一種接管組合結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種接管組合結(jié)構(gòu)，其包括金屬管（1）、陶瓷管（6）以及套管組件，所述套管組件包括套筒（2）、陶瓷纖維密封墊（3）、墊片（4）以及套筒緊固配件（5）；所述金屬管（1）的一端插入所述套筒（2）；所述陶瓷管（6）的一端外壁套置陶瓷纖維密封墊（3）以及墊片（4），將套有陶瓷纖維密封墊（3）以及墊片（4）的陶瓷管（6）插入所述套筒（2）內(nèi)使陶瓷管（6）與所述套筒（2）對接，所述陶瓷管（6）外壁及所述套筒（2）一側(cè)套置套筒緊固配件（5）以對套筒（2）封裝加固。本發(fā)明的一種接管組合結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)高溫工作環(huán)境，并減少裂解過程中的結(jié)焦，延長裂解爐運轉(zhuǎn)周期。
【專利說明】一種接管組合結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬管和陶瓷管的接管組合結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)高溫工作環(huán)境，比如 具有強烈熱效應(yīng)的水蒸汽裂解、熱裂解、催化脫氫、水蒸汽重整等，上述接管組合結(jié)構(gòu)尤其 能夠在600°C -1200°C吸熱反應(yīng)中應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 乙烯是石油化工行業(yè)最重要的基礎(chǔ)原料之一。目前，在乙烯生產(chǎn)過程中一個無法 避免的難題是裂解裝置在服役過程中的結(jié)焦和滲碳。以乙烯裂解爐管為例，結(jié)焦使?fàn)t管內(nèi) 徑變小，管內(nèi)壓降增大，使局部區(qū)域爐管壁溫升高，縮短裂解爐的運行周期；當(dāng)管壁溫度達 到允許極限或壓降達到一定程度時，須停爐進行清焦作業(yè)。爐管內(nèi)壁結(jié)焦阻礙裂解反應(yīng)的 正常進行，影響乙烯收率，降低生產(chǎn)效率，而且高溫下容易促使?fàn)t管內(nèi)壁滲碳，導(dǎo)致爐管材 料性能弱化。開發(fā)新型抗結(jié)焦?fàn)t管材料，對于當(dāng)前石化工業(yè)的迅速發(fā)展具有重要的經(jīng)濟價 值和現(xiàn)實意義。
[0003] 目前，為保證乙烯裂解爐管的高溫強度，所用材質(zhì)FeCrNi合金的元素組成為： 20?45%Ni、25?35%Cr、其余為Fe及添加的微量元素。已有研究表明，在高溫下Fe、Ni元 素對碳氫化合物在FeCrNi合金爐管表面的結(jié)焦具有顯著的催化作用。在烴類裂解過程中 裂解爐管內(nèi)壁的結(jié)焦是一個復(fù)雜的過程。爐管結(jié)焦主要有兩種焦炭沉積源：烴類在爐管內(nèi) 表面由鐵和鎳在高溫下催化形成的絲狀焦炭(催化結(jié)焦）；裂解原料及產(chǎn)物相互作用而沉積 在裂解爐管內(nèi)表面的非晶形結(jié)焦。后者還可以細分為高溫裂解自由基反應(yīng)機理引起的結(jié) 焦（自由基結(jié)焦）和烴類高溫裂解生成的各種不飽和烴、稠環(huán)芳烴的縮聚等反應(yīng)引起的結(jié)焦 (浙青結(jié)焦)。其中，在裂解初始階段主要是通過催化結(jié)焦在爐管內(nèi)表面生成絲狀焦體，絲狀 焦體作為錨點又有利于非晶形結(jié)焦前聚體吸附沉積在裂解爐管內(nèi)壁，該前聚體在高溫下進 一步脫氫，從而在裂解爐管內(nèi)表面生成更多的焦炭。
[0004] 現(xiàn)在裂解技術(shù)朝著高溫、短停留、深裂解的方向發(fā)展。但是，提高裂解溫度和裂解 深度、減少停留時間，若采用普通不銹鋼裂解爐管，裂解結(jié)焦必然會增加，而且不銹鋼裂解 爐管也有其極限使用溫度，在高溫下不銹鋼爐管容易變形，金屬滲碳會加劇。這就要求具有 耐高溫、高強度的新型材料用作裂解爐管，能夠滿足該應(yīng)用領(lǐng)域的重要替代材料為陶瓷材 料，用陶瓷材料作為裂解爐管，可實現(xiàn)更高的裂解溫度，并且不會催化烴類生成催化結(jié)焦。
[0005] 但是，如果使用陶瓷材料作為裂解爐的反應(yīng)爐管，其中一個需要解決的問題就是 陶瓷材料裂解爐管和裝置上其他金屬爐管如何連接的連接問題。因為陶瓷材料和金屬的熱 膨脹系數(shù)不同，使用常規(guī)的焊接方法很難保證反復(fù)升降溫過程中焊接處不會產(chǎn)生裂紋，這 需要尋找一種方法保證在高溫的工作環(huán)境下連接處不會發(fā)生泄露。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明設(shè)計了一種獨特的接管組合結(jié)構(gòu)，保證了陶瓷材料爐管和金屬爐管的連接 緊密，而且能夠抵抗反復(fù)升降溫的變化對連接處的沖擊。
[0007] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的金屬管和陶瓷管連接結(jié)構(gòu)在高溫工作環(huán)境下容 易開裂的缺點，開發(fā)出一種能夠在高溫工作環(huán)境下使用的金屬管和陶瓷管的接管組合結(jié) 構(gòu)。
[0008] 本發(fā)明的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其包括金屬管1、陶瓷管6以及套管組件，其特征在 于：
[0009] 所述套管組件包括套筒2、陶瓷纖維密封墊3、墊片4以及套筒緊固配件5 ;
[0010] 所述金屬管1的一端插入所述套筒2 ;
[0011] 所述陶瓷管6的一端外壁套置陶瓷纖維密封墊3以及墊片4,將套有陶瓷纖維密封 墊3以及墊片4的陶瓷管6插入所述套筒2內(nèi)使陶瓷管6與所述套筒2對接，同時使所述 陶瓷纖維密封墊3與墊片4置于套筒2內(nèi)壁與陶瓷管6外壁之間以密封；
[0012] 所述陶瓷管6外壁及所述套筒2 -側(cè)套置套筒緊固配件5以對套筒2封裝加固。
[0013] 所述陶瓷纖維密封墊3由硅酸鋁、氧化鋁、氧化鋯或石墨中的一種或多種組成的 纖維制備，該陶瓷纖維密封墊3可以根據(jù)套筒及陶瓷管的形狀進行變化，比如為內(nèi)部設(shè)置 貫通頂面至底面的管孔的圓柱形(見圖3)或圓臺形(見圖4)，所述管孔的內(nèi)徑與套入陶瓷 纖維密封墊3的陶瓷管6的外徑相匹配，該內(nèi)徑可以略小于陶瓷管6的外徑。所述陶瓷纖 維密封墊3的頂面和底面之間的外壁面形成套筒和陶瓷纖維密封墊接觸面100。
[0014] 所述墊片4置于所述陶瓷纖維密封墊3與所述套筒緊固配件5之間，該墊片4由 陶瓷材料或金屬材料制備而成。
[0015] 本發(fā)明的接管組合結(jié)構(gòu)中，為進一步加強防止金屬管1和陶瓷管6連接處泄露，還 可以在陶瓷纖維密封墊3和墊片4之間引入保護氣支撐環(huán)7以及第二陶瓷纖維密封墊3'， 并在套筒2上增加一個氣體入口 8,通入保護氣，使保護氣的壓力略大于金屬管1或陶瓷管 6內(nèi)的壓力，保護氣充滿在保護氣空間9內(nèi)，就可以有效防止金屬管1或陶瓷管6內(nèi)的物質(zhì) 發(fā)生泄露。具體而言：
[0016] 所述陶瓷管6外壁在所述陶瓷纖維密封墊3與所述墊片4之間套置保護氣支撐環(huán) 7,該保護氣支撐環(huán)7內(nèi)設(shè)置至少兩個空腔作為保護氣空間9,保護氣空間9內(nèi)通入保護氣 體，各保護氣空間9之間設(shè)置孔洞10以將各保護氣空間9聯(lián)通；所述保護氣體可以根據(jù)金 屬管1和陶瓷管6內(nèi)具體反應(yīng)體系，在不影響目的產(chǎn)物和不引入雜質(zhì)的原則下進行選擇，t匕 如在烴類水蒸汽熱裂解反應(yīng)中，優(yōu)選水蒸汽。
[0017] 所述保護氣支撐環(huán)7與所述墊片4之間設(shè)置第二陶瓷纖維密封墊3'，可以防止保 護氣或/和金屬管內(nèi)或/和陶瓷管內(nèi)氣體的泄露。
[0018] 所述保護氣支撐環(huán)7由金屬或陶瓷材料制備而成。
[0019] 所述保護氣支撐環(huán)7內(nèi)緊貼所述陶瓷管6外壁和緊貼所述套管2內(nèi)壁分別設(shè)置保 護氣空間9,所述兩個保護氣空間9之間設(shè)置孔洞10以形成所述保護氣支撐環(huán)7內(nèi)陶瓷管 6和套筒2之間相互貫通的氣體空間；
[0020] 沿陶瓷管6軸向方向上所述兩個保護氣空間9的長度大于所述孔洞10的長度，兩 個保護氣空間9以及孔洞10形成軸向截面為工字形的氣體空間。
[0021] 其中一個保護氣空間9上設(shè)置氣體入口 8。
[0022] 所述金屬管1與所述陶瓷管6均為橫截面外廓為圓形或多邊形的中孔管，并且所 述金屬管1與所述陶瓷管6橫截面形狀和尺寸相同。比如，所述金屬管為反應(yīng)管、分流器管、 收集器管及換熱器管等，所述陶瓷管為反應(yīng)管、分流器管、收集器管及換熱器管等。
[0023] 所述套筒2是由能夠耐受反應(yīng)體系溫度的合金所制備的，比如HK40、HP40、3545 等，優(yōu)選所述套筒2與金屬管1的材質(zhì)相同。
[0024] 所述金屬管1和套筒2的連接方法包括現(xiàn)有技術(shù)中的各種金屬與金屬之間的連接 方法，通常通過焊接方式連接，比如釬焊、電弧焊、電阻焊或激光焊等。
[0025] 所述陶瓷管6由陶瓷材料制備而成，所述陶瓷材料選自硅酸鋁、莫來石、氧化鋁、 氧化鋯、碳化硅，優(yōu)選由碳化硅制備而成。
[0026] 本發(fā)明的金屬管和陶瓷管的接管組合結(jié)構(gòu)，其連接方法包括：連接金屬管1和套 筒2并使金屬管1的一端在套筒2內(nèi)，對接陶瓷管6和金屬管1并使陶瓷管6的一端在套 筒2內(nèi)，在陶瓷管6外壁分別套上陶瓷纖維密封墊3、墊片4,然后使用套筒緊固配件5把套 筒2、金屬管1、陶瓷管6、陶瓷纖維密封墊3和墊片4封裝加固在套筒2內(nèi)。
[0027] 本發(fā)明將所述的接管組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用于裂解爐中，尤其是乙烯裂解爐中，由于本發(fā) 明的接管組合結(jié)構(gòu)將金屬管和陶瓷管進行嚴密緊固的連接，可以防止金屬管和陶瓷管常 規(guī)方法焊接處由于熱膨脹系數(shù)差距較大而導(dǎo)致的裂紋產(chǎn)生和氣體泄露，能適應(yīng)高溫工作環(huán) 境，比如具有強烈熱效應(yīng)的水蒸汽裂解、熱裂解、催化脫氫、水蒸汽重整等，上述接管組合結(jié) 構(gòu)尤其能夠在600°C -1200°C吸熱反應(yīng)中應(yīng)用。另外，采用陶瓷材料作為裂解爐管，具有較 高的熱傳導(dǎo)率，可以提高裂解爐裂解溫度，減少停留時間，提高烯烴的收率。同時，陶瓷裂解 爐管具有惰性的內(nèi)表面，可以減少裂解過程中的結(jié)焦，延長裂解爐運轉(zhuǎn)周期。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的實驗室模擬裂解爐上接管組合結(jié)構(gòu)的軸向截面圖。
[0029] 圖2是本發(fā)明的工業(yè)裂解爐上接管組合結(jié)構(gòu)的軸向截面圖，其中箭頭表示保護氣 體的通入路徑。
[0030] 圖3是本發(fā)明的接管組合結(jié)構(gòu)中內(nèi)部設(shè)置貫通頂面至底面的管孔的圓柱形陶瓷 纖維密封墊示意圖。
[0031] 圖4是本發(fā)明的接管組合結(jié)構(gòu)中內(nèi)部設(shè)置貫通頂面至底面的管孔的圓臺形陶瓷 纖維密封墊示意圖。
[0032] 附圖標記說明：
[0033] 1-金屬管、2-套筒、3-陶瓷纖維密封墊、3' -第二陶瓷纖維密封墊、4-墊片、5-套 筒緊固配件、6-陶瓷管、7-保護氣支撐環(huán)、8-保護氣入口、9-保護氣空間、100-套筒和陶瓷 纖維密封墊接觸面

【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合實施例，進一步說明本發(fā)明。
[0035] 實施例1
[0036] 該實施例用于說明在實驗室模擬裂解爐上陶瓷管和金屬管接管組合結(jié)構(gòu)中，一種 陶瓷裂解爐管的裂解性能及工藝參數(shù)，結(jié)果如表2所示，結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0037] 將尺寸為Φ14Χ2Χ900πιπι的氧化鋯裂解爐管放入實驗室規(guī)模的烴類裂解爐內(nèi)， 陶瓷裂解爐管和進入口的金屬接頭采取圖1所示的方式進行連接。具體結(jié)構(gòu)如下：
[0038] 金屬管1與陶瓷管6的接管組合結(jié)構(gòu)，包括金屬管1、陶瓷管6以及套管組件，其特 征在于：
[0039] 所述套管組件包括套筒2、陶瓷纖維密封墊3、墊片4以及套筒緊固配件5 ;
[0040] 所述金屬管1的一端插入所述套筒2 ;
[0041] 所述陶瓷管6的一端外壁套置陶瓷纖維密封墊3以及墊片4,將套有陶瓷纖維密封 墊3以及墊片4的陶瓷管6插入所述套筒2內(nèi)使陶瓷管6與所述套筒2對接，同時使所述 陶瓷纖維密封墊3與墊片4置于套筒2內(nèi)壁與陶瓷管6外壁之間以密封；
[0042] 所述陶瓷管6外壁及所述套筒2 -側(cè)套置套筒緊固配件5以對套筒2封裝加固。
[0043] 所述陶瓷纖維密封墊3由硅酸鋁、氧化鋁、氧化鋯或石墨中的一種或多種組成的 纖維制備，該陶瓷纖維密封墊3可以根據(jù)套筒及陶瓷管的形狀進行變化，比如為內(nèi)部設(shè)置 貫通頂面至底面的管孔的圓臺形(見圖4)，所述管孔的內(nèi)徑與套入陶瓷纖維密封墊3的陶 瓷管6的外徑相匹配，該內(nèi)徑可以略小于陶瓷管6的外徑。所述陶瓷纖維密封墊3的頂面 和底面之間的外壁面形成套筒和陶瓷纖維密封墊接觸面100。
[0044] 所述墊片4置于所述陶瓷纖維密封墊3與所述套筒緊固配件5之間，該墊片4由 陶瓷材料或金屬材料制備而成。
[0045] 所述金屬管1與所述陶瓷管6均為橫截面外廓為圓形或多邊形的中孔管，并且所 述金屬管1與所述陶瓷管6橫截面形狀和尺寸相同。所述金屬管可以為反應(yīng)管、分流器管、 收集器管及換熱器管等。所述陶瓷管可以為反應(yīng)管、分流器管、收集器管及換熱器管等。所 述陶瓷管6由陶瓷材料制備而成，所述陶瓷材料為氧化鋯。
[0046] 所述套筒是由耐高溫的合金所制備，比如HK40、HP40、3545等，優(yōu)選和金屬管1同 樣材質(zhì)的合金，本實施例中選擇和金屬管1同樣材質(zhì)的HK40。
[0047] 所述金屬管1和套筒2的連接方法包括現(xiàn)有技術(shù)中的各種金屬與金屬之間的連接 方法，通常通過焊接方式連接，比如釬焊、電弧焊、電阻焊或激光焊等。
[0048] 對上述接管組合結(jié)構(gòu)進行如下實驗：
[0049] 用活塞泵將去離子水以一定的流速輸入汽化器，將裂解爐加熱至裂解溫度，同時 加熱汽化器至600°C。當(dāng)裂解爐溫度穩(wěn)定后，用活塞泵將物理性質(zhì)如表1所示的石腦油以一 定的流速通入預(yù)熱器中，在600°C下預(yù)熱混合后，進入裂解爐管中，在裂解溫度下裂解2小 時，通過濕式流量計測量裂解氣的體積，同時在緩沖瓶處取裂解氣樣，用氣相色譜分析各組 分的體積百分含量，計算出裂解產(chǎn)品的收率。其中，控制整個電加熱爐裂解爐管的裂解溫度 為850°C (電加熱爐裂解爐管的裂解溫度基本一致，都是850°C左右；而工業(yè)裂解爐上裂解 爐管內(nèi)流體的溫度從進口到出口逐漸升高，一般取出口溫度COT)，去離子水125g/h，石腦 油250g/h，停留時間約0. 2s，水油比0. 5。
[0050] 裂解完后，向所述裂解爐管通入氮氣和氧氣，控制氮氣的流量為lL/min、氧氣的流 量為0. 2L/min，在850°C下燒焦，燒焦過程中產(chǎn)生的CO和CO2的濃度通過紅外儀在線測量， 燒焦過程中產(chǎn)生的氣體的體積通過濕式流量計在線紀錄，最終計算出焦炭氣體的含碳量即 為裂解過程的結(jié)焦量。
[0051] 實施例2
[0052] 該實施例用于說明在實驗室模擬裂解爐上陶瓷管和金屬管接管組合結(jié)構(gòu)中，另一 種陶瓷裂解爐管的裂解性能及工藝參數(shù)，結(jié)果如表2所示。
[0053] 將尺寸為Φ14Χ2Χ450πιπι的氧化鋁裂解爐管放入實驗室規(guī)模的烴類裂解爐內(nèi)， 所述裂解爐管為雙程直管，雙程管總長900mm，陶瓷裂解爐管和進入口的金屬接頭采取圖1 所示的方式進行連接。具體結(jié)構(gòu)與實施例1相同，除了陶瓷管6為氧化鋁材料雙程直管。
[0054] 用活塞泵將去離子水以一定的流速輸入汽化器，將裂解爐加熱至裂解溫度，同時 加熱汽化器至600°C。當(dāng)裂解爐溫度穩(wěn)定后，分別用活塞泵和氣體質(zhì)量流量計將物理性質(zhì)如 表1所示的石腦油和乙烷以一定的流速通入預(yù)熱器，在600°C下預(yù)熱混合后，進入裂解爐管 中，在裂解溫度下裂解2小時，通過濕式流量計測量裂解氣的體積，同時在緩沖瓶處取裂解 氣樣，用氣相色譜分析各組分的體積百分含量，計算出裂解產(chǎn)品的收率。其中，裂解原料為 乙烷和石腦油，石腦油250g/h，乙烷250g/h，去離子水250g/h，電加熱爐裂解爐管的裂解溫 度870°C，停留時間約0. ls，水油比0. 5。
[0055] 裂解完后，向所述裂解爐管通入氮氣和氧氣，控制氮氣的流量為lL/min、氧氣的流 量為0. 2L/min，在850°C下燒焦，燒焦過程中產(chǎn)生的CO和CO2的濃度通過紅外儀在線測量， 燒焦過程中產(chǎn)生的氣體的體積通過濕式流量計在線紀錄，最終計算出焦炭氣體的含碳量即 為裂解過程的結(jié)焦量。
[0056] 實施例3
[0057] 該實施例用于說明工業(yè)裂解爐上陶瓷管和金屬管接管組合結(jié)構(gòu)中，陶瓷裂解爐管 的裂解性能及運轉(zhuǎn)情況，結(jié)果如表2所示。
[0058] 取長度為4m，內(nèi)徑為28mm的帶有扭曲片內(nèi)部構(gòu)件直形碳化硅管作為2萬噸乙烯 /年裂解爐的輻射段，陶瓷裂解爐管和進入口的金屬接頭采取圖2 (-般實驗室規(guī)模壓力較 小，圖1的連接方式即可滿足要求，圖2的連接方式由于有保護氣體的存在，可以更有效的 防止氣體泄露，所以圖1和圖2是針對原料規(guī)模而設(shè)置的)所示的方式進行連接。具體結(jié)構(gòu) 如下：
[0059] 陶瓷管6與金屬管1的一種接管組合結(jié)構(gòu)，通常用于工業(yè)裂解爐上，其包括金屬管 1、陶瓷管6以及套管組件，其特征在于 ：
[0060] 所述套管組件包括套筒2、陶瓷纖維密封墊3、墊片4以及套筒緊固配件5 ;
[0061] 所述金屬管1的一端插入所述套筒2 ;
[0062] 所述陶瓷管6的一端外壁套置陶瓷纖維密封墊3以及墊片4,將套有陶瓷纖維密封 墊3以及墊片4的陶瓷管6插入所述套筒2內(nèi)使陶瓷管6與所述套筒2對接，同時使所述 陶瓷纖維密封墊3與墊片4置于套筒2內(nèi)壁與陶瓷管6外壁之間以密封；
[0063] 所述陶瓷管6外壁及所述套筒2 -側(cè)套置套筒緊固配件5以對套筒2封裝加固。
[0064] 所述陶瓷纖維密封墊3由硅酸鋁、氧化鋁、氧化鋯或石墨中的一種或多種組成的 纖維制備，該陶瓷纖維密封墊3可以根據(jù)套筒及陶瓷管的形狀進行變化，比如為內(nèi)部設(shè)置 貫通頂面至底面的管孔的圓臺形(見圖4)，所述管孔的內(nèi)徑與套入陶瓷纖維密封墊3的陶 瓷管6的外徑相匹配，該內(nèi)徑可以略小于陶瓷管6的外徑。所述陶瓷纖維密封墊3的頂面 和底面之間的外壁面形成套筒和陶瓷纖維密封墊接觸面100。
[0065] 所述墊片4置于所述陶瓷纖維密封墊3與所述套筒緊固配件5之間，該墊片4由 陶瓷材料或金屬材料制備而成。
[0066] 為進一步加強防止金屬管1和陶瓷管6連接處泄露，還可以在陶瓷纖維密封墊3 和墊片4之間引入保護氣支撐環(huán)7以及第二陶瓷纖維密封墊3'，并在套筒2上增加一個氣 體入口 8,通入保護氣，使保護氣的壓力略大于金屬管1或陶瓷管6內(nèi)的壓力，保護氣充滿在 保護氣空間9內(nèi)，就可以有效防止金屬管1或陶瓷管6內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生泄露。具體而言：
[0067] 所述陶瓷管6外壁在所述陶瓷纖維密封墊3與所述墊片4之間套置保護氣支撐環(huán) 7,該保護氣支撐環(huán)7內(nèi)設(shè)置至少兩個空腔作為保護氣空間9,保護氣空間9內(nèi)通入保護氣 體，各保護氣空間9之間設(shè)置孔洞10以將各保護氣空間9聯(lián)通；所述保護氣體可以根據(jù)金 屬管1和陶瓷管6內(nèi)具體反應(yīng)體系，在不影響目的產(chǎn)物和不引入雜質(zhì)的原則下進行選擇，t匕 如在烴類水蒸汽熱裂解反應(yīng)中，優(yōu)選水蒸汽。
[0068] 所述保護氣支撐環(huán)7與所述墊片4之間設(shè)置第二陶瓷纖維密封墊3'，可以防止保 護氣或/和金屬管內(nèi)或/和陶瓷管內(nèi)氣體的泄露。
[0069] 所述保護氣支撐環(huán)7由金屬或陶瓷材料制備而成。
[0070] 所述保護氣支撐環(huán)7內(nèi)緊貼所述陶瓷管6外壁和緊貼所述套管2內(nèi)壁分別設(shè)置保 護氣空間9,所述兩個保護氣空間9之間設(shè)置孔洞10以形成所述保護氣支撐環(huán)7內(nèi)陶瓷管 6和套筒2之間相互貫通的氣體空間；
[0071] 沿陶瓷管6軸向方向上所述兩個保護氣空間9的長度大于所述孔洞10的長度，兩 個保護氣空間9以及孔洞10形成軸向截面為工字形的氣體空間。
[0072] 其中一個保護氣空間9上設(shè)置氣體入口 8。
[0073] 所述金屬管1與所述陶瓷管6均為橫截面外廓為圓形或多邊形的中孔管，并且所 述金屬管1與所述陶瓷管6橫截面形狀和尺寸相同。比如，所述金屬管為反應(yīng)管、分流器管、 收集器管及換熱器管等，所述陶瓷管為反應(yīng)管、分流器管、收集器管及換熱器管等。
[0074] 所述套筒2是由耐高溫的合金所制備，比如HK40、HP40、3545等，優(yōu)選和金屬管1 同樣材質(zhì)的合金，本實施例中選用金屬管1和套筒2都選用3545。
[0075] 所述金屬管1和套筒2的連接方法包括現(xiàn)有技術(shù)中的各種金屬與金屬之間的連接 方法，通常通過焊接方式連接，比如釬焊、電弧焊、電阻焊或激光焊等。
[0076] 所述陶瓷管6由陶瓷材料制備而成，所述陶瓷材料為碳化硅。
[0077] 在本實施例的工業(yè)裂解爐上陶瓷管和金屬管接管組合結(jié)構(gòu)中：
[0078] 裂解管數(shù)為140根，停留時間約0. 064s，橫跨段溫度625°C，工業(yè)裂解爐上裂解爐 管出口溫度C0T950°C，裂解原料為乙烷，水油比0. 5,裂解原料為6t/h乙烷。運行初期，裂 解管的外壁最高溫度為1060°C，運行10天后爐管外壁最高溫度為1145°C，運行20天后爐 管外壁最高溫度為1180°C，運行30天后爐管外壁最高溫度為1225°C，這遠遠低于碳化硅的 極限使用溫度1600°C。裂解爐需要停爐的條件為：爐管外壁溫度達到最高使用溫度及裂解 爐管出口壓力COP達到約0. 17MPa。運行過程中只要不超過極限使用溫度和裂解爐管最大 允許出口壓力就可以繼續(xù)運行，碳化硅陶瓷爐管的使用極限溫度為1600°C，該爐子的運轉(zhuǎn) 周期還可以更長。
[0079] 對比例1
[0080] 該對比例用于說明在實驗室模擬裂解爐上不銹鋼管和金屬管接管組合結(jié)構(gòu)中（本 對比例使用普通的螺母和墊片進行連接)，不銹鋼裂解爐管的裂解性能及工藝參數(shù)，結(jié)果如 表2所示。
[0081] 將尺寸為Φ 14 X 2 X 900mm的HK40裂解爐管放入實驗室規(guī)模的烴類裂解爐內(nèi)。用 活塞泵將去離子水以一定的流速輸入汽化器，將裂解爐加熱至裂解溫度，同時加熱汽化器 至600°C。當(dāng)裂解爐溫度穩(wěn)定后，用活塞泵將物理性質(zhì)如表1所示的石腦油以一定的流速 通入預(yù)熱器中，在600°C下預(yù)熱混合后，進入裂解爐管中，在裂解溫度下裂解2小時，通過濕 式流量計測量裂解氣的體積，同時在緩沖瓶處取裂解氣樣，用氣相色譜分析各組分的體積 百分含量，計算出裂解產(chǎn)品的收率。其中，電加熱爐裂解爐管的裂解溫度850°C，去離子水 50g/h，石腦油100g/h，停留時間約0· 5s，水油比0· 5。
[0082] 裂解完后，向所述裂解爐管通入氮氣和氧氣，控制氮氣的流量為lL/min、氧氣的流 量為0. 2L/min，在850°C下燒焦，燒焦過程中產(chǎn)生的CO和CO2的濃度通過紅外儀在線測量， 燒焦過程中產(chǎn)生的氣體的體積通過濕式流量計在線紀錄，最終計算出焦炭氣體的含碳量即 為裂解過程的結(jié)焦量。
[0083] 對比例2
[0084] 該對比例用于說明現(xiàn)有工業(yè)裝置上不銹鋼管和金屬管接管組合結(jié)構(gòu)中（現(xiàn)有工業(yè) 裝置上金屬爐管和金屬結(jié)構(gòu)連接是使用常規(guī)的焊接方法)，不銹鋼裂解爐管的裂解性能及 運轉(zhuǎn)情況，結(jié)果如表2所示。
[0085] 取長度為10. 5m，內(nèi)徑為32mm的直形25-35不銹鋼合金作為2萬噸乙烯/年裂解 爐的輻射段。裂解管數(shù)為72根，停留時間約0. ls，橫跨段溫度625°C，工業(yè)裂解爐上裂解爐 管出口溫度C0T870°C，裂解原料為6t/h乙烷，水油比0. 6。運行初期，裂解管的外壁最高溫 度為980°C，運行15天后爐管外壁最高溫度為1050°C，需停爐燒焦。
[0086] 通過實施例1-3和對比例1-2可以看出，本發(fā)明所使用的陶瓷管和金屬管接管組 合結(jié)構(gòu)，能夠經(jīng)受實際裂解工況的考驗。另外，采用陶瓷材料作為裂解爐管，具有較高的熱 傳導(dǎo)率，可以提高裂解爐裂解溫度，減少停留時間，提高烯烴的收率。同時，陶瓷裂解爐管具 有惰性的內(nèi)表面，可以減少裂解過程中的結(jié)焦，延長裂解爐運轉(zhuǎn)周期。
[0087] 表 1
[0088]

【權(quán)利要求】
1. 一種接管組合結(jié)構(gòu)，其包括金屬管（1)、陶瓷管（6)以及套管組件，其特征在于： 所述套管組件包括套筒（2)、陶瓷纖維密封墊（3)、墊片（4)以及套筒緊固配件（5); 所述金屬管（1)的一端插入所述套筒（2); 所述陶瓷管（6)的一端外壁套置陶瓷纖維密封墊（3)以及墊片（4)，將套有陶瓷纖維密 封墊（3)以及墊片（4)的陶瓷管（6)插入所述套筒（2)內(nèi)使陶瓷管（6)與所述套筒（2)對 接，同時使所述陶瓷纖維密封墊（3)與墊片（4)置于套筒（2)內(nèi)壁與陶瓷管（6)外壁之間以 密封； 所述陶瓷管（6)外壁及所述套筒（2) -側(cè)套置套筒緊固配件（5)以對套筒（2)封裝加 固。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述陶瓷纖維密封墊（3)由硅酸鋁、氧化鋁、氧化鋯或石墨中的一種或多種組成的纖維 制備，該陶瓷纖維密封墊（3)為內(nèi)部設(shè)置貫通頂面至底面的管孔的圓柱形或圓臺形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述墊片（4)置于所述陶瓷纖維密封墊（3)與所述套筒緊固配件（5)之間，該墊片（4) 由陶瓷材料或金屬材料制備而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述陶瓷管（6)外壁在所述陶瓷纖維密封墊（3)與所述墊片（4)之間套置保護氣支撐 環(huán)（7)，該保護氣支撐環(huán)（7)內(nèi)設(shè)置至少兩個空腔作為保護氣空間（9)，保護氣空間（9)內(nèi)通 入保護氣體，各保護氣空間（9)之間設(shè)置孔洞（10)以將各保護氣空間（9)聯(lián)通； 所述保護氣支撐環(huán)（7)與所述墊片（4)之間設(shè)置第二陶瓷纖維密封墊（3'）； 所述保護氣支撐環(huán)（7)由金屬或陶瓷材料制備而成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述保護氣支撐環(huán)（7)內(nèi)緊貼所述陶瓷管（6)外壁和緊貼所述套管（2)內(nèi)壁分別設(shè)置 保護氣空間（9)，所述兩個保護氣空間（9)之間設(shè)置孔洞（10)以形成所述保護氣支撐環(huán)（7) 內(nèi)陶瓷管（6)和套筒（2)之間相互貫通的氣體空間； 沿陶瓷管（6)軸向方向上所述兩個保護氣空間（9)的長度大于所述孔洞（10)的長度， 兩個保護氣空間（9)以及孔洞（10)形成軸向截面為工字形的氣體空間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 其中一個保護氣空間（9 )上設(shè)置氣體入口（ 8 )。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述金屬管（1)與所述陶瓷管（6)均為橫截面外廓為圓形或多邊形的中孔管，并且所 述金屬管（1)與所述陶瓷管（6)橫截面形狀和尺寸相同。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述套筒（2)與金屬管（1)的材質(zhì)相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述套筒（2)的材質(zhì)選自HK40、HP40、3545。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、7、8任一項所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述金屬管（1)和套筒（2)通過釬焊、電弧焊、電阻焊或激光焊的焊接方式連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述陶瓷管（6)由陶瓷材料制備而成，所述陶瓷材料選自硅酸鋁、莫來石、氧化鋁、氧化 鋯、碳化硅。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種接管組合結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述陶瓷管（6)由碳化硅制備而成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1?12所述的接管組合結(jié)構(gòu)在裂解爐中的應(yīng)用。
【文檔編號】F16L21/00GK104455820SQ201310418267
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】王國清, 郟景省, 王紅霞, 王申祥, 周叢, 黃政仁, 劉學(xué)建, 閆永杰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院