ASTM A312 TP316L スタッドチューブ (11-13Cr スタッドフィン付き) 精製プラント用ヒーター

ASTM A312 TP316L スタッドチューブ（精製ヒーター用11-13Crスタッドフィン付き）

これは高性能熱交換器チューブです。耐食性ステンレス鋼（TP316L）製のコアパイプで構成されており、外表面には小さなスタッド状のフィン（11～13%クロム鋼製）が溶接されています。主な目的は、特に精製ヒーターやボイラーなどの高温で腐食性の高い用途において、熱伝達表面積を大幅に増やすことです。

詳細内訳

1. ベースチューブ材料：ASTM A312 TP316L

(1). 化学組成（重量%）

組成はASTM A312の表1に規定されています。TP316Lの値は以下のとおりです。

注：規格では、材料にシームレスパイプの場合、少なくとも5 × %Cから最大0.10%の銅（Cu）が含まれていることも要求されています。これは、あまり引用されていませんが、製品検証にとって重要な詳細です。

(2). 機械的性質

機械的性質はASTM A312の表2に規定されています。これらは最小必要値です。

2. スタッドチューブ

これは物理的な形状と構造を説明しています。

これは、外表面にスタッド（短いロッド状のピン）が取り付けられたベアチューブ（コアパイプ）です。これらのスタッドは単に接着されているのではなく、特殊な自動化されたプロセスを使用して抵抗溶接されています。これにより、非常に強く、熱伝達に効率的な冶金結合が作成されます。

3. 11-13Crスタッドフィン

これは、スタッド（フィン）自体の材料を指定しています。

11-13Crは、スタッドが11%から13%のクロムを含む鋼合金でできていることを意味します。

なぜ異なる材料なのか？316Lベースチューブは耐食性のために選択されていますが、スタッドは異なる理由で選択されています。

• 高温強度: 11～13%クロム鋼（SA 213 T11のようなグレードに類似していることが多い）は、316Lのようなステンレス鋼よりも高温で強度を維持し、酸化（スケール）に耐えます。
• 費用対効果: この材料は通常、316Lステンレス鋼よりも安価です。スタッドは多数あるため、目的に合った材料を使用することで、性能とコストを最適化できます。
• 互換性: 11-13Cr鋼の熱膨張率は、オーステナイト系ステンレス鋼よりも炭素鋼に近いため、特定の組み立てにおいて設計上の考慮事項となる場合があります。2つの材料間の溶接性は確立されています。

仕組み（機能）

このコンポーネントの全目的は、熱伝達の強化です。

• コアチューブは内部に流体（水、油、プロセス流体など）を運びます。
• 高温の燃焼ガスまたは別の熱源がチューブとスタッドの外側を流れます。
• スタッドは、熱源にさらされるチューブの表面積を劇的に増加させます（3〜8倍以上）。
• これにより、ベアで滑らかなチューブよりもはるかに効率的に熱を吸収または放散できます。

主な用途：精製所および石油化学プラントの火炉

これは最も古典的で重要な用途です。これらのチューブは、大型工業用炉の放射部または対流部のコアコンポーネントであり、多くの場合、火炉と呼ばれます。

仕組み：

• TP316Lコアチューブは、高温高圧下で加熱する必要があるプロセス流体（原油、炭化水素、化学原料など）を運びます。
• チューブバンクの外側は、バーナーからの強烈な放射熱と高温で腐食性の燃焼ガス（1000℃/1800°F以上）にさらされます。
• 11-13Crスタッドは、この強烈な熱を吸収し、チューブ内の流体に効率的に伝達します。

この特定の材料の組み合わせが完璧である理由：

• 内部耐食性（TP316L）：内部のプロセス流体は腐食性である可能性があります。TP316Lの優れた耐食性は、チューブの内面を攻撃から保護し、完全性を確保し、プロセス流体の汚染を防ぎます。
• 外部高温強度（11-13Crスタッド）：スタッドは、チューブの外側の極端な温度で強度を維持し、酸化（スケール）に耐える材料で作られています。316Lのようなオーステナイト系ステンレス鋼は弱くなり、この環境で「高温腐食」または酸化を起こす可能性があります。
• 熱伝達の強化：スタッドはチューブの外面積を3〜8倍に増やし、煙道ガスからの熱の捕捉効率を劇的に向上させます。

その他の主な用途

同じ原理が、他の要求の厳しい熱伝達シナリオにも適用されます。

• 発電ボイラー：
  • エコノマイザー（給水を予熱するため）や過熱器（飽和点を超えて蒸気を加熱するため）などのセクションで使用されます。
  • 内部で高圧の水/蒸気を扱い（316Lによる耐食性）、外部で石炭、ガス、または石油燃焼からの高温煙道ガスにさらされます（スタッドで処理）。
• 廃熱回収ユニット（WHRU）：
  • これらのシステムは、ガス タービン、焼却炉、またはその他の工業プロセスからの高温排気流からの熱エネルギーを回収します。これらの熱エネルギーは、そうでなければ無駄になります。
  • スタッドチューブは、これらの多くの場合、汚れていて腐食性の排気ガスから効率的に熱を抽出するのに理想的です。
• 化学プロセス産業：
  • 化学プロセスが腐食性環境で正確かつ効率的な加熱を必要とする高温反応器、改質器、およびクラッカー炉。
• 空気ヒーター/燃焼空気予熱器：
  • 炉に供給される燃焼空気を予熱するために使用されます。高温の排気煙道ガスがスタッドチューブを通過し、残留熱を流入する空気に伝達し、炉の全体的な燃料効率を大幅に向上させます。