專利名稱：一種耐磨噴管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油化工設(shè)備，更具體地說(shuō)本發(fā)明耐磨噴管是石油化工廠催化裂化和催化裂 解裝置大量使用的一種重要部件和配件。
背景技術(shù)：
耐磨噴管作為石油化工廠催化裂化和催化裂解裝置大量使用的重要部件和配件。在不同
部位，噴管所起的作用也不同。如再生器、反應(yīng)沉降器中的分布管或分布環(huán)上安裝有100 1000個(gè)噴管，它主要起到流化和均勻催化劑床層的作用。在這個(gè)部位，催化劑的濃度達(dá) 300 600kg/m3，噴孔氣速10 150m/s，是磨損較嚴(yán)重的部位。由于噴管數(shù)量多，磨損程度不 同，常會(huì)引起床層流化不均，而影響裝置的正常操作。又如再生器大煙道中的多孔降壓板， 每層降壓板上安裝有近百個(gè)噴管。它主要起到降壓作用，穩(wěn)定再生器和沉降器的壓力，保證 裝置正常運(yùn)行。由于煙氣中含有一定量催化劑，噴孔氣速也較高，特別是當(dāng)系統(tǒng)中旋風(fēng)分離 器失效，在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)將噴管磨損。再如，F(xiàn)CC能量回收系統(tǒng)三旋底部泄料排氣管裝有 臨界流速噴嘴(又稱"限流噴嘴")，主要起到控制三旋下泄氣量的作用，這個(gè)部位煙氣中催化 劑濃度達(dá)10 100kg/m3，臨界氣速在350m/s以上，噴孔磨損十分嚴(yán)重，若不及時(shí)更換，三旋 泄氣量過(guò)大，就會(huì)降低煙機(jī)的發(fā)電能力。每更換一次噴管，檢修費(fèi)用達(dá)數(shù)十萬(wàn)元。
上一世紀(jì)八十年代末期，為解決分布器和孔板或臨界流速噴嘴的磨損問(wèn)題，曾使用了鈷 鉬合金鑄造噴管，從十多年使用情況來(lái)看使用壽命也僅1~2年。本世紀(jì)初期，國(guó)內(nèi)外開始采 用高溫陶瓷噴嘴，高溫陶瓷耐磨性能比金屬材料好，但韌性太差，難于經(jīng)受振動(dòng)和機(jī)械力的 沖擊，在施工安裝過(guò)程中，很容易出現(xiàn)裂紋或破碎。上述技術(shù)制備的噴管還有一個(gè)致命缺點(diǎn) 是，由于陶瓷噴嘴和金屬套管是物理套合，當(dāng)這些噴管用于催化裂化的分布器或孔板中，由 于其端部金屬暴露在粉塵流體的沖刷下，因此這個(gè)部位很容易因磨損而破壞，從而導(dǎo)致陶瓷 層的破碎和脫落。
由于傳統(tǒng)的離心自蔓延只能制備等直徑圓孔的復(fù)合管，目前只用于煤炭和冶金行業(yè)的低 溫粉體輸送；而靜態(tài)自蔓延制備的復(fù)合管存在結(jié)合強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度低、表面質(zhì)量差等問(wèn)題。 因此目前上述兩種技術(shù)根本無(wú)法在催化裂化和催化裂解裝置中真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。
近年來(lái)，高溫自蔓延合成技術(shù)已經(jīng)成熟，現(xiàn)有高溫離心法或壓力法自蔓延合成技術(shù)，使
制造用于催化裂化裝置和催化裂解裝置，具有金屬基管與耐磨層和過(guò)渡層形成緊密連接為一
體的復(fù)合層的金屬-陶瓷復(fù)合噴管有了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。
通過(guò)檢索，與本發(fā)明相關(guān)的專利主要有CN1113303A、 CN2673512Y禾n CN1541778A 等，但這些專利所涉及的噴管所采用的耐磨層和結(jié)構(gòu)、以及用途都與本發(fā)明有實(shí)質(zhì)上的不 同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過(guò)采用新的耐磨噴管來(lái)提高噴管的抗磨性能和抗高溫應(yīng)力、機(jī)械
沖擊力的性能，將噴嘴的使用壽命延長(zhǎng)到6 10年，從而保證催化裂化、催化裂解裝置長(zhǎng)周 期安全運(yùn)行。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這種噴管是用現(xiàn)有高溫自蔓延合成技術(shù)制 備而成，它是對(duì)常規(guī)噴管的一種改進(jìn)，是主要用于石油化工廠催化裂化、催化裂解等裝置中 反應(yīng)沉降器、再生器內(nèi)催化劑的流化及含催化劑高溫?zé)煔獾妮斔汀⒘髁靠刂坪徒祲旱阮I(lǐng)域的 專用耐磨噴管(以下簡(jiǎn)稱"噴管")。
這種用于催化裂化裝置和催化裂解裝置的耐磨噴管，由基管、耐磨層、過(guò)渡層和中心
噴孔所組成，是一種具有金屬基管與耐磨層和過(guò)渡層形成緊密連接為一體的復(fù)合層、中心
噴孔為各類孔型的金屬-陶瓷復(fù)合噴管；且其耐磨層加過(guò)渡層的厚度為3 10mm;端部為
翻邊結(jié)構(gòu)或者內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)。
這種耐磨噴管的基管的材料是奧氏體不銹鋼、或碳鋼、或低合金鋼等金屬；耐磨層 的材料的基本組成為a—A1203;過(guò)渡層的材料是由A1203、 Fe和其它金屬和非金屬元素所 組成；通過(guò)高溫離心法或壓力法自蔓延合成技術(shù)制造而成。
耐磨噴管翻邊結(jié)構(gòu)的翻邊半徑R=l~10mm。耐磨噴管的結(jié)構(gòu)型式根據(jù)中心噴孔的形狀 和用途不同，可以是直管型或階梯型；或錐型；或漸縮型；或縮擴(kuò)型；或是它們的組合。 本發(fā)明由于采用了高耐磨性能的金屬一陶瓷復(fù)合材料，耐磨層的維氏硬度HV可達(dá) 1100 1300,是普通鋼管(碳鋼或不銹鋼)的10倍，相對(duì)耐磨性能是普通鋼管的7倍，能承 受高速氣流中高濃度固體顆粒的沖刷磨損和機(jī)械力的沖擊；同時(shí)，由于噴管耐磨層采用了翻 邊結(jié)構(gòu)，大大改善了常規(guī)噴管端部的抗磨性能，從而使得噴管壽命由原來(lái)的3 4年提高到 6 8年。與此同時(shí)，減少了裝置檢修費(fèi)用，使裝置操作更加穩(wěn)定，提高了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明翻邊直管型耐磨噴管的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明鑲嵌直管型耐磨噴管的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明階梯型耐磨噴管的結(jié)構(gòu)示意圖
圖4是本發(fā)明錐型耐磨噴管的結(jié)構(gòu)示意圖
圖5是本發(fā)明漸縮型耐磨噴管的結(jié)構(gòu)示意圖
圖6是本發(fā)明縮擴(kuò)型耐磨噴管的結(jié)構(gòu)示意圖
圖7是本發(fā)明耐磨噴管用于FCC裝置反應(yīng)沉降器分布板的立面圖
圖8是本發(fā)明耐磨噴管用于FCC裝置反應(yīng)沉降器分布板的俯視圖
圖9是本發(fā)明耐磨噴管用于FCC裝置反應(yīng)沉降器分布板的噴管安裝詳圖
圖10是本發(fā)明耐磨噴管用于FCC裝置能量回收系統(tǒng)三旋的臨界流速噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
如圖1到圖6所示，本發(fā)明這種主要用于催化裂化裝置和催化裂解裝置的耐磨噴管， 由基管1、耐磨層2、過(guò)渡層3和中心噴孔4所組成，是一種具有金屬基管1與耐磨層2和 過(guò)渡層3形成緊密連接為一體的復(fù)合層、中心噴孔4為各類孔型的金屬-陶瓷復(fù)合噴管；且 其耐磨層2加過(guò)渡層3的厚度S為3 10mrn;端部為翻邊結(jié)構(gòu)或者內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)。
這種耐磨噴管的基管1的材料是奧氏體不銹鋼、或碳鋼、或低合金鋼等金屬；耐磨 層2的材料的基本組成為a—Al203;過(guò)渡層3的材料是由A1203、 Fe和其它金屬和非金屬 元素所組成；通過(guò)高溫離心法或壓力法自蔓延合成技術(shù)制造而成。
耐磨噴管翻邊結(jié)構(gòu)5的翻邊半徑R=l 10mm。耐磨噴管的結(jié)構(gòu)型式根據(jù)中心噴孔4的 形狀和用途不同，可以是直管型；或階梯型；或錐型；或漸縮型；或縮擴(kuò)型；或是它們的組 合。
該噴管主要由金屬-陶瓷復(fù)合管和中心噴孔所組成，根據(jù)中心噴孔的形狀和用途不同，本發(fā) 明耐磨噴管主要有以下六種結(jié)構(gòu)型式翻邊直管型(見(jiàn)圖1);鑲嵌直管型(見(jiàn)圖2);階梯型 (見(jiàn)圖3);錐型(見(jiàn)圖4);漸縮型(見(jiàn)圖5);縮擴(kuò)型(見(jiàn)圖6)。詳細(xì)說(shuō)明如下
如圖l所示的翻邊直管型耐磨噴管，其中心噴孔4的形狀為翻邊直管型，可采用單端翻
邊或兩端翻邊，其內(nèi)徑D-30 120mm，長(zhǎng)度L-2D 5D，翻邊5的半徑R=l 10mm。
如圖2所示的鑲嵌直管型耐磨噴管，其中心噴孔4的形狀為鑲嵌直管型，其內(nèi)徑D-
30 120mm，長(zhǎng)度L-2D 5D，兩端為金屬材料，復(fù)合耐磨層和過(guò)渡層成型時(shí)內(nèi)嵌到基管 中。
如圖3所示的階梯型耐磨噴管，其中心噴孔4的形狀為階梯型，可釆用單端翻邊或兩端
翻邊，大端內(nèi)徑Dl二20 40mm，小端內(nèi)徑D2=5 20mm，長(zhǎng)度L-4D1 8D1，翻邊5的 半徑R二l 10mm。
如圖4所示的錐型耐磨噴管，其中心噴孔4的形狀為錐型，可釆用單端翻邊或兩端翻 邊，最大端內(nèi)徑Dl-80 200mm，最小端內(nèi)徑D2=20 100mm，錐角a <60° ,翻邊5的半 徑R-l 10mm。
如圖5所示的漸縮型耐磨噴管，其中心噴孔4的形狀為漸縮型，最大端內(nèi)徑D1二200 800匪，最小端內(nèi)徑D2:30 100，翻邊5的半徑R-(0.5 1)(D!+D2)。
如圖6所示的縮擴(kuò)型耐磨噴管，其中心噴孔4的形狀為縮擴(kuò)型，其內(nèi)徑D二30
lOOmm，出口錐角a 1 = 10 20° ，入口錐角a 2=45~60° ，翻邊5的半徑R=l 10mm。
這幾種噴管都是用高溫自蔓延合成技術(shù)制備而成，它是對(duì)常規(guī)噴管的一種改進(jìn)，是應(yīng)用 于石油化工廠催化裂化、催化裂解等裝置中反應(yīng)沉降器、再生器內(nèi)催化劑的流化及含催化劑 高溫?zé)煔獾妮斔汀⒘髁靠刂坪徒祲旱阮I(lǐng)域的專用耐磨噴管。
與國(guó)內(nèi)外目前采用的噴管相比，本發(fā)明耐磨噴管的特點(diǎn)在于-
1、 由于采用現(xiàn)有高溫自蔓延合成技術(shù)制備成金屬一陶瓷復(fù)合材料噴管，在自蔓延合成技 術(shù)的成型過(guò)程中，反應(yīng)達(dá)2000 3000'C。在高溫下，金屬基管與耐磨層、過(guò)渡層形成一體結(jié) 構(gòu)，具有很高的強(qiáng)度和抗磨性。其復(fù)合層為a-A1203，維氏硬度HV達(dá)1100 1300，耐磨性 能是普通鋼材(碳鋼或不銹鋼)的7倍，抗沖刷性能好，能在高達(dá)80(TC下長(zhǎng)期使用。過(guò)渡層 與金屬壁面呈冶金一機(jī)械結(jié)合，比常規(guī)的噴涂材料與基管的結(jié)合強(qiáng)度高得多。同時(shí)由于復(fù)合 材料比普通的陶瓷材料韌性好，在熱應(yīng)力或機(jī)械沖擊力下不易破裂。
2、 圖l、圖3 圖6的噴管， 一個(gè)或兩個(gè)端面采用了翻邊結(jié)構(gòu)5。由于采用這種結(jié)構(gòu)，保 護(hù)了基管的端面，加強(qiáng)了基管和耐磨層的結(jié)合牢固性，使噴管能承受含塵氣流的高速?zèng)_刷和 磨損。從而大大提高了噴管的抗磨性能和使用壽命。
3、 由于可以制備如圖1 圖6所示的不同形狀和不同尺寸的噴管，從而可以適應(yīng)不同條 件下的操作要求。
例如，由多個(gè)圖1 圖3所示噴管組合，可用于催化裂化、催化裂解等裝置沉降器和再生 器分布板或分布環(huán)中。該系統(tǒng)催化劑濃度高達(dá)30(K600kg/m3，氣流速度為10 150m/s，噴管 能使催化劑床層很好流化。該型噴管還能用于煙氣管道多孔降壓板中，很好地穩(wěn)定了裝置的操 作。
又如，圖4 圖5的結(jié)構(gòu)可制備臨界流速噴管，含塵氣速達(dá)350m/s以上，用于控制氣體流量。
圖6的結(jié)構(gòu)為超音速噴管，用于抽空、增壓和混合器中。
4、本噴管耐磨層原料來(lái)源廣泛，復(fù)合管制造工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適宜于大工業(yè)的批 量生產(chǎn)。
本噴管不僅可用于石化廠催化裂化、催化裂解等裝置反應(yīng)沉降器、再生器中的床層流化 耐磨噴嘴、煙氣管道的降壓孔板及能量回收系統(tǒng)的臨界流速噴嘴；也可以用于煤液化生產(chǎn)石 油化工產(chǎn)品和煤粉發(fā)電系統(tǒng)等裝置中粉塵的流化、輸送和降壓設(shè)備等。
實(shí)施例一
分布板耐磨噴管
圖7和圖8是某FCC裝置反應(yīng)沉降器分布板的立面圖和俯視圖。分布板上分三圈共布置 本發(fā)明中的翻邊直管型噴管119個(gè)。噴管安裝詳圖如圖9所示，噴管的內(nèi)徑D為50mm，長(zhǎng)度 L隨著安裝位置不同，在100 150mm之間。催化劑和氣流穿過(guò)噴管，在分布板的上方形成密度 為300~400kg/m3的密相床層。耐磨噴管的氣流使床層流化，能保證反應(yīng)和再生系統(tǒng)的長(zhǎng)期正 常運(yùn)行。
實(shí)施例二
臨界流速噴嘴
圖10是某FCC裝置能量回收系統(tǒng)三旋排料下泄氣臨界流速噴嘴采用漸縮型噴管的安裝 結(jié)構(gòu)圖，噴嘴6安裝在由法蘭7和套管8等組成的外套筒內(nèi)，噴嘴噴孔最大端直徑Dl為 500mra，最小端直徑D2為78mm，氣速穿過(guò)噴孔臨界速度354m/s，在臨界狀態(tài)下氣體的重量流量 保持一個(gè)恒定值。由于催化劑濃度高，氣速大， 一般的耐磨材料很難適應(yīng)，或價(jià)格過(guò)于昂 貴。而本發(fā)明噴管是一種價(jià)格較低，且耐磨性能良好的耐磨噴嘴，同時(shí)能保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期正 常邁仃。
權(quán)利要求
1、一種用于催化裂化裝置和催化裂解裝置的耐磨噴管，由基管(1)、耐磨層(2)、過(guò)渡層(3)和中心噴孔(4)所組成，其特征在于這種耐磨噴管是一種具有金屬基管(1)與耐磨層(2)和過(guò)渡層(3)形成緊密連接為一體的復(fù)合層、中心噴孔(4)為各類孔型的金屬-陶瓷復(fù)合噴管；且其耐磨層(2)加過(guò)渡層(3)的厚度δ為3～10mm；端部為翻邊結(jié)構(gòu)或者內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)。
2、 如權(quán)利要求1所述的耐磨噴管，其特征在于基管(1)的材料是奧氏體不銹鋼、 或碳鋼、或低合金鋼；耐磨層(2)的材料的基本組成為a —A1203;過(guò)渡層(3)的材料 是由Ab03、 Fe和其它金屬和非金屬元素所組成；通過(guò)高溫離心法或壓力法自蔓延合成技 術(shù)制造而成。
3、 如權(quán)利要求2所述的耐磨噴管，其特征在于耐磨噴管翻邊結(jié)構(gòu)的翻邊(5)的半徑 R=l 10mm。
4、 如權(quán)利要求3所述的耐磨噴管，其特征在于耐磨噴管的結(jié)構(gòu)型式根據(jù)中心噴孔(4) 的形狀不同，可以是直管型；或階梯型；或錐型；或漸縮型；或縮擴(kuò)型；或是它們的組合。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的耐磨噴管，其特征在于耐磨噴管中心噴孔(4)的形狀為 翻邊直管型，可采用單端翻邊或兩端翻邊，其內(nèi)徑D-30 120mm，長(zhǎng)度L二2D 5D，翻邊(5)的半徑R^l 10mm。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的耐磨噴管，其特征在于耐磨噴管中心噴孔(4)的形狀為鑲嵌直管型，其內(nèi)徑D-30 120mm，長(zhǎng)度L-2D 5D，兩端為金屬材料，復(fù)合耐磨 層和過(guò)渡層成型時(shí)內(nèi)嵌到基管中。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的耐磨噴管，其特征在于耐磨噴管中心噴孔(4)的形狀為階梯型，可采用單端翻邊或兩端翻邊，大端內(nèi)徑Dl-20 40mm，小端內(nèi)徑D2-5 20mm，長(zhǎng)度L-4D1 8D1，翻邊(5)的半徑R-l 10mm。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的耐磨噴管，其特征在于耐磨噴管中心噴孔(4)的形狀 為錐型，可采用單端翻邊或兩端翻邊，最大端內(nèi)徑Dl-80 200mm,最小端內(nèi)徑02= 20 100mm，錐角a <60° ,翻邊(5)的半徑R-l 10mm。
9、 如權(quán)利要求1或2所述的耐磨噴管，其特征在于耐磨噴管中心噴孔(4)的形狀 為漸縮型，最大端內(nèi)徑Dl-200 800mm,最小端內(nèi)徑D2=30~100，翻邊(5)的半徑R:(0.5 1)(D,+D2)。
10、如權(quán)利要求1或2所述的耐磨噴管，其特征在于耐磨噴管中心噴孔(4)的形狀 為縮擴(kuò)型，其內(nèi)徑D-30 100mm，出口錐角a 1 = 10 20° ,入口錐角a 2=45 60。， 翻邊(5)的半徑R-l 10mm。
全文摘要
本發(fā)明描述的耐磨噴管是一種主要用于石油化工廠催化裂化裝置和催化裂解裝置的耐磨噴管，由基管、耐磨層、過(guò)渡層和中心噴孔所組成，是一種具有金屬基管與耐磨層和過(guò)渡層形成緊密連接為一體的復(fù)合層、中心噴孔為各類孔型的金屬-陶瓷復(fù)合噴管；且其耐磨層加過(guò)渡層的厚度為3～10mm；端部為翻邊結(jié)構(gòu)或者內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)。這種耐磨噴管的基管的材料是奧氏體不銹鋼，或碳鋼、或低合金鋼等金屬；耐磨層的材料的基本組成為α-Al₂O₃；過(guò)渡層的材料是由Al₂O₃、Fe和其它金屬和非金屬元素所組成；通過(guò)高溫離心法或壓力法自蔓延合成技術(shù)制造而成。本發(fā)明由于采用了高耐磨性能的復(fù)合層以及上述結(jié)構(gòu)型式，其耐磨性比普通碳鋼或不銹鋼高7倍，能在800℃下長(zhǎng)期使用，并能適應(yīng)氣體中較高的固粒濃度和承受較大的機(jī)械力的沖擊，噴管的使用壽命從原來(lái)的3~4年延長(zhǎng)到6~8年以上。
文檔編號(hào)C10G47/00GK101104814SQ20061008971
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者馮清曉, 張榮克, 房家貴, 芳 王, 濤 閆, 黃榮臻 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工集團(tuán)公司;中國(guó)石化工程建設(shè)公司