專利名稱：一種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油化工的氣固分離設(shè)備，更具體地說是一種石油化工廠流化催化裂化裝置和催化裂解裝置用于從再生煙氣中分離出催化劑粉塵的設(shè)備，主要用于石油化工廠催化裂化裝置和催化裂解裝置的煙氣能量回收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
第三級旋風(fēng)分離器是一種石油化工廠流化催化裂化裝置和催化裂解裝置用于從再生煙氣中分離出催化劑粉塵的重要設(shè)備。目前國內(nèi)石油化工廠流化催化裂化裝置和催化裂解裝置第三級多管式旋風(fēng)分離器(以下簡稱“三旋”)有數(shù)十套在工業(yè)上投用著。國內(nèi)三旋采用的分離單管有許多種型號，從分離效率來說，都是比較高的，可以滿足煙機對煙氣中粉塵濃度和粒度的要求。但這些分離單管都有一個致命的缺陷，就是耐磨性能較差，難于適應(yīng)催化裂化裝置長周期安全運行的要求。這些分離單管的使用壽命較短，平均為3～4年。當(dāng)三旋的進口煙氣中催化劑濃度較高時，有的分離單管運行不到一年就磨損失效，導(dǎo)致煙機葉片的磨損加劇，甚至被迫停機。此外，由于磨損問題也限制了單管的處理風(fēng)量，導(dǎo)致單管的數(shù)量增多，因而三旋的造價較高。目前國內(nèi)催化裂化裝置一臺三旋的價格幾乎和一臺煙機的價格相近。三旋單管的頻繁檢修和更換，加大了裝置的檢修和改造費用。這一切都直接影響到我國催化裂化裝置的經(jīng)濟效益。
通過檢索，與本發(fā)明相關(guān)的專利主要有CN2086172U、CN87103634A和US4539105A等，但其分離單管或者沒有耐磨層，或者所采用的耐磨層和分離單管的結(jié)構(gòu)都與本發(fā)明不同。
當(dāng)前國內(nèi)外高耐磨材料品種甚多，但許多不宜用于石油化工廠流化催化裂化裝置和催化裂解裝置的操作條件。有的材料過于昂貴，難于大批量投用。因此開發(fā)研究出既適合催化裂化和催化裂解裝置工藝條件，價格又適中的抗磨損三旋分離單管，是我國催化裂化裝置的當(dāng)務(wù)之急。同時，通過改進分離單管的結(jié)構(gòu)，可以降低現(xiàn)有分離單管的壓降和提高分離單管的處理風(fēng)量，從而降低三旋的成本和增大催化裂化裝置能量回收的效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過采用新的耐磨層來提高分離單管的抗磨性能，將單管的使用壽命延長到8～10年以上，以保證流化催化裂化裝置和催化裂解裝置能量回收系統(tǒng)的長周期安全運行；通過改進分離單管的結(jié)構(gòu)來降低分離單管的壓降，提高每根分離單管的處理風(fēng)量，以降低三旋的成本和增大催化裂化裝置能量回收的效益。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管是對常規(guī)分離單管的一種改進，由筒體、進氣口、升氣管、導(dǎo)向器、分流錐和排塵環(huán)等組成，其筒體為由不銹鋼基管和陶瓷復(fù)合層構(gòu)成的不銹鋼-陶瓷復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
這種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，其下部設(shè)置了由錐體、中心孔和耐磨層構(gòu)成的錐形排塵結(jié)構(gòu)的反射錐，其中心孔的中部為中空圓柱形，兩端為圓錐形；其錐體的頂錐角為60-90°，中心孔的直徑為20～40mm；分離單管反射錐表面耐磨層為高溫陶瓷或耐磨金屬復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
這種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，在分流錐的下口設(shè)置了擴散錐；其錐角為85～100°之間，下口(大端)的直徑等于或大于升氣管的外徑。
本發(fā)明由于采用了高耐磨性能的不銹鋼-陶瓷復(fù)合層結(jié)構(gòu)制造分離單管，耐磨層的顯微硬度Hv可達1100～1300，是普通鋼管(碳鋼或不銹鋼)的10倍，相對耐磨性能是碳鋼的7倍，能承受氣體中固粒濃度較大范圍的變化。分離單管的壽命由原來3～4年提高到8～10年以上。與國內(nèi)目前最有代表性的分離單管相比，分離單管的設(shè)計許可風(fēng)量可提高15％左右。即在相同的操作煙氣量下，新型分離單管數(shù)量可減少15％左右。在相同的風(fēng)量下，新型分離單管要比現(xiàn)有常規(guī)單管的壓降降低20％左右，而分離效率基本相同。


圖1是本發(fā)明一種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明分離單管的筒體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明分離單管的反射錐結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明分離單管的擴散錐結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明是一種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，由筒體2、進氣口8、升氣管1、導(dǎo)向器3、分流錐4和排塵環(huán)7等組成，其筒體2為由不銹鋼基管9和陶瓷復(fù)合層10構(gòu)成的不銹鋼-陶瓷復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
如圖1和圖3所示，這種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，其下部設(shè)置了由錐體11、中心孔12和耐磨層13構(gòu)成的錐形排塵結(jié)構(gòu)的反射錐6，其中心孔12的中部為中空圓柱形，兩端為圓錐形；其錐體11的頂錐角a1為60-90°，中心孔12的直徑d為20～40mm；反射錐6的表面耐磨層13為高溫陶瓷或耐磨金屬復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
如圖1和圖4所示，這種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，在分流錐4的下口設(shè)置了擴散錐5。其錐角a2為85～100°之間，下口的直徑D2等于或大于升氣管1的外徑D1。
如圖1所示，這種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管的工作過程為含塵氣流由分離單管上部進氣口8軸向進入導(dǎo)向器3，經(jīng)加速后旋轉(zhuǎn)流出。在升氣管1的下部和分離管之間的環(huán)形空間內(nèi)，氣、固兩相由于離心力的不同初步進行分離。固體顆粒移動到靠分離管壁一側(cè)，部分凈化氣流由分流錐4上的狹長齒縫進入升氣管1。大部分旋轉(zhuǎn)氣流再經(jīng)過擴散錐5進一步將攜帶的細粉濃縮到管壁。由擴散錐5下口至反射錐6之間距離稱為分離沉降空間，一定高度的分離沉降空間有利于氣體中的固粒進一步分離。大部分向下旋轉(zhuǎn)的氣流(稱“外旋流”)在反射錐6的上方匯集到中心區(qū)，改變軸向流動方向向上流動(稱“內(nèi)旋流”)，最后從升氣管1排出。靠近分離管壁的固粒，在少量下泄氣攜帶下從反射錐6和分離管底部的環(huán)形空間排塵環(huán)7排出，完成氣固分離的全過程。
與現(xiàn)有旋風(fēng)分離單管相比，本發(fā)明的特點在于1.采用了高耐磨性能的不銹鋼-陶瓷復(fù)合管。
如圖1和圖2所示，分離單管的筒體2是用一種用特殊方法，即自蔓延高溫合成工藝制備成的不銹鋼-陶瓷復(fù)合鋼管。它的基管為不銹鋼9，內(nèi)面為α-Al2O3陶瓷復(fù)合層10。它是利用復(fù)合原料Fe3O4、Al粉和其它添加劑進行鋁熱反應(yīng)，放出的熱量將自身融化、蔓延，形成的陶瓷-金屬復(fù)合材料。由于制備過程反應(yīng)溫度高達3000℃，處于熔融狀態(tài)的反應(yīng)產(chǎn)物，在離心力作用下，其中的Fe與基管形成化學(xué)-物理結(jié)合的過渡層，它比常規(guī)的噴涂材料與基管的結(jié)合強度高得多。復(fù)合層內(nèi)壁面為α-Al2O3耐磨層，顯微硬度Hv達1100～1300，僅次于金剛石和碳化硅。耐磨性能是普通碳鋼材料的7倍，能在800℃下常期使用，且抗腐蝕性能良好。復(fù)合管內(nèi)徑D在200～300mm之間。此技術(shù)的應(yīng)用，解決了長期以來，分離單管的磨損問題。與其它他耐磨材料相比，自蔓延高溫合成工藝制備成的不銹鋼-陶瓷復(fù)合鋼管價格也較低廉。
2.采用了新型的排塵結(jié)構(gòu)-反射錐。
如圖1和圖3所示，反射錐6的作用有兩點
(1)減少了排塵返混現(xiàn)象在多管組合中，排塵返混現(xiàn)象是影響旋風(fēng)分離效率的重要因素。在底部排出固粒細粉的同時，須有少量下泄氣排出。在多管組合中，下泄氣在細粉收集倉內(nèi)十分紊亂，加之各單管之間的不平衡性，容易造成排出的固粒細粉又返回旋風(fēng)分離器分離單管中，或因操作參數(shù)的波動，更加劇了這種返混現(xiàn)象。所以類似圖1所示這種直筒型分離管底部應(yīng)設(shè)有泄料盤，它象一個“屏障”，阻止了返混氣流進入分離單管。少量的氣流通過泄料盤中心孔返回分離單管，它有利于排塵通暢。
(2)避免了渦流對細粉的攜帶一般常規(guī)的泄料盤為一平板結(jié)構(gòu)。如前所述，分離單管內(nèi)下行的外旋流和上行的內(nèi)旋流在泄料盤上方軸向方向發(fā)生了改變，會產(chǎn)生旋渦流，將已分離出的固粒細粉又卷入中心上行的內(nèi)旋流中，而且因泄料孔小，容易堵塞，所以效果不理想。本發(fā)明采用錐形排塵結(jié)構(gòu)——反射錐6，旋渦流攜帶的細粉，經(jīng)反射錐6的作用排入下泄料氣中，或沿錐體壁面排出旋風(fēng)管底部。排塵環(huán)7的通道面積較大，細粉不易堵塞。反射錐6的表面耐磨層13為熱噴高溫陶瓷或耐磨金屬，以防止反射錐的磨損。
3、采用了強化分離的結(jié)構(gòu)-擴散錐。
如圖1和圖4所示，擴散錐5的作用是把導(dǎo)向器3出來的旋轉(zhuǎn)氣流給予一個向邊壁的徑向分力。擴散錐安裝于分離單管升氣管1的下口。這種結(jié)構(gòu)使氣流中未分離出的固粒細粉在慣性力的作用下濃縮到分離單管的邊壁，有利于下部沉降分離空間的分離。通過實驗證明，增加擴散錐5，對提高分離單管的效率、降低單管的壓降和減小分離空間的高度都有較好的作用。
實施例某石化廠FCC裝置多管三旋工藝參數(shù)如下煙氣量2280～2493Nm3/min，溫度700～720℃，壓力0.2～0.22MPa(g)確定三旋分離單管根數(shù)、直徑，并估算三旋的投資。
三旋設(shè)計參數(shù)煙氣量m3/h正常166354最大173741溫度℃ 700720壓力MPa(g) 0.20.22
現(xiàn)對常規(guī)分離單管三旋和本發(fā)明分離單管三旋計算結(jié)果比較如下表所列

從本表可以看出，采用本發(fā)明分離單管的三旋，比起常規(guī)分離單管三旋設(shè)備總投資可減少35萬元，約8～9％左右。
權(quán)利要求
1.一種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，其包括筒體(2)、進氣口(8)、升氣管(1)、導(dǎo)向器(3)、分流錐(4)和排塵環(huán)(7)，其特征在于所述的筒體(2)為由不銹鋼基管(9)和陶瓷復(fù)合層(10)構(gòu)成的不銹鋼-陶瓷復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，其特征在于其下部設(shè)置了由錐體(11)、中心孔(12)和耐磨層(13)構(gòu)成的錐形排塵結(jié)構(gòu)的反射錐(6)，其中心孔(12)的中部為中空圓柱形，兩端為圓錐形。
3.如權(quán)利要求2所述的多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，其特征在于所述的反射錐(6)中的錐體(11)的頂錐角a1為60～90°，中心孔(12)的直徑d為20～40mm。
4.如權(quán)利要求3所述的多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，其特征在于所述的反射錐(6)的表面耐磨層(13)為高溫陶瓷和耐磨金屬復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，其特征在于在分流錐(4)的下口設(shè)置了擴散錐(5)。
6.如權(quán)利要求5所述的多管式旋風(fēng)分離器的分離單管，其特征在于所述的擴散錐(5)的錐角a2為85～100°之間，下口(大端)的直徑D2等于或大于升氣管(1)的外徑D1。
全文摘要
本發(fā)明是對現(xiàn)有多管式旋風(fēng)分離器的分離單管的一種改進，主要用于石油化工廠催化裂化裝置和催化裂解裝置的煙氣能量回收系統(tǒng)。這種多管式旋風(fēng)分離器的分離單管由筒體、進氣口、升氣管、導(dǎo)向器、分流錐和排塵環(huán)等組成，其筒體為由不銹鋼基管和陶瓷復(fù)合層構(gòu)成的不銹鋼—陶瓷復(fù)合層結(jié)構(gòu)；其下部設(shè)置了由錐體、中心孔和耐磨層構(gòu)成的錐形排塵結(jié)構(gòu)的反射錐，表面耐磨層為高溫陶瓷或耐磨金屬復(fù)合層結(jié)構(gòu)；在分流錐的下口設(shè)置了擴散錐。本發(fā)明由于采用了高耐磨性能的復(fù)合層以及反射錐和擴散錐，分離單管的壽命可提高到8－10年；分離單管的設(shè)計許可風(fēng)量可提高20％左右；在相同的風(fēng)量下，新型分離單管可比現(xiàn)有分離單管的壓降降低20％左右，而分離效率基本相同。
文檔編號B04C5/103GK1986073SQ200510134580
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者張榮克, 閆濤, 周小新, 戴敏, 王海波, 王芳, 吳雷, 顧志益, 房家貴, 蘇娟, 陸建平 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化工程建設(shè)公司, 無錫市石油化工設(shè)備有限公司