KR20100019333A - 반응 파이프와 냉각 파이프 간의 커넥터 및 냉각 파이프에 반응 파이프를 연결하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응로의 반응 파이프와 반응기체 냉각기의 냉각 파이프 사이의 커넥터에 관한 것이다. 이 연결에서, 냉각 파이프는 상기 반응 파이프의 연장부에 배치된 내부 파이프와 중간 냉각 공간을 형성하며 상기 내부 파이프를 감싸는 외부 파이프를 갖는 이중 파이프로 구현된다. 상기 중간 냉각 공간은 냉각제의 공급을 위하여 공급실에 연결된다. 또한, 끝부분이 포크형태의 구성을 가지며, 절연재의 층이 그 사이에 도입되는 내부와 외부가 마련되는 전이편이 상기 반응 파이프에 연결된다. 상기 공급실은 전이편을 갖는 유닛으로 구현된다. 상기 유닛은 가조립되고 반쪽 외피들을 포함한다. 상기 공급부로부터 연장되어 상기 전이편의 내부와 정렬되는 내부 튜브 부분은 공급실에 용접된다. 이러한 커넥터의 생산을 위한 방법이 마련된다.

반응 파이프, 냉각 파이프, 커넥터, 전이편

Description

반응 파이프와 냉각 파이프 간의 커넥터 및 냉각 파이프에 반응 파이프를 연결하는 방법{CONNECTOR BETWEEN REACTION PIPE AND COOLING PIPE AND METHOD FOR CONNECTING REACTION PIPE TO COOLING PIPE}

본 발명은 반응기체 냉각기의 냉각 파이프에 반응로의 반응 파이프를 연결하기 위한 방법에 관한 것일 뿐만 아니라, 청구항 제1항의 도입부의 특징을 갖는 반응기체 냉각기의 냉각 파이프와 반응로의 반응 파이프 간의 커넥터에 관한 것이다.

열분해 또는 에틸렌 반응로들은 플라스틱 산업용 프로필렌, 부타디엔 등의 기초 재료들의 생산을 위한 가열 구성을 에틸렌 유닛 안에서 형성한다.

포화 탄화수소, 최초 에탄, 프로판, 부탄, 액화천연가스 (LNG), 나프타 및 오일 기체들은 개시 물질들(starting materials)로 이용된다. 포화 탄화수소의 불포화 탄화수소로의 변환은 500 ~ 680℃의 유입 온도와 775 ~ 875℃의 유출 온도에서 그리고 1.5 ~ 5bar의 압력 범위에서 반응 파이프에 일어난다.

노(furnace) 방출시 하류 반응기체 냉각기에서, 불포화 탄화수소들(또한 반응 기체로 알려짐)은 고압 또는 저압 증기의 형성을 수반하며 775 ~ 875℃에서 대략 350 ~ 450℃로 냉각된다. "냉각수"는 적정 압력에서 끓는 온도 또는 증류 온도 를 갖는다. 냉각은 액체에서 기체로의 상전이 때문에 일어난다.

반응기체 냉각기는 하나 이상의 이중 파이프로 이루어져, 냉각될 반응기체가 내부 파이프에 놓이고, 냉각수는 외부 파이프에, 즉, 내부 파이프에 대해 놓인다. 노의 형태에 따라, 반응기체가 아래로부터 반응기체 냉각기에 들어가 위로 흐르거나, 위로부터 들어가 아래로 흐를 수 있다.

반응기체 냉각기의 냉각된 이중 파이프는 반응로 밖으로 연장된 반응 파이프와 특별한 전이편(transition piece)에 의해 연결된다. 전이편은 증발로 냉각되거나 단열재로 채워진 냉각되지 않는 부품으로 설계된다. 이러한 냉각되지 않는 전이편은 독일특허 DE 39 10 630 C3에 알려져 있고, 내부 구역과 외부를 갖는 팽창된, 포크(fork) 형태의 튜브로 이루어진다. 상기 두 부분 사이에 제공된 공간은 절연재로 채워진다. 단지 전이편의 외부는 반응기체 냉각기에 연결되지만, 전이편의 내부와 반응기체 냉각기의 냉각 파이프 사이에서 방사상 및 축 방향으로 움직임이 유지된다.

독일특허 DE 39 10 630 C3로부터 알려진 냉각되지 않는 전이편은 냉각되는 전이편에 비해 상대적으로, 연결 지점에서의 벽(wall) 온도가 거의 동일하므로 열응력을 피할 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 뚜렷한 장점에도 불구하고, 냉각되는 전이편은 오래된 반응기체 유닛들에서 여전히 사용된다. 현존하는 반응기체 유닛들에서, 기존의 냉각되는 전이편을 냉각되지 않는 전이편으로 교체할 필요가 있다.

반응기체의 냉각을 위한 단일튜브 열교환기가 유럽특허 718 579 B1 및 유렵 특허 810 414 B1으로부터 알려져 있다. 이는 냉각제를 위한 특수한 공급실을 갖추고 있다. 공급실은 내부 파이프를 감싸는 단일 오목부가 삽입되는 단단한 띠형 부분(solid strip-like part)의 개별적인 연결 부분들로 이루어진다. 이중 파이프로 실시되는 냉각 파이프의 내부 파이프는 공급실의 베이스에 용접되며, 이중 파이프의 외부 파이프는 공급실의 오목부 너머에 배치된 부분에 용접된다. 또한, 이러한 열교환기와 함께, 반응로와의 연결은 냉각되지 않는 전열물질을 포함하는 전이편에 의해 영향을 받으며, 포크(fork) 형태의 팽창부분을 갖는다. 이러한 열교환기로, 각 냉각 파이프는 개별적으로 정밀하게 제어될 수 있고, 공급실은 추가의 보강재 없이도 냉각제의 고압을 견딜 수 있을 만큼 단단하다. 냉각제의 접촉하는 공급은 회전하는 냉각제 흐름을 생성하고, 이는 공급실 바닥의 충분한 냉각을 보장하며 냉각제에서 나오는 입자들의 원치 않는 증착을 막는다.

본 발명의 목적은 반응로의 냉각되지 않은 냉각 파이프와 반응기체 냉각기의 냉각된 파이프 사이에서 줄어든 비용으로 정 위치에 기존의 유닛들에 이어서 설치될 수 있는 고정밀도를 갖는 커넥터를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제1항의 특징들에 의해 상술한 일반형 커넥터로 여러 가지로 실시된다. 본 발명의 커넥터를 이용하는 방법은 청구항 제4항의 내용이다. 본 발명의 유리한 실시예들이 종속항들에 제공된다.

본 발명의 두 부분으로 나누어지는 커넥터는 수리 유닛(repair unit) 또는 업그레이드 세트(upgrading set)를 나타낸다. 조립식 유닛은, 공급실에 추가로, 이미 전이편을 포함하고 있으므로, 공급실과 전이편 사이의 높은 응력으로 인한 임계의 용접 이음매가 고품질 고정밀로 공장에서 자동 용접으로 실시된다. 전이편을 반응 파이프에 연결하는 것뿐만 아니라,반쪽 외피들을 서로에게 또는 냉각 파이프의 내부 파이프 및 외부 파이프에 연결하는 것과 같은, 유닛에서 정 위치의 용접 공정들은 단순한 수동 용접 공정들로서 실시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예가 도면에 도시되는데, 이는 이하에 자세하게 설명될 것이다.

상기 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 반응로의 반응 파이프와 반응기체 냉각기의 냉각 파이프 사이의 커넥터에 있어, 상기 냉각 파이프는 상기 반응 파이프의 연장부에 배치되는 내부 파이프와 상기 내부 파이프를 감싸며 중간 냉각 공간을 형성하는 외부 파이프를 갖는 이중 파이프로 실시되며, 상기 중간 냉각 공간은 냉각제의 공급을 위하여 공급실에 연결되며, 끝 부분이 포크 형태의 구성을 가지며 절연재의 층이 그(내부와 외부) 사이에 도입되는 내부와 외부가 마련되는 전이편이 상기 반응 파이프에 연결되는 상기 커넥터에 있어서, 상기 전이편을 가진 상기 공급실은 유닛으로서 실시되며, 상기 유닛은 조립식이고 반쪽 외피들을 포함하고, 상기 전이편의 상기 외부는 상기 냉각 파이프의 종축에 대해 동축으로 공급실의 베이스에 대해 안정되며, 내부 튜브 부분이 상기 공급실에 용접되고, 상기 공급실로부터 연장되며, 상기 전이편의 내부와 정렬되고, 그(내부 튜브 부분의) 두께, 내경 및 외경이 상기 내부 파이프에 (두께, 내경 및 외경에)대응하며, 상기 반쪽 외피들의 두께, 내경 및 외경은 상기 외부 파이프의 (두께, 내경 및 외경)에 대응하고, 상기 반쪽 외피들의 축 방향 길이는 상기 공급실로부터 연장된 상기 내부 튜브 부분의 부분보다 큰 것을 특징으로 하는 커넥터를 제공하는 것에 의해 달성된다.

반응기체 냉각기를 분해할 필요도 없고 적절히 개조된 새로운 반응기체 냉각기를 장착할 필요없이, 단지 반응로로부터 변경될 기존의 반응기체 냉각기를 분리하고, 내부 파이프와 외부 파이프의 작은 부분뿐만 아니라 낡은 전이편을 갖는 기존의 공급실을 제거하고, 이들을 본 발명의 수리 세트("업그레이드 세트")로 대체할 수 있다. 이는 개조 시간을 줄이므로, 개선된 기술과 함께 설치가 신속하게 다 시 이용될 수 있다.

도 1은 도시하지 않은 반응로의 냉각되지 않은 반응 파이프(1)와 반응기체 냉각기의 냉각 파이프(2) 사이의 커넥터를 도시한다. 본 발명에 필수인 그 유입부만 도시된, 반응기체 냉각기는 내부 파이프(3)와 외부 파이프(4)의 이중 파이프로 실시되는 몇몇 냉각 파이프들(2)을 포함한다. 고압에서 냉각제가 흐르는 중간 냉각 공간(5)이 내부 파이프(3)와 외부 파이프(4) 사이에 마련된다. 외부 파이프(4)는 내부 파이프(3)에 비하여 뒤에 놓인다.

내부 파이프(3)와 외부 파이프(4) 사이의 중간 냉각 공간(5)은 냉각제 공급을 위한 공급실(6)에 연결된다. 공급실(6)은 폼-로킹(form-locking) 방식으로 서로 연결되는 개별 부분들(7)로 나누어지는 단단한 띠형 부분(solid strip-like part)로 이루어진다.

공급실(6)의 각 부분(7)에는 각 오목부와 관련된 냉각 파이프(2)와 함께 원형의 단면을 가진 오목부(8)가 형성된다. 오목부(8)는 높은 내부 압력을 위해 지정된 잉여 두께를 갖는 고리형 베이스(9)가 남는 공급실(6)을 형성하는 부분에서의 깊이로 형성된다.

베이스(9)의 높이에서, 구멍(10)이, 바람직하게는 접선으로, 각 오목부(8) 속으로 통한다. 구멍들(10)의 각각은 공급 연결(11)을 통하여 냉각제를 위한 도시하지 않은 공급관에 연결된다. 냉각제는 구멍(10)을 통하여 고속으로 오목부(8)에 들어가, 냉각 파이프(2)에 대해 회전 흐름을 만든다. 이 흐름은 오목부(8)의 베이 스(9)의 충분한 냉각을 보장하고, 입자들이 베이스(9)에 증착되는 것을 방지한다. 이러한 증착은 해로운 국부적 과열을 가져온다.

오목부(8)에는 추가 구멍(12)이 마련 되는데, 베이스(9)의 높이에서 바깥쪽으로 안내된다. 추가구멍(12)에 의해서, 반응기체 냉각기의 작동중 오목부(8)에 모여 냉각제의 흐름과 함께 회전하는 입자들이 방출될 수 있다. 덧붙여, 오목부(8) 및 베이스(9)는 내시경으로 구멍(12)을 통하여 외부로부터 점검될 수 있다.

오목부(8)의 내경보다 작은 외경을 갖는 내부 튜브 부분(13)은 공급실(6)의 고리형 베이스(9)에 용접되어, 공급 연결(11)과 통하는 오목부(8) 내에 자유공간이 형성된다. 내부 튜브 부분(13)의 내경, 외경 및 두께는 냉각 파이프(2)의 내부 파이프(3)의 대응하는 치수들과 동일하다. 내부 튜브 부분(13)은 공급실(6)로부터 연장된다.

유출 측에서 각 반응 파이프(1)의 끝은 전이편(14)에 연결된다. 전이편(14)은 포크(fork) 형태로 넓어져, 반응 파이프(1)의 연장부에 위치하는 내부(15)와, 외부(16)를 형성하는데, 이 둘은 한 끝에서 서로 연결된다. 전이편(14)의 외부(16)는 반응 파이프(1)에 면하는 공급실(6)의 측면에 용접된다. 전이편(14)의 내부(15)는 대략 몇 밀리미터만큼 내부 튜브 부분(13)으로부터 축방향으로 이격된다. 전이편(14)의 내부(15)와 외부(16) 사이의 중간 공간은 단열재(17)의 층으로 채워진다.

공급실(6)로부터 연장된 내부 튜브 부분(13)의 일부는 냉각 파이프(2) 내에서 중간 냉각 공간(5)의 폭에 대응하는 거리에서 반쪽 외피들(18,19)에 의해 둘러싸여진다. 이 거리 또는 공간을 정확히 유지하기 위해, 적어도 두 개의 스페이서(20)가 냉각 파이프(2) 내에 중간 냉각 공간(5)의 폭에 대응하는 높이를 가지는 내부 튜브 부분(13)의 외측에 장착된다.

반쪽 외피들(18,19)의 내경, 외경 및 두께는 외부 파이프(4)의 대응하는 치수와 동일하다. 외부 파이프(4)의 연장부에서, 반쪽 외피들(18,19)은 외부 파이프와 용접되고, 또 서로 용접되며, 냉각 파이프(2)에 면하는 측에서 공급실(6)과 용접된다. 반쪽 외피들(18,19)의 내경은 오목부(8)의 내경에 대응하므로, 공급실(6)과 중간 냉각 공간(5) 사이의 연결을 제공한다.

반쪽 외피들(18,19), 및 용접된 전이편(14)과 용접된 내부 튜브 부분(13)을 가지는 공급실(6)을 포함하는 조립식 유닛은 함께 수리 유닛(업그레이드 세트)를 형성하고, 이는 기존의 설치에 이용될 수 있다. 이러한 목적으로, 기존의 설치에서, 낡은 전이편을 갖고 있는 공급실이 제거되어, 도 1에 도시된 바와 같이 내부 파이프(3)가 외부 파이프(4)로부터 연장되는 방식으로 냉각 파이프(2)의 내부 파이프(3)와 외부 파이프(4)가 분리된다. 또한, 반응 파이프(1)은 공급실(6)에 가깝게 분리된다. 반응 기체 냉각기의 추가 조립이 필요치 않다.

용접된 전이편(14)과 용접된 내부 튜브 부분(13)을 가지는 공급실(6)을 포함하는 조립식 유닛은 내부 튜브 부분(13)을 거쳐 내부 파이프(3)에 수동으로 용접된다. 반쪽 외피들(18,19)이 공급실(6)로부터 연장된 내부 튜브 부분(13)의 일부에 대하여 배치되어, 마찬가지로 수동으로 서로 용접되고, 일단면에서는 외부 파이프(4)와 타단면에서는 냉각 파이프(2)와 면하는 공급실(6)의 측면에 용접된다. 이어서, 전이편(14)이 반응 파이프(1)에 수동으로 용접된다.

기존의 반응기체 냉각기와 함께 냉각되지 않은 전이편(14)과 상술한 공급실(6)의 전술한 장점들을 활용하기 위하여, 반응기체 냉각기를 분해할 필요도 없고 적절히 개조된 새로운 반응기체 냉각기를 장착할 필요도 없다. 단지, 반응로로부터 변경될 기존의 반응기체 냉각기를 분리하고, 내부 파이프(3)와 외부 파이프(4)의 작은 부분뿐만 아니라 낡은 전이편(14)을 갖는 기존의 공급실(6)을 제거하고, 이들을 본 발명의 수리 세트("업그레이드 세트")로 대체하는 것이 필요하다. 이는 개조 시간을 줄이므로, 개선된 기술과 함께 설치가 신속하게 다시 이용될 수 있다.

도 1은 반응 파이프와 반응기체 냉각기 사이의 커넥터에 대한 종단면도이고,

도 2는 도 1의 II-II 단면을 나타내며,

도 3은 도 1의 III-III 단면을 나타낸다.

Claims (4)

1. 반응로의 반응 파이프와 반응기체 냉각기의 냉각 파이프 사이의 커넥터에 있어서,

   상기 냉각 파이프는 상기 반응 파이프의 연장부에 배치되는 내부 파이프와 상기 내부 파이프를 감싸며 중간 냉각 공간을 형성하는 외부 파이프를 갖는 이중 파이프를 포함하며,

   상기 중간 냉각 공간은 냉각제의 공급을 위하여 공급실에 연결되며, 끝 부분이 포크 형태의 구성을 가지며 절연재의 층이 내부와 외부 사이에 도입되는 내부와 외부가 마련되는 전이편이 상기 반응 파이프에 연결되며,

   상기 전이편을 가진 상기 공급실은 유닛으로서 구성되며, 상기 유닛은 조립식이고 반쪽 외피들을 포함하고,

   상기 전이편의 상기 외부는 상기 냉각 파이프의 종축에 대해 동축으로 공급실의 베이스에 구비되며,

   내부 튜브 부분이 상기 공급실에 용접됨과 아울러, 상기 공급실로부터 연장되며, 상기 전이편의 내부와 정렬되고,

   상기 내부 튜브 부분의 두께, 내경 및 외경이 상기 내부 파이프에 대응하며, 상기 반쪽 외피들의 두께, 내경 및 외경은 상기 외부 파이프에 대응하고, 상기 반쪽 외피들의 축 방향 길이는 상기 공급실로부터 연장된 상기 내부 튜브 부분의 연장부분보다 큰 것을 특징으로 하는 커넥터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공급실로부터 연장된 상기 내부 튜브 부분의 연장부분의 외측면에는상기 냉각 파이프 내에서 상기 중간 냉각 공간의 폭에 대응하는 높이를 갖는 스페이서들이 구비되는 것을 특징으로 하는 커넥터.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공급실은, 띠 형 부분의 얇은 베이스를 유지하는 것이 일 측에서 차단된 원형 오목부가 도입되는 단단한 띠 형 부분 또는 견고한 띠 형 부분으로 이루어진 복수의 상호 연결부들로 이루어지며; 상기 내부 튜브 부분은 상기 베이스에 용접되는 것을 특징으로 하는 커넥터.
4. 청구항 제 1항에 따른 상기 커넥터를 이용하여 반응기체 냉각기의 냉각 파이프에 반응로의 반응 파이프를 연결하기 위한 방법에 있어서,

   상기 전이편과 상기 공급실은 가조립되어 유닛을 형성하고,

   상기 공급실의 상기 내부 튜브 부분은 상기 냉각 파이프의 내부 파이프 상에 용접되며,

   상기 반쪽 외피들은 상기 공급실로부터 연장된 상기 내부 튜브 부분의 부분에 대하여 배치되고,

   상기 반쪽 외피들은 서로 용접되며, 상기 반쪽 외피들의 일단면은 상기 냉각 파이프의 상기 외부 파이프에 용접되고, 타단면은 공급실에 용접되며, 상기 전이편은 상기 반응 파이프에 용접되는 것을 특징으로 하는 냉각 파이프에 반응 파이프를 연결하기 위한 방법.

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