专利名称：加热炉管、加热炉管的使用方法及加热炉管的制造方法
技术领域：
本发明涉及加热炉管、加热炉管的使用方法及加热炉管的制造方法，特别是涉及如在乙烯制造装置的裂解炉管(热裂管)，发生随着使用的焦化或在高温能产生渗碳问题的加热炉管、加热炉管的使用方法以及加热炉管的制造方法。
例如，在作为加热炉管的乙烯制造装置的裂解炉管，在含烃等的碳的气体氛围气中，在引起碳析出的温度范围内在管的内表面析出碳并堆积，即造成焦化产生的问题。
也就是说，在加热管的内表面发生焦化时，由于加热炉管的过热或闭塞等可能对装置的运转造成大的障碍，因此，用高温蒸气氛围气燃烧并除去所堆积的碳等，即需要频繁地进行除焦处理。并且为进行上述除焦处理，必须暂时停止装置的运转，造成显著的降低生产性的问题。
为了消除上述问题，正开发利用在铁氧体系合金中添加1-10％的Al并在表面形成含有Al的氧化被膜的材料或用渗铝法在母材合金表面形成高Al含有层的材料构成加热炉管的技术。
但是，在上述的以往的技术中，虽然确切认识到能改善耐结焦性，但是作为在实际的工业炉的加热炉管而采用时，其耐结焦性还不充分。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种能得到良好耐结焦性并且能防止随除焦处理的生产性的降低的加热炉管、加热炉管的使用方法。
另一方面，象在乙烯制造装置的裂解炉管，在产生渗碳的加热管，为了在未发生之前防止起用于加热炉管的渗碳造成的破损，要定期地测定加热炉管里面的渗碳深度，但这时需要停止装置的运转，造成显著降低生产性的问题。
人们知道，使稀土类氧化物分散到铁氧体系合金(20Cr-5Al-Fe)中的氧化物粒子分散型铁合金表示出比以往材料具有非常优异的高温强度和耐渗碳性，并试验应用到加热炉管，提出用熔接法或摩擦压接法、焊接或机械的连结法，将加热炉管之间互相结合构成。
但是，用TIG焊接或电子束焊接的熔接法，由于熔解接合部氧化物分散粒子漂浮、失去了作为稀土类氧化物粒子分散型铁合金特征的分散强化作用，使高温强度降低到一半以下。
另外，在摩擦压接法中，由于不伴随材料的熔融，高温强度不显著地降低。但由于高接合压在加热炉管的接合部涨出大的改变，存在阻碍在加热炉管内的流体的流动的问题。
还有，在焊接中，焊料的熔点与母材相比非常低，得不到耐热性。而在铆钉固定或螺纹固定等机械的固结方法中，由于在高温保持密闭性是极其困难的，因此，两者作为使加热炉管之间互相结合的方法都不适用。
这样，在加热炉管的结合部，除要求优良的高强度或高渗碳性之外，还要求密闭性和高可靠性、这在已有的方法中是难于满足上述要求的。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能尽可能地防止随渗碳深度测定而发生生产性降低的加热炉管及加热炉管的制造方法。
如上所述，本发明的目的是提供一种能解除在以含碳氢化合物的碳的流体为作业对象的加热炉管中所产生的问题的加热炉管、加热炉管的使用方法及加热炉管的制造方法。
也就是说，本发明的目的是提供一种能得到极良好的耐结焦性并能尽量地防止随除焦处理的生产性降低的加热炉管及加热炉管的使用方法，同时提供一种能尽量地防止随渗碳深度测定的生产性降低的加热炉管及加热炉管的制造方法。
本发明权利要求1所述的加热炉管，是为了使含碳氢化合物或CO的流体流通所使用的加热炉管，其特征在于是由含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成的。
按这种构成，含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金，由于有极良好的耐结焦性，因此能尽可能地抑制随着在乙烯制造装置等的运转的焦化产生，与以往相比可大幅度延长除焦处理的间隔，就可在未发生之前防止随除焦处理产生的生产性降低。
在权利要求2所述的加热炉管，其特征在于是由含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成的一侧加热炉管元件上，通过镶嵌金属的扩散接合，由稀土类氧化物粒子分散型铁合金或者耐热金属所构成的另一侧加热炉管元件相互结合构成的。
按这种构成，由于至少一侧的加热炉管元件由被认为具有良好耐渗碳性的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成，因此，在乙烯裂解装置中使用时，与以往的加热炉管相比，可能延长加热炉管更换的间隔，就可减少随渗碳进行所造成加热炉管更换的费用，并且可延长随渗碳深度测定的装置停止运转的间隔，就可能在未发生之前防止生产性的降低。
另外，按这种构成，通过在构成乙烯裂解装置等的长大的一部分加热炉管上使用由耐热金属构成的加热炉管元件，可以大幅度地降低装置的成本。
在权利要求3所述的加热炉管，是在权利要求2所述的加热炉管，其特征在于使含有按原子量换算100ppm以下S的流体流通的同时，在550℃-1000℃的温度范围内所使用。
按这种构成，由于可尽可能地抑制在稀土类氧化物粒子分散型铁合金以及耐热金属的焦化的发生，因此，与以往相比可大幅度地延长除焦处理的间隔，就可能在未发生之前防止随除焦处理而造成的生产性的降低。
在根据权利要求4所述的加热炉管，是在权利要求2所述的加热炉管，其特征在于具备插入一侧加热炉管元件的接合侧端部及另一侧加热炉管元件的接合侧端部的短管接头，通过配置在一侧加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧部与短管接头之间设置的镶嵌金属，利用加压部件在使一侧加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧端部与短管接头互相压接的状态下扩散接合，通过短管接头使一侧的加热炉管元件与另一侧加热炉管元件互相结合构成。
按这种构成，通过短管接头连结一侧的加热炉管元件的接合则端部与另一侧的加热炉管元件的接合侧端部，使在制造工艺的一侧的加热炉管元件与另一侧的加热炉管元件的同芯容易。
在根据权利要求5所述的加热炉管，是在权利要求4所述的加热炉管，其特征是加压部件是由在短管接头的外周部所形成的锥面及与该锥面嵌合并使短管接头在半径方向收缩的紧固件构成的。
按这种构成，可用简单的结构并且可靠地使一侧的加热炉管元件及另一侧的加热炉管元件的接合侧端与短管接头相互压接。
在权利要求6所述的加热炉管，是在权利要求4所述的加热炉管，其特征是通过电镀形成镶嵌金属。
按这种构成，在一侧的加热炉管元件及另一侧的加热炉管元件的接合侧端部与短管接头之间，可以简易且可靠地使镶嵌金属定位。
在权利要求7所述的加热炉管，是在权利要求2所述的加热炉管，其特征是在550℃到1200℃的温度范围内被使用。
按这种构成，可在未发生之前防止起因于475℃脆性的脆性破坏，并且也能得到充分的耐渗碳性。
在权利要求8所述的加热炉管的使用方法，其特征是在由含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成的加热炉管中使含有碳氢化合物或CO的流体流通。
按这种构成，由于含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金具有极良好的耐结焦性，因此可尽可能地抑制随乙烯制造装置等的运转所造成的焦化发生，与以往相比可大幅度地延长除焦处理的间隔，就可能在未发生之前防止随除焦处理所造成的生产性的降低。
在权利要求9所述的加热炉管的使用方法，是在权利要求8所述的加热炉管的使用方法，其特征是利用通过镶嵌金属的扩散接合，使由耐热金属构成的另一侧加热炉管元件结合并使用。
按这种构成，在构成乙烯裂解装置等的长大的加热炉管的一部分可用由耐热金属构成的加热炉管元件，因此可使装置的成本大幅度地降低。
在权利要求10所述的加热炉管的使用方法，是在权利要求9所述的加热炉管的使用方法，其特征是使含有按原子量换算100ppm以下S的流体流通的同时，在550℃-1000℃的温度范围内使用。
按这种构成，由于能尽可能地抑制在稀土类氧化物粒子分散型铁合金及耐热金属的焦化的发生，与以往相比可大幅度地延长除焦处理的间隔，就可能在未发生之前防止随除焦处理所造成的生产的降低。
在权利要求11所述的加热炉管的制造方法，是通过镶嵌金属的扩散接合使由含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金构成的一侧加热炉管元件与由稀土类氧化物分散型铁合金或耐热金属构成的另一侧加热炉管元件互相结合所构成的加热炉管的制造方法，其特征在于包括在一侧加热炉管元件的接合侧端部及在另一侧加热炉管元件的接合侧端部的至少一侧形成或插入镶嵌金属的工序、直接或通过中间部件将在一侧加热炉管元件的接合侧端部与在另一侧加热炉管元件的接合端部互相压接的工序、和通过加热镶嵌金属，使一侧加热炉管元件与另一侧加热炉管元件互相扩散接合的工序。
按这种构成，由于所制造的加热炉管至少一侧的加热炉管元件是通过被公认具有良好的耐渗碳性的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成的，因此，在乙烯裂解装置中使用时，与以往的加热炉管相比能延长加热炉管更换的间隔，就可能在未发生之前防止生产性的降低。
在权利要求12所述的加热炉管的制造方法，是在权利要求11所述的加热炉管的制造方法，其特征是通过电镀形成镶嵌金属。
按这种构成，在一侧加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合部与短管接头之间可以简易且可靠地定位镶嵌金属。
在权利要求13所述的加热炉管的制造方法，是在权利要求11所述的加热炉管的制造方法，其特征是中间部件是插入一侧加热炉管元件的接合侧端部及另一侧另热炉管元件的接合侧端部的短管接头，通过利用配置在一侧加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧端部与短管接头之间的镶嵌金属，利用由加压部件在使一侧的加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧端部与短管接头互相压接的状态下扩散接合，通过短管接头使一侧加热炉管元件与另一侧加热炉管元件互相结合。
按这种构成，通过作为中间部件的短管接头使一侧加热炉管元件的接合端部和另一侧加热炉管元件的接合侧端部连结，因此在制造过程的一侧加热炉管管元件与另一侧加热炉管元件容易同芯。
在权利要求14所述的加热炉管的制造方法，是权利要求12所述的加热炉管的制造方法，其特征是加压部件由在短管接头的外周部所形成的锥面和与该锥面嵌合并使短管接头沿半径方向收缩的紧固件构成。
按这种构成，能以简易的结构且可靠地使一侧加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧端部与短管接头相互压接。
下面对附图进行简单的说明。
图1表示对包括构成涉及权利要求1所述的加热炉管的稀土类氧化物粒子分散型铁合金的各种组成的合金研究耐结焦性、耐高温氧化性及机械性的结果。
图2是表示构成涉及权利要求1所述的加热炉管材料之一的Fe-20Cr-5Al-Y2O3合金与以往材料的奥氏体系耐热合金及Fe-20Cr-5Al合金的耐结焦性相比较的图。
图3是表示研究构成涉及权利要求1所述的加热炉管的稀土类氧化物粒子分散型铁合金和构成以往的加热炉管的奥氏体系耐热合金的涉及耐结焦性的S的影响的结果表。
图4为有关权利要求2的加热炉管的主要部分外观斜视图。
图5为表示有关权利要求2的加热炉管构成元件及紧固件的外观斜视图。
图6为表示有关权利要求2的加热炉管的构成的主要部分的剖视图。
图7为有关权利要求2的加热炉管的主要部分的外观斜视图。
图8为表示有关权利要求2的加热炉管的构成元件及紧固件的外观斜视图。
图9为表示有关权利要求2的加热炉管的结构的主要部分的剖面侧视图。
图10为表示有关权利要求2的加热炉管的另一实施例的主要部分的剖面侧视图。
图11为表示有关权利要求2的加热炉管的另一实施例的主要部分的剖面侧视图。
图11为表示有关权利要求2的加热炉管的另一实施例的主要部分的剖面侧视图。
下面结合附图详细地说明作为实施的最佳实施例，即说明有关本发明的加热炉管、加热炉管的使用方法以及加热炉管的制造方法。
另外，在各附图中，由于对相同构成元件使用同一符号，因此省略对其重复说明。
有关本发明(权利要求1所述)的加热炉管，作为一例，如在乙烯制造装置的裂解管是为了使含碳氧化合物或CO的流体流通所使用的加热炉管。其特征是由以添加Al的铁氧体系铁合金为基体的稀土类氧化物粒子分散型铁合金，具体地说是含Cr为19-26重量％、Al为3-6重量％的氧化钇粒子分散型铁合金构成的。
图1表示对于含有构成本发明(权利要求1所述)的加热炉管的氧化钇粒子分散型铁合金的各种组成的合金研究其耐结焦性、耐高温氧化性以及机械的性能(高温强度、延展性)的结果。
这里，耐结焦性是以已知的碳析出实验为基础进行判定。
也就是，用砂纸(600号)打磨表面，准备用950℃的蒸气氧化了表面的各合金试样(4×10×45mm)，将各试样埋入固体渗碳剂中在1000℃渗碳，在1100℃的大气中氧化，接着进行焦化，然后进行除焦，并反复进行10次上述过程，就各试样研究焦化前后的重量变化，通过这种重量变化的程度判定耐结焦性的优劣。
另外，焦化条件为原料气体苯(0.5g/小时)、载气氩气(16Nml/分)、S添加量1ppm以下、温度800℃、时间8小时。
还有，对耐高温氧化性、高温强度及延展性是依据加热炉管设置状况、即，由燃烧器从外周进行加热、在内部使高温流体流通、且在构建装置上的机械强度为必要点进行鉴定，并以各种合金材料作为加热炉管在实用中是否能承受作判定标准。
这里，在图1的表中◎表示能充分实用、○表示可以使用、△表示不能充分实用、*表示不能使用的判定结果。在该图1的表中，No8-No15的试样，即含有Cr为19-26重量％、Al为3-6重量％的氧化钇粒子分散型铁合金鉴于其耐结焦性及其他的特性表示出适用于加热炉管。
另外，图2表示以往材料的奥氏系耐热合金(高Ni高Cr钢)及Fe-20Cr-5Al合金与构成本发明的加热炉管的材料之一的Fe-20Cr-5Al-Y2O3合金耐结焦性、具体的焦前后的重量变化比较的结果。
还有，高Ni高Cr钢有Fe-20Cr-5Al合金任何一种都为熔解材料，而与此相对，构成有关本发明的加热炉管的Fe-20Cr-5Al-Y2O3合金为用粉未冶金法所制作的分散强化合金。
另外，用砂纸(600号)加工表面，准备用950℃的蒸气氧化了表面的各合金试样(4×10×45mm)，将各试样埋入固体渗碳剂中，在1100℃渗碳，在1100℃的大气中氧化，接着进行焦化，然后进行除焦，并反复进行10次上述过程，就各试样研究焦化前后的重量变化。
这里，焦化条件为原料气体苯(0.5g/小时)、载气氩气(16Nml/分)、S添加量1ppm以下、温度800℃、时间8小时。
如图2所示，构成本发明(权利要求1)的加热炉管的Fe-20Cr-5Al-Y2O3合金比耐结焦性优异的Fe-20Cr-5Al合金，焦化前后的重量变化更加少，由此可知对Fe-Cr-Al合金的钇氧化物的添加物有助于大幅度地改善耐结焦性。
另外，从在图1的试样No5与No8的比较结果也表明，对Fe-Cr-Al合金的氧化钇的添加能大幅度地改善耐结焦性。
如从图1的表可知，含有Cr为19-26重量％、Al为3-6重量％的铁氧体系的铁合金，显示比较优异的耐结焦性，特别是在图2中，以表示高Ni高Cr钢及Fe-20Cr-5Al合金的比较结果的Fe-20Cr-5Al-Y2O3为例那样，试样N08-No15的氧化钇约为1mg/cm2以下，显示出良好的耐结焦性。
这里，含有Cr为28重量％以上、Al为8重量％以上的材料，延(展)性、具体的断裂伸长小，Cr含量为14重量％以下的材料，而在高温域的耐氧化性不好，因此作为加热炉管的材料在实用上都存在问题。另外，没有添加氧化钇的材料由于高温强度低，用于实际的加热炉管是困难的。
与此相对，添加氧化钇的试样No8-No15的氧化钇粒子分散型合金，能确认改善了耐结焦性及高温强度，由该结果可知含有Cr为19-26重量％、Al为3-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金是适合作为加热炉管的材料使用。
这里有关本发明(权利要求1)的加热炉管由含有Cr为19-26重量％、Al为3-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金构成。另外，有关本发明(权利要求8)的加热炉管的使用方法，是在由上述的组成的稀土类氧化物粒子分散型铁合金构成的加热炉管中使含碳氢化合物或CO的流体流通的加热炉管。
而且，如上所述，含有Cr为19-26重量％、Al为3-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金，利用具有极良好的耐结焦性，在有关本发明(权利要求1)的加热炉管以及有关本发明(权利要求8)的加热炉管的作用方法中，可尽可能地抑制随装置运转的焦化的发生，并且与以往相比可大幅度地延长除焦处理的间隔。
这样，能延长除焦处理的间隔，使装置的生产性大幅度地提高，同时，用于除焦处理的成本降低、在除焦处理时的装置的停止运转及随着再运转的热疲劳减少、寿命增大等多方面以及由本发明所得到的经济的效果是极其大的。
另外，在乙烯制造装置的裂解管，管壁温度超过1000℃，而且根据情况也有达到1100℃的。在奥氏体系耐热金属制的裂解管，其熔点比1100℃约只高150-200℃的程度，需要严格地控制装置的运转。与这种情况相对，构成本发明的加热炉管的稀土类氧化物粒子分散型铁合金，其熔点为1480℃，按本发明能更提高安全性，同时，不用说也使得装置的运转简便。
可是，乙烯制造装置的加热炉管是极长大的，因此，特别是只在存在焦化问题的地方用涉及本发明(权利要求1)的加热炉管，同时在其他地方使用由以往材料构成的加热炉管，使它们互相接续，构建加热炉管整体，从经济性方面看是有利的。
另一方面，众所周知，在流通加热炉管的内部的流体中添加S(硫)对抑制焦化是有效的。
图3示出研究涉及构成本发明(权利要求1)的加热炉管的稀土类氧化物粒子分散型铁合金，即，含有Cr为19-26重量％、Al为3-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金与构成以往的加热炉管的奥氏体系耐热合金(25Cr-35Ni钢)的耐结焦性的S的影响结果。
另外，焦化条件为原料气10％甲烷+氢，添加物DMS(硫化甲烷)；0ppm、2000ppm(按原子量换算S＝100ppm)，温度900℃、1000℃、1100℃，时间5小时。
另外，在图3中表示以由在添加S的条件的稀土类氧化物粒子分散型铁合金的焦化的重量变化量为1，比较由材料、S添加量、温度的不同的耐结焦性。
如从图3可知，在900℃及1000℃的温度条件中，对有关本发明的稀土类氧化物粒子分散型铁合金以及为比较材料(以往材料)的奥氏体系耐热合金，通过添加S，由焦化的重量变化量都减少。
另一方面，以1100℃的温度条件，在有关本发明的稀土类氧化物粒子分散型铁合金，通过添加S，可以确认由焦化的重量变化量减少。与此相对，在比较材料(以往材料)的奥氏体系耐热合金中，通过添加S，由焦化的重量变化量表示有增大的倾向。
这样，通过按原子量换算添加100ppm的S，在1000℃以下的温度条件下，稀土类氧化物粒子分散型铁合金以及奥氏体系耐热合金，都表明改善了耐结焦性。
因此，在将由稀土类氧化物粒子分散型铁合金构成的本发明的加热炉管与由奥氏体系而热合金构成的加热炉管互相续接所构成的加热炉管中，在其内部流通的流体中添加按原子量换算100ppm以下的S，同时通过在1000℃以下，并且是在有关本发明的稀土类氧化物粒子分散型铁合金不为引起脆性475℃的550℃以上的温度条件下使用，能发挥良好的耐结焦性，因而在容易引起焦化的碳氢化合物环境中也可以选用。
另外，当S的添加量超过100ppm(按原子量换算)，则涉及加热炉管的腐蚀问题或产生有关S的后处理问题，因此在工业上不适用。
还有，为向加热炉管的内部流通的流体添加S，在高温裂解的DMS(硫化甲烷)或DMDS(二硫化甲烷)可适于使用，并且通过添加硫化氢也是十分效的。
如上所述，通过将由有关本发明(权利要求1)的稀土类氧化物粒子分散型铁合金构成的加热炉管与由奥氏体系耐热合金构成的加热炉管接续构成在乙烯制造装置等的全部加热炉管，换句话说，在全部加热炉管的一部分中通过使用由奥氏体系耐热合金构成的加热炉管，可以大幅度地降低装置的成本。
另外，在由有关本发明(权利要求1)的稀土类氧化物粒子分散型铁合金构成的加热炉管与由奥氏体系耐热合金构成的加热炉管接续所构建的加热炉管中，通过使含有按原子量换算100ppm以下的S的流体流通，同时，在从550℃到1000℃的温度范围中使用，可尽可能地抑制在稀土类氧化物粒子分散型铁合金及奥氏体系耐热合金的焦化发生，因此，与以往相比可大幅度地延长除焦处理的间隔。
这样，能延长除焦处理的间隔，可大幅度地提高装置的生产性，同时用于除焦处理的成本降低、在除焦处理时的装置的运转停止及随运转再开的热疲劳的减少、寿命的增大等多方面以及通过本发明所得的经济的效果是极其大的。
从图4到图6表示通过将由有关本发明(权利要求1)的加热炉管与由以往材料构成的加热炉管相互接续所构建的加热炉管(权利要求2)以及该加热炉管的制造方法(权利要求11)。
在图4所示的加热炉管，是将由含有Cr为19-26重量％、Al为3-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所形成的有关本发明的加热炉管构成的一侧的加热炉管元件10与由奥氏体系耐热合金构成的另一侧加热炉管元件20，通过镶嵌金属的扩散接合，相互结合所构成。
另外，在加热炉管1的一侧的加热炉管元件10与另一侧加热炉管元件20，通过另一侧的加热炉管元件20与由同材质的奥氏体系耐热合金构成的短管接头30互相结合。
还有，作为另一侧加热炉管元件20，不只为奥氏体系耐热合金，也可利用一侧加热炉管元件10与同材质的稀土类氧化物粒子分散型铁合金等。
还有，作为短管接头30，不只为上述奥氏体系耐热合金，也可利用一侧加热炉管元件10与同材质的稀土类氧化物粒子分散型铁合金等。
上述的加热炉管1经如下操作工艺所制造。
首先，将外径70mm、壁厚5mm的一侧加热炉管元件10和与该一侧加热炉管元件10同尺寸(外径70mm、壁厚5mm)的另一侧加热炉管元件20的各自的接合侧端部的外表面，从各管元件的端面30mm的范围周围研磨精加工成表面光洁度为25S。
接着，在如上述所加工的一侧加热炉管元件10的接合侧端部的外表面以及在另一侧加热炉管元件20的接合侧端部的外表面，通过电镀使作为镶嵌金属的Ni-4％B合金的被膜M成厚50μm膜。
另外，可利用例如BNi系焊接用金属等、市售的非晶金属制商品作为镶嵌金属。
然后，将在一侧加热炉管元件10的接合侧端部与在另一侧加热炉管元件20的接合侧端部分别插到短管接头30的端部各自30mm。
这里，短管接头被形成内径70mm、壁厚8mm、长度60mm，其内表面30a被精加工成表面光洁度25S。
另外，在短管接头30的外周两端、形成向端部收缩约10°的锥面30t、30t。
还有，在上述的各加热炉管元件10、20的接合侧端部上，在上述短管30的内表面30a也可能形成镶嵌金属的被膜，并且也可能只在上述短管接头30的内表面上形成镶嵌金属的被膜。
将一侧加热炉管元件10的接合侧端部与另一侧加热炉管元件20的接合侧端部分别插入短管接头后，通过在短管接头30的各锥面30t、30t所装着的紧固件40、41，使短管接头30向半径方向收缩，使在各加热炉管元件10、20的接合侧端部与短管接头30的内周面30a夹持镶嵌金属的镀层M、M并挤压，通过互相压接连结。
这里，紧固件40、41，分别呈环状，在其内周形成与上述短管接头30的锥面30t、30t同样的锥面40t、40t，以在短管接头30的各锥面30t、30t上被装接状态，通过使向互相接近的方向移动，短管接头30向半径方向收缩。
另外，通过上述的短管接头30的锥面30t、30t与上述紧固件40、41，构成为使短管接头30压接在一侧加热炉管元件10及另一侧加热炉管元件20的加压部件P。
将一侧的加热炉管元件10及另一侧的加热炉管20与短管接头30互相结后，排出各加热炉管元件10、20的内部气体，使真空度成0.001Tort以下。
另外，图6中的10A、20A为排出各加热炉管元件10、20的内部气体时，密封各加热炉管元件10、20的端部开口所安装的隔壁。
这里，排出各加热炉管元件10、20的内部气体，能防止镶嵌金属的被膜M氧化，同时能确认各加热炉管元件10、20与短管接头30连结状态。
另外，通过用短管接头30连结各加热炉管元件10、20，容易进行一侧加热炉管元件10与另一侧加热炉管元件20的对芯(中心轴对接)，同时使在各加热炉管元件10、20的内外的密封性变良好。
另外，以防止镶嵌金属的被膜M的氧化为目的，排出气体后，也可在加热炉管元件10、20的内部充填惰性气体，并且也可以不进行排气，在各加热炉管元件10、20的内部充填隋性气体。
排出上述各加热炉管元件10、20的内部气体后，通过所内插入的加热器H，从上述各加热炉管元件10、20的内部，利用高频加热使镶嵌金属的被膜M升温到熔融的温度，通过在该温度下保持1小时，进行扩散接合(液相扩散接合)。
另外，代替高频加热，通过红外线加热也可以使镶嵌金属的被膜M的熔融以及进行扩散接合。
这里，从内部加热上述各加热炉管元件时，通过使各加热炉管元件10、20向半径方向热膨胀，与由上述的加压装置P的连结力相辅，可在未发生之前防止在加热时的各加热炉管元件10、20与短管30的接合压力降低。
通过高温保持1小时完成扩散接合后，放冷到室温，通过从短管接头30取下紧固件40、41，完成加热炉管1的制作过程。
也就是说，如图3所示，完成了的加热炉管1，能看到在一侧加热炉管元件10与另一侧加热炉管元件20的连接部分嵌着短管接头30的外形。
按如上述结构的加热炉管1，通过一部分使用由奥氏体耐热合金构成的另一侧加热炉管元件20，可大幅度地降低装置的成本。
另外，使按原子量换算含有100ppm以下的S的流体流通过如上述结构的加热炉管1，并在从550℃到1000℃的温度范围内使用，能尽可能地抑制在由稀土类氧化物粒子分散型铁合金构成的一侧加热炉管元件10以及由奥氏体系耐热合金构成的另一侧加热炉管元件20的焦化的发生，与以住相比就可大幅度的延长除焦处理的间隔，能得到极大的经济效果。
另外，有关本发明(权利要求1、2)的加热炉管以及有关本发明(权利要求8)的加热炉管的使用方法，不仅作为在乙烯制造装置的裂解炉管，即使对例如在石油精制工厂的CCR装置等具有焦化问题的各种加热炉管为对象，不用说也能极其有效地适用。
另一方面，以解除随渗碳问题为目的之一的有关本发明(权利要求2)的加热炉管，通过与从图4到图6所示的加热炉管1完全相同的工艺也可制造。
如图7、图8及图9所示，有关本发明(权利要求2)的加热炉管1’是通过使含有Cr为20重量％、Al为4.5重量％的氧化钇粒子分散型铁合金(以下称ODS合金)构成的一侧的加热炉管元件10’与由奥氏体系耐热钢管(25Cr-35Ni-Fe)构成的另一侧加热炉管元件20’，通过利用镶嵌金属的扩散接合，互相结合而构成的。
另外，上述加热炉管1’具备由与另一侧加热炉管元件20’同材质的奥氏体系耐热钢管(25Cr-35Ni-Fe)构成的短管接头(中间部件)30’，一侧加热炉管元件10’与另一侧加热炉管元件20’通过短管接头30’互相结合。
另外，作为另一侧加热炉管元件20’，不只由HPmocl离心铸造管、住友金属HPM、因科合金803等的奥氏体系耐热钢管构成，也可利用与另一侧加热炉管元件10’同材质的ODS合金管。
另外，作为短管接头30’，也不只由上述的奥氏体系耐热钢管构成，也可以利用与另一侧加热炉管元件10’同材质的ODS合金管，以及铁氧体系耐热钢管。
上述的加热炉管1’通过如下的操作工艺可以制作。
首先，在外径70mm、壁厚5mm的一侧加热炉管元件10’与该一侧加热炉管10’同尺寸(外经70mm、壁厚5mm)的另一侧加热炉管元件20’的各自的接合侧端部的外表面，在从各管元件的端面30mm的范围连贯研磨，并精加工成表面光洁度25S。
然后，在如上述所精加工的一侧加热炉管元件10’的接合侧端部的外表面以及在另一侧加热炉管元件20’的接合侧端部的外表面上，通过电镀，直到形成镶嵌金属的Ni-4％B合金的被膜M厚度为50μm薄膜。
另外，作为镶嵌金属，可利用例如BNi系焊接用金属等、市售的非晶质金属制品。
接着，将在一侧加热炉管元件10’的接合侧端部与在另一侧加热炉管元件20’的接合侧端部分别插入短管接头30’的端部各30mm。
这里，短管接头30’形成内径70mm、壁厚8mm、长度60mm，其内表面30a’精加工成表面光洁度25S。
另外，在短管接头30’的外周的两端、形成向端部缩径约10°的锥面30t’、30t’。
还有，在与上述的各加热炉管元件10’、20’的接合侧端部同时，在上述短管接头30’的内表面30a’也可形成镶嵌金属的被膜，并且也可以只在上述短管接头30’的内表面形成镶嵌金属的被膜。
将一侧加热炉管元件10’的接合侧端部与另一侧加热炉管元件20’的接合侧端部分别插入短管接头30’后，通过在装在短管接头30’的各锥面30t’、30t’上的紧固件40’、41’，使短管接头30’向半径方向收缩变形，使在各加热炉管元件10’、20’的接合侧端部与在短管接头30’的内周面30a’夹持镶嵌金属的镀层M、M并挤压，互相压接连结。
这里，紧固件40’、41’各自呈环状，在其内周形成与上述短管接头30’的锥面30t’、30t’同样的锥面40t’、41t’，以装接在短管接头30’的各锥面30t’、30t’的状态，通过向互相连接的方向使之移动，短管接头30’向半径方向收缩。
另外，通过上述的短管接头30’的锥面30t’、30t’与上述紧固件40’、41’，构成为使短管接头30’压接到一侧加热炉管元件10’以及另一侧加热炉管元件20’的加压部件P。
将一侧加热炉管元件10’及另一侧加热炉管元件20’与短管接头30’互相连结后，排出各加热炉管元件10’、20’的内部气体，使真空度为0.001Torr以下。
另外，在图9中的10A’、20A’为排出各加热炉管元件10’、20’的内部气体时，应封闭各加热炉管元件10’、20’的端部开口所安装的隔壁。
这里，由排出各加热炉管元件10’、20’的内部气体，能防止镶嵌金属的被膜M氧气，同时能确认各加热炉管元件10’、20’与短管接头30’连结状态。
另外，通过利用短管接头30’连结各加热炉管元件10’、20’，容易进行一侧加热炉管元件10’与另一侧加热炉管元件20’的对芯(中心轴对接)，同时，使在各加热炉管元件10’、20’的内外的密封性变良好。
还有，以防止镶嵌金属的被膜M的氧化为目的，排出气体后，也可在加热炉管元件10’、20’的内部充填惰性气体，并且也可以不进行排气，在各加热炉管元件10’、20’的内部充填隋性气体。
排出上述各加热炉管元件10’、20’的内部气体后，通过插入加热器H，由上述各加热炉管元件10’、20’的内部，通过高频加热使镶嵌金属升温到熔融的温度，在该温度下保持1小时，使之进行扩散接合(液相扩散接合)。
另外，代替高频加热，也可以通过红外线加热熔融镶嵌金属的被膜，进行扩散接合。
这里，在从内部加热上述各加热炉管元件10’、20’时，通过使各加热炉管元件10’、20’向半径方向热膨胀，与上述的由加压装置P的连结力相辅，可在未发生之前防止在加热时的各加热炉管元件10’、20’与短管30’的接合压力降低。
通过高温保持1小时完成扩散接合后，放冷到室温，通过从短管接头30’中取下紧固件40’、41’，完成加热炉管1的制作过程。
也就是说，完成了的加热炉管1’，如图7所示，成为在一侧加热炉管元件10’与另一侧加热炉管元件20’的连接部分上嵌接短管接头30’的外观形状。
这样所制作的加热炉管1’，可确认具有其结合部能耐100个气压的水压试验的可充分实用的性能。
在经过如上述工艺所制造的加热炉管1’中，由于至少一侧加热炉管元件10’是由公认具有良好耐渗碳性的氧化钇粒子分散型铁合金所构成，与以往的加热炉管相比，可以延长加热炉管更换的间隔。
因此，能减少加热炉管更换的费用，并且能延长随测定渗碳深度的装置停止运转的间隔，也能在未发生之前防止生产性的降低，进一步能延长随测定渗碳深度的装置的停止运转的间隔，可望减少随炉运转停止和再运转的热疲劳的运转寿命的延长，能得到极大的经济效果。
可是，在加热炉管1’的各加热炉管元件10’、20’的结合部的强度比作为材的ODS合金管及奥氏体系耐热钢管低。
另外，构成加热炉管1’的一部分的奥氏体系耐热钢管的高温强度及耐渗碳性与ODS合金管相比差，并且也知道由于使用温度范围ODS合金也显示出脆化现象。
因此，应当确认在加热炉管1’的适当的使用温度范围，从组织变化与耐渗碳性的角度进行实验，并得到如下述的结果。
另外，耐渗碳性将试验物设置在石英管中用电炉加热，流过氢·甲烷气，根据试验物的重量变化进行评价。
从以上的结果可知，将加热炉管1’的使用温度范围设定在不引起475℃脆性的550℃以上且具有耐渗碳性的1200℃以下是合适的。
也就是说，在从550℃到1200℃的温度范围内使用加热炉管1’能在未发生之前防止在475℃脆性引起的脆性破坏，并且能得到充分的耐渗碳性。
另一方面，用以往的奥氏体系耐热金属制的加热炉管，在超过1100℃的温度范围使用中，存在产生显著的渗碳的问题。
因此，在加热炉管中，在1100℃附近的温度环境中所使用的部位加热炉管元件全都由ODS合金管构成，例如炉的出口等在1000℃附近的温度环境所使用的部位，作为加热炉管元件通过使用奥氏体系耐热钢管，能解决上述的渗碳问题。
这样，有关本发明的加热炉管及加热炉管的制造方法通过使用温度条件，可以分开使用加热炉管元件的材质，特别是，在加热炉管的一部分使用奥氏体系耐热钢管，可以使装置的成本降低。
在图10所示的加热炉管100是通过利用镶嵌金属的扩散接合使由ODS合金管构成的一侧加热炉管元件110与由奥氏体系耐热钢管的另一侧加热炉管元件120互相结合所构成的。
另外，作为另一侧加热炉管元件120，不只由奥氏体系耐热钢管构成，也可利用与一侧加热炉管元件110同材质的ODS合金管。
在一侧加热炉管元件110的接合侧端部的外周面，通过电镀形成镶嵌金属的被膜M薄膜，在另一侧加热炉管元件120的接合侧端部以与一侧加热炉管元件1 10的接合侧端部能嵌合的状态进行扩管。
为了制作加热炉管100，首先在一侧加热炉管元件110的接合侧端部外嵌合在另一侧加热炉管元件120的接合侧端部，在另一侧加热炉管元件120的锥面120t上装接在内周形成锥面140t的紧固件140，同时，在另一侧加热炉管元件120的膨胀外经部120f上装接止动部件141。
然后，通过紧固件140使另一侧加热炉管元件120的接合侧端部，挟持镶嵌金属的镀层M，压接在一侧加热炉管元件110的接合侧端部后，与上述的加热炉管1’的制造工艺同样，排气升温，保持高温进行扩散接合，完成扩散接合之后放冷到室温，取下紧固件140及止动部件141，完成加热炉管100的制作过程。
另外，镶嵌金属的被膜M可在一侧加热炉管元件110与另一侧加热炉管元件120的内周面形成，或也可只在另一侧加热炉管元件120上形成。
在上述构成的加热炉管100中，不用说能得到与上述的加热炉管1’同等的作用效果。
并且，在上述加热炉管100，将一侧加热炉管元件110与另一侧加热炉管元件120通过镶嵌金属直接扩散结合，因此，不需要作为上述的加热炉管1’的中间部件的短管接头。
在图11所示的加热炉管200是通过镶嵌金属扩散接合将由ODS合金管构成的一侧加热炉管元件210与由奥氏体系耐热钢管构成的另一侧加热炉管220相互结构构成的。
另外，作为另一侧加热炉管元件220，不只由奥氏体系耐热钢管，也可利用与一侧加热炉管元件210同材质的ODS合金。
在一侧加热炉管元件210的接合侧端部，形成公螺纹210S，而在中另一侧加热炉管220的接合侧端部形成母螺纹220S，在一侧加热炉管210的接合侧端部的外周面上连续与另一侧加热炉管元件220的接合面全部区域，通过电镀形成镶嵌金属的被膜M薄膜。
为了制作加热炉管200，首先使在一侧加热炉管元件210的接合的公螺纹210S与在另一侧加热炉管元件220的母螺纹220S螺纹连接，机械地结合各加热炉管元件210、220，并且挟持镶嵌金属的镀层M，使各加热炉管210、220的接合侧端部互相压接，然后与上述的加热炉管1’的制造工艺相同，进行排气、升温、高温保持，使之进行扩散接合，扩散接合完了后，放冷到室温，完成加热炉管200的制作过程。
另外，镶嵌金属的被膜M，可在一侧加热炉管元件210上，同时也可在另一侧加热炉管元件220上形成，或者也可只在另一侧加热炉管元件220上形成。
还有，也可以在一侧加热炉管元件210形成母螺纹，而在另一侧加热炉管元件220形成公螺纹。
并且，在各加热炉管元件210、220的接合部a、b，也可安装由镶嵌金属所形成的环状的衬垫环。
在上述结构的加热炉管200中，不用说也可得到与上述的加热炉管1’同等的作用效果。
另外，在上述加热炉管200，通过镶嵌金属直接扩散结合一侧加热炉管元件210与另一侧加热炉管元件220，因此，不需要作为上述加热炉管1’的中间部件的短管接头。
并且，在上述加热炉管200中，由螺纹连接的机械式结合和扩散结合进行组合，可得到在高温环境下的机械强度和密封性。
图12所示的加热炉管300，是通过镶嵌金属的扩散接合使由ODS合金管构成的一侧加热炉管元件310与由奥氏体系耐热钢管构成的另一侧加热炉管320相互结构构成的。
还有，作为另一侧加热炉管元件320，不只是奥氏体系耐热钢管，也可以利用与一侧加热炉管元件310同质的ODS合金管。
在一侧加热炉管元件310的接合侧端部，形成锥状的嵌合凸部310T，而在中另一侧加热炉管320的接合侧端部形成锥状的嵌合凹部320T，在一侧加热炉管310的接合侧端部的外周面上连续与另一侧加热炉管元件320的接合面全部区域，通过电镀形成镶嵌金属的被膜M薄膜。
为了制作加热炉管300，首先使在一侧加热炉管元件310的嵌合凸部310T与另一侧加热炉管元件320的嵌合凹部320T嵌合，机械地结合各加热炉管元件310、320，并且沿各加热炉管元件310、320的管轴方向加0.1kg/mm2以上的压缩应力，挟持镶嵌金属的镀层M，使各加热炉管310、320的接合侧端部互相压接。
然后，与上述的加热炉管1’的制造工艺同样进行排气、升温、高温保持并进行扩散接合，完成扩散接合后，放冷到室温，完成加热炉管300的制作过程。
另外，镶嵌金属的被膜M可在一侧加热炉管元件310上，同时也可在另一侧加热炉管元件320上形成，或者也可只在另一侧加热炉管元件320上形成。
还有，也可在一侧加热炉管310上形成嵌合凹部，而在另一侧加热炉管320上形成嵌合凸部。
并且，在各加热炉管元件310、320的接合部a、b上，也可安装由镶嵌金属所形成的环状的衬垫环。
在上述结构的加热炉管300中，不用说也可得到与上述的加热炉管1’同等的作用效果。
另外，在上述加热炉管300，通过镶嵌金属直接扩散结合一侧加热炉管元件310与另一侧加热炉管元件320，因此，不需要作为上述加热炉管1’的中间部件的短管接头。
并且，在上述加热炉管300中，通过由锥型接头的机械式结合和扩散接合进行安装，能得到在高温环境下的机械强度和密封性。
另外，在上述的各实施例的镶嵌金属的被膜M任何一个都通电镀所形成，但是作为形成镶嵌金属的被膜M的其它的方法除可采用包括湿式电镀、干式电镀、其他无电解镀外，还可以包括物理蒸镀(真空蒸镀、阴极溅镀、离子喷镀等)以及化学蒸镀(高温CVD、等离子CVD等)的气相镀、熔射，以及涂布金属膏的方法等。
还有，代替所形成镶嵌金属的被膜M，插入镶嵌金属，具体地说，也可将由镶嵌金属的薄板所形成的管状或环状的镶嵌部件或镶嵌金属箔插入到一侧加热炉管元件与另一侧加热炉管元件之间。
并且，有关本发明(权利要求2)的加热炉管以及有关本发明(权利要求11)的加热炉管的制造方法，不只为乙烯制造装置的裂解炉管，例如，即使以在石油精炼工厂的CCR装置等存在渗碳问题的各种加热炉管为对象，不用说也能极有效地被利用。
由以上所述，本发明的加热炉管、加热炉管的使用方法以及加热炉管的制造方法对于存在焦化以渗碳问题的加热炉管是可以有效地适用。
权利要求
1.一种加热炉管，是在使含碳氢化合物或CO的流体流通所使用的加热炉管，其特征在于由含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成。
2.一种加热炉管，其特征在于是通过镶嵌金属的扩散接合使由上述稀土氧化物粒子分散型铁合金或耐热金属构成的另一侧加热炉管元件与由含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成的一侧加热炉管元件互相结合构成。
3.根据权利要求2所述的加热炉管，其特征在于使含有按原子量换算100ppm以下S的流体流通的同时在550℃-1000℃的温度范围内所使用。
4.根据权利要求2所述的加热炉管，其特征在于具备插入上述一侧加热炉管元件的接合侧端部及上述另一侧加热炉管元件的接合侧端部的短管接头，利用配置在上述一侧加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧部与上述短管接头之间设置的镶嵌金属，通过以由加压部件使上述一侧加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧端部与上述短管接头互相压接的状态扩散接合，通过上述短管接头将上述一侧的加热炉管元件与上述另一侧加热炉管元件互相结合构成。
5.根据权利要求4所述的加热炉管，其特征在于上述加压部件是由在上述短管接头的外周部所形成的锥面及与该锥面嵌合并使上述短管接头在半径方向收缩的紧固件构成的。
6.根据权利要求4所述的加热炉管，其特征在于上述镶嵌金属通过电镀所形成。
7.根据权利要求2所述的加热炉管，其特征在于在550℃到1200℃的温度范围内被使用。
8.一种加热炉管的使用方法，其特征在于在由含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成的加热炉管中，使含有碳氢化合物或CO的流体流通。
9.根据权利要求8所述的加热炉管的使用方法，其特征在于通过镶嵌金属的扩散接合使由耐热金属构成的其他的加热炉管元件结合而使用。
10.根据权利要求9所述的加热炉管的使用方法，其特征在于使含有按原子量换算100ppm以下S的流体流通的同时，在550℃-1000℃的温度范围内使用。
11.一种加热炉管的制造方法，其特征在于是通过镶嵌金属的扩散接合使由含有Cr为17-26重量％、Al为2-6重量％的稀土类氧化物粒子分散型铁合金构成的一侧加热炉管元件与由上述稀土类氧化物分散型铁合金或耐热金属构成的另一侧加热炉管元件互相结合所构成的加热炉管的制造方法，包括在上述一侧加热炉管元件的接合侧端部及上述另一侧加热炉管元件的接合侧端部的至少一侧形成或插入镶嵌金属的工序、直接或通过中间部件将在上述一侧加热炉管元件的接合侧端部与在上述另一侧加热炉管元件的接合端部互相压接的工序、和通过加热镶嵌金属，使上述一侧加热炉管元件与上述另一侧加热炉管元件互相扩散接合的工序。
12.根据权利要求11所述的加热炉管的制造方法，其特征在于通过电镀形成上述镶嵌金属。
13.根据权利要求11所述的加热炉管的制造方法，其特征在于上述中间部件是插入上述一侧的加热炉管元件的接合侧端部及上述另一侧另热炉管元件的接合侧端部的短管接头，通过利用配置在上述一侧加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧端部与上述短管接头之间的镶嵌金属，以由加压部件使上述一侧的加热炉管元件及另一侧加热炉管元件的接合侧端部与上述短管接头互相压接的状态下扩散接合，并通过上述短管接头将上述一侧加热炉管元件与上述另一侧加热炉管元件互相结合。
14.根据权利要求12所述的加热炉管的制造方法，其特征在于上述加压部件由在上述短管接头的外周部所形成的锥面及与该锥面嵌合并使上述短管接头沿半径方向收缩的紧固件构成。
全文摘要
一种加热炉管是由含有Cr为17—26重量%、Al为2—6重量%的稀土类氧化物粒子分散型铁合金所构成。加热炉管的制造方法包括在一侧加热炉管元件的接合侧端部及另一侧加热炉管的接合侧端部的至少一侧上形成或插入镶嵌金属的工序、直接或通过中间部件使一侧加热炉管元件的接合侧端部与在另一侧加热炉管元件的接合侧端部互相压接的工序和通过镶嵌金属使一侧加热炉管元件与另一侧加热炉管元件互相扩散接合的工序。该加热炉管可以消除在使含碳流体流通时产生的问题。
文档编号C10G9/16GK1267340SQ9880831
公开日2000年9月20日 申请日期1998年8月19日 优先权日1997年8月20日
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