešena za odredjeni položaj komponentne cevi pomoću različitih oblika proizvodnje i materijala koji se koriste za cevi koje sačinjavaju komponentne cevi iz višeslojne cevi.

Naročito je po željno da se koristi višeslojna cev prema pronalasku u kojoj je prva komponentna cev centrifugalno livena cev i gde se druga komponentna cev u okviru pomenute višeslojne cevi može dobiti presovanjem praha. Višeslojna cev prema pronalasku može se posebno oblikovati i koristiti na način da se generiše vrtložni protok u neposrednoj blizini rebara i taj se vrtložni protok pretvara u jednu zonu jezgra sa pretežno aksijalnim protokom na povećanom radijalnom odstojanju od rebara cevi. Prelaz izmedju spoljne zone sa vrtložnim protokom i zone jezgra sa pretežnom aksijalnim protokom jeste postepen, na primer eksponencijalan.

U postupku prema pronalasku, vrtložni protok povlači odvajajuću turbulenciju na bokovima rebara, tako da se turbulencija ne recikluje lokalno u udubljenja izmedju rebara u obliku kontinualnog cirkularnog protoka.

To je posebno obezbedjeno ako je vrtložni protok u području rebara nagnut u odnosu na osu cevi, ili ako su rebra postavljena u odnosu na osu cevi pod uglom od 20° do 40°, na primer 30°, poželjno 25 do 32,5°.

U postupku prema pronalasku, dovod toplote u zidu cevi i unutrašnjem delu cevi, koji se neizbežno razlikuje po obimu cevi izmedju svetle i tamne strane, kompenzuje se u zidu cevi i u unutrašnjosti cevi, pa se toplota naglo rasipa u zoni jezgra. To je povezano sa smanjenjem rizika od lokalnog pregrevanja tehnološkog gasa na zidu cevi koje izaziva obrazovanje piroliznog koksa. Pored toga, toplotno opterećenje materijala cevi se smanjuje zbog kompenzacije temperatura izmedju svetle i tamne strane, što produžava vek trajanja. Konačno, u postupku prema pronalasku temperatura je ravnomernija po poprečnom preseku cevi, što dovodi do većeg prinosa olefina ili težih radnih uslova. Razlog za to je reverzibilnost reakcije krekovanja, što bi bez radijalne temperaturne kompenzacije prema pronalasku u unutrašnjosti cevi, dovelo do krekovanja na vrelom zidu cevi i do rekombinovanja krekovanih proizvoda u središtu cevi.

Pored toga, jedan laminarni sloj protoka, koji je karakterističan sa turbulentne protoke, i koji ima veoma smanjen prenos toplote, obrazuje se u slučaju glatke cevi a u velikoj meri i u slučaju rebrastih profila, sa unutrašnjim obimom koji je sa rebrima uvećan za više od 10%. Taj laminarni sloj dovodi do povećanog obrazovanja piroliznog koksa, takodje sa malom toplotnom provodljivošću. Ta dva sloja zajedno zahtevaju veliki unos toplote ili veći kapacitet gorionika. To povećava temperaturu metala cevi (TMT) i prema tome skraćuje njihov vek trajanja.

Vrtložni protok prema pronalasku u velikoj meri smanjuje laminarni sloj, a pri tome je povezan sa jednim vektorom brzine usmerenim prema središtu cevi, što smanjuje vreme zadržanja radikala krekovanja i/ili proizvoda krekovanja na vrelom zidu cevi a time smanjuje i njihovo hemijsko i katalitično razlaganje koje dovodi do obrazovanja piroliznog koksa. Pored toga, temperaturne razlike izmedju udubljenja izmedju rebara i rebara, koje nisu zanemarljive u slučaju unutrašnje profilisanih cevi sa visokim rebrima, kompenzovane su vrtložnim protokom prema pronalasku. Ovo dovodi do povećanja vremenskog intervala izmedju dve operacije uklanjanja koksa. Minimalno vreme zadržavanja proizvoda krekovanja koji teže da predju u koks poboljšano je u slučaju postojanja cevi za krekovanje sa unutrašnjim rebrima. Ovo je posebno značajno zbog toga što bez vrtložnog protoka prema pronalasku javlja jedna nezanemarljiva razlika temperatura izmedju vrhova rebara i udubljenja izmedju rebara.

U postupku prema pronalasku, poželjno je da periferalna brzinu protoka gasa u udubljenjima izmedju rebara bude veća nego na vrhovima rebara.

Dijagram predstavljen na slici 1, obuhvata poredjenje brzine vrtloga ili periferne brzine u rebrastoj cevi prema pronalasku (profil 3) sa 8 rebara i sa nagibom rebra od 30° i dve uporedive cevi (profili 4 i 6), gde svaka za sebe ima nagib rebra od 16° i po 3 ili 8 rebara, unutar poprečnog preseka cevi.

Krive jasno pokazuju značajno veću obimnu brzinu u zoni ivica višeslojne cevi prema pronalasku od najviše 2.75 ili 3 m/s u poredjenju sa maksimalnom brzinom od samo 1.5 m/s na ivicama zona u dve uporedne cevi.

Dijagram predstavljen na slici 2 pokazuje raspodelu obimne brzine unutar poluprečnika cevi za profil 3 u višeslojnoj cevi prema pronalasku. Dve preklopljene gornje krive su izmerene na poluprečniku koji prolazi kroz udubljenje na rebru na svetlijoj strani i na tamnijoj strani, dok su dve niže krive merene duž poluprečnika koji prolaze kroz vrhove rebara na svetloj strani i tamnoj strani.

Slika 3 ilustruje tri probne cevi u poprečnom preseku, uključujući njihove podatke, pri čemu te cevi obuhvataju profil 3 prema pronalasku. Svaki od dijagrama ukazuje temperaturne profile na poluprečniku cevi na svetloj i na tamnoj strani. Poredjenje dijagrama ukazuje na manje temperaturne razlike izmedju zida cevi i središta cevi i niže temperature metala na zidu cevi u slučaju profila 3 prema pronalasku.

Vrtložni protok koji se dobija upotrebom višeslojne cevi prema pronalasku ima za posledicu da kolebanje temperature unutrašnjeg zida po obimu cevi, tj. izmedju svetle strane i tamne strane, bude manje od 12°C, čak i kada su cevni namotaji jedne cevne

peći, koji se uobičajeno postavljaju u paralelnim redovima, zagrevani, ili na njih deluju gasovi sagorevanja uz pomoć gorionika samo na bočnim zidovima, zbog čega svaka od cevi ima jednu svetlu stranu, okrenutu ka gorionicima, i jednu tamnu stranu,

pomerenu za 90° u odnosu na svetlu stranu.

Prosečna temperatura metala cevi, tj. razlika u temperaturi metala cevi na svetloj i na tamnoj strani, dovodi do unutrašnjih naprezanja i time odredjuje vek trajanja cevi. Na taj način, sniženje temperature metala cevi kod jedne višeslojne cevi prema pronalasku, sa osam rebara nagiba od 30°, unutrašnjeg prečnika od 38,8 mm i spoljneg prečnika od 50,8mm, tj. razlike u visini izmedjupoljamedju rebrima i vrhova rebara od 2 mm i pod 11°, u poredjenju sa glatkom cevi istog prečnika, a na bazi prosečnog veka trajanja od 5 godina, što se može videti iz dijagrama sa slike 4, dovodi, pri radnoj temperaturi od 1050°C do proračunskog povećanja veka trajanja na oko 8 godina.

Raspodela temperatura izmedju svetle strane i tamne strane za tri profila prikazana na slici 3 data je na dijagramu prikazanom na slici 5. Donji nivo krive temperature za profil 3 poredjen sa glatkom cevi (profil 0) i znatno uže područje kolebanja za krivu profila 3 poredjeno sa krivom profila 1 mogu se jasno uočiti.

Jedna posebno celishodna raspodela temperatura uspostavlja se ako se izoterme pružaju u krugovima u zonama jezgra i ukoliko prate unutrašnji profil višeslojne cevi samo u vrtložnoj zoni.

Ravnomernija raspodela temperature po poprečnom preseku posebno se dobija ako se vrtložni protok povećava od 1.8 do 20 m/s po metru dužine cevi i ukoliko pokriva 7% do 8% jasnog poprečnog preseka, računatom od ulaza smeše gasa u profilisanu cev. Sa upotrebom višeslojne cevi prema pronalasku, da bi se ostvario visok prinos etilena sa relativno kratkim cevima, faktor homogenosti temperature unutar preseka i faktor homogenosti temperature na hidrauličnom prečniku treba da bude veći od 1 u odnosu na faktor homogenosti jedne glatke cevi. U tom su kontestu faktori homogenosti definisani na sledeći način:

Višeslojna cev prema pronalasku može da bude naročito uspešna ukoliko se koristi u postupcima koji zahtevaju visoke temperature, kao što su oni u kojima je cev, naročito na svojoj spoljašnjoj strani izložena visokim temepraturama od na primer, 800 do 1000° C.

Višeslojna cev prema pronalasku, naročito može da bude korišćena u proizvodnji obojenih pigmenata, u rotacionim cevastim pećima, na primer za sagorevanje supstanci iz hemijske industrije ili farmaceutske industrije, ili u postrojenjima za spaljivanje otpada.

Slika 6 ilustruje primer izvodjenja višeslojne cevi prema pronalasku.

Ona poseduje prvu cev 10 i drugu cev 20 sa rebrima 30 koja se proizvode presovanjem praha.

Claims (44)

1. Višeslojna cev sa prvom komponentnom cevi (10) i drugom komponentnom cevi (20) u kojoj je - prva komponentna cev nameštena u drugu komponentnu cev, - prva komponentna cev (10) je centrifugalno livena cev, i - druga komponentna cev (20) je dobijena presovanjem praha.

2. Višeslojna cev prema patentnom zahtevu 1, naznačena time što je prva komponentna cev (10) metalurški vezana za drugu komponentnu cev (20).

3. Višeslojna cev prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačena time, što druga komponentna cev (20) ima profil.

4. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 1 do 3, naznačena time, što je druga komponentna cev (20) nameštena u prvu komponentnu cev (10).

5. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 3 do 4, naznačena time, što druga komponentna cev (20) ima najmanje jedno unutrašnje rebro (30).

6. Višeslojna cev prema patentnom zahtevu 5, naznačena time, što je unutrašnje rebro spiralne strukture.

7. Višeslojna cev prema patentnom zahtevu 5 ili 6, naznačena time, što je bočni ugao rebra od 16 do 20°C.

8. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 5 do 7, naznačen time, što je nagib rebra pod uglom od 20° do 40°.

9. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 5 do 8, naznačena time, što je veliki broj rebara i udubljenja izmedju rebara projektovan u preseku simetrično kao u ogledalu.

10. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 5 do 9, naznačena time, što se vrhovi rebara i udubljenja izmedju rebara za veliki broj rebara u svakom slučaju mogu nadovezati jedna na druge.

11. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 5 do 10, naznačena time, što rebra i udubljenja izmedju rebara za veliki broj rebara imaju isti poluprečnik krivine.

12. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 5 do 11, naznačena time, što ukupno ima od šest do dvadeset rebara.

13. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 5 do 12, naznačena time, što je odnos površinske zone rebra unutar kružnog omotača prema jasnom preseku profila u opsegu koji je manji od 0.06 i 0.1.

14. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 5 do 13, naznačena time, što je odnos koeficijenata prenosa toplote Qr/Qoprema koeficijentu gubitaka pritiska APR/APou testu sa vodom, izmedju 1,4 do 1,5, gde R označava jednu rebrastu cev a 0 označava jednu glatku cev.

15. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 5 do 14, naznačena time, što hidraulični prečnik odgovara unutrašnjem prečniku cevi za uporednu glatku cev.

16. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 1 do 15, naznačena time, što se prva komponentna cev (10) sastoji od materijala: i posebno od jednog od DIN EN 10027 materijala za 1 deo GX40 CrNiSi25-20, GX40 NiCrSiNb35-25, GX45NiCrSiNbTi35-25, GX35CrNiSiNb24-24, GX45NiCrSi35-25, GX43NiCrWSi35-25-4, GX10NiCrNb32-20, GX50CrNiSi30-30, G-NiCr28W, G-NiCrCoW, GX45NiCrSiNb45-35, GX13NiCrNb45-35, GX13NiCrNb37-25, GX55NiCrWZr33-30-04.

17. Višeslojna cev prema jednom od patentnih zahteva od 1 do 16, naznačena time, što se druga komponentna cev napravljena od istog materijala kao i prva komponentna cev i/ili od keramičkog, intermetalnog ili ODS materijala.

18. Postupak za proizvodnju višeslojne cevi prema jednom od patentnih zahteva od 1 do 17, naznačen time, što se prah dovodi u kontakt sa unutrašnjom i spoljnom površinom centrifugalno livene cevi, i što prah treba da bude preso van da bi se formirala druga komponentna cev koja se metalurškim postupkom vezuje se za centrifugalno livenu cev.

19. Postupak prema patentnom zahtevu 18, naznačen time, što se prah zagreva.

20. Postupak prema patentnom zahtevu 18 ili 19, naznačen time, što se prah zgusne pre nego što se podvrgne presovanju.

21. Postupak prema patentnom zahtevu 20, naznačen time, što se prah zgusne rastresanjem.

22. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 19 ili 21, naznačen time, što se - jezgro umeće u centrifugalno livenu cev slobodni prostor koji preostaje izmedju unutrašnje površine centrifugalno livene cevi i jezgra se napuni sa prahom, centrifugalno livena cev se sabija uz istovremeno zagrevanje praha, - nakon presovanja, jezgro se uklanja iz višeslojne cevi dobijene na ovaj način.

23. Postupak prema patentnom zahtevu 22, naznačen time, što se jezgro sa rebrastim profilom koje je inverzno od rebrastog profila koji se proizvodi na unutrašnjoj strani višeslojne cevi umeće u centrifugalno livenu cev.

24. Postupak prema patentnom zahtevu 22 ili 23, naznačen time, što se jezgro uklanja iz višeslojne cevi barem delimično nagrizanjem.

25. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 19 do 21, naznačen time, što se centrifugalno livena cev stavlja u kalup - slobodni prostor koji preostaje izmedju unutrašnje površine centrifugalno livene cevi i jezgra napuni sa prahom, - centrifugalno livena cev se sabija uz istovremeno zagrevanje praha, - nakon presovanja, višeslojna cev dobijena na ovaj način uklanja iz kalupa.

26. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 22 do 25, naznačen time, što se slobodan prostor zatvara na barem jednom kraju cevi.

27. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 18 do 26, naznačen time, što se kod sabijanja dobija pritisak od najmanje 450 bar-a.

28. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 19 do 27, naznačen time, što se prah zagreva do temperature od barem 450<0>C.

29. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 19 do 28, naznačen time, što se prah zagreva u inertnoj atmosferi.

30. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 18 do 29, naznačen time, što se sabijanje vrši u inertnoj atmosferi.

31. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 20 do 30, naznačen time, što se veliki broj cevi proizvodi u jednoj komori pod pritiskom.

32. Postupak prema jednom od patentnih zahteva od 18 do 31, naznačen time, što se krajevi višeslojne cevi sa aksijalno paralelnim rebrima dobijaju korišćenjem prve komponentne cevi i druge komponentne cevi koje se uvijaju jedna prema drugoj.

33. Upotreba višeslojne cevi za termičko krekovanje ugljovodonika u prisustvu vodene pare.

34. Upotreba višeslojne cevi prema jednom od patentnih zahteva od 1 do 17 za termičko krekovanje ugljovodonika u prisustvu vodene pare.

35. Upotreba višeslojne cevi prema jednom od patentnih zahteva od 1 do 17 za termičko krekovanje ugljovodonika u prisustvu vodene pare, u kojoj se naelektrisana smeša propušta kroz spoljno zagrejane cevi sa spiralnim unutrašnjim rebrima, naznačen time, što se vrtložni protok pretvara u jednu zonu jezgra sa pretežno aksijalnim protokom na povećanom radijalnom odstojanju od rebara cevi.

36. Upotreba prema patentnom zahtevu 35, naznačen time, što vrtložni protok povlači odvajajuću turbulenciju na bokovima rebara.

37. Upotreba prema patentnom zahtevu 35 ili 36, naznačen time, što je obimna brzina protoka gasa u udubljenjima izmedju rebara veća nego na vrhovima rebara.

38. Upotreba prema jednom od patentnih zahteva od 35 do 37, naznačena time, što je vrtložni protok na rebrima u odnosu na osu cevi postavljen pod uglom od 20° do 40°, po mogućstvu od 22.5 do 32.5° .

39. Upotreba prema jednom od patentnih zahteva od 35 do 38, naznačena time, što je kolebanje temperature unutrašnjeg zida po obimu cevi manje od 12°C.

40. Upotreba prema jednom od patentnih zahteva od 35 do 39, naznačena time, što su izoterme u zoni jezgra kružnog oblika.

41. Upotreba prema jednom od patentnih zahteva od 35 do 40, naznačena time, što brzina vrtložnog protoka povećava od 1.8 do 2.0 m/s po metru dužine cevi.

42. Upotreba prema jednom od patentnih zahteva od 35 do 41, naznačena time, što brzina vrtložnog protoka pokriva 7% do 8% jasnog poprečnog preseka po metru dužine cevi.

43. Upotreba prema jednom od patentnih zahteva od 35 do 42, naznačena time, što faktor homogenosti temperature unutar preseka i faktor homogenosti temperature na hidrauličnom prečniku treba da bude veći od 1 u odnosu na faktor homogenosti jedne glatke cevi.

44. Upotreba višeslojne cevi prema jednom od patentnih zahteva od 1 do 17 u postupcima na visokim temperaturama, naročito u rotacionim cevastim pećima ili u postrojenjima za spaljivanje otpada.