相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2014年12月16日提交的ussn62/092,616和2015年4月3日提交的ep15248030.7的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，將它們?nèi)客ㄟ^引用納入本申請(qǐng)。本申請(qǐng)涉及2015年7月31日提交的ussn62/199,357，其也通過引用納入本申請(qǐng)。
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及可用于裂解爐的管道。該管道為管形部件和至少一個(gè)混合元件的焊接件。該管形部件包含含鋁合金。該混合元件也包含含鋁合金，該含鋁合金可以該管形部件的含鋁合金相同或不同。本發(fā)明還涉及包括這樣的焊接件的裂解爐，以及這樣的裂解爐用于烴轉(zhuǎn)化方法例如蒸汽裂化的用途。
發(fā)明背景
烴進(jìn)料在蒸汽的存在下的熱裂化(“蒸汽裂化”)是用于生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴例如乙烯、丙烯和丁烯的重要的商業(yè)技術(shù)。典型的烴進(jìn)料包括，例如，乙烷和丙烷、石腦油、重瓦斯油、原油等中的一種或多種。用于執(zhí)行蒸汽裂化蒸汽裂化爐通常包括對(duì)流段，位于對(duì)流段下游的輻射段和位于輻射段下游的驟冷階段。典型地，至少一個(gè)燃燒器包括于蒸汽裂化爐中用于對(duì)流段和輻射段提供熱量。燃燒器典型地位于至少一個(gè)燃燒室中，該燃燒室靠近輻射段，且對(duì)流段位于輻射段相對(duì)于燃燒器產(chǎn)生的加熱氣體(典型地為燃燒氣體)流的下游。管形導(dǎo)管(“管道”)用于至少(i)將烴進(jìn)料、蒸汽及其混合物輸送通過爐的對(duì)流段和輻射段，(ii)將熱量傳遞給管道內(nèi)的烴和/或蒸汽以進(jìn)行蒸汽裂化反應(yīng)，(iii)將產(chǎn)物流出物輸送離開輻射段，(iv)輸送除焦炭混合物以例如從對(duì)流管道和/或輻射管道內(nèi)部去除焦炭，和(v)輸送除焦炭流出物離開輻射段。某些蒸汽裂化器管道為熱傳遞管道。典型地，位于對(duì)流段的熱傳遞管道被稱為“對(duì)流管道”，位于輻射段的熱傳遞管道被稱為“輻射管道”。當(dāng)對(duì)流管道和/或輻射管道以盤管布置時(shí)，典型地將這些稱為“對(duì)流盤管”和“輻射盤管”。
在一種常規(guī)方法中，將烴進(jìn)料引入至少一個(gè)對(duì)流盤管中。對(duì)流盤管的外表面暴露于引導(dǎo)離開燃燒器的加熱氣體。烴進(jìn)料通過從加熱氣體到位于對(duì)流盤管內(nèi)的烴進(jìn)料的間接熱傳遞來預(yù)加熱。蒸汽與預(yù)加熱的烴進(jìn)料合并以產(chǎn)生烴+蒸汽混合物。采用至少一個(gè)另外的對(duì)流盤管以預(yù)加熱該烴+蒸汽混合物，例如，至顯著熱裂化發(fā)生的溫度或剛好低于該溫度的溫度。
將預(yù)加熱烴+蒸汽混合物經(jīng)由跨越管道從對(duì)流段引導(dǎo)至位于輻射段中的至少一個(gè)輻射管道。常規(guī)輻射管道典型地由包含鉻、鐵和鎳以及各種其它元素(通常以低濃度，例如≤5.0wt.％)的蒸汽裂化器合金形成以獲得期望的性能。預(yù)加熱的烴+蒸汽混合物在輻射管道中被間接加熱，其主要通過從燃燒器到輻射管道的外表面的熱傳遞，例如，來自位于燃燒室中的一個(gè)或多個(gè)燃燒器產(chǎn)生的火焰和高溫?zé)煹罋獾妮椛錈醾鬟f，來自燃燒室外殼內(nèi)部表面的輻射熱傳遞，來自穿越輻射段的燃燒氣體的對(duì)流熱傳遞等。傳遞的熱快速地升高預(yù)加熱的烴+蒸汽混合物的溫度至期望的盤管出口溫度(cot)，其典型地范圍在對(duì)一些非常重的瓦斯油進(jìn)料來說的1450°f(788℃)到對(duì)乙烷或丙烷進(jìn)料來說的1650°f(871℃)。
傳遞到位于一個(gè)或多個(gè)輻射管道中的預(yù)加熱烴+蒸汽混合物的熱導(dǎo)致至少一部分混合物的烴熱裂化，產(chǎn)生包含分子氫、輕質(zhì)烯烴、其它烴副產(chǎn)物、未反應(yīng)的蒸汽和未反應(yīng)的烴進(jìn)料的輻射盤管流出物。典型地采用傳送線管道來將輻射盤管流出物從輻射段輸送到驟冷階段。焦炭在熱裂化期間在爐中，例如，在對(duì)流管道的內(nèi)部表面上，尤其是在輻射管道的內(nèi)部表面上積累。在積累了不期望的量的焦炭后，除焦炭混合物、典型地為空氣-蒸汽混合物的流替換烴+蒸汽混合物來去除積累的焦炭。將除焦炭流出物引導(dǎo)離開。焦炭去除后，恢復(fù)烴+蒸汽混合物的流至經(jīng)去焦炭的管道。方法繼續(xù)，交替進(jìn)行裂解(熱裂化)模式和去焦炭模式。
短接觸時(shí)間、高溫和低烴分壓有利于裂解模式期間對(duì)輕質(zhì)烯烴的選擇性。為此，輻射管道典型地在高達(dá)2050°f(1121℃)的溫度(對(duì)管道金屬測(cè)得)操作。因此，輻射管道是由在高溫下具有期望的性質(zhì)，比如高抗蠕變強(qiáng)度和高抗斷裂強(qiáng)度的合金制造的。由于管道在烴裂解期間暴露于滲碳環(huán)境，合金典型地是耐滲碳的。并且由于管道在除焦炭期間暴露于氧化環(huán)境，合金典型地是耐氧化的。常規(guī)熱傳遞管道合金包括奧氏體fe-cr-ni耐熱鋼，其具有蒸汽裂化器合金的變體，基于具有25wt.％鉻和35wt.％鎳的組成(稱之為“25cr/35ni合金”)，或具有35wt.％鉻和45wt.％鎳的組成(稱之為“35cr/45ni合金”)。一般采用不同組成的少量合金化元素從而改善高溫強(qiáng)度和/或耐滲碳性。
在常規(guī)合金中，裂解期間典型地形成包含cr2o3的表面氧化物。據(jù)信這樣的氧化物保護(hù)鐵和鎳的位點(diǎn)使其不在烴裂解模式期間接觸，從而減輕了不期望的焦炭形成的量。然而，觀察到在更苛刻的裂解條件，例如，典型地用于提高輕質(zhì)烯烴收率的條件下，這種保護(hù)性氧化物層的形成受到抑制，反而有利于含碳相，例如cr3c2、cr7c3和/或cr23c6。因此，位于管道的內(nèi)部表面上的耐滲碳的結(jié)垢隨時(shí)間產(chǎn)生了不連續(xù)性，導(dǎo)致鐵和鎳暴露于烴進(jìn)料，使得焦炭形成的速率提高。
為了嘗試克服這樣的困難，美國(guó)專利申請(qǐng)公布no.2012/0097289披露了通過采用含5-10wt.％鋁的合金來提高管道的耐滲碳性。據(jù)稱該合金在裂解模式期間形成al2o3結(jié)垢。據(jù)報(bào)道，al2o3結(jié)垢即使在鉻優(yōu)先形成碳化物而非氧化物的條件下仍保持為穩(wěn)定的氧化物。由于這樣的耐滲碳的合金與不含鋁的常規(guī)熱傳遞管道合金相比具有較低的抗蠕變強(qiáng)度和較低的抗斷裂強(qiáng)度，該文獻(xiàn)披露了一種管道結(jié)構(gòu)，其中由該含鋁合金形成的連續(xù)的內(nèi)部部件接合到包含更高強(qiáng)度合金的管形外部部件的內(nèi)部表面。雖然這樣的管道抑制焦炭形成，但它們的雙層構(gòu)造的經(jīng)濟(jì)要求嚴(yán)苛。
一般減少蒸汽裂化器合金中的鋁量，從而提高強(qiáng)度以及從而取消對(duì)外部部件的需求。參見，例如，美國(guó)專利no.8,431,230，其披露了含鋁蒸汽裂化器合金包含2-4wt.％鋁。
還一般提高管道的熱傳遞效率從而在裂解期間將烴+蒸汽混合物暴露于更高的溫度和更短的接觸時(shí)間，帶來對(duì)輕質(zhì)烯烴生產(chǎn)更好的選擇性。例如，通過提高管道的暴露于烴進(jìn)料的表面積來提高熱傳遞描述于美國(guó)專利no.6,419,885和6,719,953。提高管道的熱傳遞效率的其它方法包括在熱傳遞管道內(nèi)部表面上應(yīng)用混合元件(有時(shí)稱之為“焊縫”或“翅片”)。例如，美國(guó)專利no.5,950,718描述了使用常規(guī)25cr/35ni管道，其包括通過等離子弧熱噴焊或電弧焊應(yīng)用于管道內(nèi)部表面的螺旋混合元件。已發(fā)現(xiàn)，裂解期間通過輻射管道的烴+蒸汽混合物流導(dǎo)致形成與輻射管道的內(nèi)部表面相鄰的邊界層。該邊界層包含烴。該混合元件擾亂該邊界層，使得邊界層與烴+蒸汽混合物的核心流之間的混合提高。一般減輕穿越含一個(gè)或多個(gè)混合元件的輻射管道的烴+蒸汽混合物的壓降。例如，美國(guó)專利no.7,799,963描述了一種結(jié)構(gòu)，其由于混合元件中的不連續(xù)性而提供了降低的壓降。管道和不連續(xù)的混合元件都是由常規(guī)蒸汽裂化器合金例如25cr/20ni，25cr/35ni，35cr/45ni或incoloytm形成的。
然而，仍然需要這樣的熱傳遞管道，其抑制鉻-碳化物相形成，同時(shí)通過加入混合元件提供改進(jìn)的熱傳遞。
發(fā)明概述
本發(fā)明部分是基于新的熱傳遞管道焊接件的開發(fā)。本文所述的焊接件包含管形部件和至少一個(gè)包含鋁的混合元件，該混合元件位于該管形部件的內(nèi)部表面。該管形部件包含至少一種耐熱的含鋁合金，該合金在烴裂解期間在蒸汽的存在下在該管形部件的內(nèi)部表面上形成含氧化鋁結(jié)垢。該混合元件也包含至少一種耐熱的含鋁合金，該合金在烴裂解期間在蒸汽的存在下在該混合元件的表面上形成含氧化鋁結(jié)垢。該混合元件的耐熱的含鋁合金可以與該管形部件的耐熱的含鋁合金相同或不同。該管形部件例如通過鑄造、鍛造、輥壓、接合、機(jī)加工等中的一種或多種形成。
因此，本發(fā)明的某些方面涉及適用于裂解爐中的管道，例如，作為熱傳遞管道的焊接件。該焊接件包含具有內(nèi)部和外部表面的第一管形部件，并具有至少一個(gè)與該管形部件的內(nèi)部表面表面接觸的混合元件。第一管形部件包括至少一種第一蒸汽裂化器合金，該合金包含鋁。該混合元件包含第二蒸汽裂化器合金，該合金也包含鋁。
第一蒸汽裂化器合金可以包含，例如，范圍在2.0wt.％-10.0wt.％的量a1的鋁，基于第一蒸汽裂化器合金的重量計(jì)。第二蒸汽裂化器合金可以包含，例如，范圍在2.0wt.％-10.0wt.％的量a2的鋁，基于第二蒸汽裂化器合金的重量計(jì)，其中第一和第二蒸汽裂化器合金具有相同或不同的鋁含量，例如，第二蒸汽裂化器合金和第一蒸汽裂化器合金中鋁的濃度可以差至少0.5wt.％。在其中第一和第二蒸汽裂化器合金具有不同鋁濃度的方面中，第二蒸汽裂化器合金典型地具有大于第一蒸汽裂化器合金的鋁含量的鋁含量，比如當(dāng)?shù)谝徽羝鸦骱辖鸢?.0-4.0wt.％鋁，第二蒸汽裂化器合金包含5.0-10.0wt.％鋁。
在其它方面中，本發(fā)明涉及烴裂解方法，包括使與與蒸汽摻混的烴材料在蒸汽裂化條件下通過至少一個(gè)熱傳遞管道，其中該熱傳遞管道包含根據(jù)任一前述方面的焊接件。
認(rèn)為，當(dāng)在蒸汽裂化裂解模式期間采用任一前述方面的焊接件作為輻射管道時(shí)，保護(hù)性的耐滲碳層形成在至少一部分第一管形部件的內(nèi)部表面上和至少一部分至少一個(gè)混合元件(例如，該混合元件的暴露于蒸汽裂化的表面的那部分)上。耐滲碳層包含氧化鋁并且可以基本上不含鉻。本發(fā)明的熱傳遞管道焊接件與常規(guī)熱傳遞管道相比具有令人驚奇的改進(jìn)的耐滲碳性，同時(shí)提供與一個(gè)或多個(gè)混合元件的存在相關(guān)的改進(jìn)的混合。
從而，指定的熱傳遞管道焊接件提供穩(wěn)定的、耐久性的表面，以在在蒸汽裂化器爐管道、傳送線換熱器和用于運(yùn)輸或輸送含烴工藝料流的蒸汽裂化器裝置中可易于結(jié)焦的其它組件中耐高溫腐蝕和結(jié)焦。
附圖簡(jiǎn)述
參考附圖以及以下的說明來進(jìn)一步解釋本發(fā)明，附圖以非限制性實(shí)例的方式展示了本發(fā)明的各種實(shí)施方案，其中：圖1展示了裂解爐的示意流程圖。
詳細(xì)說明
定義
為了本說明書和所附權(quán)利要求的目的，限定以下術(shù)語?！爸芷诒怼北硎驹刂芷诒?，themerckindex，第12版，merck&co.，inc.，1996。
“蒸汽裂化器合金”是指適合在用于生產(chǎn)c2+不飽和烴的蒸汽裂化爐中用作管道的任何組合物、固溶體或固體混合物。這樣的合金顯示表示金屬行為的傳導(dǎo)率并且包含至少10wt.％鉻和15wt.％鎳，基于蒸汽裂化器合金的重量計(jì)。
“焊接件”是指通過將兩個(gè)或更多個(gè)組件連接在一起形成的單元，其中連接包括至少一種焊接。術(shù)語“焊接件”涵蓋通過等離子弧熱噴焊混合元件至管形部件，比如適用于蒸汽裂化器的熱傳遞管道，形成的單元。雖然焊接件的全部組件可以通過焊接連接到該焊接件，但這不是必須的。
“熱傳遞管道”包括但不限于裂解爐的任一以下部件：進(jìn)料導(dǎo)管；稀釋蒸汽導(dǎo)管；蒸汽裂化器爐管道，比如對(duì)流管道和/或輻射管道，包括那些布置成一個(gè)或多個(gè)盤管的；跨越管道；輸送管線換熱器；驟冷區(qū)導(dǎo)管；和裂解方法中可在超過500℃的溫度暴露于烴+蒸汽混合物的其它組件。術(shù)語“熱傳遞管道”還包括在用于提質(zhì)烴的其它方法中提供熱傳遞功能(以及其它功能，如果有任何的話)的管道，包括其中可能發(fā)生滲碳的那些，比如用于運(yùn)輸或輸送可能易于結(jié)焦的烴工藝料流的導(dǎo)管。
“混合元件”是指從該管形部件的內(nèi)部表面的凸起，條件是該凸起包括該管形部件的內(nèi)部表面與凸起邊緣(例如，該內(nèi)部表面上不完整的涂層，比如由蒸汽裂化器合金形成的焊縫)之間形成的接觸角。由于混合元件不是該管形部件的內(nèi)部表面上的完整涂層，因此邊界存在于(i)該管形部件的內(nèi)部表面的未被混合元件覆蓋的區(qū)域與(ii)該管形部件的內(nèi)部表面被混合元件覆蓋的區(qū)域之間。邊界典型地包括接觸角，且該接觸角的頂點(diǎn)典型地位于靠近在該管形部件的內(nèi)部表面上的該混合元件的外周。接觸角的程度(例如，所對(duì)的角度范圍)是以宏觀方式確定的。不完美的接觸角(如當(dāng)宏觀觀察靠近接觸角的頂點(diǎn)的交接區(qū)域時(shí)可能觀察到的)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。混合元件可為離散的(例如，在該管形部件的內(nèi)部表面的島狀物)或連續(xù)的(例如，沿該管形部件的內(nèi)部表面的連續(xù)的焊縫，其具有沿該焊縫基本上恒定的且在焊縫每側(cè)基本上相等的接觸角)。具體的混合設(shè)計(jì)和配置描述于美國(guó)專利no.5,950,718，6,419,885，6,719,953和7,799,963，尤其是具有描述于美國(guó)專利no.7,799,963中的配置的那些，每一篇的公開內(nèi)容以其全部納入本申請(qǐng)。
除非另有說明，本文中所述的所有量、濃度和重量百分比均基于該提到的組合物的總重量，所述組合物例如第一蒸汽裂化器合金，第二蒸汽裂化器合金等，視情況而定。
現(xiàn)將更詳細(xì)地描述關(guān)于可用作在蒸汽裂化期間輸送烴+蒸汽混合物的熱傳遞管道的焊接件各種方面。本文披露的方法和系統(tǒng)不限于所選擇的方面，本說明書不意圖排除在本發(fā)明更寬范圍內(nèi)的其它方面，比如包括在沒有蒸汽的情況下裂解烴的方面。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)，圖1不是以任何特定比例或尺度繪制的，并且可以對(duì)所展示的方面進(jìn)行許多變型。簡(jiǎn)便起見，僅某些范圍在本文中明確披露了。然而，從任何下限的范圍可與任何上限組合以引述沒有明確述及的范圍，以及，從任何下限的范圍可與任何其它下限組合以引述沒有明確述及的范圍，相同地，從而任何上限的范圍可與任何其它上限組合以引述沒有明確述及的范圍。另外，在一個(gè)范圍內(nèi)，包括了其端點(diǎn)之間的每個(gè)即使未被明確引述的點(diǎn)或個(gè)別值。因此，每個(gè)點(diǎn)或個(gè)別值可用作其自身的下限或上限，與任何其它點(diǎn)或個(gè)別值或任何其它下限或上限組合，以引述沒有明確述及的范圍。
蒸汽裂化爐
本發(fā)明的焊接件可用于蒸汽裂化以生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴，比如乙烯和/或丙烯。示例的蒸汽裂化爐繪制于圖1。蒸汽裂化爐1包括輻射燃燒室103，對(duì)流段104和煙道氣排氣管105。燃料氣體經(jīng)由導(dǎo)管100和控制閥101提供給燃燒器102，該燃燒器提供輻射熱給烴進(jìn)料以通過進(jìn)料的熱裂化產(chǎn)生期望的裂解產(chǎn)物。燃燒器產(chǎn)生熱氣體，該熱氣體向上流過對(duì)流段104，然后經(jīng)由導(dǎo)管105離開爐。
烴進(jìn)料經(jīng)由導(dǎo)管10和閥12引導(dǎo)至至少一個(gè)對(duì)流盤管13。引入對(duì)流盤管13的烴進(jìn)料通過與熱煙道氣的間接接觸而預(yù)加熱。閥12用于調(diào)節(jié)引入對(duì)流盤管13的烴進(jìn)料的量。對(duì)流盤管13典型地為多個(gè)對(duì)流盤管之一，該多個(gè)對(duì)流盤管布置在第一盤管組中以進(jìn)行烴原料的并行流。典型地，多個(gè)進(jìn)料導(dǎo)管10和11輸送烴進(jìn)料至第一盤管組的并行對(duì)流盤管的每一個(gè)中。四個(gè)進(jìn)料導(dǎo)管在圖1中給出，但本發(fā)明不限于任何特定進(jìn)料導(dǎo)管數(shù)量。例如，本發(fā)明兼容具有3、4、6、8、10、12、16或18個(gè)進(jìn)料導(dǎo)管的對(duì)流段，從而輸送并行部分的總烴進(jìn)料至等數(shù)量的位于第一盤管組中的對(duì)流盤管。雖然未顯示，多個(gè)進(jìn)料導(dǎo)管11中的每個(gè)均可提供有閥(類似于閥12)。換句話說，每個(gè)多個(gè)導(dǎo)管11均可以與對(duì)流盤管(未顯示)流體連通，該對(duì)流盤管(i)位于第一盤管組中且(ii)與對(duì)流盤管13并行操作。為簡(jiǎn)單起見，對(duì)第一對(duì)流盤管組的說明將專注于對(duì)流盤管13。該組中的其它對(duì)流盤管可以以相似方式操作。
稀釋蒸汽經(jīng)由稀釋蒸汽導(dǎo)管20通過閥22提供至對(duì)流盤管23以通過來自煙道氣的間接熱傳遞而預(yù)熱。閥22用于調(diào)節(jié)引入對(duì)流盤管23的稀釋蒸汽的量。對(duì)流盤管23典型地為多個(gè)對(duì)流盤管之一，所述多個(gè)對(duì)流盤管布置在第二盤管組中以進(jìn)行并行的稀釋蒸汽流。典型地，多個(gè)稀釋蒸汽導(dǎo)管20和21將稀釋蒸汽輸送到第二盤管組的每個(gè)并行對(duì)流盤管。四個(gè)稀釋蒸汽導(dǎo)管在圖1中給出，但本發(fā)明不限于任何特定數(shù)量的稀釋蒸汽導(dǎo)管。例如，本發(fā)明兼容具有3、4、6、8、10、12、16或18個(gè)稀釋蒸汽導(dǎo)管的對(duì)流段以輸送并行部分的總稀釋蒸汽的量至等數(shù)量的位于第二對(duì)流盤管組中的對(duì)流盤管。雖然未顯示，多個(gè)稀釋蒸汽導(dǎo)管21中的每個(gè)均可提供有閥(類似于閥22)。換句話說，多個(gè)導(dǎo)管21中的每個(gè)均處于與與對(duì)流盤管23并行操作的對(duì)流盤管(未顯示)流體連通。為簡(jiǎn)單起見，對(duì)第二對(duì)流盤管組的說明將專注于盤管23。該組中的其它對(duì)流盤管可以以相似方式操作。
預(yù)加熱的稀釋蒸汽和預(yù)加熱的烴進(jìn)料在導(dǎo)管25中或靠近導(dǎo)管25合并。將烴+蒸汽混合物經(jīng)由導(dǎo)管25再引入對(duì)流段104，以預(yù)熱對(duì)流盤管30中的烴+蒸汽混合物。對(duì)流盤管30典型地為多個(gè)對(duì)流盤管之一，所述多個(gè)對(duì)流盤管布置在第三盤管組中以在預(yù)加熱期間進(jìn)行烴+蒸汽混合物的。一個(gè)用于預(yù)加熱烴+蒸汽混合物的對(duì)流盤管表示在圖1中，但本發(fā)明不限于任何特定數(shù)量的這樣的對(duì)流盤管。例如，本發(fā)明兼容有3、4、6、8、10、12、16或18個(gè)烴+蒸汽混合物對(duì)流盤管的第三盤管組，從而輸送烴+蒸汽混合物的總量的并行部分。為簡(jiǎn)單起見，對(duì)第三對(duì)流盤管組的說明將專注于盤管30。該組中的其它對(duì)流盤管以相似方式操作。烴+蒸汽混合物典型地在對(duì)流盤管30中被預(yù)加熱，例如，到范圍在約750°f-約1400°f(400℃-760℃)的溫度。
跨越管道31用于輸送預(yù)加熱烴+蒸汽混合物至輻射段103中的輻射盤管40以進(jìn)行烴的熱裂化。輻射盤管40典型地為多個(gè)輻射盤管之一(其它未顯示)，所述多個(gè)輻射盤管一起構(gòu)成輻射段103中的輻射盤管組。離開導(dǎo)管30的加熱混合物的溫度通常設(shè)計(jì)為在或接近顯著熱裂化開始的點(diǎn)。工藝條件，比如預(yù)對(duì)流盤管13中加熱的進(jìn)料量，對(duì)流盤管23中預(yù)加熱的蒸汽的量，對(duì)流盤管30中預(yù)加熱的烴+蒸汽混合物的量，烴進(jìn)料和稀釋蒸汽的的相對(duì)量，輻射盤管40中預(yù)加熱的烴+蒸汽混合物的溫度、壓力和停留時(shí)間和第一時(shí)間間隔的的時(shí)長(zhǎng)(盤管13、23、30和40中裂解模式的時(shí)長(zhǎng))典型地取決于烴進(jìn)料的組成，期望的產(chǎn)物的收率和可以承受的爐中焦炭積累的量(尤其是在輻射盤管中的)。因此，本文所述的焊接件特別適用作輻射盤管40。雖然用于蒸汽裂化的常規(guī)烴進(jìn)料和/或常規(guī)工藝條件，但本發(fā)明的焊接件不限于使用特定進(jìn)料或工藝條件，并且本說明書不意圖排除本發(fā)明更寬范圍內(nèi)的其它進(jìn)料和/或工藝條件。
在輻射段103中實(shí)現(xiàn)了期望程度的熱裂化后，將爐流出物在冷卻階段50中快速地冷卻?？墒褂萌魏卫鋮s爐流出物的方法。在一個(gè)方面中，冷卻階段50至少包含主輸送管線換熱器(tle)。對(duì)于包含液體烴的烴進(jìn)料，例如，較重的石腦油和所有氣體-油進(jìn)料，在主tle下游需要直接油驟冷連接。油驟冷連接允許添加驟冷油至裂解產(chǎn)物料流中以提供從產(chǎn)物料流直接到注入的驟冷油的熱傳遞。為此目的，將驟冷介質(zhì)，比如驟冷油，經(jīng)由至少一個(gè)為此目的適配的配件注入流出物。在冷卻階段50中可以采用額外的驟冷階段，并且這些階段可以以串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)-并聯(lián)操作。冷卻的爐流出物經(jīng)由導(dǎo)管51離開以進(jìn)一步分離和/或處理，例如，從爐流出物去除乙烯和/或丙烯。除了它們?cè)谡羝鸦癄t中的用途之外或另外地，指定的焊接件可以用于一個(gè)或多個(gè)這樣描述的tle或驟冷階段。本發(fā)明不對(duì)冷卻爐流出物的方法有限制。
烴進(jìn)料
本文所述的焊接件可用于輸送基本上任何可以通過蒸汽裂化產(chǎn)生輕質(zhì)烯烴的含烴進(jìn)料。在某些方面，該烴包含相對(duì)高分子重量烴(“重質(zhì)原料”)，比如在蒸汽裂化期間產(chǎn)生相對(duì)大量sct的那些。重質(zhì)原料的實(shí)例包括一種或多種蒸汽裂化的瓦斯油和殘余物，瓦斯油，加熱油，噴氣燃料，柴油，煤油，焦化設(shè)備石腦油，蒸汽裂化的石腦油，催化裂化的石腦油，加氫劣化產(chǎn)物，重整產(chǎn)物，萃余重整產(chǎn)物，費(fèi)-托液，費(fèi)-托氣體，蒸餾產(chǎn)物，原油，大氣管餾器底部產(chǎn)物，真空管餾器料流(包括底部產(chǎn)物)，寬沸程石腦油到瓦斯油冷凝產(chǎn)物，來自精煉裝置的重質(zhì)非原始烴料流，真空瓦斯油，重瓦斯油，被原油污染的石腦油，大氣殘余物，重質(zhì)殘余物，c4/殘余物摻混物，石腦油/殘余物摻混物，瓦斯油/殘余物摻混物和原油。烴的名義最終沸點(diǎn)可以為至少約600°f(315℃)，通常大于約950°f(510℃)，典型地大于約1100°f(590℃)，例如大于約1400°f(760℃)。名義最終沸點(diǎn)是指99.5wt.％的指定樣品達(dá)到其沸點(diǎn)溫度的。
在其它方面，烴包含一種或多種相對(duì)低分子重量烴(輕質(zhì)原料)，尤其是當(dāng)期望相對(duì)高收率的c2不飽和物(乙烯和乙炔)的那些方面。輕質(zhì)原料典型地包括具有少于五個(gè)碳原子的基本上飽和的烴分子，例如，乙烷、丙烷及其混合物。本發(fā)明的焊接件特別地可用作蒸汽裂化輕質(zhì)原料的熱傳遞管道，更特別地作為乙烷蒸汽裂化的輻射管道。
現(xiàn)將更詳細(xì)地描述可用作輸送用于蒸汽裂化的一種或多種前述進(jìn)料的熱傳遞管道的焊接件。本發(fā)明不限于輸送這些進(jìn)料的焊接件，本說明書不意圖排除將這樣的焊接件用于輸送本發(fā)明更寬范圍內(nèi)的其它含烴進(jìn)料。
焊接件
該焊接件包括(i)包含第一蒸汽裂化器合金并具有內(nèi)部和外部表面的管形部件，和(ii)至少一個(gè)與該管形部件的內(nèi)部表面表面接觸的混合元件。第一和第二蒸汽裂化器合金各自選自那些能夠在蒸汽裂化期間在該混合元件的表面暴露于烴時(shí)在該混合元件的表面上形成含氧化鋁保護(hù)性涂層(例如，結(jié)垢)的合金。
該焊接件可通過以任何合適的焊接手段將該混合元件固定到該管形部件的內(nèi)部表面來形成，所述焊接手段例如等離子弧熱噴焊或氬氣/氦氣電弧焊。等離子弧熱噴焊或氬氣/氦氣電弧焊都不是例如熱噴涂的涂覆技術(shù)，而是焊覆技術(shù)的實(shí)例。在粉末等離子焊接中，例如，將金屬粉末熔化，并通過等離子炬焊接到基礎(chǔ)管道的內(nèi)部表面上。在該管形部件的內(nèi)部表面一部分上的連續(xù)的或不連續(xù)的金屬覆蓋層的形式的厚度為1.0-3.0mm，1.5-2.5mm或1.75-2.25mm的混合元件通過焊接強(qiáng)力地接合，以提供基本上無孔的覆蓋層。所得焊接件可任選地后退火、回火、激光熔化或其組合以提高該混合元件質(zhì)量密度(以及降低其孔隙度)。
相反，常規(guī)熱噴涂方法例如等離子法、hvof和爆炸噴槍通常在管形部件的整個(gè)內(nèi)部表面上產(chǎn)生基本上連續(xù)的金屬層涂層。這樣的涂層具有比本發(fā)明混合元件(比如通過在該管形部件的內(nèi)部表面上等離子弧熱噴焊不連續(xù)的指定的第二蒸汽裂化器合金焊縫產(chǎn)生的那些)更高的孔隙度。常規(guī)熱噴涂涂層是通過這樣的方法產(chǎn)生的，其中熔融或軟化的顆粒通過沖擊施加到基材上。雖然不希望受任何理論或模型的限制，據(jù)信，這樣的常規(guī)涂層含由在高速下碰撞冷表面而變平的小球的快速凝固產(chǎn)生的網(wǎng)狀或?qū)訝罹Я＝Y(jié)構(gòu)。難以確保所有顆粒的尺寸完全相同并且達(dá)到相同溫度和速度。因此，熱噴涂方法期間受沖擊的個(gè)體顆粒的條件變化導(dǎo)致不均勻的結(jié)構(gòu)，這包括過度的孔隙度。
本發(fā)明的混合元件可根據(jù)管道設(shè)計(jì)以任何方便的方式配置。例如，該混合元件應(yīng)配置成攪拌烴原料流通過焊接件以將烴原料流跨越管道橫截面分布，從而產(chǎn)生跨越該通道的整個(gè)橫截面的大體均勻的溫度分布。這典型地通過采用具有基本上對(duì)通過該管道的流體流開放的內(nèi)部環(huán)形截面的管形部件實(shí)現(xiàn)，其中混合元件從該管形部件的內(nèi)部表面上的至少一個(gè)區(qū)域凸出。當(dāng)焊接件包含多個(gè)混合元件時(shí)，所有該混合元件任選地具有基本上相同的組成，并且任選地都具有相同尺寸和形狀。例如，多個(gè)混合元件可以為在基本上與管形部件的長(zhǎng)軸交叉并且能使管道中的烴流原料偏移的方向上投射的翅片的形式。當(dāng)焊接件用作輻射管道時(shí)，這樣的布置提高了與管道橫截面相關(guān)的烴+蒸汽混合物流的溫度分布的不均勻性?；旌显砂毓苄尾考膬?nèi)部表面的多個(gè)離散形成的凸起或連續(xù)的凸起。凸起無論是不連續(xù)的或連續(xù)的都可以沿內(nèi)部表面的一個(gè)或多個(gè)大體螺旋的設(shè)計(jì)來布置。將混合元件固定到管形部件表面的方法以及混合元件的配置描述于美國(guó)專利no.5,950,718和7,799,963，其中的任意者可用于本文所述的焊接件。
第一管形部件
焊接件典型地包含第一管形部件，第一管形部件具有(i)內(nèi)部和外部表面，和(ii)至少一個(gè)由該管形部件的內(nèi)部表面限定的內(nèi)通道，該通道對(duì)流入、流過和流出該管形部件的流體是開放的。第一蒸汽裂化器合金可具有任何組成，條件是：(i)其具有使其適用于蒸汽裂化爐的性能特性(比如熱傳遞、延展性和強(qiáng)度特性)，和(ii)能夠在蒸汽裂化期間在該管形部件的內(nèi)部表面上形成含氧化鋁保護(hù)性涂層(例如，結(jié)垢)。一些這樣的合金描述于轉(zhuǎn)讓給kubotacorporation的美國(guó)專利no.8,431,230的表1，該專利通過引用以其全部?jī)?nèi)容納入本申請(qǐng)。第一蒸汽裂化器合金的某些實(shí)例包含鋁、鎳、鉻、鐵和碳；和任選地除了這些一種或多種的，硅、錳、鎢、鉬、鈦、鋯、鈮、硼和一種或多種稀土元素。
第一蒸汽裂化器合金有意地包含鋁，典型地水平在≥約2.0wt.％，例如，≥約2.5wt.％，比如≥約3.0wt.％或≥約3.5wt.％或≥約4.0wt.％或≥約4.5wt.％或≥約5.5wt.％或≥約6.0wt.％或≥約6.5wt.％或≥約7.0wt.％或≥約8.0wt.％或≥約9.0wt.％或≥約9.5wt.％或≥約10.0wt.％鋁。另外或備選地，第一蒸汽裂化器合金中鋁的濃度可為≤約10.0wt.％，例如，≤約9.5wt.％或≤約9.0wt.％或≤約8.0wt.％或≤約7.0wt.％或≤約6.5wt.％或≤約6.0wt.％或≤約5.5wt.％或≤約4.5wt.％或≤約4.0wt.％或≤約3.5wt.％，≤約3.0wt.％或≤約2.5wt.％或約2.0wt.％。明確批露的第一蒸汽裂化器合金中鋁含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約2.0-約10.0wt.％鋁或約2.0-約8.0wt.％或約2.0-約7.0wt.％或約2.0-約6.0wt.％或約2.0-約4.0wt.％或約2.5-約4.0wt.％或約3.0-約4.0wt.％或約3.5-約4.0wt.％鋁等。當(dāng)期望在內(nèi)管道表面上形成足量的耐滲碳層時(shí)，至少約2.0wt.％鋁是優(yōu)選的。例如在第一蒸汽裂化器合金中高濃度的鋁，例如，≥約4wt.％，可能導(dǎo)致第一管形部件某些性質(zhì)變差，比如延展性降低，這可以導(dǎo)致蒸汽裂化服役中焊接件的性能降低。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣的困難可以由本發(fā)明的焊接件通過以下方式來克服：在焊接件中包括第二管形部件，該第二管形部件大體上與第一管形部件共軸，并且第一管形部件的外部表面典型地靠近第二管形部件的內(nèi)部表面。第二管形部件典型地包含至少一種與第一蒸汽裂化器合金相比具有改進(jìn)的機(jī)械性質(zhì)的合金，所述機(jī)械性質(zhì)例如改進(jìn)的延展性、蠕變和/或斷裂強(qiáng)度。
除了鋁，第一蒸汽裂化器合金典型地包含鉻和/或鎳。例如，第一蒸汽裂化器合金可以包含≥約15.0wt.％鉻，例如，≥約17.5wt.％或≥約18.0wt.％或≥約20.0wt.％或≥約22.0wt.％或≥約24.0wt.％或≥約30.0wt.％或≥約35.0wt.％或≥約40.0wt.％鉻。另外或備選地，蒸汽裂化器合金可包含鉻的量為≤約50.0wt.％，例如，≤約45.0wt.％或≤約40.0wt.％或≤約35.0wt.％或≤約30.0wt.％或≤約25.0wt.％或≤約22.0wt.％或≤約18.0wt.％或≤約16.0wt.％。明確批露的第一蒸汽裂化器合金中鉻含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約15.0-約50.0wt.％或約16-約30.0wt.％或約20.0-約30.0wt.％或約22.0-約30.0wt.％或約24.0-約35.0wt.％等。當(dāng)鉻的濃度為至少15.0wt.％時(shí)，在滲碳層的存在下焊接件的完整性基本上得到保持。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，鉻的量不應(yīng)太大而導(dǎo)致合金的高溫機(jī)械性質(zhì)降低，比如耐高溫蠕變性和/或高溫?cái)嗔褟?qiáng)度降低。
第一蒸汽裂化器合金中鎳的量可為≥約18.0wt.％鎳，例如，≥約20.0，比如≥約25.0wt.％或≥約30.0wt.％或≥約35.0wt.％或≥約40.0wt.％或≥約45.0wt.％或≥約50.0wt.％或≥約55.0wt.％或≥約65.0wt.％鎳。另外或備選地，蒸汽裂化器合金中鎳的量可為≤約70.0wt.％，例如，≤約65.0wt.％或≤約55.0wt.％或≤約50.0wt.％或≤約45.0wt.％或≤約40.0wt.％或≤約35.0wt.％或≤約30.0wt.％或≤約20.0wt.％或≤約25.0wt.％鎳。明確批露的第一蒸汽裂化器合金中鎳含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約18.0-約70.0wt.％或約25.0-約45.0wt.％或約30.0-約55.0wt.％或約35.0-約55.0wt.％或約40.0-約55.0wt.％或約45.0-約55.0wt.％或約50.0-約55.0wt.％等。據(jù)信鎳為蒸汽裂化器合金提供了耐氧化性，例如，在除焦炭模式期間。雖然較低濃度的鎳可以通過提高的鐵含量來補(bǔ)償，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，足夠的鎳應(yīng)包于合金中以防止形成氧化物，例如，鉻氧化物，鐵氧化物和/或錳氧化物，其會(huì)抑制形成期望的耐滲碳層。
第一蒸汽裂化器合金中鐵的量可為≤約65.0wt.％，例如，≤約65.0wt.％或≤約55.0wt.％或≤約45.0wt.％或≤約35.0wt.％或≤約25.0wt.％或≤約15.0wt.％或≤約5.0wt.％。另外或備選地，第一蒸汽裂化器合金可包含鐵的量為≥0wt.％，例如，≥約0.10wt.％，比如≥約5.0wt.％或≥約15.0wt.％或≥約25.0wt.％或≥約35.0wt.％或≥約45.0wt.％或≥約55.0wt.％鐵。明確批露的第一蒸汽裂化器合金中鐵含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約0-約65.0wt.％鐵或約1.0-約65.0wt.％或約5.0-約65.0wt.％或約15.0-約65.0wt.％或約35.0-約55.0wt.％或約40.0-約55.0wt.％或約45.0-約55.0wt.％或約50.0-約55.0wt.％鐵等。
碳可為存在于第一蒸汽裂化器合金中的量為≥0.05wt.％，例如，≥約0.1wt.％，比如≥約0.2wt.％或≥約0.3wt.％或≥約0.4wt.％或≥約0.5wt.％或≥約0.6wt.％碳.另外地或備選地，碳可存在的量為≤約0.7％wt.％，例如，≤約0.6％wt.％或≤約0.5％wt.％或≤約0.4％wt.％或≤約0.3％wt.％或≤約0.2％wt.％或≤約0.1％wt.％碳。明確批露的第一蒸汽裂化器合金中碳含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約0.05-約0.7wt.％碳或約0.05-約0.6wt.％或約0.05-約0.5wt.％或約0.05-約0.4wt.％或約0.05-約0.3wt.％或約0.05-約0.2wt.％或約0.05-約0.1wt.％或約0.3.0-約0.5wt.％碳等。據(jù)信，碳改善第一管形部件的鑄造性和高溫機(jī)械性質(zhì)，比如耐蠕變性和斷裂強(qiáng)度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，碳的量不能太大而導(dǎo)致(i)形成焦炭或其它獨(dú)立的碳相和/或(ii)降低合金的延展性和/或韌性。
當(dāng)硅存在于第一蒸汽裂化器合金時(shí)，它可存在的濃度為≤約2.5wt.％硅，例如，≤約2.0wt.％或≤約1.5wt.％或≤約1.0wt％或≤約0.5wt.％或≤約0.1wt.％硅。另外地或備選地，第一蒸汽裂化器合金中的硅濃度可為≥0wt.％，例如，≥約0.1wt.％，比如≥約0.2wt.％或≥約0.3wt.％或≥約0.4wt.％硅。明確批露的第一蒸汽裂化器合金中硅含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，0-約2.5wt.％硅，0-約2.0wt.％，0-約1.5wt.％，0-約1.0wt.％，0-約0.5wt.％，0-約0.1wt.％硅等。據(jù)信，硅起到脫氧化劑的作用，并且賦予熔融狀態(tài)的合金更高的流動(dòng)性。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，硅的量不應(yīng)太大而導(dǎo)致合金的高溫機(jī)械性質(zhì)降低，比如耐高溫蠕變性和/或高溫?cái)嗔褟?qiáng)度降低。
錳可為存在于第一蒸汽裂化器合金中，例如，以當(dāng)合金處于熔融狀態(tài)時(shí)起到氧和/或硫清除劑的作用。當(dāng)期望這樣的清除功能時(shí)，錳通常存在的濃度為≤約3.0wt.％，例如，≤約2.5wt.％或≤約2.0wt.％或≤約1.5wt.％或≤約1.0wt.％或≤約0.5wt.％或≤約0.1wt.％或約0wt.％錳。明確批露的第一蒸汽裂化器合金中錳含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，0-約3.0wt.％錳，0-約2.5wt.％，0-約2.0wt.％，1.0-約2.0wt.％，1.5-2.5wt.％錳等。
鎢和/或鉬也可存在于第一蒸汽裂化器合金中，其量為0.1-約10.0wt.％，例如，0.5-10.0wt.％，1.0-5wt.％，尤其是0.5-10wt.％鎢，1-8wt.％鎢和/或0.1-5.0wt.％鉬，0.5-3wt.％鉬。據(jù)信，鉬和鎢改善合金的高溫機(jī)械性質(zhì)，比如耐蠕變性和斷裂強(qiáng)度。當(dāng)兩種元素都存在時(shí)，其總濃度通常不應(yīng)超過10wt.％。
任選地，第一蒸汽裂化器合金包括鈦、鋯和鈮中的一種或多種。當(dāng)使用時(shí)，這些元素的總濃度通?！菁s0.1wt.％，例如，約0.1-約1.8wt.％或約0.1-約1.5wt.％或約0.1-約1.0wt.％或約0.1-約0.6wt.％。尤其是，鈦和/或鋯可存在的量為約0.1-約0.6wt.％。鈮可存在的量為約0.1-1.8％。
硼可為存在于第一蒸汽裂化器合金并改進(jìn)晶粒邊界性能。通常硼可存在的量為0-約0.1％wt.％，例如，0-0.07wt.％，0-約0.5wt.％或0.05-約0.1wt.％。
第一蒸汽裂化器合金還可包括一種或多種稀土元素，即周期表中范圍從鑭到镥的15種鑭系元素和釔和鈧，尤其是鈰、鑭和釹，其量為約0.005-約0.4wt.％。對(duì)加入本發(fā)明的合金中的稀土元素來說，鈰、鑭和釹可總計(jì)形成稀土元素總量的至少約80％、更優(yōu)選至少約90％。據(jù)信，稀土元素的存在有助于形成和穩(wěn)定化耐滲碳層。
含磷、硫和其它雜質(zhì)(比如當(dāng)制備材料時(shí)不可避免地加入到合金中的那些)的第一蒸汽裂化器合金在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，這些雜質(zhì)的量不應(yīng)太大而超過典型地在常規(guī)蒸汽裂化器合金中的量。
在某些方面，第一管形部件包含多于一種的前述第一蒸汽裂化器合金。任意指定的第一蒸汽裂化器合金組合物的組合和排列明確地在本發(fā)明的范圍內(nèi)。合適的第一蒸汽裂化器合金包括那些披露于美國(guó)專利no.6,409,847和7,963,318中的，這些文獻(xiàn)以它們的全部?jī)?nèi)容通過引用納入本申請(qǐng)。在特定方面，第一蒸汽裂化器合金包含≤65.0wt.％鐵，≥18.0wt.％鉻和≥25.0wt.％鎳，例如，≥約20.0wt.％鉻和鐵。鐵典型地，但非必需地，存在的濃度為≥約25.0wt.％。第一蒸汽裂化器合金可以例如選自可從kubota以商品名aftalloytm獲得的那些合金和選自可從schmidtandclemensgmbh&co以商品名centralloytmhte獲得的那些合金。
第一蒸汽裂化器合金可通過任何合適的手段管形部件，例如，通過鑄造、鍛造、輥壓、接合、機(jī)加工等中的一種或多種?？梢允褂贸Ｒ?guī)成型方法，比如離心鑄造，但本發(fā)明不限于此。示例的離心鑄造裝置和方法描述于美國(guó)專利no.5,223,278，其全部?jī)?nèi)容通過引用納入本申請(qǐng)。然而，本發(fā)明不限于此。
一個(gè)或多個(gè)混合元件
除了第一管形部件，這里的焊接件包括至少一個(gè)與該管形部件的內(nèi)部表面表面接觸的混合元件?；旌显糜跀嚢栎斔屯ㄟ^該焊接件的內(nèi)部通道的烴原料流(即蒸汽-裂化器進(jìn)料，蒸汽-裂化的產(chǎn)物等)。當(dāng)多個(gè)混合元件存在于該焊接件中時(shí)，每個(gè)該混合元件可以具有相同組成，但這不是必須的。至少一個(gè)混合元件包含第二蒸汽裂化器合金，其具有的鋁濃度典型地為≥約2.0wt.％，例如，≥約2.5wt.％或≥約3.0wt.％或≥約3.5wt.％或≥約4.0wt.％或≥約4.5wt.％或≥約5.0wt.％或≥約5.5wt.％或≥約6.0wt.％或≥約6.5wt.％或≥約7.0wt.％或≥約8.0wt.％或≥約9.0wt.％或≥約9.5wt.％或約10.0wt.％鋁。另外或備選地，鋁的濃度可為≤約10.0wt.％，例如，≤約9.0wt.％或≤約8.0wt.％或≤約7.0wt.％或≤約6.5wt.％或≤約6.0wt.％或≤約5.5wt.％或≤約5.0wt.％或≤約4.0wt.％或≤約3.0wt.％。明確批露的第二蒸汽裂化器合金中的鋁含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約5.0-約10.0wt.％鋁或約6.0-約10.0wt.％或約7.0-約10.0wt.％或約5.0-約9.0wt.％或約5.5-約8.0wt.％或約6.0-約8.0wt.％或約5.0-約8.0wt.％或約6.0-約6.5wt.％鋁。已發(fā)現(xiàn)，該混合元件可以在焊接件制造期間容易開裂，尤其是在焊接期間后之后在該混合元件在第一管形部件的內(nèi)部表面上凝固期間。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)诙羝鸦骱辖鸢ㄨF和/或硅，尤其是當(dāng)?shù)诙羝鸦骱辖鸢ü韬丸F，比如0.05wt.％-5.0wt.％硅和35.0wt.％-65.0wt.％鐵時(shí)，可以克服這樣的困難。
令人驚奇的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于形成混合元件的含鋁蒸汽裂化器合金在寬的組成范圍，尤其是在寬的第二蒸汽裂化器合金鋁含量范圍上與管形部件的內(nèi)部表面形成了足夠的金屬鍵。本來預(yù)期的是，需要在管形部件的內(nèi)部表面上有第二蒸汽裂化器合金的基本上均勻的涂層以防止涂層脫層。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，例如，當(dāng)金屬鍵合一種含鋁合金至另一種含鋁合金時(shí)，內(nèi)聚力和粘結(jié)力之間的不平衡引入了顯著的復(fù)雜性。此外，在界面處接觸的不相似的合金，例如，含鋁合金與含鋁但量更少的第二合金接觸，通常表現(xiàn)出不相容性，這可以限制第一合金(例如，表面合金)來“潤(rùn)濕”第二合金(例如，基材合金)的能力。這樣的效果通常使其本身顯現(xiàn)為接觸角提高(也稱為內(nèi)接觸角提高)，例如，在表面層的外周達(dá)≥90°的值。當(dāng)表面層作為液體施加到基材，然后表面層凝固時(shí)，由于內(nèi)能量密度的平衡而造成內(nèi)接觸角的提高。表面合金當(dāng)接觸角低于90°時(shí)在“潤(rùn)濕”，而當(dāng)接觸角大于或等于90°時(shí)未潤(rùn)濕。通常，表面與基材合金之間提高的組成不相似度導(dǎo)致潤(rùn)濕降低并且涂層脫層的趨勢(shì)提高。換句話說，隨著接觸角提高，涂層脫層的趨勢(shì)更高。即使對(duì)于在不相似的合金基材上凝固的非潤(rùn)濕合金表面固體來說，當(dāng)表面合金處于在基材上基本上連續(xù)的內(nèi)部表面上的基本上均勻涂層的形式時(shí)，脫層的趨勢(shì)也可以減輕。這樣的實(shí)例是，管道內(nèi)部表面上基本上均勻的涂層。在這樣的情況中，沒有接觸角，因?yàn)楸砻婧辖?基材合金表面張力在管形基材的整個(gè)內(nèi)部表面上是對(duì)稱分布的(例如平衡的)。令人驚奇的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，含鋁合金具有令人滿意的用多種蒸汽-裂化器合金到多種合金的金屬鍵合，無需混合元件是在管形部件的內(nèi)部表面上基本上連續(xù)的涂層?；旌显惺褂玫暮X合金令人驚奇地粘接到下面的合金，盡管不存在用于防止涂層脫層的基本上均勻的表面力。甚至更令人驚奇的是，包含鋁的管形部件合金與由具有與該管形部件不同鋁濃度的合金形成的混合元件之間存在足夠的金屬鍵合，尤其是在形成該混合元件的合金的鋁濃度高于形成該管形部件的合金的鋁濃度時(shí)更是如此。
因此，在某些方面，第一(a1)和第二(a2)蒸汽裂化器合金中鋁的量可為基本相等。在其它方面，第二蒸汽裂化器合金與第一蒸汽裂化器合金中鋁的濃度可相差≥約1.0wt.％，例如，≥約2.0wt.％或≥約3.0wt.％或≥約4.0wt.％或≥約5.0wt.％或≥約6.0wt.％或≥約7.0wt.％。在特定方面，第二蒸汽裂化器合金的鋁濃度與第一蒸汽裂化器合金的鋁濃度相差約1.0-約5.0wt.％或約1.0-約4.0wt.％或約1.0-約3.5wt.％或約1.0-約3.0wt.％或約1.0-約2.5wt.％或約1.0-約2.0wt.％或約1.0-約1.5wt.％。雖然符合這些條件的任何第一和第二蒸汽裂化器合金都可使用，第二蒸汽裂化器合金典型地具有比第一蒸汽裂化器合金更高的鋁濃度。認(rèn)為，尤其是對(duì)于用作蒸汽裂化條件下操作的輻射管道的焊接件來說，即使當(dāng)?shù)诙羝鸦骱辖鸬匿X含量大于第一蒸汽裂化器合金的鋁含量，即a2≥a1，比如當(dāng)a2減去a1為≥0.5wt.％或a2減去a1為≥1.0wt.％時(shí)，實(shí)現(xiàn)了將混合元件接附到管形部件的內(nèi)部表面。即使當(dāng)a2≥a1，在焊接期間，混合元件在第一管形部件的內(nèi)部表面上凝固期間的混合元件開裂可以通過在第二蒸汽裂化器合金中包括鐵和/或硅，例如，硅和鐵，比如0.05wt.％-5.0wt.％硅和35.0wt.％-65.0wt.％鐵，而得到減輕和消除。
雖然可使用任何具有上述鋁濃度的第二蒸汽裂化器合金，但現(xiàn)將更詳細(xì)地描述示例的第二蒸汽裂化器合金組合物，包括第二蒸汽裂化器合金，其除了指定的范圍的鋁含量外任選地進(jìn)一步包含鉻，鎳，鐵，碳，錳，鈦，鋯，鉿，釩，鈮，鉭，鉬，鎢，鎵，鍺，砷，銦，錫，銻，鉛，鈀，鉑，銅，銀，金，鈧，鑭，釔和鈰中的一種或多種。
第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含鉻，例如，≥約15.0wt.％鉻，比如≥約18.0wt.％或≥約20.0wt.％或≥約22.0wt.％或≥約25.0wt.％或≥約30.0wt.％。另外或備選地，第二蒸汽裂化器合金可包含鉻的量為≤約30.0wt.％，例如，≤約25.0wt.％或≤約24.0wt.％或≤約22.5wt.％或≤約20.0wt.％或≤約18.0wt.％。明確批露的第二蒸汽裂化器合金中鉻含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約15.0-約30.0wt.％鉻或約18-約30.0wt.％或約20.0-約30.0wt.％或約22.0-約30.0wt.％或約25.0-約30.0wt.％，18.0-25.0wt.％或19.0-24.0wt.％或20.0-22.5wt.％鉻等。
第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含鎳，例如，≥約20.0wt.％鎳，比如≥約25.0wt.％或≥約30.0wt.％或≥約35.0wt.％或≥約40.0wt.％鎳。另外或備選地，示例的第二蒸汽裂化器合金中鎳的量可為≤約45.0wt.％，例如，≤約40.0wt.％或≤約35.0wt.％或≤約30.0wt.％或≤約25.0wt％。明確批露的第二蒸汽裂化器合金中鎳含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約20.0-約45.0wt.％或約25.0-約45.0wt.％或約30.0-約45.0wt.％或約35.0-約45.0wt.％或約40.0-約45.0wt.％等。第二蒸汽裂化器合金中鎳的量可以取決于其它組分的量，例如，取決于第二蒸汽裂化器合金中鋁、鉻和鐵的量。例如，當(dāng)?shù)诙羝鸦骱辖鸢X、鉻和鐵時(shí)，則≥90.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金的余量可以包含鎳，基本上由其組成或甚至由其組成。典型地，≥95.0wt.％的余量為鎳，例如，≥99.0wt.％，比如≥99.9wt.％。本發(fā)明涵蓋其中基本上所有的余量為鎳的第二蒸汽裂化器合金。在特定方面，第二蒸汽裂化器合金包括5.0wt.％-10.0wt.％鋁，18.0wt.％-25.0wt.％鉻，≤0.5wt.％si和≥35.0wt.％鐵，其中第二蒸汽裂化器合金的余量(以達(dá)100wt.％)包含鎳，基本上由其組成或甚至由其組成。在這些方面，鎳的量可以，例如，范圍在約25.0wt.％-約40.0wt.％。
第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含鐵，例如，≥約35.0wt.％鐵，比如≥約40.0wt.％或≥約45.0wt.％或≥約50.0wt.％或≥約55.0wt.％鐵。另外或備選地，第二蒸汽裂化器合金可包含≤約55.0wt.％，例如，≤約50.0wt.％或≤約45.0wt.％或≤約45.0wt.％鐵。明確批露的第二蒸汽裂化器合金中鐵含量的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約35.0-約55.0wt.％或約40.0-約55.0wt.％或約45.0-約55.0wt.％或約50.0-約55.0wt.％或約35.0-約40wt.％鐵等。
第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含硅，例如，≤0.50wt.％硅，比如≤約0.45wt.％或≤約0.40wt.％或≤約0.35wt.％或≤約0.30wt.％或≤約0.25wt.％或≤約0.20wt.％或≤約0.10wt.％或約0wt.％。另外或備選地，硅可存在的量為≥約0wt.％，例如，≥約0.10wt.％，≥約0.20wt.％或≥約0.25wt.％或≥約0.30wt.％或≥約0.35wt.％或≥約0.40wt.％或≥約0.45wt.％。明確披露的第二蒸汽裂化器合金中硅含量的示例的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約0-約0.50wt.％硅或約0.10-約0.45wt.％或約0.20-約0.40wt.％或約0.25-約0.35wt.％硅等。
碳可以存在于第二蒸汽裂化器合金。例如，碳可存在的量為≥約0wt.％，例如，≥約0.02wt.％，比如≥約0.05wt.％或≥約0.07wt.％或≥約0.09wt.％。當(dāng)?shù)诙羝鸦骱辖鸢ㄌ?，碳的量典型地為≤約0.1wt.％碳，例如，≤0.08wt.％或≤約0.05wt.％碳。明確披露的第二蒸汽裂化器合金中碳含量示例的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，0-約0.10wt.％碳或約0.02-約0.08wt.％或約0.05-約0.08wt.％或約0.09-約0.10wt.％碳等。碳可作為碳化物沉淀物的形式存在于第二蒸汽裂化器合金，據(jù)信其當(dāng)長(zhǎng)期暴露于高溫時(shí)有助于改進(jìn)的蠕變強(qiáng)度。
第二蒸汽裂化器合金可進(jìn)一步包括0.01-4.0wt.％，例如，0.03-約3.7wt.％或約0.05-約3.5wt.％或約0.07-約3.3wt.％或約1.0-約3.0wt.％或約1.3-約2.7wt.％或約1.5-約2.5wt.％或約1.7-約2.3或約2.0wt.％，的選自錳，鈦，鋯，鉿，釩，鈮，鉭，鉬，鎢和它們的組合的至少一種元素。第二蒸汽裂化器合金中這組元素的總量通?！芗s4.0wt.％，例如≤約2.0wt.％或≤約1.0wt.％或約0wt.％。
合金元素，例如，鎵，鍺，砷，銦，錫，銻，鉛，鈀，鉑，銅，銀和金，據(jù)信能抑制結(jié)焦形成，因?yàn)檫@些元素對(duì)表面碳傳遞反應(yīng)沒有催化性。合金元素，例如，錸，釕，銠，銥，鈀，鉑，銅，銀和金，可提供提高的涂層完整性、穩(wěn)定性和耐久性和/或第二蒸汽裂化器合金中較低的缺陷濃度。因此，第二蒸汽裂化器合金可包括約0.10-約2.0wt.％，例如，約0.5-約1.5wt.％或約0.75-約1.25wt.％或約1.00wt.％至少一種選自鎵，鍺，砷，銦，錫，銻，鉛，鈀，鉑，銅，銀和金以及它們的組合的元素。第二蒸汽裂化器合金中這組元素的總量通常≤約3.0wt.％，例如≤約2.0wt.％或≤約1.0wt.％或約0wt.％。另外或備選地，第二蒸汽裂化器合金可包括0.1wt.％-2.0wt.％，例如，約0.5-約1.5wt.％或約0.75-約1.25wt.％或約1wt.％的至少一種選自錸，釕，銠，銥，鈀，鉑，銅，銀和金的元素。第二蒸汽裂化器合金中這組元素的總量通常≤約3.0wt.％，例如≤約2.0wt.％或≤約1.0wt.％或約0wt.％。
第二蒸汽裂化器合金可進(jìn)一步包括至少一種選自鈧、鑭、釔和鈰中的元素，氣量為≥約0.10wt.％，例如，≥約0.30wt.％，比如≥約0.50wt.％或≥約0.70wt.％或≥約1.0wt.％或≥約1.30wt.％或≥約1.50wt.％或≥約1.70wt.％。另外或備選地，鈧、鑭、釔和鈰中的至少一種可存在的量為≤約2.0wt.％，例如，≤約1.70wt.％或≤約1.50wt.％或≤約1.30wt.％或≤約1.00wt.％或≤約0.70wt.％或≤約0.50wt.％或≤約0.30wt.％。明確披露的第二蒸汽裂化器合金中示例的含量范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，約0.01wt.％-約2.0wt.％或約0.03wt.％-約1.7wt.％或約0.05wt.％-約1.5wt.％或約0.07wt.％-約1.3wt.％或約1.0wt.％。第二蒸汽裂化器合金中這組元素的總量通?！芗s3.0wt.％，例如≤約2.0wt.％或≤約1.0wt.％。
任意以上列出的元素可以金屬間沉淀物的形式存在于第二蒸汽裂化器合金，所述形式包括，但不限于，ni3al，nial等，其量為0.1wt.％-30.0wt.％。類似地，第二蒸汽裂化器合金可包括氧化物，碳化物，氮化物和/或碳氮化物的形式的任意以上元素，氣量為例如，0.01wt.％-5.0wt.％。這些金屬間沉淀物和雜質(zhì)特別地由第二蒸汽裂化器合金的構(gòu)成元素來形成，所述元素包括，但不限于，鐵、鎳、鉻、鋁和硅。金屬間沉淀物以及氧化物、碳化物、氮化物和碳氮化物雜質(zhì)可提供改進(jìn)的高溫蠕變強(qiáng)度。
第二蒸汽裂化器合金典型地具有低孔隙度，這有助于其改進(jìn)的當(dāng)暴露于石油化學(xué)和流工藝單元中的烴料流時(shí)對(duì)腐蝕和結(jié)焦的耐受性。第二蒸汽裂化器合金具有例如，≤2.0體積％孔隙度或≤1.0體積％孔隙度或≤0.5體積％孔隙度或≤0.1體積％孔隙度。如第二蒸汽裂化器合金中存在過度的孔隙度，則會(huì)起到石油化學(xué)和流工藝單元中的烴料流的氣體分子通路的作用，從而不期望地輸送氣體分子。氣體分子的傳遞可造成機(jī)械強(qiáng)度的腐蝕劣化。因此，有利地實(shí)現(xiàn)包括最小量的孔隙度的第二蒸汽裂化器合金。
現(xiàn)將更詳細(xì)地描述第二蒸汽裂化器合金的特定方面。本發(fā)明不限于這些方面，本說明書不意圖排除本發(fā)明更寬范圍內(nèi)的第二蒸汽裂化器合金的其它方面。第二蒸汽裂化器合金的某些示例的方面包含5.0wt.％-10.0wt.％鋁，18.0wt.％-25.0wt.％鉻，低于0.5wt.％硅，≥35.0wt.％鐵，并且≥90.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金余量為鎳，比如≥95.0wt.％或≥99.9wt.％。第二蒸汽裂化器合金可以焊接到指定的第一管形部件的內(nèi)部表面，例如，通過等離子弧熱噴焊。第二蒸汽裂化器合金當(dāng)經(jīng)受美國(guó)專利申請(qǐng)公布no.2012/0097289的指定的條件時(shí)典型地形成包含一種或多種氧化物的保護(hù)性、耐滲碳表面層，該文獻(xiàn)以其去阿布內(nèi)容通過引用納入本申請(qǐng)。氧化物層典型地包含氧化鋁、氧化鉻、氧化硅、莫來石和尖晶石中的一種或多種。在其它方面，第二蒸汽裂化器合金包括5.0wt.％-8.0wt.％鋁，19.0wt.％-24.0wt.％鉻，≤0.5wt.％硅和≥35.0wt.％鐵，其中≥90.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金的余量為鎳，例如，≥95.0wt.％，比如≥99.9wt.％。
在再其它方面，第二蒸汽裂化器合金進(jìn)一步包含一種或多種任選的組分。例如，第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含碳，例如，≤0.01wt.％碳。第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含0.1wt.％-2.0wt.％的ga，ge，as，in，sn，sb，pb，pd，pt，cu，ag和au中的一種或多種。第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含0.1wt.％-2.0wt.％的re，ru，rh，ir，pd，pt，cu，ag和au中的一種或多種。第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含0.01wt.％-2.0wt.％的sc，la，y和ce中的一種或多種。第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含0.01wt.％-2.0wt.％的氧化物，典型地為顆粒狀的形式的al，si，sc，la，y和ce中的一種或多種。第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含0.01wt.％-4.0wt.％的mn，ti，zr，hf，v，nb，ta，mo和w中的一種或多種。第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含0.1wt.％-30.0wt.％的至少一種金屬間沉淀物，例如，ni3al，nial和/或西格瑪相。第二蒸汽裂化器合金可以進(jìn)一步包含0.01wt.％-5.0wt.％的至少一種雜質(zhì)，例如，氧化物雜質(zhì)，碳化物雜質(zhì)，氮化物雜質(zhì)和/或碳氮化物雜質(zhì)。
典型地，第二蒸汽裂化器合金在又另一方面，第二蒸汽裂化器合金包括約31.0-約36.0wt.％鎳，例如約32.0-約34.0wt.％鎳；約20.0-約22.0wt.％鉻；約6.1-約6.4wt.％鋁；約37.9-約39.9wt.％鐵；和約0.40-約0.45wt.％硅。
在又另一有利的方面，第二蒸汽裂化器合金包括約33.0-約36.0wt.％鎳，約21.7-約22.5wt.％鉻，約6.7-約7.1wt.％鋁，約35.9-約36.7wt.％鐵，約0.16-約0.24wt.％硅。
在一些方面，第二蒸汽裂化器合金包括約26.0-約39.0wt.％鎳，約20.0-約22.5wt.％鉻，約6.0-約8.0wt.％鋁，約35.0-40.0wt.％鐵和≤約0.45wt.％硅。
在再進(jìn)一步方面，第二蒸汽裂化器合金包括約31.0-約37.0wt.％鎳，約20.0-約22.0wt.％鉻，約6.0-6.5wt.％鋁，約37.0-40.0wt.％鐵和≤0.45wt.％硅。
在再其它方面，第二蒸汽裂化器合金包括約28.5-約40.0wt.％鎳，約19.0-約24.0wt.％鉻，約5.0-約7.0wt.％鋁，約35.0-約40.0wt.％鐵和≤約0.3wt.％硅。
當(dāng)多個(gè)混合元件存在于焊接件中時(shí)，每個(gè)混合元件可以包含基本上相同的第二蒸汽裂化器合金，但這不是必須的。在其它方面，焊接件包括多個(gè)混合元件，其中多個(gè)中的至少一個(gè)混合元件具有與其它的基本上不同組成。不同組成的混合元件可以包括不同第二蒸汽裂化器合金，例如，選自指定的第二蒸汽裂化器合金的另一種第二蒸汽裂化器合金。只要多個(gè)混合元件中的至少一個(gè)包含至少一種指定的第二蒸汽裂化器合金，則焊接件的其余混合元件可以包含不屬于那些指定的如第二蒸汽裂化器合金的合金。例如，焊接件可以包含：(ii)至少一個(gè)第一混合元件，其包含一種或多種指定的第二蒸汽裂化器合金；(ii)至少一個(gè)第二混合元件，該第二混合元件包含不屬于所述指定的第二蒸汽裂化器合金的合金(例如，不含鋁的合金)。為了最大的耐滲碳性，優(yōu)選的是，多個(gè)混合元件中的每個(gè)包含至少一種指定的第二蒸汽裂化器合金。
焊接件的混合元件可以由第二蒸汽裂化器合金通過將第二蒸汽裂化器合金等離子弧熱噴焊到第一管形部件的內(nèi)部表面上來制造。當(dāng)用作烴裂解服役中的爐管道時(shí)，指定的氧化物層(或多個(gè)層)可以在裂解期間原位形成。備選地或此外，指定的氧化物層或多個(gè)層可以通過使焊接件的內(nèi)部表面(包括混合元件的暴露表面)暴露于受控的低氧分壓環(huán)境，尤其是在美國(guó)專利申請(qǐng)公布no.2012/0097289中的，來產(chǎn)生。例如，指定的氧化物層的形成可以通過將焊接件的內(nèi)部表面在受控的低氧分壓環(huán)境的存在下暴露于范圍在500℃-1200℃的溫度范圍在約1小時(shí)-約500小時(shí)時(shí)間來進(jìn)行，所述受控的低氧分壓環(huán)境包含以下的一種或多種：(i)h2o和h2氣體混合物，(ii)co和co2的氣體混合物和任選地(iii)一種或多種選自ch4或其它烴氣體，nh3，n2，o2和ar的氣體。任選地，焊接件的內(nèi)部表面可以通過一個(gè)或多個(gè)致密化處理，例如，后退火、回火和/或激光熔融來進(jìn)一步處理。如期望，焊接件的內(nèi)部表面(例如，全部或一部分該混合元件的暴露表面)的至少一部分表面粗糙度可以例如通過以下一種或多種方法來減輕：機(jī)械拋光、電拋光和研磨。典型地，該焊接件的內(nèi)部表面(包括該混合元件的暴露表面)的平均表面粗糙度(ra)低于1.1μm。
當(dāng)指定的混合元件用作烴處理中的熱交換管道時(shí)，采用包含指定的第二蒸汽裂化器合金的指定的混合元件減輕了指定的焊接件中腐蝕、結(jié)焦和/或結(jié)垢，所述烴處理中的熱交換管道例如，在精煉和石油化學(xué)工業(yè)操作中的火焰加熱器管道和用于輸送烴原料的傳遞換熱器中，特別是用作裂解爐管道。
耐滲碳層
本文所述的焊接件包括在該焊接件的內(nèi)部通道中的保護(hù)性層(例如，結(jié)垢)。該保護(hù)性層在本文中被稱為耐滲碳層，其減輕焊接件在蒸汽裂化期間發(fā)生滲碳的趨勢(shì)，尤其是靠近(i)第一管形部件的內(nèi)部表面和(ii)混合元件的表面。術(shù)語“耐滲碳”在本文中是指，所上層減輕了碳擴(kuò)散進(jìn)入第一和/或第二蒸汽裂化器合金?；旌显谋┞侗砻嫔夏蜐B碳層的存在可以通過以下方式來檢測(cè)：使該表面在蒸汽裂化條件下暴露于至少一種指定的烴進(jìn)料24小時(shí)來，所上條件包括溫度≥1050°f(566℃)和壓力≥2巴，然后測(cè)量已經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入合金的碳的量。當(dāng)已經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入合金的碳的量≤0.1wt.％時(shí)，表明耐滲碳層的存在。
耐滲碳層包含氧化鋁，并且典型地形成在(i)至少一部分，例如，≥90面積％，比如或≥95面積％或≥99面積％或≥99.9面積％，基本上全部，實(shí)質(zhì)上全部或100面積％的第一管形部件的暴露內(nèi)部表面上，以及(ii)混合元件的暴露表面。在一些方面，該耐滲碳層可描述為基本上不含鉻，尤其是基本上不含鉻碳化物的層。在其它方面，含鉻顆?？煞稚⒃谂c第一管形部件和/或至少一個(gè)混合元件的合金相鄰的該耐滲碳層上。這區(qū)域中的鉻濃度可高于其上形成耐滲碳層的合金的鉻濃度。在特定方面，耐滲碳層包含al2o3，例如，70-100wt.％al2o3，80-100wt.％al2o3，85-99wt.％al2o3。
只要滲碳層足夠厚從而減輕在烴裂解期間滲碳的量且沒有不期望的量的剝落，則該耐滲碳層的厚度不是特別地關(guān)鍵的?；旌显谋┞侗砻?該混合元件的不與第一管形部件接觸的表面的部分)上的耐滲碳層典型地包含一種或多種氧化物，例如，氧化鋁。雖然單層氧化物在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但暴露表面可以具有多個(gè)層氧化物結(jié)構(gòu)。氧化物層(單層或多個(gè)層)典型地具有的厚度范圍在約1μm-約100μm。在一些示例的方面，該耐滲碳層可為≥1.0nm，例如，≥約5.0nm，比如≥約10.0nm或≥約25.0nm或≥約50.0nm或≥約100.0nm或≥約1.0μm或≥約5.0μm或≥約7.5nm。另外或備選地，該耐滲碳層的厚度可為≤約10.0μm，例如，≤約7.5μm或≤約5.0μm或≤約1.0μm或≤約100.0nm或≤約50.0nm或≤約25.0nm或≤約10.0nm或≤約5.0nm。該耐滲碳層的示例的范圍包括任意上述列出數(shù)值的組合，例如，1.0nm-100.0μm或10.0nm-50.0μm或100.0nm-10.0μm。任選地，該耐滲碳層具有基本上均勻的厚度，但這不是必須的。在某些方面，耐滲碳層的位于混合元件上的那部分的厚度厚于位于管形部件的內(nèi)部表面其余部分上的那部分的厚度。備選地或此外，靠近管形部件的出口的焊接件的耐滲碳層的厚度可以大于靠近管形部件的入口的厚度，或反之亦然。在其它方面，該耐滲碳層的厚度在該管形部件的入口與出口之間的位置最大。
在某些方面，耐滲碳層可通過將焊接件暴露于受控的低氧分壓環(huán)境，包括具有低于空氣的熱動(dòng)力學(xué)氧分壓的氣態(tài)環(huán)境來形成。受控的低氧分壓環(huán)境的非限制性的實(shí)例為精煉或石油化工裝置蒸汽，氣態(tài)h2o：h2混合物和氣態(tài)co2：co混合物。受控的低氧分壓環(huán)境可進(jìn)一步含其它氣體例如ch4，n2，o2，he，ar和烴，其可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)耐滲碳層的形成。因此，耐滲碳層可在將焊接件暴露于蒸汽裂化工藝條件之前形成。對(duì)于受控的低氧分壓環(huán)境來說合適的溫度典型地為≥約500℃，例如，500℃-1200℃或600℃-1100℃。暴露時(shí)間典型地為≥約1小時(shí)，例如，1小時(shí)-500小時(shí)或1小時(shí)-300小時(shí)或1小時(shí)-100小時(shí)。
前述耐滲碳層可備選地通過以下方式形成：機(jī)加工第一管形部件的內(nèi)部表面和至少一個(gè)混合元件的表面至0.05-2.5的表面粗糙度(ra)，然后在至少1050℃的氧化氣氛下熱處理焊接件的內(nèi)部。在這樣的熱處理在低于1050℃(但不低于900℃)的溫度進(jìn)行時(shí)，第一和第二蒸汽裂化器合金中稀土元素的下限應(yīng)為0.06wt.％，且鎢系(tungstenset)的上限為6wt.％。
在耐滲碳層是通過熱處理，例如通過將混合元件和/或管形部件的內(nèi)部表面在氧化氣氛中暴露于至少1050℃的溫度來形成的方面，該耐滲碳層中al2o3的形成是通過≥0.005wt.％的稀土元件濃度得到幫助的。
任選的第二管形部件
根據(jù)本文所述的本發(fā)明的各方面的焊接件任選地包括與第一管形部件的外部表面表面接觸的外部管形部件。當(dāng)?shù)谝还苄尾考难诱剐圆涣钊似谕氐蜁r(shí)，第二管形部件是特別地有用的。第二管形部件可包含于焊接件中，如披露于美國(guó)專利申請(qǐng)公布no.2012/0097289中那樣。任選地，第一管形部件處于第二管形部件內(nèi)部表面上的涂層的形式。第二管形部件包含至少一種第三蒸汽裂化器合金，第三蒸汽裂化器合金典型地為具有比第一蒸汽裂化器合金高的延展性。第三蒸汽裂化器合金與第一蒸汽裂化器合金相比典型地含按重量計(jì)更低的鋁。任選地，第三蒸汽裂化器合金實(shí)質(zhì)上不含鋁，這說明鋁存在的濃度是雜質(zhì)的表示，例如，≤約0.2wt.％或≤約0.1wt.％或≤約0.05wt.％或≤約0.03wt.％或≤約0.02wt.％或≤約0.01wt.％或以不能檢測(cè)到的量。
合適的第三蒸汽裂化器合金包括包含至少18.0wt.％cr和10.0wt.％ni和有利地至少20.0wt.％cr和30.0wt.％ni的那些。這樣的合金的非限制性的實(shí)例包括hp45nb，hp16nb，hn10ninb，hp40mod，manoirhp40w，manoirmanauritexm，manoirmanauritextm和kubotakhr45a。表1列出了適用作第三蒸汽裂化器合金的某些合金。
表1：示例的非含鋁的第三蒸汽裂化器合金
測(cè)試方法
化學(xué)組成可通過電子探針微分析儀(epma)來確定。epma根本上與掃描電鏡(sem)相同，但增加了化學(xué)分析的能力。epma的主要重要因素是通過波長(zhǎng)散射光譜法(wds)獲得準(zhǔn)確的、定量的元素分析的能力。分析的空間尺度，并結(jié)合產(chǎn)生樣品詳細(xì)圖像的能力，使其可以原位分析材料并在單一階段中分辨復(fù)雜的化學(xué)改變。
粗糙度一般以算術(shù)平均粗糙度(ra)來表示。從平均線的不規(guī)則性的粗糙度組分的算術(shù)平均高度在樣品長(zhǎng)度l內(nèi)測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)截?cái)帱c(diǎn)為0.8mm，且測(cè)量長(zhǎng)度為4.8mm。這樣的測(cè)量符合ansi/asmeb46.1“表面紋理--表面粗糙度，wavinessandlay”，其用于根據(jù)本公開內(nèi)容確定表面粗糙度。
雖然已具體地描述了本發(fā)明的說明性實(shí)施方案，但應(yīng)理解，各種其它變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的且可以容易地做出，而且不會(huì)背離本發(fā)明的主旨和范圍。因此，不意圖將所附權(quán)利要求的范圍限制于本文給出的實(shí)例和說明，相反，意圖將權(quán)利要求解釋為涵蓋本發(fā)明中存在的可專利性的新穎性的全部特征，包括會(huì)被與本發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員視為等價(jià)物的全部特征。
本文所述的全部文獻(xiàn)，包括任何優(yōu)先權(quán)文件和/或測(cè)試規(guī)程，以其不與本文沖突的程度，通過引用納入本申請(qǐng)，對(duì)于全部允許這樣的實(shí)踐的司法轄區(qū)都如此，然而，條件是，任何沒有在原始提交的申請(qǐng)獲申請(qǐng)文件中提及的優(yōu)先權(quán)文件不通過引用納入本申請(qǐng)。如從前述總體描述和具體實(shí)施方案而明顯的，雖然已說明和描述了本發(fā)明的形式，但可做出各種變型而不會(huì)背離本發(fā)明的主旨和范圍。因此，不意圖將本發(fā)明限于此。除非另有說明，所有百分比、份數(shù)、比例等都按重量計(jì)。除非另有說明，對(duì)化合物或組分的引用包括該化合物或組分本身，以及與其它化合物或組分的組合，比如化合物的混合物。類似地，術(shù)語“包含”視為術(shù)語“包括”的同義語。類似地，當(dāng)組分、要素或一組要素的前面有連接短語“包含”時(shí)，應(yīng)理解，也涵蓋了相同的組分或一組要素前面有連接短語“基本上由…組成”、“由…組成”、“選自由…組成的組”或“是”來修飾該組分、要素或一組要素，并且反之亦然。類似地，本發(fā)明的方面包括那些基本上不含，實(shí)質(zhì)上不含或完全不含任何要素、步驟、組成、成分其它沒有明確引述或描述的聲稱的要素。