高強度金屬過濾管及其製備方法
2023-05-13 02:24:36
專利名稱：高強度金屬過濾管及其製備方法
技術領域：
本發明涉及特種功能材料的製備領域中的一種金屬過濾管及其製備方法，特別涉及一種適用於高溫高壓氣/固、液/固過濾分離領域應用的高強度金屬過濾管及其製備方法。
背景技術：
過濾器在石化行業的高溫氣體過濾，高溫煙氣的淨化，催化劑的過濾和回收，以及火力發電、核能發電工業中的粉塵和尾氣淨化工藝中發揮著巨大的作用。
在石化、煤化工行業，過濾器尤其是多用在高溫和高壓等惡劣條件下。如Shell煤氣化技術裝置，在煤粉輸送系統以及飛灰收集排放系統均使用了大量的燒結過濾器。其工作溫度達到340-500°C，工作壓力達到3. 4 4MPa，反吹氣體壓力超過5. 2MPa。飛灰氣體組分包括CO、H2、N2、CO2, H2O, CH4, NH3Cl等多種氣體，其中部分氣體在高溫高溼環境中有較強的腐蝕性。鑑於以上使用要求，必須採用耐高溫、耐腐蝕、高強度的金屬過濾管進行過濾分1 O
目前，現有技術均採用粉末冶金燒結金屬多孔材料或多層編織燒結絲網與連接件焊接組成過濾管，由於燒結金屬材料孔隙率較高，其孔穴容易成為裂紋擴展源，因此，其強度與同種材質緻密金屬相比強度降低約30%。受其特殊孔隙結構特點影響，其焊接強度也非常薄弱。使用過程中，由於濾芯在高溫環境下，在高壓脈衝反吹氣體作用下產生振動，容易導致濾芯在焊縫部位斷裂失效，最終導致整套過濾器故障，影響生產順利進行。
隨著科學技術的進步以及節能環保新技術的推廣，未來將有越來越多的高溫高壓工作環境需要用到流體過濾淨化設備，目前尚未發現有能用於特種工況條件高強金屬過濾管制備方法的報導。發明內容
鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種具有高強度的金屬過濾管及其製備方法，以解決當前技術現狀中存在的如下技術問題當過濾器使用壓力達到4MPa、溫度超過 300°C，過濾器濾芯在使用過程中出現斷裂。
為了實現上述發明目的，本發明的第一側面提供一種高強度金屬過濾管，其包括 位於內層的內管；在所述內管的外面、與所述內管隔開一定間隙平行設置的外管；所述內管為孔管或者螺旋管；所述外管為燒結粉末管，起過濾作用，含有微孔過濾結構。
在第一側面的高強度金屬過濾管中，優選所述一定間隙在5 15mm，所述內管孔隙率大於50%，起支撐作用。
在第一側面的高強度金屬過濾管中，優選在所述內管與所述外管的相同的一端均與連接頭組焊在一起；在所述內管與所述外管的相同的另一端均與底封環組焊在一起。
在第一側面的高強度金屬過濾管中，優選所述底封環的一端介入所述內管與所述外管之間以保持所述內外管之間隔開一定間隙，在所述底封環的另一端焊接有底蓋。
在第一側面的高強度金屬過濾管中，優選在所述外管與所述連接頭的焊縫處設置有帽形護罩，從外面罩住所述焊縫，所述帽形護罩與所述連接頭在連接頭根部，所述帽形護罩與所述焊縫的間隙在0. 5mm以下，更優選在0. 2mm以下。
在第一側面的高強度金屬過濾管中，優選所述外管通過將金屬粉末材料進行冷等靜壓成型和高溫燒結製得，所述金屬粉末材料是不鏽鋼或者高溫合金，比如哈氏合金、因科鎳合金。
本發明的第二側面提供第一側面的高強度金屬過濾管的製備方法，該製備方法包括第一步將混合均勻的粉末裝入冷等靜壓管的模具進行成型得到粉末管生坯；第二步 將所述粉末管生坯放入燒結爐進行燒結得到粉末管；第三步將所述粉末管裁切成要求的尺寸，得到所述外管；第四步用氬弧焊機將所述連接頭與所述內管的一端焊接在一起；第五步用氬弧焊機將所述連接頭與所述外管的一端焊接在一起；第六步用氬弧焊機接將所述內管與所述外管在相同的另一端與所述底封環組焊在一起；和第七步用氬弧焊機將所述底封環與所述底蓋焊接在一起。
在第二側面的高強度金屬過濾管的製備方法中，優選該製備方法還包括第八步按照從外面罩住所述外管與所述連接頭的焊縫處的方式在所述焊縫的外面設置帽形護罩，通過氬弧焊接將所述帽形護罩與所述連接頭焊接在一起，所述氬弧焊接的焊接電流為 40 70A、氬氣流量為8 10L/min。
在第二側面的高強度金屬過濾管的製備方法中，優選在所述第一步中，成型壓力 150 250MPa ；在所述第二步中，燒結溫度為800 1300°C，保溫時間1 汕；在所述第四步、所述第五步、所述第六步、所述第七步中，氬弧焊接時所述焊接電流為30 70A(比如是 40、50、60A)，氬氣流量 8 10L/min(比如 9L/min)。
在第二側面的高強度金屬過濾管的製備方法中，更優選在所述第五步中，焊接電流30 60A ；在所述第六步中，焊接電流40 70A。
技術效果
採用本發明所製備的高強金屬過濾管與現有技術相比，由於採用了雙層結構，外部燒結金屬過濾材料負責過濾功能，內部金屬孔管或螺旋管負責骨架支撐及強度，在焊接部位採用帽形護罩避免焊縫部位受力，因此，具有強度高，滲透性好的優點。具體如下
1.採用雙層結構，外層為微孔過濾材料，起過濾作用，內層為孔管或者螺旋管，起支撐作用。內外層之間有一定間隙。在保證過濾流通能力不受影響的情況下，大幅度提高過濾管強度。
2.在外層金屬微孔過濾材料與連接件焊縫處增加帽形護罩，其間隙不大於 0. 5mm，帽形護罩與連接頭在連接頭根部焊接。從而避免焊縫部位由於剪切力作用導致的斷裂失效。
基於本發明的高強度金屬過濾管能夠用作高溫高壓工況條件下的過濾設備，如煤氣化裝置高溫高壓煤粉輸送系統以及飛灰收集處理系統。另外，這種耐高溫高壓的過濾器在石化行業的高溫氣體過濾，高溫煙氣的淨化，催化劑的過濾和回收，以及火力發電、核能發電工業中的粉塵及尾氣淨化工藝中需求廣泛，隨著國家對節能環保技術要求的提高，其必將在這些行業中發揮更大的作用。
圖1是本發明的高強度金屬過濾管的截面示意圖。
圖2現有燒結金屬粉末濾芯使用過程中的失效照片。
其中，附圖標記說明如下1-連接頭，2-護罩(帽形護罩)，3_外管(粉末燒結管)，4-內管(支撐孔管或螺旋管)，5-底封環6-底蓋具體實施方式
本發明主要講述的是一種高強度金屬過濾管及其製備方法，該高強度金屬過濾管的結構如圖1所示為由內管4和外管3構成的雙層結構，外層的外管3為具有微孔過濾結構的粉末燒結管，是由一定粒度的金屬粉末通過等靜壓方法成形，再在真空燒結爐或氣氛保護爐內在800 1300°C的條件下燒結成滿足一定形狀尺寸(比如孔徑尺寸、孔隙尺寸等)要求和強度要求的過濾管。內層的內管4為孔管或者螺旋管，其孔隙率在50%以上，該內管主要起支撐作用，以防止外層的過濾管即外管3由於外界使用壓力過高導致變形或破裂。內外層為平行結構，並都於同一端與連接頭1進行焊接。為保證使用時不影響過濾效果，內外層之間有一定間隙，該尺寸太小了影響過濾效果與過濾流量，太大了影響內管的支撐作用，一般優選在5 15mm，例如6、8、10、ll、13mm等，可根據實際情況來確定。另外，為防止金屬過濾管與連接頭1的焊縫在使用中由于震動等因素導致斷裂，在焊縫處加一帽形護罩2，蓋住焊縫，其與焊縫之間的間隙不大於0. 5mm,帽形護罩2與連接頭1在連接頭1的根部焊接在一起。
該高強度金屬過濾管與壓力容器管板的連接方法可以是螺紋連接也可以是焊接。
本發明所提供的高強度金屬過濾管及其製備方法，其工藝步驟如下
第一步將混合均勻的粉末裝入冷等靜壓管的模具進行成型，成型壓力150 250MPa,金屬粉末材質根據使用工況條件，可以為不鏽鋼系列(SS316L、SS304等)、高溫合金系列(Hastelloy (哈氏合金hhconel (因科鎳合金)等)或其他金屬材料，所用粉末的粒度可以根據要製造的過濾管的滲透性、孔隙目標、過濾流通能力等來確定。
第二步將第二步製備好的粉末管生坯放入真空燒結爐，在800 1300°C下燒結， 真空度 ο—1 10_3Pa，保溫時間在1 3小時，燒結得到的粉末管具有滿足規定要求的過濾結構，即粉末管中的過濾用孔的孔徑尺寸和孔隙尺寸滿足滲透性的要求。
第三步將第三步燒結合格的粉末管用切管機裁切成要求的尺寸。
第四步用氬弧焊機焊接連接頭1與支撐孔管(螺旋管)2 ；孔管孔隙率可根據實際需要情況(比如過濾流通能力)而定，此處使用孔隙率大於50%的孔管，焊接電流30 70A，氬氣流量8 10L/min。
第五步組裝粉末管，並將粉末管與連接頭1組焊在一起，組焊時採用氬弧焊接， 電流30 60A，氬氣流量8 lOL/min。焊接粉末管時按照粉末管與孔管平行並隔開規定間距的方式進行粉末管與連接頭的焊接。
第六步組裝底封環，並將粉末管和支撐孔管(螺旋管)分別與底封環組焊，組焊時採用氬弧焊接，電流40 70A，氬氣流量8 lOL/min ；其中底封環的一端介入粉末管與孔管之間，以保證二者之間的規定間隙，
第七步組裝底蓋，並將底封環在另一端與底蓋焊接在一起，焊接時採用氬弧焊接，電流30 70A，氬氣流量8 10L/min ；
第八步組裝保護罩2，並將保護罩2與連接頭1在根部焊接在一起，焊接時採用氬弧焊接，電流40 70A，氬氣流量8 lOL/min。保護罩2優選採用圖中所示的Γ形(當然也可以採用其他能蓋住焊縫的形狀)，使用該保護罩蓋住內管4、外管3與連接頭1的焊縫，並且保護罩與焊縫之間的間隙不大於0. 5mm，以避免焊縫在使用過程中因震動等因素導致斷裂。
實施例
採用本發明的方法製備了高強度結構金屬過濾管。本發明實施例的比較見下表。 表1為本發明實施例所採用的不鏽鋼316L原料成分；表2為本發明製備高強結構的金屬過濾管的工藝制度及參數；表3為本發明製備高強結構的金屬過濾管的各項性能比較表。在上述列表中，序號1-2為本發明的實施例，序號3為現有技術對比例。
從表3可知，基於本發明的金屬過濾管的抗拉強度和抗彎強度均有了顯著的提高，採用本發明製備的金屬過濾管與現有技術相比，能夠大幅度提高過濾管的抗彎能力和抗拉能力，提高過濾管使用過程的穩定性和可靠性，能夠可靠地應用於高溫高壓工況條件下的過濾設備，如煤氣化裝置高溫高壓煤粉輸送系統以及飛灰收集處理系統。
採用本發明的方法所製備的高強度金屬過濾管安裝在嶽陽中石化殼牌煤氣化裝置S1502放料罐過濾器，共計108支，工作壓力為3. 96MPa，工作溫度340°C。累計運行時間超過8000小時，所有過濾管均表現良好，未發現任何問題，同時該系統運行穩定正常。而此前採用單層燒結金屬粉末濾芯(即現有技術對比例3的產品)在使用過程中則屢屢由於濾芯斷裂失效造成系統停車，生產中斷。其斷裂失效照片如圖2所示。
表1本發明所採用的SS316L原料成分
權利要求
1.一種高強度金屬過濾管，其特徵在於，包括 位於內層的內管；在所述內管的外面、與所述內管隔開一定間隙平行設置的外管； 所述內管為孔管或者螺旋管；所述外管為燒結粉末管，起過濾作用，含有微孔過濾結構。
2.如權利要求1所述的高強度金屬過濾管，其特徵在於， 所述一定間隙在5 15mm之間，所述內管孔隙率大於50%，起支撐作用。
3.如權利要求1所述的高強度金屬過濾管，其特徵在於， 在所述內管與所述外管的相同的一端均與連接頭組焊在一起； 在所述內管與所述外管的相同的另一端均與底封環組焊在一起。
4.如權利要求3所述的高強度金屬過濾管，其特徵在於，所述底封環的一端介入所述內管與所述外管之間以保持所述內外管之間隔開所述一定間隙，在所述底封環的另一端焊接有底蓋。
5.如權利要求3所述的高強度金屬過濾管，其特徵在於，在所述外管與所述連接頭的焊縫處設置有帽形護罩，從外面罩住所述焊縫，所述帽形護罩與所述連接頭在連接頭根部焊接在一起，所述帽形護罩與所述焊縫的間隙在0. 5mm以下。
6.如權利要求1所述的高強度金屬過濾管，其特徵在於， 所述外管通過將粉末材料進行冷等靜壓成型和高溫燒結製得， 所述粉末材料是不鏽鋼或者高溫合 金。
7.一種高強度金屬過濾管的製備方法，所述高強度金屬過濾管是如權利要求1 6之任一項所述的高強度金屬過濾管，其特徵在於，該製備方法包括第一步將混合均勻的粉末裝入冷等靜壓管的模具進行成型得到粉末管生坯；第二步將所述粉末管生坯放入燒結爐進行燒結得到粉末管；第三步將所述粉末管裁切成要求的尺寸，得到所述外管；第四步用氬弧焊機將所述連接頭與所述內管的一端焊接在一起；第五步用氬弧焊機將所述連接頭與所述外管的一端焊接在一起；第六步用氬弧焊機接將所述內管與所述外管在相同的另一端與底封環組焊在一起；和第七步用氬弧焊機將所述底封環與底蓋焊接在一起。
8.如權利要求7所述的高強度金屬過濾管的製備方法，其特徵在於，該製備方法還包括第八步按照從外面罩住所述外管與所述連接頭的焊縫處的方式在所述焊縫的外面設置帽形護罩，通過氬弧焊接將所述帽形護罩與所述連接頭在所述連接頭根部焊接在一起， 所述氬弧焊接的焊接電流為40 70A、氬氣流量為8 lOL/min。
9.如權利要求7所述的高強度金屬過濾管的製備方法，其特徵在於， 在所述第一步中，成型壓力150 250MPa ；在所述第二步中，燒結溫度為800 1300°C，保溫時間1 池； 在所述第四步、所述第五步、所述第六步、所述第七步中，氬弧焊接時所述焊接電流為 30 70A，氬氣流量8 10L/min。
10.如權利要求7所述的高強度金屬過濾管的製備方法，其特徵在於， 在所述第五步中，焊接電流30 60A ； 在所述第六步中，焊接電流40 70A。
全文摘要
本發明涉及了一種高強度金屬過濾管及其製備方法，該高強度金屬過濾管包括位於內層的內管；在所述內管的外面、與所述內管隔開一定間隙平行設置的外管；所述內管為孔管或者螺旋管；所述外管為燒結粉末管，起過濾作用，含有微孔過濾結構。採用本發明製備的金屬過濾管與現有技術相比，能夠大幅度提高過濾管的抗彎能力，提高過濾管使用過程的穩定性和可靠性。本發明製備的高強度金屬過濾管重點用於高溫高壓工況條件下的過濾設備，如煤氣化裝置高溫高壓煤粉輸送系統以及飛灰收集處理系統。
文檔編號B01D46/24GK102527167SQ20111045400
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者安永濤, 楊軍軍, 王凡, 王浩, 譚華玉, 郭輝進, 陳利軍, 韓振武 申請人:安泰科技股份有限公司