Düster, Hans-peter (Freiherr-vom-Stein Strasse 30, Gummersbach, 51647, DE)
Marturet, Carlos (Plaza San Rafael 6 2°D, Pamplona, 31005, ES)
Jakobi, Dietlinde (Bülowstrasse 19, Köln, 50733, DE)
Düster, Hans-peter (Freiherr-vom-Stein Strasse 30, Gummersbach, 51647, DE)
Marturet, Carlos (Plaza San Rafael 6 2°D, Pamplona, 31005, ES)
| 1. | Verbundrohr mit einem ersten Teilrohr (10) und einem zweiten Teilrohr (20), bei dem das eine Teilrohr in dem anderen Teilrohr angeordnet ist, das erste Teilrohr (10) ein Schleudergußrohr ist und das zweite Teilrohr (20) durch Druckbehandlung aus einem Pulver erzeugt wurde. |
| 2. | Verbundrohr nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teilrohr (10) metallurgisch mit dem anderen Teilrohrs (20) ver¬ bunden ist. |
| 3. | Verbundrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teilrohr (20) ein Profil aufweist. |
| 4. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das zweite Teilrohr (20) in dem ersten Teilrohrs (10) angeordnet ist. |
| 5. | Verbundrohr nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teilrohr (20) mindestens eine Innenrippe (30) aufweist. |
| 6. | Verbundrohr nach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrippe wendeiförmig verläuft. |
| 7. | Verbundrohr nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel der Rippe 16 bis 20° beträgt. |
| 8. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Steigungswinkel der Rippe 20° bis 40° beträgt. |
| 9. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß mehrere Rippen und die zwischen den Rippen befindli¬ chen Rippentäler im Querschnitt spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. |
| 10. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Rippenkuppen und die Rippentäler mehrerer Rippen jeweils aneinander grenzen. |
| 11. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rippen und die Rippentäler mehrerer Rippen densel¬ ben Krümmungsradius besitzen. |
| 12. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 11 , gekennzeichnet durch insgesamt sechs bis zwanzig Rippen. |
| 13. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Verhältnis der Rippenfläche innerhalb des Profil Hüllkreises zum freien Querschnitt des Profils unter 0,06 bis 0,1 liegt. |
| 14. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Verhältnis der Quotienten der Wärmeübergangsko¬ effizienten QR/QO zum Quotienten der Druckverluste ΔPR/ΔPO im Was¬ serversuch 1 ,4 bis 1 ,5 beträgt, wobei R ein Verbundrohr mit Rippen und 0 ein Glattrohr kennzeichnet. |
| 15. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der hydraulische Durchmesser dem Innenrohrdurchmes ser eines vergleichbaren Glattrohr entspricht. |
| 16. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teilrohr (10) aus einem Werkstoff mit der Analyse insbesondere aus einem der DIN EN 10027 Teil 1 Werkstoffe GX40CrNiSi2520, GX40NiCrSiNb3525, GX45NiCrSiNbTi3525, GX35CrNiSiNb2424, GX45NiCrSi3525, GX43NiCrWSi35254, GX10NiCrNb3220, GX50CrNiSi3030, GNiCr28W, GNiCrCoW, GX45NiCrSiNb4535, GX13NiCrNb4535, GX13NiCrNb3725, GX55NiCrWZr333004 besteht. |
| 17. | Verbundrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teilrohr aus dem gleichen Werkstoff wie das erste Teilrohr und/oder einem keramischen, intermetallischen oder ODSWerkstoff hergestellt ist. |
| 18. | Verfahren zum Herstellen eines Verbundrohrs nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulver in Kontakt mit der Innen oder Außenoberfläche eines Schleudergußrohrs gebracht wird und das Pulver durch Druckbehandlung zur Bildung des zweiten Teilrohrs verdichtet und mit dem Schleudergußrohr verbunden wird. |
| 19. | Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Pul¬ ver erhitzt wird. |
| 20. | Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver vor der Druckbehandlung vorverdichtet wird. |
| 21. | Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das PuI ver mittels Rütteln vorverdichtet wird. |
| 22. | Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Kern in ein Schleudergußrohr eingesetzt wird, ein zwischen der Innenoberfläche des Schleudergußrohrs und dem Kern verbleibender Freiraum mit einem Pulver gefüllt wird, das Schleudergußrohr bei gleichzeitiger Erhitzung des Pulvers unter Druck gesetzt wird, nach Abschluß der Druckbehandlung der Kern aus dem so erzeugten Verbundrohr entfernt wird. |
| 23. | Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kern mit einem zu einem auf der Innenseite des Verbundrohrs zu erzeugen¬ den Rippenprofil inversen Rippenprofil in das Schleudergußrohr einge setzt wird. |
| 24. | Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern zumindest teilweise mittels Ätzen aus dem Verbundrohr ent¬ fernt wird. |
| 25. | Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Schleudergußrohr in eine Form eingesetzt wird, ein zwischen der Außenoberfläche des Schleudergußrohrs und der Form verbleibender Freiraum mit einem Pulver gefüllt wird, das Schleudergußrohr bei gleichzeitiger Erhitzung des Pulvers unter Druck gesetzt wird, nach Abschluß der Druckbehandlung das so erzeugte Verbund¬ rohr aus der Form genommen wird. |
| 26. | Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekenn zeichnet, daß der Freiraum an zumindest einem Rohrenden verschlos¬ sen wird. |
| 27. | Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zur Druckbehandlung ein Druck von mindestens 450 bar erzeugt wird. |
| 28. | Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver auf eine Temperatur von mindestens 4500C erhitzt wird. |
| 29. | Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Pulver unter inerter Atmosphäre erhitzt wird. |
| 30. | Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekenn zeichnet, daß die Druckbehandlung in inerter Atmosphäre durchgeführt wird. |
| 31. | Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß mehrere Rohre in einer Druckkammer hergestellt wer den. |
| 32. | Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31 dadurch gekennzeich¬ net, daß die Enden eines mit einem ersten Teilrohr und einem zweiten Teilrohr hergestellten Verbundrohr mit achsparallelen Rippen gegen einander verdreht werden. |
| 33. | Verwendung eines Verbundrohrs zum thermischen Spalten von Kohlen¬ wasserstoffen in Anwesenheit von Dampf. |
| 34. | Verwendung eines Verbundrohrs nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum thermischen Spalten von Kohlenwasserstoffen in Anwesenheit von Dampf. |
| 35. | Verwendung eines Verbundrohrs nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum thermischen Spalten von Kohlenwasserstoffen in Anwesenheit von Dampf, bei dem das Einsatzgemisch durch außenbeheizte Rohre mit wendeiförmigen Innenrippen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nachbarschaft der Rippen eine Drallströmung erzeugt und mit zunehmendem radialem Abstand von den Rippen in eine Kernzone mit überwiegend axialer Strömung überführt wird. |
| 36. | Verwendung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallströmung die sich an den Rippenflanken ablösenden Wirbel auf¬ nimmt. |
| 37. | Verwendung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Gasströmung in den Rippentälern größer als an den Rippenkuppen ist. |
| 38. | Verwendung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallströmung an den Rippen in einem Win¬ kel 20° bis 40°, vorzugsweise von 22,5 bis 32,5 °, bezogen auf die Rohrachse, verläuft. |
| 39. | Verwendung nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankung der Innenwandtemperatur über den Rohrumfang unter 120C liegt. |
| 40. | Verwendung nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Isothermen in der Kernzone kreisförmig ver¬ laufen. |
| 41. | Verwendung nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Geschwindigkeit der Drallströmung um 1 ,8 bis 2,0 m/s je Meter Rohrlänge erhöht. |
| 42. | Verwendung nach einem der Ansprüche 35 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Drallströmung je Meter Rohrlänge 7% bis 8% des freien Querschnitts erfaßt. |
| 43. | Verwendung nach einem der Ansprüche 35 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Homogenitätsfaktor der Temperatur über den Querschnitt und der auf den hydraulischen Durchmesser bezogene Homogenitätsfaktor der Temperatur im Verhältnis zu den Homogeni¬ tätsfaktoren eines Glattrohrs über 1 liegt. |
| 44. | Verwendung eines Verbundrohrs nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in Hochtemperaturanwendungen, insbesondere in einem Drehrohrofen oder in einer Müllverbrennungsanlage. |
Die Erfindung betrifft ein Verbundrohr, ein Herstellungsverfahren für ein Ver¬ bundrohr und Verwendungen für ein Verbundrohr.
Für die Hochtemperaturpyrolyse von Kohlenwasserstoffen (Erdölderivate) haben sich Röhrenöfen bewährt, bei denen ein Kohlenwasser¬ stoff/Wasserdampf-Gemisch bei Temperaturen über 750 0C durch Reihen aus einzelnen oder mäanderförmig angeordneten Rohren (C rackrohrsch lan¬ gen) aus hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stahllegierung mit hoher Oxidati- ons- beziehungsweise Zunderbeständigkeit in Rauchgasen und hoher Auf- kohlungsbeständigkeit geführt wird. Die Rohrschlangen bestehen beispiels¬ weise aus vertikal verlaufenden geraden Rohrabschnitten, die über U-för- mige Rohrbogen miteinander verbunden sind; sie werden üblicherweise mit Hilfe von Seitenwand- und teilweise auch mit Hilfe von Bodenbrennern beheizt und besitzen daher eine den Brennern zugekehrte sogenannte Son¬ nenseite sowie eine dem gegenüber um 90° versetzte, das heißt in Richtung der Rohrreihen verlaufende sogenannte Schattenseite. Dabei liegen die mittleren Rohrwandtemperaturen (TMT) teilweise über 1000 0C.
Die Lebensdauer der Crackrohre hängt sehr wesentlich von ihrer Aufkoh- lungsbeständigkeit und diese wiederum von der Verkokungsgeschwindigkeit ab. Maßgeblich für die Verkokungsgeschwindigkeit, das heißt für das Anwachsen einer Schicht von Kohlenstoffablagerungen (Pyrolysekoks) an der Rohrinnenwand sind neben der Art der eingesetzten Kohlenwasserstoffe die Spaltgastemperatur im Bereich der Innenwand und die sogenannte Crackschärfe, hinter der sich der Einfluß des Systemdrucks und der Verweil- zeit im Rohrsystem auf die Äthylenausbeute verbirgt. Die Spaltschärfe wird anhand der mittleren Austrittstemperatur der Spaltgase (z. B. 850 0C) einge¬ stellt. Je höher die Gastemperatur in der Nähe der Rohr-Innenwand über dieser Temperatur liegt, um so stärker wächst die Schicht des Pyrolysekok¬ ses, deren isolierende Wirkung die Rohrwandtemperatur weiter steigen läßt. Obgleich die als Rohrwerkstoff zur Verwendung kommenden Chrom-Nickel- Stahllegierungen mit 0,4 % Kohlenstoff über 25 % Chrom und über 20 % Nickel, beispielsweise 35 % Chrom, 45 % Nickel und gegebenenfalls 1 % Niob eine hohe Aufkohlungsbeständigkeit besitzen, diffundiert der Kohlen¬ stoff an Fehlstellen der Oxidschicht in die Rohrwandung und führt dort zu einer erheblichen Aufkohlung, die bis zu Kohlenstoffgehalten von 1% bis 3% in Wandtiefen von 0,5 bis 3 mm gehen kann. Verbunden damit ist eine erhebliche Versprödung des Rohrwerkstoffs mit der Gefahr einer Rißbildung bei thermischer Wechselbelastung insbesondere beim An- und Abfahren des Ofens.
Um die Kohlenstoffablagerungen (Verkokung) an der Rohrinnenwand abzu¬ bauen, ist es erforderlich, den Crackbetrieb von Zeit zu Zeit zu unterbrechen und den Pyrolysekoks mit Hilfe eines Dampf/Luft-Gemischs zu verbrennen. Dies erfordert eine Betriebsunterbrechung von bis zu 36 Stunden und beein- trächtigt daher erheblich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Aus der britischen Patentschrift 969 796 ist die Verwendung von Crackrohren mit Innenrippen bekannt. Solche Innenrippen ergeben zwar eine um viele Prozente, beispielsweise um 10 % größere Innenoberfläche und demzufolge einen besseren Wärmeübergang; sie sind aber auch mit dem Nachteil eines im Vergleich zu einem Glattrohr erheblich erhöhten Druckverlustes infolge Reibung an der vergrößerten Rohr-Innenoberfläche verbunden. Der höhere Druckverlust erfordert einen höheren Systemdruck und verschlechtert daher die Ausbeute. Hinzu kommt daß sich die bekannten Rohrwerkstoffe mit hohen Gehalten an Kohlenstoff und Chrom nicht mehr durch Kaltverformen, beispielsweise Kaltpressen profilieren lassen. Sie besitzen den Nachteil, daß sich ihre Verformbarkeit mit zunehmender Warmfestigkeit sowie Aufkoh- lungs- und Oxidationsbeständigkeit stark verringert. Dies hat dazu geführt, daß die im Hinblick auf die Äthylenausbeute erwünschten hohen Rohrwand¬ temperaturen von beispielsweise bis 1050 0C die Verwendung von Schleu¬ dergußrohren erfordern.
Beim Schleudergießen wird die geschmolzene Legierung in das Ende einer rohrförmigen Gießform gegossen, die sich mit einer so hohen Geschwindig¬ keit dreht, daß die geschmolzene Legierung eine Schicht von flüssiger Legie¬ rung an der Innenseite der Gießform bildet. Nachdem die Legierung erstarrt ist, wird die Drehung der Gießform gestoppt und das auf diese Weise geformte Rohr kann ausgestoßen werden. Das Rohr wird über seine Länge ausgebohrt, um den geforderten Innendurchmesser zu haben. Irgendwelche oxidische Verunreinigungen werden immer leichter sein als die Legierung und werden daher auf der Innenseite des Rohres "schwimmen" und sie wer- den daher durch das Bohren entfernt.
Da sich Schleudergußrohre jedoch nur mit zylindrischer Wandung herstellen lassen, bedarf es zur Herstellung eines Innen-Rippenrohres einer besonde¬ ren spanabhebenden oder elektrolytisch abtragenden Bearbeitung.
In dem europäischen Patent EP 0 980 729 B1 wird eine derartige elektrolyti¬ sche Bearbeitung eines Schleudergußrohrs beschrieben. Hierzu wird der Rohrrohling in eine Halteeinrichtung eingebracht, die an ihren offenen Enden rundum abgedichtet wird. Die Abdichtung erlaubt einzig ein Ein- und Aus- strömen eines Elektrolyts und den Durchgriff einer Elektrodenstange, an deren Ende eine Elektrode angebracht ist, die mittels der Elektrodenstange entlang der Innenseite des zu bearbeitenden Rohrs in Achsrichtung des - A -
Rohrs bewegt werden kann. Die Elektrode weist an ihrer Außenfläche eine Reihe von Kämmen und Tälern auf. Indem über elektrische Klemmen, die entlang dem Rohr beabstandet angeordnet sind, und über einen Stroman¬ schlußblock am Ende der Elektrodenstange eine Spannungsdifferenz zwi- sehen der Elektrode und dem Rohr angelegt wird, wird das Material der Innenseite des Rohrs elektrolytisch abgetragen. Das Rohrinnere erhält auf diese Weise ein Profil der geometischen Form der Außenfläche der Elek¬ trode. Dieses Verfahren hat sich jedoch in der Durchführung als aufwendig erwiesen.
Die Herstellung von Verbundrohren im Schleuderguß, deren Teilrohre in separaten Bearbeitungsschritten hergestellt werden und metallurgisch mit¬ einander verbunden sind, ist aus US 6,406,800 B1 bekannt. Dort wird ein Rohrbogen für Rohrleitungen zum Transport von Feststoffen beschrieben. Das als Ausgangsprodukt für das gebogene Rohr verwendete Verbundrohr wird im Schleuderguß hergestellt. Zunächst wird das das Außenrohr bildende Material im geschmolzenen Zustand in die Gießform gegossen, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, so daß die geschmolzene Legierung eine Schicht von flüssiger Legierung an der Innenseite der Gießform bildet. Kurz bevor die Legierung vollständig erstarrt oder unmittelbar nach der vollständi¬ gen Erstarrung, wird die das Innenrohr bildende geschmolzene Legierung ebenfalls in die sich drehende Gießform gegossen, so daß die geschmolzene zweite Legierung eine Schicht von flüssiger Legierung an der Innenseite der nahezu erstarrten ersten Legierung bildet. In dem Übergangsbereich zwi- sehen Außenrohr und Innenrohr mischen sich die beiden Materialien und erzeugen damit eine metallurgische Verbindung zwischen den beiden Roh¬ ren. Die in US 6,406,800 B1 beschriebenen Legierungen eignen sich nicht für den Einsatz in der Hochtemperaturpyrolyse. Ferner ist nachteilig, daß nur solche Legierungen für das Außen- und Innenrohr eingesetzt werden kön- nen, die schleudergießfähig sind. Aus US 5,069,866 ist es ferner bekannt, ein Rohr mit einem Außenrohr und einem mit dem Außenrohr verbundenen Innenrohr durch isostatisches Hei߬ pressen (HIP, hot isostatic pressing) aus zwei Pulvern herzustellen. Die dort beschriebenen austenitischen Stähle oder Nickellegierungen eignen sich jedoch ebenfalls nicht für den Einsatz in der Hochtemperaturpyrolyse.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Rohr vorzuschlagen, das besonders gut an die speziellen, in besonderen Einsatz¬ gebieten, wie beispielsweise der Hydropyrolyse, gestellten Anforderungen angepaßt ist. Ferner soll ein Herstellungsverfahren für Rohre mit einem Innen- und einem Außenrohr vorgeschlagen werden.
Dieses Problem wird durch die Gegenstände der Hauptansprüche gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, ein Verbundrohr mit einem ersten Teilrohr und einem zweiten Teilrohr auszubilden, bei dem das eine Teilrohr in dem anderen Teilrohr angeordnet ist, das erste Teilrohr ein Schleudergußrohr ist und das zweite Teilrohr durch Druckbehandlung aus einem Pulver erzeugt wurde. Durch die Kombination zweier Teilrohre kann das erfindungsgemäße Rohr speziell an die in besonderen Einsatzgebieten, wie beispielsweise der Hydropyrolyse, gestellten Anforderungen angepaßt werden.
Durch das zweite Teilrohr können insbesondere die Korrosionseigenschaf¬ ten, auch bei Temperaturen bis zu 1200 0C, die Verschleißbeständigkeit, das Aufkohlungs- und Verkokungsverhalten bei der Anwendung in Ethylen- Crackern sowie die Wärmeübertragung von Schleudergußrohren verbessert werden.
Für den Einsatz beim Fördern von stark korrosiven Medien, kann ein Schleu¬ dergußrohr aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff mit beispielsweise begrenzten mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden, während der Rest der Wandstärke aus einem preiswerteren Material mit guten mechani¬ schen Eigenschaften hergestellt wird.
Der Einsatz eines Schleudergußrohrs eignet sich aufgrund seines homoge¬ nen Gefüges und des möglichen Einsatzes von Chrom-Nickelstählen für das thermische Spalten von Kohlenwasserstoffen besonders gut. Durch die Aus¬ bildung eines zweiten, beispielsweise durch isostatisches Heißpressen aus einem Pulver erzeugten Teilrohrs können dem Schleudergußrohr jedoch weitere Eigenschaften gegeben werden, die durch es selbst nicht erreicht werden können. So kann das zweite Teilrohr aus Werkstoffen hergestellt werden, die einem Schleudergießprozeß nicht zugänglich sind, aber als Pulver erzeugt werden können. Ferner kann dem zweiten Teilrohr bei der Druckbehandlung des Pulvers eine Geometrie, beispielsweise ein Oberflä- chenprofil, gegeben werden. Derartige Geometrien lassen sich bei reinen Schleudergußrohren sonst nur mit aufwendigen Nachbearbeitungsschritten, beispielsweise einem spanabhebenden oder elektrolytisch abtragenden Nacharbeiten erzielen. Das erfindungsgemäße Verbundrohr kann jedoch auch eine glatte Oberflächen aufweisen. Hier treten dann die durch den Ein- satz eines Pulvers möglich gemachten Vorteile der freieren Werkstoffwahl in den Vordergrund. Für die Verwendung des Schleudergußrohrs im Verbund kann unter gewissen Umständen auch auf das kostenintensive Nachbehan¬ deln des Schleudergußrohrs, beispielsweise das Aufbohren, verzichtet wer¬ den.
Als Verbundrohr wird ein Rohr verstanden, daß auf seinen Querschnitt bezo¬ gen mindestens zwei Bereiche (Teilrohre) aufweist, die sich voneinander durch die Art der Herstellung unterscheiden.
Unter einer Druckbehandlung des Pulvers wird jede Verdichtung des Pulvers verstanden, die gegebenenfalls in Kombination mit einem Erhitzen des Pul¬ vers aus dem Pulver oder einem vorverdichteten Pulver einen zusammen- hängend Festkörper erzeugt. Insbesondere bevorzugt wird das zweite Teil¬ rohr mittels isostatischem Heißpressen (hot isostatic pressing, HIP) herge¬ stellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Teilrohr in Radialrichtung des Verbundrohrs unmittelbar an das zweite Teilrohr angrenzend angeordnet und über eine seiner Oberflächen fest mit einer Oberfläche des zweiten Teil¬ rohrs verbunden. Es können jedoch auch weitere Teilrohre, insbesondere weitere Schleudergußrohre oder weitere durch Druckbehandlung aus einem Pulver erzeugte Teilrohre vorgesehen sein. Hierdurch können verschiedene Lagen eines Verbundrohrs erzeugt werden, die für ihre Lage im Rohrquer¬ schnitt bevorzugte Eigenschaften aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Teilrohr ein Profil, insbesondere eine oder mehrere Innenrippen auf, wobei das Profil auch ein Außenprofil sein kann. Mit einem Profil können in dem erfindungsgemäßen Verbundrohr strömende Medien oder an dem Verbundrohr außen vorbei strömende Medien beeinflußt, beispielsweise verwirbelt werden. Die beson¬ ders bevorzugte Ausführungsform mit Innenrippen eignet sich gut zum Ein- satz in einem Verfahren zum thermischen Spalten von Kohlenwasserstoffen in Anwesenheit von Dampf.
Abhängig von der Seite des Schleudergußrohres, der durch das zweite Teil¬ rohr besondere Eigenschaften gegeben werden sollen (Außen- seite/lnnenseite), kann das Teilrohr in dem ersten Teilrohr oder das erste Teilrohr umschließend hergestellt werden.
Ein bevorzugtes Strömungsbild aus Kern- und Drallstömung in dem erfin¬ dungsgemäßen Verbundrohr mit Innenrippen läßt sich mit einem Verbund- röhr erreichen, bei dem der Flankenwinkel der vorzugsweise von Rohranfang zu Rohrende durchgehenden Rippen, daß heißt das der Außenwinkel zwi¬ schen den Rippenflanken und dem Radius des Rohrs 16° bis 20°, Vorzugs- weise 17,5° bis 18,5° beträgt; er liegt damit über dem sogenannten Venturi- Winkel, das heißt dem Öffnungswinkel einer Venturidüse in Strömungsrich¬ tung, der üblicherweise 15° nicht übersteigt. Ein derartiger Flankenwinkel gewährleistet insbesondere in Verbindung mit einer Rippensteigung von 20° bis 40°, vorzugsweise 22,5° bis 32,5°, daß sich in den Rippentälern nicht eine mehr oder weniger in sich geschlossene, hinter die Rippenflanken in die Rippentäler zurückkehrende Wirbelströmung ergibt, die in den Rippentälern zum Entstehen unerwünschter "Twisters", das heißt von geschlossenen Wir¬ belzöpfen führt. Vielmehr lösen sich die sich in den Rippentälern entstehen- den Wirbel von den Rippenflanken ab und werden von der Drallströmung aufgenommen. Die von den Rippen induzierte Drallenergie bleibt daher weit¬ gehend erhalten und wird nicht in den Rippentälern zum großen Teil aufge¬ zehrt. Dies führt zu einer Verminderung und Vergleichmäßigung der Rohr¬ wandtemperatur und zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur über den Rohrquerschnitt.
Die Rippen und die zwischen den Rippen befindlichen Rippentäler können im Querschnitt spiegelsymmetrisch ausgebildet sein und aneinandergrenzen beziehungsweise eine Wellenlinie mit jeweils gleichen Krümmungsradien bilden. Der Flankenwinkel ergibt sich dann zwischen der Tangente im Über¬ gangspunkt Rippental/ Rippe und dem Radius des Verbundrohrs. Dabei sind die Rippen verhältnismäßig flach; so ergibt sich die Rippenhöhe, das heißt der radiale Abstand zwischen den Rippentälern und den Rippenkuppen aus dem Verhältnis der Rippenfläche innerhalb des Hüllkreises und dem freien Querschnitt. Das Verhältnis sollte zwischen 0,06 und 0,01 (vorzugsweise zwischen 0,08 und 0,1) liegen. Damit steigt die Rippenhöhe mit zunehmen¬ dem Durchmesser so, daß die Drallströmung in der für die Wirkung des Pro¬ fils erforderlichen Richtung und Stärke erhalten bleibt.
Anders ausgedrückt, liegt die Verminderung der freien Fläche bezogen auf ein Glattrohr mit gleichem Durchmesser wie der Hüllkreis des Profils bei höchstens 3 %, vorzugsweise bei 1 ,5 % bis 2,5 %. In den Rippentälern ergibt sich eine größere Strömungsgeschwindigkeit, die zu einem Selbstreinigungseffekt, daher zu weniger Ablagerungen von Pyro¬ lysekoks führt.
Versuche haben ergeben, daß - unabhängig vom Innendurchmesser der Rohre - insgesamt 6 bis 20, vorzugsweise 8 Rippen ausreichend sind, um das erfindungsgemäße Strömungsbild zu erreichen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundrohr mit Innenrippen beträgt das Ver¬ hältnis der Quotienten der Wärmeübergangskoeffizienten QR / Q0 zum Quo¬ tienten der Druckverluste ΔPR/ΔP0 im Wasserversuch unter Benutzung und Beachtung der Ähnlichkeitsgesetze und Verwendung der für ein Naphta/Wasserdampf-Gemisch vermittelten Reynoldszahlen, vorzugsweise 1 ,4 bis 1 ,5, wobei R ein Rippenrohr und 0 ein Glattrohr kennzeichnet.
Die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verbundrohrs (Profil 3) im Ver¬ gleich zu einem Glattrohr (Profil 0) sowie einem Rippenrohr mit achsparalle¬ len Rippen (Profil 1), bei denen der radiale Abstand zwischen den Rippentä- lern und den Rippenkuppen 4,8 mm beträgt veranschaulichen die Daten der nachfolgenden Tabelle. Die Rippenrohre besaßen sämtlich 8 Rippen sowie denselben Hüllkreis.
Dabei ist der hydraulische Durchmesser wie folgt definiert:
Dhydr = 4 x (freier Querschnitt) ./. Innenumfang;
er entspricht vorzugsweise dem Innendurchmesser eines vergleichbaren Glattrohrs und ergibt dann einen Homogenitätsfaktor von 1 ,425.
Das erfindungsgemäße Verbundrohr ergibt im Wasserversuch einen um den Faktor 2,56 höheren Wärmeübergang (QR) im Vergleich zum Glattrohr bei einem nur um den Faktor 1 ,76 erhöhten Druckverlust (ΔPR).
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Teilrohr eine Analyse von
auf, insbesondere bevorzugt besteht das erste Teilrohr aus einem der DIN EN 10027 Teil 1 Werkstoffe GX40CrNiSi25-20, GX40NiCrSiNb35-25, 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. Diese Werkstoffe haben sich für den Hochtempera- tureinsatz bei Verfahren zum thermischen Spalten von Kohlenwasserstoffen als besonders geeignet erwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das zweite Teilrohr aus dem gleichen Werkstoff, wie das erste Teilrohr. Zum Einstellen besonderer Eigen- scharten kann das zweite Teilrohr jedoch auch aus einem keramischen Werkstoff, einem intermetallischen Werkstoff oder einem ODS-Werkstoff bestehen. Intermetallische Werkstoffe können als in aggressiven Atmosphä¬ ren inert ausgebildet werden, ODS-Werkstoffe ermöglichen eine gute Zeit¬ standfestigkeit durch feindispers verteilte Oxide.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für ein Verbundrohr sieht vor, ein Pulver in Kontakt mit der Innen- oder Außenoberfläche eines Schleuder¬ gußrohrs zu bringen und das Pulver durch Druckbehandlung zur Bildung des zweiten Teilrohrs zu verdichten und mit dem Schleudergußrohr zu verbinden, insbesondere metallurgisch zu verbinden. Der Einsatz eines Pulvers zur Her¬ stellung des zweiten Teilrohrs ermöglicht es, das Teilrohr aus Werkstoffen bzw. Werkstoffkombinationen herzustellen, die nicht schleudergießfähig sind oder die nur unter erheblichem Aufwand herstellbar sind (z.B. inerte Atmo¬ sphäre). Außerdem besteht die Möglichkeit, Rohre herzustellen, die aufgrund ihrer Geometrie nicht schleudergießbar sind, wie z.B. ein Innenrohr mit einer Wandstärke von nur wenigen mm. Dadurch entsteht insbesondere die Mög¬ lichkeit, die Außen- oder Innenoberfläche eines Schleudergußrohrs mit bestimmten Werkstoffen an Einsatzgebiete anzupassen, bei denen die Schleudergußwerkstoffe eines besonderen Schutzes, beispielsweise eines Korrosions- oder Aufkokungsschutzes bedürfen. Das Pulver kann auf die Oberfläche des Schleudergußrohrs, an der das zweite Teilrohr angrenzen soll, aufgesprüht werden. Dies wird besonders vorteilhaft dann durchgeführt, wenn das Schleudergußrohr eine erhöhte Temperatur aufweist. Hierzu kann das Schleudergußrohr entweder unmittel- bar nach dem Vergießen mit dem Pulver besprüht werden oder speziell für das Auftragen des Pulvers erneut erwärmt werden.
Insbesondere bevorzugt wird das Pulver während der Herstellung des Ver¬ bundrohrs erhitzt. Dies kann besonders bevorzugt gleichzeitig mit der Druck- behandlung erfolgen, beispielsweise durch das besonders bevorzugte iso¬ statische Heißpressen. Es ist jedoch auch möglich, die Erhitzung des Pulvers der Druckbehandlung vorzuschalten. Werden die Druckbehandlung und das Erhitzen des Pulvers gleichzeitig durchgeführt, ergibt sich ein zweites Teil¬ rohr mit hoher Dichte, geringer Porosität und gutem metallurgischen Ver- bund.
Die Erhitzung des Pulvers kann durch Wärmeübertragung von außen, bei¬ spielsweise durch die Erhitzung des Schleudergußrohrs oder durch einen über das Pulver strömenden Gasstrom oder ein mit dem Pulver in Kontakt stehendes Heizelements erfolgen. Die Erhitzung des Pulvers kann jedoch auch induktiv erfolgen.
Das Pulver kann vor der Druckbehandlung vorverdichtet werden. Dies erfolgt insbesondere bevorzugt mittels Rütteln. Zur besseren Handhabung des Pulvers kann es außerhalb des Schleudergußrohrs zu einem Formkörper vorverdichtet werden, beispielsweise zu einem Rohr oder einem Zylinder. Die Vorverdichtung kann soweit erfolgen, daß der Formkörper handhabbar, also beispielsweise selbsttragend wird. Als Formkörper kann das vorverdichtete Pulver leicht in das Schleudergußrohr eingeführt werden.
Die Handhabbarkeit des Pulvers kann ergänzend oder alternativ erhöht wer¬ den, wenn das Pulver mit einem Bindemittel gebunden wird, beispielsweise zu einem Formkörper. Das Bindemittel tritt bevorzugt bei der Druckbehand¬ lung, insbesondere bei einer Druckbehandlung mit Erhitzen, aus dem Pulver aus.
Besonders bevorzugt wird zur Herstellung eines Verbundrohrs mit einem in dem ersten Teilrohr angeordneten zweiten Teilrohr ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein Kern in ein Schleudergußrohr eingesetzt wird, ein zwischen der Innenoberfläche des Schleudergußrohrs und dem Kern verbleibender Frei¬ raum mit einem Pulver gefüllt wird, das Schleudergußrohr mit dem Kern und dem Pulver in eine Druckkammer eingebracht wird, die Druckkammer bei gleichzeitiger Erhitzung des Pulvers unter Druck gesetzt wird und nach Abschluß der Druckbehandlung der Kern aus dem so erzeugten Verbundrohr entfernt wird. Das Einbringen des Pulvers in einen zwischen der Innenober¬ fläche des Schleudergußrohrs und dem Kern verbleibenden Freiraum hat sich für die Handhabung, insbesondere bei vertikal stehendem Schleuder¬ gußrohr, als vorteilhaft erwiesen. Abhängig von den räumlichen Gegeben¬ heiten kann ein Einführen des Kerns und/oder das Einfüllen des Pulvers auch bei einem bereits in eine Druckkammer eingebrachten Schleudergu߬ rohr erfolgen.
Vorzugsweise wird ein Kern mit einem zu einem auf der Innenseite des Ver¬ bundrohrs zu erzeugenden Rippenprofil inversen Profil in das Schleudergu߬ rohr eingesetzt. Das Verbundrohr erhält somit ein zweites Teilrohr mit einem Innenprofil, das insbesondere bevorzugt bei einem Verfahren zum thermi- sehen Spalten von Kohlenwasserstoffen in Anwesenheit von Dampf einge¬ setzt werden kann.
Der Kern kann zumindest teilweise mittels Ätzen oder durch mechanische Verfahren aus dem Verbundrohr entfernt werden. Dies ermöglicht ein leich- tes Herauslösen des Kerns aus dem hergestellten Verbundrohr, selbst dann, wenn der Kern teilweise eine metallurgische Verbindung mit dem zweiten Teilrohr eingegangen ist. Ergänzend oder alternativ kann das Pulver auf der dem Kern oder der Form zugewandten Seite mit einem Distanzstoff, beispielsweise einem besonderen Bindemittel versehen sein, der während der Druckbehandlung des Pulvers, insbesondere während des Erhitzens, eine metallurgische Verbindung mit dem Kern bzw. der Form verhindert. Bevorzugt erfolgt dies durch ein Ver¬ dampfen des Distanzstoffes an dem Übergang vom Pulver zum Kern bzw. zu der Form.
Zur Herstellung eines Verbundrohrs mit an der Außenseite des Schleuder¬ gußrohrs vorgesehenem zweitem Teilrohr wird das Schleudergußrohr gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in eine Form eingesetzt, ein zwischen der Außenoberfläche des Schleudergußrohrs und der Form verbleibender Freiraum mit einem Pulver gefüllt, das Schleudergußrohr in eine Druckkam- mer eingebracht, die Druckkammer bei gleichzeitiger Erhitzung des Pulvers unter Druck gesetzt und nach Abschluß der Druckbehandlung das so mit einem ersten Teilrohr und einem zweiten Teilrohr hergestellte Verbundrohr aus der Form genommen.
Das Pulver in dem Freiraum zwischen dem Kern und dem Schleudergußrohr, bzw. der Form und dem Schleudergußrohr kann durch Rütteln verdichtet werden.
Um die Handhabung eines Schleudergußrohrs mit in einen Freiraum zwi- sehen der Form und dem Schleudergußrohr oder dem Kern und dem Schleudergußrohr gefülltem Pulver zu erhöhen, wird der Freiraum vorzugs¬ weise an einem Ende verschlossen. Dies erlaubt insbesondere eine Hand¬ habung eines vertikal stehenden Rohres, ohne daß das Pulver aus dem Frei¬ raum herausfällt.
Die Druckbehandlung erfolgt insbesondere bei Drücken von mindestens 450 bar, insbesondere 1000 bar oder mehr. Während des Erhitzens wird das PuI- ver insbesondere bevorzugt auf eine Temperatur von mindestens 4500C, insbesondere von 10000C oder mehr erhitzt.
Das Verdichten des Pulvers bei der Druckbehandlung kann unter inerter Atmosphäre erfolgen. Hierdurch wird insbesondere eine Oxidation des Pul¬ vers während des Herstellens des zweiten Teilrohrs verhindert. Insbesondere bevorzugt wird die Druckkammer mit einem Inertgas gefüllt.
Eine besonders effiziente Herstellung von erfindungsgemäßen Verbundroh- ren läßt sich erreichen, wenn mehrere Verbundrohre in einer Druckkammer gemeinsam hergestellt werden.
Bei einem mit wendeiförmig verlaufenden Innenrippenrohren herzustellenden Verbundrohr kann die Wendelform erzeugt werden, indem ein Verbundrohr mit geraden Rippen hergestellt wird und die Enden des Verbundrohrs nach dem Herstellen gegeneinander verdreht werden.
Die Wirtschaftlichkeit des thermischen Spaltens von Kohlenwasserstoffen in Röhrenofen mit außen beheizten Rohren kann durch die Verwendung eines Verbundrohrs verbessert werden, da durch die unterschiedlichen Herstel¬ lungsarten und Werkstoffe der Teilrohre des Verbundrohrs für die jeweilige Lage des Teilrohrs bevorzugte Eigenschaften eingestellt werden können. Insbesondere bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Verbundrohr verwen¬ det, bei dem das erste Teilrohr ein Schleudergußrohr ist und das zweite TeN- röhr durch Druckbehandlung aus einem Pulver erzeugt wurde.
Das erfindungsgemäße Verbundrohr kann insbesondere derart ausgebildet und eingesetzt werden, daß in unmittelbarer Nachbarschaft der Rippen eine Drallströmung erzeugt und mit zunehmendem radialem Abstand von den Rippen in eine Kernzone überwiegend axialer Strömung überführt wird. Der Übergang zwischen der Außenzone mit der Drallströmung und der Kernzone mit der überwiegend axialen Strömung vollzieht sich allmählich, beispiels¬ weise exponentiell.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung nimmt die Drallströmung die sich an den Rippenflanken ablösenden Wirbel auf, so daß es nicht zu einer loka¬ len Rückführung der Wirbel nach Art einer in sich geschlossenen kreisförmi¬ gen Strömung in die Rippentäler kommt. Damit verbunden ist eine Erhöhung der mittleren Verweilzeit von 10 % bis 20 %, beispielsweise 15 %. Dies ist insbesondere dann gewährleistet, wenn die Drallströmung im Bereich der Rippen beziehungsweise die Rippen in einem Winkel von 20° bis 40°, bei¬ spielsweise bis 32°, vorzugsweise 22,5° bis 32,5°, bezogen auf die Rohr¬ achse verlaufen.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird das über den Rohrumfang zwischen Sonnen- und Schattenseite zwangsläufig unterschiedliche Wärme¬ angebot in der Rohrwandung und im Rohrinnem ausgeglichen und dabei die Wärme rasch nach innen zur Kernzone abgeführt. Damit verbunden ist eine Verringerung der Gefahr einer lokalen Überhitzung des Prozeßgases an der Rohrwand und der dadurch verursachten Entstehung von Pyrolysekoks. Außerdem ist die thermische Beanspruchung des Rohrwerkstoffs infolge des Temperaturausgleichs zwischen Sonnen- und Schattenseite geringer, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer führt. Schließlich kommt es bei der erfindungsgemäßen Verwendung auch zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur über den Rohrquerschnitt mit der Folge einer besseren Äthylen- ausbeute beziehungsweise Spaltschärfe. Der Grund hierfür ist die Umkehr¬ barkeit der Spaltreaktion, die ohne den erfindungsgemäßen radialen Tempe¬ raturausgleich im Rohrinnem dazu führt, daß es an der heißen Rohrwand zu einem Cracken und in der Rohrmitte zu einer Rekombination kommt.
Des weiteren bildet sich beim Glattrohr und verstärkt bei Rippenprofilen mit mehr als um 10 % vergrößertem Innenumfang eine für turbulente Strömun¬ gen charakteristische Schicht laminarer Strömung mit stark reduziertem Wärmeübergang. Sie führt zu verstärkter Bildung von Pyrolysekoks mit ebenfalls schlechter Wärmeleitfähigkeit. Beide Schichten zusammen erfor¬ dern ein höherer Wärmeeinbringen beziehungsweise eine höhere Brenner¬ leistung. Dies erhöht die Rohrwandtemperatur (TMT) und verkürzt demzu- folge die Lebensdauer.
Die Drallströmung verringert die Laminarschicht ganz erheblich; sie ist zudem mit einem zum Rohrzentrum gerichteten Geschwindigkeitsvektor verbunden, der die Verweilzeit von Crack-Radikalen beziehungsweise Spalt- Produkten an der heißen Rohrwand sowie deren chemische und katalytische Umsetzung zu Pyrolysekoks verringert. Zusätzlich werden die bei Innenprofil- rohren mit hohen Rippen nicht unerheblichen Temperaturunterschiede zwi¬ schen Rippentälern und Rippen durch die erfindungsgemäße Drallströmung ausgeglichen. Damit vergrößert sich der zeitliche Abstand zwischen zwei notwendigen Entkokungen. Eine möglichst kurze Verweilzeit der zur Verko¬ kung neigenden Spaltprodukte ist bei mit Innenrippen versehenen Crackroh- ren besser. Besonders wichtig, weil sich zwischen den Rippenkuppen und dem Grund der Rippentäler ohne die erfindungsgemäße Drallströmung ein nicht unerheblicher Temperaturunterschied ergibt.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Verwendung die Umfangsge¬ schwindigkeit der Gasströmung in den Rippentälern größer als an den Rip¬ penkuppen.
Das Diagramm der Fig. 1 enthält eine Gegenüberstellung der Drall- bzw. Um¬ fangsgeschwindigkeiten bei einem erfindungsgemäßen Rippenrohr (Profil 3) mit 8 Rippen und einer Rippensteigung von 30° und zweier Vergleichsrohre (Profile 4 und 6), jeweils mit einer Rippensteigung von 16° und 3 bezie¬ hungsweise 8 Rippen über den Rohrquerschnitt. Der Kurvenverlauf zeigt deutlich die wesentlich höhere Umfangsgeschwindigkeit in der Randzone des erfindungsgemäßen Verbundrohrs von maximal etwa 2,75 beziehungsweise 3 m/s im Vergleich zu der Maximalgeschwindigkeit von nur etwa 1 ,5 m/s in den Randzonen der beiden Vergleichsrohre. * Das Diagramm der Fig. 2 zeigt die Verteilung der Umfangsgeschwindigkeit über den Rohrradius für das Profil 3 eines erfindungsgemäßen Verbund¬ rohrs. Die beiden - zusammenfallenden - oberen Kurven wurden jeweils auf einem Radius gemessen, der durch ein Rippental auf der Sonnen- bezie¬ hungsweise auf der Schattenseite verlief, während die beiden unteren Kur¬ ven jeweils längs der Radien gemessen wurden, die durch die Rippenkuppen (Berg) auf der Sonnen- beziehungsweise Schattenseite verliefen.
In Fig. 3 sind drei Versuchsrohre mit ihren Daten im Querschnitt dargestellt, darunter auch das erfindungsgemäße Profil 3. Die Diagramme geben jeweils den Temperaturverlauf über den Rohrhalbmesser (Radius) auf der Schatten- und der Sonnenseite wieder. Ein Vergleich der Diagramme zeigt die gerin¬ gere Temperaturdifferenz zwischen Rohrwand und -Zentrum sowie die gerin¬ gere Rohrwandtemperatur bei dem erfindungsgemäßen Profil 3.
Die bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Verbundrohrs erzeugte Drallströmung gewährleistet, daß die Schwankung der Innenwandtemperatur über den Rohrumfang, das heißt zwischen Sonnen- und Schattenseite unter 12° C liegt, obgleich die üblicherweise in parallelen Reihen angeordneten Rohrschlangen eines Röhrenofens mit Hilfe von Seitenwandbrennern ledig¬ lich auf einander gegenüberliegenden Seiten beheizt beziehungsweise mit Verbrennungsgasen beaufschlagt werden und die Rohre somit jeweils eine den Brennern zugekehrte Sonnenseite und eine um 90° dazu versetzte Schattenseite besitzen. Die mittlere Rohrwandtemperatur, das heißt die Differenz der Rohrwandtemperatur zwischen Sonnen- und Schattenseite führt zu inneren Spannungen und bestimmt daher die Lebensdauer der Rohre. So ergibt die aus dem Diagramm der Fig. 4 ersichtliche Verringerung der mittleren Rohrwandtemperatur eines erfindungsgemäßen Verbundrohrs mit acht Rippen einer Steigung von 30°, einem Rohrinnendurchmesser von 38,8 mm und einem Rohraußendurchmesser von 50,8 mm, somit einer Höhendifferenz zwischen Rippentälern und Rippenkuppen von 2 mm von 11° im Vergleich zu einem durchmessergleichem Glattrohr, bezogen auf eine mittlere Lebensdauer von 5 Jahren, bei einer Betriebstemperatur von 1050 0C eine rechnerische Lebensdauererhöhung auf etwa 8 Jahre.
Die Temperaturverteilung zwischen Sonnen- und Schattenseite für die drei Profile der Fig.3 ergibt sich aus dem Diagramm der Fig. 5. Bemerkenswert ist dabei das niedrigere Temperaturniveau der Tempartur-Kurve für das Profil 3 im Vergleich zum Glattrohr (Profil 0) und die erheblich geringere Schwan¬ kungsbreite der Profil 3-Kurve im Vergleich zu der Profil 1 -Kurve.
Eine besonders günstige Temperaturverteilung stellt sich ein, wenn die Iso¬ thermen in der Kernzone kreisförmig verlaufen und nur in der Drallzone dem Innenprofil des Verbundrohrs folgen.
Eine gleichmäßigere Verteilung der Temperatur über den Querschnitt ergibt sich insbesondere, wenn sich die Drallströmung um 1 ,8 bis 20 m/s je Meter Rohrlänge erhöht und wenn sie 7 % bis 8 % des freien Querschnitts erfaßt, gerechnet ab Eintritt es Gasgemisches in das Profilrohr.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Verbundrohrs sollte im Hinblick auf eine hohe Äthylenausbeute bei vergleichsweise kurzer Rohrlänge der Homogenitätsfaktor der Temperatur über den Querschnitt und der auf den hydraulischen Durchmesser bezogene Homogenitätsfaktor der Temperatur im Verhältnis zu den Homogenitätsfaktoren eines Glattrohrs über 1 liegen. Dabei sind die Homogenitätsfaktoren wie folgt definiert:
Ht0: Ht0 = ΔT0 > dx/ ATx > do
Das erfindungsgemäße Verbundrohr läßt sich besonders gut in allen Hoch¬ temperaturprozessen einsetzen, als solchen, bei denen das Rohr, insbeson- dere an der Außenseite, hohen Temperaturen von beispielsweise 800 bis 10000C ausgesetzt wird. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Ver¬ bundrohr bei der Farbpigmentherstellung, in Drehrohröfen, beispielsweise beim Verbrennen von Substanzen aus der chemischen Industrie oder Phar- maindustrie oder in Müllverbrennungsanlagen eingesetzt werden.
In der Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbund¬ rohrs dargestellt. Dies weist ein erstes Teilrohr 10 und ein durch Druckbe¬ handlung aus einem Pulver erzeugtes zweites Teilrohr 20 mit Rippen 30 auf.
Next Patent: METHOD FOR EXTENDING THE RESIDENCE TIME OF A GAS FLOW IN BULK MATERIAL