JP3416842B2 - 突き合せ溶接された内面突起付き熱交換用管 - Google Patents
突き合せ溶接された内面突起付き熱交換用管Info
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- JP3416842B2 JP3416842B2 JP00121998A JP121998A JP3416842B2 JP 3416842 B2 JP3416842 B2 JP 3416842B2 JP 00121998 A JP00121998 A JP 00121998A JP 121998 A JP121998 A JP 121998A JP 3416842 B2 JP3416842 B2 JP 3416842B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、管内面に螺旋状突
起を有する金属管を突き合せ溶接してなる、エチレン製
造用熱分解反応管等として有用な熱交換用管に関する。
起を有する金属管を突き合せ溶接してなる、エチレン製
造用熱分解反応管等として有用な熱交換用管に関する。
【０００２】
【従来の技術】エチレン製造用熱分解炉では、炉内の反
応管に炭化水素類（ナフサ，天然ガスなど）を含む混合
ガスが高速送給され、管外部からの給熱による高温・加
圧（約800 〜1100℃, 5kg/cm2 以下）の条件下に、熱分
解反応生成物としてエチレン等のオレフィン類が収得さ
れる。この熱分解反応を効率よく行わせ高いエチレン収
率を得るには、オレフィンの二次反応（エチレンの脱水
素分解反応など）が抑制されるように、管内の原料流体
を迅速に所定の温度に加熱昇温し、短時間で反応を達成
することが必要である。反応系からの遊離炭素の析出
（遊離炭素は管内面に付着堆積し、管材質の浸炭劣化な
どの原因となる）を抑制防止するためにも、迅速な加熱
昇温により、短時間に所定の反応を完結させることを要
する。この要求に応えるための高い熱伝達性能を有する
反応管として、管内面に螺旋状突起を設けた反応管が提
案されている（特開平8-82494 号公報）。これは、管内
面の螺旋状突起を管内流体の攪拌要素とし、乱流形成に
より管内流体を管断面の中央域まで短時間に所要の反応
温度に加熱昇温することを可能とするものである。
応管に炭化水素類（ナフサ，天然ガスなど）を含む混合
ガスが高速送給され、管外部からの給熱による高温・加
圧（約800 〜1100℃, 5kg/cm2 以下）の条件下に、熱分
解反応生成物としてエチレン等のオレフィン類が収得さ
れる。この熱分解反応を効率よく行わせ高いエチレン収
率を得るには、オレフィンの二次反応（エチレンの脱水
素分解反応など）が抑制されるように、管内の原料流体
を迅速に所定の温度に加熱昇温し、短時間で反応を達成
することが必要である。反応系からの遊離炭素の析出
（遊離炭素は管内面に付着堆積し、管材質の浸炭劣化な
どの原因となる）を抑制防止するためにも、迅速な加熱
昇温により、短時間に所定の反応を完結させることを要
する。この要求に応えるための高い熱伝達性能を有する
反応管として、管内面に螺旋状突起を設けた反応管が提
案されている（特開平8-82494 号公報）。これは、管内
面の螺旋状突起を管内流体の攪拌要素とし、乱流形成に
より管内流体を管断面の中央域まで短時間に所要の反応
温度に加熱昇温することを可能とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】熱分解炉の配管構成に
おける管継手の形成は、突き合せ溶接が適用され、外周
面側からティグ溶接等を施工することにより行われる。
反応管は高温・加圧条件下に使用されるので、その溶接
施工においては、溶接金属を管内面まで十分に溶け込ま
せることが必要である。しかし、管内面に螺旋状突起を
有する管体の突き合せ溶接では、螺旋状突起が存在する
部分とそうでない部分とで管の肉厚が異なり、突起のあ
る部分は、突起の高さ分だけ肉厚が厚くなっている。こ
のため、突起が存在する部分は、溶け込み不足を生じ易
く、健全な継手品質を保証することが困難である。
おける管継手の形成は、突き合せ溶接が適用され、外周
面側からティグ溶接等を施工することにより行われる。
反応管は高温・加圧条件下に使用されるので、その溶接
施工においては、溶接金属を管内面まで十分に溶け込ま
せることが必要である。しかし、管内面に螺旋状突起を
有する管体の突き合せ溶接では、螺旋状突起が存在する
部分とそうでない部分とで管の肉厚が異なり、突起のあ
る部分は、突起の高さ分だけ肉厚が厚くなっている。こ
のため、突起が存在する部分は、溶け込み不足を生じ易
く、健全な継手品質を保証することが困難である。
【０００４】また、溶接される２つの管体を、互いの螺
旋状突起が正確に一致するように突き合せることも容易
ではない。図６のように、溶接された２つの管体（１
０）（１０）の互いの螺旋状突起(12・1)と(12・2)の位置
が食い違っていると、その部分に管内流体のよどみ・渦
流を生じ、これはその部分の遊離炭素の付着沈積（コー
キング）が助長される原因となる。本発明は、このよう
な螺旋状突起を管内面に有する熱交換用管の突き合せ溶
接に付随する問題を解消することを課題とするものであ
る。
旋状突起が正確に一致するように突き合せることも容易
ではない。図６のように、溶接された２つの管体（１
０）（１０）の互いの螺旋状突起(12・1)と(12・2)の位置
が食い違っていると、その部分に管内流体のよどみ・渦
流を生じ、これはその部分の遊離炭素の付着沈積（コー
キング）が助長される原因となる。本発明は、このよう
な螺旋状突起を管内面に有する熱交換用管の突き合せ溶
接に付随する問題を解消することを課題とするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、管内面に螺旋
状突起を有する２本の金属管を、螺旋状突起の螺旋軌跡
がほぼ一致するように突き合せて溶接された熱交換用管
において、溶接部には螺旋状突起がなく、溶接部に臨む
螺旋状突起の端部は、溶接部を挟んで管軸方向に４〜３
０mm離れていると共に、端部の前面は、傾斜角α: ８０
°≦α＜９０°の斜面をなしていることを特徴としてい
る。本発明の熱交換用管は、所望により、溶接部を挟む
螺旋状突起の端部前面の傾斜面として、上記の傾斜面に
代え、曲率半径Ｒ: ｔ〜２．５ｔ（ｔは、螺旋状突起の
高さ，mm）である湾曲斜面が与えられる。
状突起を有する２本の金属管を、螺旋状突起の螺旋軌跡
がほぼ一致するように突き合せて溶接された熱交換用管
において、溶接部には螺旋状突起がなく、溶接部に臨む
螺旋状突起の端部は、溶接部を挟んで管軸方向に４〜３
０mm離れていると共に、端部の前面は、傾斜角α: ８０
°≦α＜９０°の斜面をなしていることを特徴としてい
る。本発明の熱交換用管は、所望により、溶接部を挟む
螺旋状突起の端部前面の傾斜面として、上記の傾斜面に
代え、曲率半径Ｒ: ｔ〜２．５ｔ（ｔは、螺旋状突起の
高さ，mm）である湾曲斜面が与えられる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例を示
す図面を参照して説明する。図１は、本発明の熱交換用
管の突き合せ溶接部付近の管内面を示し、図２は溶接部
の管軸方向断面を示している。（１０）は管体，（１
２）は管体内面（１１）に形成されている螺旋状突起で
ある。管体（１０）（１０）の溶接部（１５）に沿った
領域の管内面（１１）には、螺旋状突起（１２）がな
く、その部分の肉厚は全周に亘つて一定（母材管の肉厚
に等しい）である。従って、その溶接施工においては、
螺旋状突起（１２）が溶接部を横断している場合のよう
な溶け込み不足が回避され、全周に亘り、管内面まで十
分に溶け込ませた健全な管継手を形成することができ
る。
す図面を参照して説明する。図１は、本発明の熱交換用
管の突き合せ溶接部付近の管内面を示し、図２は溶接部
の管軸方向断面を示している。（１０）は管体，（１
２）は管体内面（１１）に形成されている螺旋状突起で
ある。管体（１０）（１０）の溶接部（１５）に沿った
領域の管内面（１１）には、螺旋状突起（１２）がな
く、その部分の肉厚は全周に亘つて一定（母材管の肉厚
に等しい）である。従って、その溶接施工においては、
螺旋状突起（１２）が溶接部を横断している場合のよう
な溶け込み不足が回避され、全周に亘り、管内面まで十
分に溶け込ませた健全な管継手を形成することができ
る。
【０００７】溶接部（１５）を挟んで向い合う螺旋状突
起(12・1)と(12・2)の端部同士の間隔（管軸方向）Ｄは、
少なくとも４mmであることを要する。すなわち、螺旋状
突起(12・1)(12・2)の端部は、突き合せ面からそれぞれ管
軸方向に２mm以上離隔している。これは、上記の溶け込
み不足を回避し、かつ螺旋状突起(12・1)(12・2)の端部前
面の基部 (１２1 ) のノッチ効果（溶接施工に伴う熱応
力集中および亀裂発生）を抑制防止するためである。こ
の間隔Ｄは３０mmを上限とする。間隔Ｄを過度に拡大す
ると、螺旋状突起（１２）の効果（熱交換性）が弱めら
れるからである。
起(12・1)と(12・2)の端部同士の間隔（管軸方向）Ｄは、
少なくとも４mmであることを要する。すなわち、螺旋状
突起(12・1)(12・2)の端部は、突き合せ面からそれぞれ管
軸方向に２mm以上離隔している。これは、上記の溶け込
み不足を回避し、かつ螺旋状突起(12・1)(12・2)の端部前
面の基部 (１２1 ) のノッチ効果（溶接施工に伴う熱応
力集中および亀裂発生）を抑制防止するためである。こ
の間隔Ｄは３０mmを上限とする。間隔Ｄを過度に拡大す
ると、螺旋状突起（１２）の効果（熱交換性）が弱めら
れるからである。
【０００８】また、溶接部を挟む螺旋状突起(12・1)(12・
2)のそれぞれの端部の前面は、図２に示すように傾斜面
(１２A ）をなしている。傾斜面 (１２A ) としている
のは、螺旋状突起が不連続であることによる不具合を軽
減緩和するためである。すなわち、突起（１２）の端部
前面が、図４のように垂直面であると、管内を流通（矢
符Ａ）する流体は下流側の螺旋状突起(12・2)の端部前面
に衝突してそこに流体のよどみ（１６）を生じ、上流側
の突起(12・1)の端部にも、その段差のために流体のよど
み（１６）が生じる。エチレン製造用反応管では、流体
のよどみが生じた部分に反応系からの遊離炭素の付着堆
積（コーキング）が助長される。
2)のそれぞれの端部の前面は、図２に示すように傾斜面
(１２A ）をなしている。傾斜面 (１２A ) としている
のは、螺旋状突起が不連続であることによる不具合を軽
減緩和するためである。すなわち、突起（１２）の端部
前面が、図４のように垂直面であると、管内を流通（矢
符Ａ）する流体は下流側の螺旋状突起(12・2)の端部前面
に衝突してそこに流体のよどみ（１６）を生じ、上流側
の突起(12・1)の端部にも、その段差のために流体のよど
み（１６）が生じる。エチレン製造用反応管では、流体
のよどみが生じた部分に反応系からの遊離炭素の付着堆
積（コーキング）が助長される。
【０００９】これに対し、螺旋状突起(12・1)(12・2)の端
部前面を傾斜面としている場合は、段差の影響が軽減さ
れ、管内流体は傾斜面に沿って流通することによりよど
みの発生が緩和解消される。また、端部前面の基部 (１
２1 ) における管内面とのなす角度が鈍角となることに
より、基部 (１２1 ) のノッチ効果（溶接施工中や実機
使用過程での熱応力集中および亀裂発生）も軽減され
る。上記螺旋状突起(12・1)(12・2)の端部傾斜面 (１２A
) の傾斜角αは、８０°≦α＜９０°とする。傾斜角
αを９０°より小さい角度とするのは、むろん管内流体
に対する衝風緩和の効果を得るためであり、８０°を下
限とするのは、それより小さくなると、螺旋状突起の管
内流体に対する攪拌効果が乏しくなるからである。
部前面を傾斜面としている場合は、段差の影響が軽減さ
れ、管内流体は傾斜面に沿って流通することによりよど
みの発生が緩和解消される。また、端部前面の基部 (１
２1 ) における管内面とのなす角度が鈍角となることに
より、基部 (１２1 ) のノッチ効果（溶接施工中や実機
使用過程での熱応力集中および亀裂発生）も軽減され
る。上記螺旋状突起(12・1)(12・2)の端部傾斜面 (１２A
) の傾斜角αは、８０°≦α＜９０°とする。傾斜角
αを９０°より小さい角度とするのは、むろん管内流体
に対する衝風緩和の効果を得るためであり、８０°を下
限とするのは、それより小さくなると、螺旋状突起の管
内流体に対する攪拌効果が乏しくなるからである。
【００１０】図３は、溶接部に臨む螺旋状突起(12・1)(1
2・2)の端部前面に形成される傾斜面の他の例を示してい
る。この傾斜面 (１２B ) は湾曲斜面をなしている。そ
の傾斜角αは、管内面に接する基部 (１２1 ) （この位
置における傾斜角α＝０°）から斜面に沿って漸増し、
突起の頂部 (１２2 ) において最大となる。螺旋状突起
（１２）の端部前面をこのような湾曲傾斜面 (１２B )
とした場合、管内流体の流れはより滑らかとなり、よど
みの緩和効果が高められる。また、下流側の螺旋状突起
(12・2)の斜面に沿う流れは、突起頂部(12・2)において管
軸方向に対する傾斜角の大きな流れとなり、従ってよど
みを効果的に軽減緩和しながら流体攪拌効果を得ること
ができる。しかも、傾斜面 (１２B ) の基部 (１２1)
は、傾斜角α＝０であるから、基部のノッチ効果は実質
的に皆無となる。
2・2)の端部前面に形成される傾斜面の他の例を示してい
る。この傾斜面 (１２B ) は湾曲斜面をなしている。そ
の傾斜角αは、管内面に接する基部 (１２1 ) （この位
置における傾斜角α＝０°）から斜面に沿って漸増し、
突起の頂部 (１２2 ) において最大となる。螺旋状突起
（１２）の端部前面をこのような湾曲傾斜面 (１２B )
とした場合、管内流体の流れはより滑らかとなり、よど
みの緩和効果が高められる。また、下流側の螺旋状突起
(12・2)の斜面に沿う流れは、突起頂部(12・2)において管
軸方向に対する傾斜角の大きな流れとなり、従ってよど
みを効果的に軽減緩和しながら流体攪拌効果を得ること
ができる。しかも、傾斜面 (１２B ) の基部 (１２1)
は、傾斜角α＝０であるから、基部のノッチ効果は実質
的に皆無となる。
【００１１】上記湾曲斜面 (１２B ) の曲率半径Ｒは、
Ｒ＝ｔ〜２．５ｔ（ｔは突起１２の高さ）とする。突起
頂部における傾斜角（αT ）は、Ｒ＝ｔのとき、αT =
90°、Ｒ＝２．５ｔのとき、αT = ５３°である。曲率
半径Ｒを、ｔ（突起高さ）以上とするのは、それより小
さいと、管内流体のよどみを緩和軽減する効果が不足
し、他方その上限を２．５ｔとしているのは、それを越
えると、突起頂部の傾斜角αT が小さくなり、管内流体
の攪拌効果が乏しくなるからである。好ましくは、Ｒ＝
ｔ〜２ｔ（αT ＝９０°〜６０°）である。
Ｒ＝ｔ〜２．５ｔ（ｔは突起１２の高さ）とする。突起
頂部における傾斜角（αT ）は、Ｒ＝ｔのとき、αT =
90°、Ｒ＝２．５ｔのとき、αT = ５３°である。曲率
半径Ｒを、ｔ（突起高さ）以上とするのは、それより小
さいと、管内流体のよどみを緩和軽減する効果が不足
し、他方その上限を２．５ｔとしているのは、それを越
えると、突起頂部の傾斜角αT が小さくなり、管内流体
の攪拌効果が乏しくなるからである。好ましくは、Ｒ＝
ｔ〜２ｔ（αT ＝９０°〜６０°）である。
【００１２】本発明の熱交換用管の螺旋状突起の形設態
様（螺旋状突起のピッチ，螺旋条数，突起高さ等突起幅
など）は、熱交換用管の用途・実機使用態様に応じて適
宜設計される。熱交換用管の突き合せ溶接の施工に当た
っては、図５に示すように、管端面に適宜の開先（１
３）（Ｖ型，Ｙ型，Ｕ型など）を機械加工により形成
し、また溶接部を挟む螺旋状突起(12・1)と(12・2)の端部
同士に間に所定の間隔Ｄが与えられるように、管端近傍
の螺旋状突起(12・1)(12・2)の端縁部を切削除去して管端
を突き合せる。２つの管体は、螺旋状突起(12・1)と(12・
2)の螺旋軌跡を厳密に一致させる必要はなく、周方向に
５mm程度食い違っていても差し支えない。前記のように
螺旋状突起(12・1)の端部と(12・2)の端部との間に間隔Ｄ
を与え，かつそれぞれの端部前面を一定の傾斜面として
いるからである。
様（螺旋状突起のピッチ，螺旋条数，突起高さ等突起幅
など）は、熱交換用管の用途・実機使用態様に応じて適
宜設計される。熱交換用管の突き合せ溶接の施工に当た
っては、図５に示すように、管端面に適宜の開先（１
３）（Ｖ型，Ｙ型，Ｕ型など）を機械加工により形成
し、また溶接部を挟む螺旋状突起(12・1)と(12・2)の端部
同士に間に所定の間隔Ｄが与えられるように、管端近傍
の螺旋状突起(12・1)(12・2)の端縁部を切削除去して管端
を突き合せる。２つの管体は、螺旋状突起(12・1)と(12・
2)の螺旋軌跡を厳密に一致させる必要はなく、周方向に
５mm程度食い違っていても差し支えない。前記のように
螺旋状突起(12・1)の端部と(12・2)の端部との間に間隔Ｄ
を与え，かつそれぞれの端部前面を一定の傾斜面として
いるからである。
【００１３】突き合せ溶接は、ティグ溶接，ミグ溶接、
被覆アーク溶接等が適用され、管体を水平回転ロール上
に載置して管軸を中心に回転させながら行われる。溶加
材（溶接棒）を使用する場合は、母材管体と同一材種あ
るいは母材管材種に応じてモディファイされた組成を有
するものが使用される。また、溶接部の割れ防止等、溶
接部の健全性を確保するために、管材種，肉厚等に応じ
た適宜の予熱・後熱処理が施されることなども、通常の
突き合せ溶接におけるそれと異ならない。
被覆アーク溶接等が適用され、管体を水平回転ロール上
に載置して管軸を中心に回転させながら行われる。溶加
材（溶接棒）を使用する場合は、母材管体と同一材種あ
るいは母材管材種に応じてモディファイされた組成を有
するものが使用される。また、溶接部の割れ防止等、溶
接部の健全性を確保するために、管材種，肉厚等に応じ
た適宜の予熱・後熱処理が施されることなども、通常の
突き合せ溶接におけるそれと異ならない。
【００１４】
【発明の効果】本発明の螺旋状突起を有する熱交換用管
は、管内面の螺旋状突起に起因する溶接施工の困難や、
溶接欠陥の発生がなく、突き合せ溶接部の全周に亘つて
健全な溶接品質を有している。また、管内面の螺旋状突
起は溶接部で中断された不連続形態を有しているが、そ
れに起因する不具合、例えばエチレン製造用反応管にお
け管内流体のよどみ（コーキングを助長する要因とな
る）も軽減緩和され、エチレン製造における熱分解操業
を効率的に遂行することができる。
は、管内面の螺旋状突起に起因する溶接施工の困難や、
溶接欠陥の発生がなく、突き合せ溶接部の全周に亘つて
健全な溶接品質を有している。また、管内面の螺旋状突
起は溶接部で中断された不連続形態を有しているが、そ
れに起因する不具合、例えばエチレン製造用反応管にお
け管内流体のよどみ（コーキングを助長する要因とな
る）も軽減緩和され、エチレン製造における熱分解操業
を効率的に遂行することができる。
【図１】本発明の熱交換用管を管軸方向に半分割した突
き合せ溶接部近傍の管内面を示す図である。
き合せ溶接部近傍の管内面を示す図である。
【図２】本発明の熱交換用管の突き合せ溶接部近傍の螺
旋状突起端部を示す管軸方向断面説明図である。
旋状突起端部を示す管軸方向断面説明図である。
【図３】本発明の熱交換用管の突き合せ溶接部近傍の螺
旋状突起端部を示す管軸方向断面説明図である。
旋状突起端部を示す管軸方向断面説明図である。
【図４】本発明の熱交換用管の突き合せ溶接の断面説明
図である。
図である。
【図５】熱交換用管の管内流体のよどみの説明図であ
る。
る。
【図６】熱交換用管を管軸方向に半分割した突き合せ溶
接近傍の管内面を示す図である。
接近傍の管内面を示す図である。
１０: 管（熱交換用管）
１１: 管内面
１２，12・1, 12・2: 螺旋状突起
１２A ，１２B : 螺旋状突起の端部傾斜面
１２1 : 螺旋状突起の端部前面の基部
１２2 : 螺旋状突起の頂部
１３: 開先
１５: 溶接部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F28F 1/40
B21D 53/06
B23K 9/028
F16L 13/02
Claims (3)
- 【請求項１】 管内面に螺旋状突起を有する２本の金属
管を、螺旋状突起の螺旋軌跡がほぼ一致するように突き
合せて溶接された熱交換用管において、溶接部には螺旋
状突起がなく、溶接部に臨む螺旋状突起の端部は、溶接
部を挟んで管軸方向に４〜３０mm離れていると共に、端
部の前面は、傾斜角α: ８０°≦α＜９０°の斜面をな
していることを特徴とする突き合せ溶接された内面突起
付き熱交換用管。 - 【請求項２】 管内面に螺旋状突起を有する２本の金属
管を、螺旋状突起の螺旋軌跡がほぼ一致するように突き
合せて溶接された熱交換用管において、溶接部には螺旋
状突起がなく、溶接部に臨む螺旋状突起の端部は、溶接
部を挟んで管軸方向に４〜３０mm離れていると共に、端
部の前面は、曲率半径Ｒ: ｔ〜２．５ｔ（ｔは、螺旋状
突起の高さ，mm）の湾曲斜面をなしていることを特徴と
する突き合せ溶接された内面突起付き熱交換用管。 - 【請求項３】 エチレン製造用反応管として使用される
請求項１または請求項２に記載の突き合せ溶接された内
面突起付き熱交換用管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00121998A JP3416842B2 (ja) | 1998-01-07 | 1998-01-07 | 突き合せ溶接された内面突起付き熱交換用管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00121998A JP3416842B2 (ja) | 1998-01-07 | 1998-01-07 | 突き合せ溶接された内面突起付き熱交換用管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11201682A JPH11201682A (ja) | 1999-07-30 |
| JP3416842B2 true JP3416842B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=11495368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00121998A Expired - Lifetime JP3416842B2 (ja) | 1998-01-07 | 1998-01-07 | 突き合せ溶接された内面突起付き熱交換用管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3416842B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5155163B2 (ja) * | 2006-07-05 | 2013-02-27 | 新日鐵住金株式会社 | 熱分解反応用金属管 |
| JP5289811B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-09-11 | 株式会社クボタ | 反応管 |
-
1998
- 1998-01-07 JP JP00121998A patent/JP3416842B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11201682A (ja) | 1999-07-30 |
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