專利名稱：壓力容器測試的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及微通道壓力容器。特別地，本發(fā)明涉及最大允許工作壓力確定和 在較高的溫度下操作的被擴(kuò)散粘結(jié)的微通道熱交換器和微通道熱交換器/反應(yīng)器組合的 壓力容器認(rèn)證。
背景技術(shù)：
壓力容器認(rèn)證組織例如美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(ASME)建立了對(duì)鍋爐和壓力容器的 設(shè)計(jì)、制造和檢查進(jìn)行安全管理的制度。其他壓力容器認(rèn)證組織包括通過其壓力設(shè)備指令 (PED)的歐盟委員會(huì)、負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)形成日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)的標(biāo)準(zhǔn)化過程的日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委 員會(huì)，然后該日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由日本標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)出版，以及正推行IS016528的國際標(biāo)準(zhǔn)化組 織(ISO)。例如，ASME出版的《國際鍋爐和壓力容器代碼》為認(rèn)證符合該《代碼》的產(chǎn)品提 供應(yīng)當(dāng)遵守的授權(quán)程序。授權(quán)包包括使用例如ASME代碼符號(hào)印記，例如所謂的用于壓力容 器的“U”印記。為了滿足該《代碼》的要求，可以在已建立的公式或確定最大允許工作壓力 (MAWP)的流體靜力學(xué)測試的基礎(chǔ)上計(jì)算容器的強(qiáng)度。在MAWP的確定中必須考慮許多因素，例如，結(jié)構(gòu)體基底材料(例如，10xx碳鋼、型 號(hào)為316L的不銹鋼及其他鋼、鎳合金617及其他鎳合金、鋁、鈦、鉬、銠、銅、鉻、黃銅、前述材 料的合金、聚合物；例如熱固性樹脂、陶瓷、玻璃、聚合物/纖維玻璃合成物、石英、硅或它們 的組合)、制備結(jié)構(gòu)體部件的方法(例如沖壓、光化學(xué)蝕刻或加工、電火花加工、激光切割、 鉆削和磨削)、連接方法(例如焊接、銅焊接、擴(kuò)散粘結(jié)、軟焊接和膠粘)、容器的設(shè)計(jì)和各種 橫截面、不僅在正常的操作條件下而且在啟動(dòng)和停工的過程中容器所承受的壓力和溫度狀 況，以及是否存在仿人造物(spurious artifacts)。然而當(dāng)采用已有的方法不能很好地確定所述MAWP時(shí)，尤其是當(dāng)采用非傳統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)體材料時(shí)，當(dāng)期望較高的溫度時(shí)，特別是當(dāng)那些較高的溫度可能會(huì)產(chǎn)生顯著的蠕變時(shí)，當(dāng) 使用非傳統(tǒng)的制造或連接方法時(shí)，以及，更特別地，當(dāng)出現(xiàn)仿人造物時(shí)，必須采用其他的方 法。因此當(dāng)采用較高的溫度時(shí)需要有一種方法以確定MAWP并且滿足認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，特別是當(dāng)蠕 變可能會(huì)顯著時(shí)、當(dāng)使用非傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體材料、非傳統(tǒng)的部件制造和連接方法時(shí)、當(dāng)與制造 相關(guān)的人造物出現(xiàn)時(shí)、或它們的組合。

發(fā)明內(nèi)容
示例性的實(shí)施例的目的是為了提供一種確定壓力裝置的最大允許工作壓力 (MAWP)的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種使壓力容器滿足認(rèn)證要求的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種使通過非傳統(tǒng)的制造方法制造的
6壓力容器滿足認(rèn)證要求的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種確定包含多個(gè)通過沖壓形成的翅 片的微通道裝置的MAWP的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種用于使通過非傳統(tǒng)的連接方法連 接的壓力容器滿足認(rèn)證要求的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種確定通過擴(kuò)散粘結(jié)連接的微通道 裝置的MAWP的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種確定微通道裝置的MAWP的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種確定包含多個(gè)翅片的微通道裝置 的MAWP的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種確定微通道裝置在等于或高于蠕 變閾限溫度下操作時(shí)的MAWP的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種確定微通道裝置的MAWP的方法， 其中被連接材料在室溫下的特性不優(yōu)于并且不等于所述基底材料在所述室溫下的所述特 性。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種確定微通道裝置的MAWP的方法， 其中被連接材料在設(shè)計(jì)溫度下的特性不優(yōu)于并且不等于的所述基底材料在所述設(shè)計(jì)溫度 下的所述特性。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種確定包含仿人造物的微通道裝置 的MAWP的方法，所述仿人造物對(duì)MAWP的作用是不可計(jì)算的。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種對(duì)裝置進(jìn)行爆裂測試的方法。示例性的實(shí)施例的另一個(gè)目的是為了提供一種通過分別將溫度和壓力從第一狀 態(tài)增加至第二狀態(tài)對(duì)裝置進(jìn)行爆裂測試的方法，其中所述第二狀態(tài)包含大于或等于基底材 料的蠕變閾限溫度的溫度。示例性的實(shí)施例的進(jìn)一步的目的在本發(fā)明的以下說明書和權(quán)利要求書中將更加明顯。已經(jīng)公開了一種用于確定微通道壓力容器、尤其是由被沖壓的inconel (紐約州 新哈特福德的特種金屬公司)合金617翅片通過擴(kuò)散粘結(jié)制成的微通道壓力容器的最大允 許工作壓力(MAWP)的方法，已有的算法或認(rèn)證程序可能是不適用的。另外，當(dāng)操作溫度偏 高時(shí)，例如，諸如在等于或高于該材料的絕對(duì)熔點(diǎn)的一半的溫度下蠕變變顯著時(shí)，或者當(dāng)完 成的容器中可能存在與制造相關(guān)的人造物時(shí)，特殊的考慮可能是必需的。若結(jié)構(gòu)體本身的基底材料特性和算法不是公知的，考慮到不同的操作條件，包括 啟動(dòng)、正常操作以及既有正常停工又有緊急停工，則可以先單獨(dú)測試該基底材料。盡管可以 對(duì)所述結(jié)構(gòu)體基底材料進(jìn)行測試，但實(shí)際上容器本身是采用不同的方法構(gòu)造或連接在一起 的。鑒于這種情況，選擇的連接方法被介紹在已出版的代碼材料中。因此，若所述基底材料 的特性是公知或已有的，并且所述連接方法是被指定和被批準(zhǔn)的，則可能采用已出版的算 法以滿足可適用的認(rèn)證要求。在大多數(shù)情況下，所述基底材料特性實(shí)際上是公知的。然而，即便是如此，當(dāng)所述 被連接材料的特性被公知時(shí)，被指定和被批準(zhǔn)的認(rèn)證程序可能是不適用的。在這種情況下，可能采用傳統(tǒng)的測試方法能夠獲得被連接材料的特性例如拉伸強(qiáng)度、硬度、蠕變、疲勞壽命 和疲勞強(qiáng)度。這種測試通常涉及制備將接受適當(dāng)測試的樣品。對(duì)于復(fù)雜的壓力容器例如由 諸如合金167通過非傳統(tǒng)的連接方法例如擴(kuò)散粘結(jié)制造的微通道裝置，即使是所得到的被 連接材料的特性也可能并不代表最終完成的裝置，這歸因于(至少是部分歸因于)超出所 述蠕變閾限溫度的操作溫度和整個(gè)制造工藝中的固有的人造物。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，必須 設(shè)計(jì)并執(zhí)行復(fù)雜但具代表性的爆裂測試。在本發(fā)明中，這種測試包括溫度、壓力、增加速率 和時(shí)間的變化。然而，若目標(biāo)溫度(temperatures of interest)高于所述蠕變閾限溫度并且所述 被連接材料在低溫(低于顯著蠕變的范圍)或高溫(高于顯著蠕變的范圍)下的特性劣于 常用的基底材料的那些特性，則指定的認(rèn)證算法和指定的爆裂測試程序可能都不是令人滿 意的?？赡芤筇厥獾谋褱y試程序以獲得認(rèn)證批準(zhǔn)。由容器元件(例如微通道裝置的翅片或薄板)的制造引起或者由容器元件的連 接(例如擴(kuò)散粘結(jié)翅片以形成微通道裝置)引起的人造物的存在或不存在也可能影響所述 MAWP和所述認(rèn)證程序。例如，這種人造物的存在可能要求頒布爆裂測試認(rèn)證程序，而不是使 用指定的認(rèn)證算法。如果所述制成的材料的特性比不上所述基底材料的那些特性、并且所述連接方法 不被包括在已出版的認(rèn)證方法中，或者，所述測試過的被連接材料的特性被認(rèn)為不具代表 性，則可能要求進(jìn)行進(jìn)一步的測試，包括例如對(duì)具代表性的裝置進(jìn)行真實(shí)的爆裂測試。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，提供了一種用于確定包括含有基底材料的多個(gè)翅片并 且所述翅片通過至少一種微通道制造工藝連接的微通道裝置的MAWP的方法。在一個(gè)示例 性實(shí)施例中，對(duì)所述裝置的操作溫度0 。大于或等于基底材料閾限溫度(T_g)的情況或 真或假進(jìn)行確定。若所述裝置的操作溫度大于或等于T_g的情況是真的，則對(duì)被連接材料 的樣品在低溫下的至少第一材料特性優(yōu)于或等于基底材料的樣品在所述低溫下的所述至 少第一材料特性的情況或真或假進(jìn)行確定。若所述被連接材料的樣品在低溫下的至少第一 材料特性優(yōu)于或等于基底材料的樣品在所述低溫下的所述至少第一材料特性的情況是假 的，則進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂測試。若所述被連接材料的 樣品在低溫下的至少第一材料特性優(yōu)于或等于基底材料的樣品在所述低溫下的所述至少 第一材料特性的情況是真的，則對(duì)被連接材料的樣品在設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性優(yōu) 于或等于基底材料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的所述至少第一材料特性的情況或真或假進(jìn) 行確定。若所述被連接材料的樣品在設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性優(yōu)于或等于基底材料 的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的所述至少第一材料特性的情況是假的，則進(jìn)行至少一種具代表 性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂測試。若所述被連接材料的樣品在設(shè)計(jì)溫度下的至少第 一材料特性優(yōu)于或等于基底材料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的所述至少第一材料特性的情 況是真的，則對(duì)至少一種仿人造物的存在的情況或真或假進(jìn)行確定。若所述至少一種仿人 造物的存在的情況是真的，則對(duì)至少一種仿人造物在所述設(shè)計(jì)溫度下對(duì)MAWP的至少一種 作用是可計(jì)算的的情況或真或假進(jìn)行確定。若所述至少一種仿人造物在所述設(shè)計(jì)溫度下對(duì) MAWP的至少一種作用是可計(jì)算的的情況是假的，則進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置 的至少一種爆裂測試。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括確定所述裝置的操作溫度。
在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將所述裝置的操作溫度選為以 下溫度中的一種正常操作溫度、由隨機(jī)的操作紊亂引起的最大溫度、由操作變化引起的最 大溫度、最大啟動(dòng)溫度和最大停工溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，其中所述裝置包括蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化爐，所述方法進(jìn)一 步包括在約800°C和約1200°C之間選擇所述裝置的操作溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括在約800°C和約950°C之間選 擇所述裝置的操作溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述基底材料為包含至少35%的鎳的鎳合金。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述鎳合金包含至少60%的鎳。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述基底材料為合金617。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括確定T_g。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將T_g選為0. 5*TMP，其中Tmp = 所述基底材料的絕對(duì)熔點(diǎn)。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將T_g計(jì)算為在約530°C和約 552°C之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將T_g選為0. 3*TMP，其中Tmp = 所述基底材料的絕對(duì)熔點(diǎn)。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，其中所述基底材料為合金617，所述方法進(jìn)一步包括 將計(jì)算為在約209°C和約220°C之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將1~_6選為基底材料蠕變占主 導(dǎo)地位時(shí)的溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將1~_6選為基底材料蠕變極限 應(yīng)力小于基底材料拉伸極限時(shí)的溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述基底材料蠕變極限應(yīng)力是在約100，000個(gè)小時(shí) 結(jié)束時(shí)引起斷裂的最小應(yīng)力的80 %。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述基底材料蠕變速率極限應(yīng)力為引起每1，000個(gè) 小時(shí)蠕變0.01%的蠕變速率的平均應(yīng)力的100%。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述基底材料極限拉伸大約是拉伸強(qiáng)度除以3. 5。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，其中所述基底材料為合金617，所述方法進(jìn)一步包括 將T_選為在約625°C和約710°C之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將1~_6選為基底材料蠕變極限 應(yīng)力小于基底材料屈服極限時(shí)的溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述基底材料的屈服極限約為屈服應(yīng)力的三分之
二o在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將所述至少第一材料特性選自 由最終拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、屈服拉伸強(qiáng)度、失效時(shí)的延伸百分率或它們的組合組成的組。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將所述低溫選為小于1~_6并且 約等于室溫。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將所述設(shè)計(jì)溫度選為大于或等于所述裝置的操作溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將所述設(shè)計(jì)溫度選為以。C表示 的操作溫度加上約小于50°C。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述裝置為微通道反應(yīng)器并且所述至少一種具代表 性的爆裂測試裝置代表所述裝置，涉及以下方面通道尺寸，包括但不限于高度、寬度、長度 或它們的組合；考慮到但不限于方法、時(shí)間、溫度、壓力或它們的組合時(shí)的制造方法，包括但 不限于沖壓、粘結(jié)，粘結(jié)包括但不限于擴(kuò)散粘結(jié)；表面處理，包括但不限于拋光、鈍化、蝕刻、 清洗、涂覆、平滑、平整、起波紋或它們的組合；壁面厚度；基底材料包括但不限于合金617 ； 肋片(rib)尺寸；熱處理循環(huán)；制造過程中的供熱循環(huán)；翅片厚度；對(duì)稱性；尺寸比例；或它 們的組合。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括確定沖壓倒角(rollover)是 否存在、碳化物沉淀、翅片肋片的未對(duì)齊或偏移、通道壁面的彎度、顆粒尺寸增長或它們的組合。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將沖壓倒角、碳化物沉淀、翅片 肋片的未對(duì)齊或偏移、翅片厚度、通道壁面的彎度或顆粒尺寸增長的尺寸與翅片尺寸進(jìn)行 對(duì)比。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括確定相對(duì)于翅片厚度的顆粒尺 寸增長的存在。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，提供了一種用于爆裂測試具代表性的裝置的方法。 在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，以基本恒定的速率將所述裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀態(tài) 溫度，所述第二狀態(tài)溫度大于或等于基底材料閾限溫度并且允許所述裝置達(dá)到熱平衡。然 后使所述裝置維持在第二狀態(tài)溫度下，同時(shí)以基本恒定的速率從第一狀態(tài)壓力加壓至第二 狀態(tài)壓力。最終使所述裝置在基本第二狀態(tài)溫度和基本第二狀態(tài)壓力下維持一段固定的時(shí) 間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括用預(yù)熱過的氣體給所述裝置加壓。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法包括約大于設(shè)計(jì)溫度的第二狀態(tài)溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法包括約大于閾限溫度的第二狀態(tài)壓力。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述第二狀態(tài)溫度約大于30巴。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，選擇所述恒定的加熱速率以避免產(chǎn)生顯著的蠕變。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述恒定的加熱速率在約每分鐘1°C和約每分鐘 10°C之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述第二狀態(tài)溫度約大于900°C。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述恒定的加壓速率在約每分鐘1巴和約每分鐘10 巴之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，提供了一種用于對(duì)具代表性的裝置進(jìn)行爆裂測試的 方法。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，以基本恒定的速率將所述裝置從第一狀態(tài)壓力加壓至第 二狀態(tài)壓力并且維持一段固定的時(shí)間。然后使所述裝置維持在所述第二狀態(tài)壓力下，同時(shí) 以恒定的速率從第一狀態(tài)溫度加熱至失效。
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在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述第二狀態(tài)壓力約大于30巴。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述恒定的加壓速率為在約每分鐘1巴和約每分鐘 10巴之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述恒定的加熱速率為在每分鐘約1°C和約每分鐘 10°C之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，提供了一種用于爆裂測試具代表性的裝置的方法。 在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，以恒定的速率將所述裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀態(tài)溫度 并且允許所述裝置達(dá)到熱平衡。然后使所述裝置維持在第二狀態(tài)溫度下，同時(shí)以基本恒定 的速率從第一狀態(tài)壓力加壓至過壓。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法包括約設(shè)計(jì)溫度的第二狀態(tài)溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法包括約大于閾限溫度的設(shè)計(jì)溫度。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述恒定的加熱速率在約每分鐘1°C和約每分鐘 10°C之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述第二狀態(tài)溫度約大于900°C。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述恒定的加壓速率在約每分鐘1巴和約每分鐘10 巴之間。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將所述具代表性的爆裂測試裝 置加壓至失效。在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，提供了一種用于確定在大于或等于基底材料閾限溫 度(T_g)的溫度下操作的微通道裝置的MAWP的方法。在該示例性的實(shí)施例中，所述微通 道裝置包括多個(gè)翅片，所述翅片包括基底材料并且所述翅片通過至少一種微通道制造工藝 連接。所述方法包括確定被連接材料的樣品在低溫下的至少第一材料特性優(yōu)于或等于基底 材料的樣品在所述低溫下的所述至少第一材料特性的第一情況或真或假；當(dāng)所述第一情況 是假的時(shí)，進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂測試，所述爆裂測試包 括分別將所述至少一種爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二 狀態(tài)包含大于或等于所述基底材料閾限溫度的溫度；當(dāng)所述第一情況是真的時(shí)，確定所述 被連接材料的樣品在設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性優(yōu)于或等于基底材料的樣品在所述 設(shè)計(jì)溫度下的所述至少第一材料特性的第二情況或真或假；當(dāng)所述第二情況是假的時(shí)，進(jìn) 行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂測試，所述爆裂測試包括分別將所述 至少一種爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于 或等于所述基底材料閾限溫度的溫度；當(dāng)所述第二情況時(shí)，確定至少一種仿人造物是否存 在的第三情況或真或假；當(dāng)所述第三情況時(shí)，確定在所述設(shè)計(jì)溫度下所述至少一種仿人造 物對(duì)MAWP的至少一種作用是可計(jì)算的第四情況或真或假；并且當(dāng)所述第四情況是假的時(shí)， 進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂測試，所述爆裂測試包括分別將所 述至少一種爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大 于或等于所述基底材料閾限溫度的溫度。


圖1是示例性的微通道裝置的分解的軸測投影立體視圖。
圖2是圖1中示出的所述示例性的微通道裝置的軸測投影立體視圖。圖3a是所述示例性的微通道裝置沿圖2中的3_3線的橫截面的軸測投影立體視 圖。圖3b是所述圖3a的橫截面的主視圖。圖4a是所述示例性的微通道裝置沿圖2中的4-4線的橫截面的軸測投影立體視 圖。圖4b是所述圖4a的切掉一部分的橫截面的主視圖。圖5a是所述示例性的微通道裝置沿圖2中的5_5線的橫截面的軸測投影立體視 圖。圖5b是所述圖5a的切掉一部分的橫截面的主視圖。圖6是基底材料測試樣品的示意圖。圖7是制成的材料測試樣品的示意圖。圖8是如圖7中的所述制成的材料測試樣品的由8指示的部分的橫截面的放大圖 并且示出了顆粒人造物。圖9是示例性的微通道裝置的一部分的橫截面的放大圖并且示出了肋片錯(cuò)位人 造物。圖10是示例性的微通道裝置的一部分的橫截面的放大圖并且示出了“倒角”人造 物。圖11是表示本發(fā)明的包含蠕變考慮因素的示例性的實(shí)施例的流程圖。圖12是表示本發(fā)明的包含在恒定的溫度和壓力下進(jìn)行爆裂測試的示例性的實(shí)施 例的流程圖。圖13是表示本發(fā)明的包含在恒定的壓力和增加的溫度下進(jìn)行爆裂測試的示例性 的實(shí)施例的流程圖。圖14是表示本發(fā)明的包含在恒定的溫度和增加的壓力下進(jìn)行爆裂測試的示例性 的實(shí)施例的流程圖。圖15是表示示例性的基底材料(合金617)的應(yīng)力對(duì)溫度的不同測量值的曲線 圖。圖16是表示保持恒定的溫度和壓力下的示例性的爆裂測試結(jié)果的曲線圖。圖17是表示保持恒定的溫度和壓力下的另一個(gè)示例性的爆裂測試結(jié)果的曲線 圖。圖18是表示保持恒定的溫度和壓力下的另一個(gè)示例性的爆裂測試結(jié)果的曲線 圖。圖19是表示在恒定的壓力和增加的溫度下的一個(gè)示例性的爆裂測試結(jié)果的曲線 圖。圖20是表示在恒定的壓力和增加的溫度下的另一個(gè)示例性的爆裂測試結(jié)果的曲 線圖。圖21是表示在恒定的壓力和增加的溫度下的另一個(gè)示例性的爆裂測試結(jié)果的曲 線圖。圖22是表示在恒定的溫度和增加的壓力下的一個(gè)示例性的爆裂測試結(jié)果的圖。
圖23是表示在恒定的溫度和增加的壓力下的另一個(gè)示例性的爆裂測試結(jié)果的曲 線圖。圖24是表示在恒定的溫度和增加的壓力下的另一個(gè)示例性的爆裂測試結(jié)果的曲 線圖。在描述示于附圖中的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，為了清楚的目的，將采用具體的術(shù) 語。但是，本發(fā)明并不局限于如此選擇的具體的術(shù)語，并且應(yīng)被理解的是，每個(gè)具體的術(shù)語 包括為達(dá)到相似的目的以類似的方式操作的所有技術(shù)等同物。
具體實(shí)施例方式示例性的微通道裝置10示于圖l_5b中。首先參考圖1，所述示例性的微通道裝置 10示于分解的軸測投影立體視圖中。所述微通道裝置10包括多個(gè)翅片(例如12、14、16)， 這些翅片配合形成所述微通道裝置10的多個(gè)不同特征。翅片通常為能夠具有任意的寬度 和長度的基本平面的薄板或薄片，并且優(yōu)選具有數(shù)毫米(mm)或更小并且在一些優(yōu)選實(shí)施 例中在50和1000微米(1mm)之間的厚度(最小尺寸)。所述微通道裝置10包括第一末端 翅片12，該翅片為定模板(solid plate)、部分封閉和限定所述微通道裝置10。接著是具 有第一集管(manifold)槽30的第一集管翅片14。接著是具有多根第一肋片33的一個(gè)或 多個(gè)第一通道翅片16，其中第一肋片33至少部分限定了多個(gè)第一通道槽32。如那些相關(guān) 領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，可以提供多個(gè)第一通道翅片16以至少部分限定多個(gè)第一 通道132(例如圖3a-5b)的尺寸。所述第一集管槽30的尺寸可以至少部分限定第一集管 130(例如圖2-3b、5a和5b)的尺寸。也如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，可以提 供多個(gè)所述第一集管翅片14以至少部分限定所述第一集管130的尺寸。如那些相關(guān)領(lǐng)域 的技術(shù)人員所理解的那樣，例如，所述第一集管130可以使進(jìn)入所述微通道裝置10的流體 分布于第一通道132。接著是具有第二集管槽34的第二集管翅片18，并且所述第二集管槽 34的尺寸至少部分限定了第二集管134(例如圖2-3b、5a和5b)的尺寸。如那些相關(guān)領(lǐng)域 的技術(shù)人員所理解的那樣，可以提供多個(gè)第二集管翅片18以至少部分限定所述第二集管 134的尺寸。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，例如，所述第二集管134可以使從 第一通道132離開微通道裝置10的流體匯集在一起。接著是具有第三集管槽36的第三集 管翅片22，并且所述第三集管槽36的尺寸至少部分限定了第三集管136 (例如圖2-3b、5a 和5b)的尺寸。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，可以提供多個(gè)第三集管翅片22 以至少部分限定所述第三集管136的尺寸。接著是一個(gè)或多個(gè)具有多根第二肋片39的第二 通道翅片24，其中第二肋片39至少部分限定多個(gè)第二通道槽38。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù) 人員所理解的那樣，可以提供多個(gè)第二通道翅片24以至少部分限定多個(gè)第二通道138 (例 如圖3a-5b)的尺寸。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，所述第三集管136可以， 例如，使流體從第二通道138流出。接著是具有第四集管槽40的第四集管翅片26，并且所 述第四集管槽40的尺寸至少部分限定了第四集管140 (例如圖5a和5b)的尺寸。如那些 相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，可以提供多個(gè)第四集管翅片26以至少部分限定所述 第四集管140的尺寸。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，例如，所述第四集管140 可以使流體分布于第二通道138。最后是部分封閉并且進(jìn)一步限定所述微通道裝置10的第 二末端翅片28。
所述微通道裝置10可以是反應(yīng)器和熱交換器的組合。所述微通道裝置10可以 被設(shè)計(jì)成或被操作以進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)化工單元操作，包括混合、化學(xué)反應(yīng)、加熱、冷卻、熱交 換、蒸發(fā)、冷凝、蒸餾、吸收、吸附或溶劑交換。所述翅片(例如12、14、16)包括基底材料，該 基底材料可以包含為了允許操作提供足夠強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和熱交換特征的任意材料。這 些材料包括鋼、不銹鋼(例如304、316)、鋁、鈦、鎳、鉬、銠、銅、鉻、黃銅、前述任意種材料的 合金(例如Inc0ne1617 (特種金屬公司)，HayneS HR-120 (哈氏合金國際公司，印第安 那州關(guān)島)，Haynes HR-230 (哈氏合金國際公司)，Hastelloy (哈氏合金國際公司)， Monel (特種金屬公司)，或氧化性的擴(kuò)散增強(qiáng)合金)，聚合物(例如熱固性樹脂)、陶瓷、 玻璃、包含一種或多種聚合物(例如熱固性樹脂)的合成物和纖維玻璃、石英、硅或它們中 的兩種或更多種的組合。這些材料可以通過軋制、鑄造、鍛造或擠出的方式提供。所述微通 道裝置10的部件可以采用公知技術(shù)制造，包括線切割電火花加工(wireelectrodischarge machining)、傳統(tǒng)加工、激光切割、光化學(xué)加工、電化學(xué)加工、模制、水噴射、沖壓、蝕刻(例 如化學(xué)、光化學(xué)或等離子蝕刻)以及它們的組合等。翅片束(例如12、14、16)可以通過擴(kuò) 散粘結(jié)、激光焊接、擴(kuò)散銅焊以及類似的方法連接以形成整體裝置。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，極其復(fù)雜但是包含本文中所描述的基 本特征的各種實(shí)際不受限制的微通道裝置是可能的。參考圖11，示出了一種特別用于微通道裝置的確定壓力容器的MAWP的方法。當(dāng)進(jìn) 入節(jié)點(diǎn)200時(shí)，對(duì)有關(guān)操作溫度(！^。是否大于或等于閾限溫度(T_g)進(jìn)行確定。
所述裝置在那些目標(biāo)操作(operations of interest)過程中運(yùn)行時(shí)的溫度，并且該溫度表 示MAWP必須被確定的條件。例如常可選為所述裝置在正常、持續(xù)的操作下的正常操 作溫度。其他考慮因素包括，例如在正常的啟動(dòng)或停工時(shí)預(yù)期的最大溫度。另外，可以考慮 從隨機(jī)的操作紊亂或正常操作變化中預(yù)期的最大溫度。作為一種選擇，可選為上述溫度 中最大的溫度。例如，如果所述壓力容器為微通道裝置并且所述微通道裝置包括蒸汽甲烷 轉(zhuǎn)化爐。1 #可選自約800°C至約1200°C。另外，可選自約800°C至約950°C。如那些 相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，會(huì)發(fā)生變化但在所考慮的工藝中是容易且明顯可 以確定的。T_g通?？蛇x為在所述基底材料蠕變特性將基于這種基底材料特性的允許應(yīng)力 限定為拉伸應(yīng)力或屈服應(yīng)力時(shí)的最低溫度。T_g可通過對(duì)考慮到工程安全因素而設(shè)定的允 許應(yīng)力的不同極限進(jìn)行比較選取。例如一種極限可以是所述基底材料的絕對(duì)熔點(diǎn)溫度的一 半。例如，當(dāng)所述基底材料為合金617時(shí)，所述基底材料熔點(diǎn)可略微變化(大約1333°C至約 1377°C )。采用這種標(biāo)準(zhǔn)T_g可能落入約530°C和約552°C之間。替換地，例如T_g可選為 基底材料的絕對(duì)熔點(diǎn)溫度的0. 3倍。因此，對(duì)于合金617基底材料而言，T_g落入約209°C 和約222°C之間。例如T_g可以被選為在基底材料蠕變極限應(yīng)力變得小于基底材料拉伸極 限應(yīng)力或基底材料屈服極限應(yīng)力時(shí)的溫度。例如所述極限可基于滿足下述標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)的 最低溫度(a)在約100，000個(gè)小時(shí)結(jié)束時(shí)引起斷裂的最小應(yīng)力的80%的基底材料蠕變極 限應(yīng)力；(b)是引起約每1，000個(gè)小時(shí)0.01%的蠕變速率的平均應(yīng)力的約100%的基底材 料蠕變速率極限應(yīng)力，或(c)約拉伸強(qiáng)度除以3. 5的基底材料拉伸極限。例如參考圖15，合 金617基底材料示出了約625°C和約710°C之間的T_g。例如T丨_可以被選為在基底材料 蠕變極限應(yīng)力小于基底材料屈服極限時(shí)的溫度。例如，當(dāng)所述基底材料屈服極限是屈服極 限應(yīng)力的三分之二時(shí)。例如參考圖15，合金617基底材料示出了約625°C&T_g。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，所述基底材料可以包括例如含有至少35%的鎳或至少 60%的鎳的鎳合金。參考圖11、節(jié)點(diǎn)202，若不大于并且不等于T_g (節(jié)點(diǎn)200是假的)，則將設(shè)計(jì) 溫度下被連接材料的至少一種材料特性(JMPSi+)與設(shè)計(jì)溫度下所述基底材料的至少一種 材料特性(BMPSi+)進(jìn)行對(duì)比。典型的基底材料測試樣品50示于圖6中，同時(shí)典型的被連 接材料測試樣品52示于圖7中。作為一個(gè)實(shí)例，圖7中進(jìn)一步示出了與擴(kuò)散粘結(jié)劑58連 接在一起的具代表性的翅片56。在實(shí)際應(yīng)用中，多個(gè)包含基底材料的具代表性的翅片56粘 結(jié)在一起并且制成測試樣品52。材料特性可以包括但不限于最終的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、 屈服拉伸強(qiáng)度、失效時(shí)的延伸百分率、蠕變速率、蠕變斷裂、裂紋蔓延速率或它們的組合。選 擇設(shè)計(jì)溫度(TSi+)時(shí)考慮裝置及其運(yùn)行中的安全因素和未知因素。例如TSi+總是大于或 等于！》#，并且可以選為加上例如50°C。若節(jié)點(diǎn)202表示的鑒定沒有產(chǎn)生優(yōu)于或等于 BMP設(shè)計(jì)的JMPSi+ (節(jié)點(diǎn)202是假的)，則通過壓力容器認(rèn)證組織(例如ASME)指定的傳統(tǒng)爆 裂測試將很好地確定MAWP (節(jié)點(diǎn)208)。若圖11的節(jié)點(diǎn)202確定為真(JMPSi+優(yōu)于或等于BMPSi+)，則確定仿人造物是否 存在(節(jié)點(diǎn)204)。這類仿人造物是那些通常是可以在生產(chǎn)和制造所述裝置的過程中產(chǎn)生的 不可避免的元件。參考圖8，例如，它們包括位于通過擴(kuò)散粘結(jié)連接的基于翅片的微通道裝 置。進(jìn)一步可能存在顆粒增長(未示出)，例如當(dāng)顆粒尺寸增長到或接近于翅片厚度時(shí)。參考圖9，四個(gè)具代表性的翅片70、72、74、76粘結(jié)在一起。所述翅片中的兩個(gè)72、 74的具代表性的肋片73、75未對(duì)齊，產(chǎn)生肋片73、75的錯(cuò)位78、80。這類錯(cuò)位78、80可能 產(chǎn)生附加應(yīng)力集中點(diǎn)，同時(shí)引起粘接面積被減少和通道82、84的尺寸變化。參考圖10，以具代表性的方式，頂部翅片186、中間翅片190和底部翅片194夾著 第一翅片部分或肋片188和第二翅片部分192。由此形成兩個(gè)通道92、292。如圖10中所 示，出現(xiàn)了缺口或倒角人造物94、96和彎曲部分296。例如沖壓倒角人造物可能在沖壓的過 程中制得并且可能促使應(yīng)力集中點(diǎn)94、96。生產(chǎn)過程中的應(yīng)力進(jìn)一步可能促成因倒角人造 物而加劇的彎度人造物296。實(shí)際上，確定人造物是否為仿造的依賴于，例如，將所述沖壓人造物94、96、金屬碳 化物沉淀60、翅片肋片(圖9)的未對(duì)齊或偏移、翅片厚度(未示出)、通道壁面的彎度(圖 10)、可比較的通道間或?qū)娱g的壓降的尺寸或顆粒尺寸(未示出)與通道尺寸或翅片厚度進(jìn) 行對(duì)比。再參考圖11，若節(jié)點(diǎn)204表示的鑒定是真的，則由壓力容器認(rèn)證組織(例如ASME) 指定的常規(guī)爆裂測試將很好地確定MAWP (節(jié)點(diǎn)208)。若節(jié)點(diǎn)204表示的鑒定是假的，則由 壓力認(rèn)證組織(例如ASME)頒布的算法將很好地確定MAWP (節(jié)點(diǎn)206)。若節(jié)點(diǎn)200處確定產(chǎn)生的結(jié)果是真的(T■大于或等于T_g)，則進(jìn)入節(jié)點(diǎn)210并 且對(duì)被連接材料的樣品在低溫下的至少第一材料特性(JMP<S)優(yōu)于或等于基底材料的樣品 在所述低溫下的所述至少第一材料特性(BMP<S)的情況或真或假進(jìn)行確定。材料特性可以 包括但不限于最終的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、屈服拉伸強(qiáng)度、失效時(shí)的延伸百分率、蠕變速率、 蠕變斷裂、裂紋蔓延速率或它們的組合。所述低溫可以選為低于T_g并且通常選為約室溫 或在約20°C和約23°C之間。若節(jié)點(diǎn)210處確定是假的(JMP<S不優(yōu)于并且不等于BMP)，則在具代表性的爆裂
15測試裝置上進(jìn)行至少一種爆裂測試(節(jié)點(diǎn)214)。這類測試包括分別將所述具代表性的爆裂 測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或等于T _6的溫度。若節(jié)點(diǎn)210處確定是真的(JMP<S優(yōu)于或等于BMP<S)，則進(jìn)入節(jié)點(diǎn)212并且對(duì)JMPS #是否優(yōu)于或等于BMPSi+進(jìn)行確定。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，節(jié)點(diǎn)212包 括與節(jié)點(diǎn)202相同的確定并且適用上述說明。若節(jié)點(diǎn)212處確定是假的(JMPSi+不優(yōu)于并 且不等于BMPSi+)，則在具代表性的爆裂測試裝置上進(jìn)行至少一種爆裂測試。這種測試包括 分別將所述具代表性的爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二 狀態(tài)包含大于或等于溫度。若節(jié)點(diǎn)212處確定是真的(JMPSi+優(yōu)于或等于BMPSi+)，則進(jìn)入節(jié)點(diǎn)216，并且對(duì)有 關(guān)仿人造物的存在或不存在進(jìn)行確定。如那些相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的那樣，節(jié)點(diǎn)216 包括與節(jié)點(diǎn)204相同的確定并且適用上述說明。若節(jié)點(diǎn)216處確定是假的(無仿人造物)，則由壓力認(rèn)證組織(例如ASME)頒布的 算法將很好地確定MAWP (節(jié)點(diǎn)206)。若節(jié)點(diǎn)216處確定是真的(存在仿人造物)，則進(jìn)入節(jié)點(diǎn)218并且對(duì)仿人造物在T 下的作用是否為可計(jì)算的進(jìn)行確定。如果是，則進(jìn)入節(jié)點(diǎn)208并且進(jìn)行早先描述的爆裂
測試。人造物的作用可能不是可計(jì)算的，例如，依賴于沖壓倒角、碳化物沉淀、翅片肋片的不 對(duì)齊或錯(cuò)位、翅片厚度、通道壁面的彎度的尺寸或相對(duì)于翅片厚度的顆粒尺寸增長。若節(jié)點(diǎn)218處確定是假的(仿人造物在TSi+下的作用不可計(jì)算)，則進(jìn)入節(jié)點(diǎn)214 并且在具代表性的爆裂測試裝置上進(jìn)行至少一種爆裂測試。這類測試包括分別將所述具代 表性的爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或
^^ T閾限貞o如上所述，微通道裝置可能是極其復(fù)雜的。但是所述具代表性的爆裂測試裝置必 須代表所述裝置，涉及以下方面通道尺寸，包括但不限于高度、寬度、長度或它們的組合； 制造方法，包括但不限于沖壓、粘結(jié)(包括但不限于擴(kuò)散粘結(jié))，考慮但不限于方法、時(shí)間、 溫度、壓力或它們的組合；表面處理，包括但不限于拋光、鈍化、蝕刻、清洗、涂覆、平滑、平 整、起波紋或它們的組合；壁面厚度；基底材料，包括但不限于合金617 ；肋片尺寸；熱處理 循環(huán)；制造過程中的供熱循環(huán)；翅片厚度；均勻性；尺寸比例；或它們的組合。參考圖11，節(jié)點(diǎn)214包括針對(duì)至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂 測試，所述爆裂測試包括分別將所述具代表性的爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增 加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或等于T 溫度。參考圖12和圖16-18，示出了當(dāng)圖11中所示的情況如上所述地適用時(shí)、一種用于 對(duì)具代表性的爆裂測試裝置進(jìn)行爆裂測試的方法。所述方法首先包括以基本恒定的速率將 所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀態(tài)溫度，所述第二狀態(tài)溫度大 于或等于1~_6，并且允許通過將上述裝置基本在所述第二狀態(tài)溫度下維持一段固定的時(shí)間 使所述裝置達(dá)到熱平衡。接著，將所述裝置維持在所述第二狀態(tài)溫度下，同時(shí)以基本恒定的 速率從第一狀態(tài)壓力加壓至第二狀態(tài)壓力并且維持一段固定的時(shí)間。如圖16-17中以實(shí)例 方式所示，蠕變最終導(dǎo)致所述裝置失效。對(duì)所述裝置加壓的步驟包括向所述具代表性的爆 裂測試裝置中引入加壓氣體?？商鎿Q地，所述加壓氣體可以在引入所述裝置前預(yù)熱。所述第二狀態(tài)壓力可以約大于30巴。所述恒定的加壓速率可以選為在約每分鐘1巴和約每分 鐘10巴之間。所述恒定的加壓速率可能低于壓力波(pressure shock)極限，即，壓力的增 加不會(huì)加劇接受測試的材料的沖擊載荷。所述第二狀態(tài)溫度可以約大于900°C。選擇所述 恒定的加熱速率以避免顯著的蠕變。所述恒定的加熱速率可以選為在約每分鐘1°C和約每 分鐘10°C之間。參考圖13和19-21，示出了當(dāng)圖11中所示的情況如上所述地適用時(shí)、另一種用于 對(duì)具代表性的爆裂測試裝置進(jìn)行爆裂測試的方法。所述方法首先包括以基本恒定的速率將 所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)壓力加壓至第二狀態(tài)壓力、并且使所述裝置基本 在第二狀態(tài)壓力下維持一段固定的時(shí)間。接著，在所述裝置基本維持在第二狀態(tài)壓力的過 程中，以恒定的速率將所述裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至失效。所述第二狀態(tài)壓力可以約大 于30巴。所述恒定的加壓速率可以選為在約每分鐘1巴和約每分鐘10巴之間。所述恒定 加壓的速率可以低于壓力波極限。選擇恒定的升溫速率以避免顯著的蠕變。所述恒定的升 溫速率可以選為在約每分鐘rc和約每分鐘io°c之間。參考圖14和22-24，示出了當(dāng)圖11中所示的情況如上所述地適用時(shí)、另一種用于 爆裂測試具代表性的爆裂測試裝置的方法。所述方法首先包括以基本恒定的速率將所述 具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀態(tài)溫度、并且使所述裝置達(dá)到熱平 衡。接著，在使所述裝置維持在所述第二狀態(tài)溫度的過程中，以基本恒定的速率將所述裝置 從第一狀態(tài)壓力加壓至第二狀態(tài)壓力。所述第二狀態(tài)溫度可以選為約為TSi+并且可以約大 于1~_6。選擇所述恒定的加熱速率以避免顯著的蠕變。所述恒定的加熱速率可以選為在約 每分鐘rc和約每分鐘io°c之間。所述第二狀態(tài)溫度可以約大于900°c。選擇所述恒定的 加壓速率以避免壓力波極限。所述加壓恒定速率可以選為在每分鐘約1巴和每分鐘約10 巴之間。對(duì)所述裝置的加壓步驟可進(jìn)一步包括將所述裝置加壓至失效。這種結(jié)合附圖的詳細(xì)描述原則上是試圖作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述，但并不 表示這是構(gòu)建或應(yīng)用本發(fā)明的唯一形式。本說明書結(jié)合所描述的實(shí)施例提供了實(shí)施本發(fā)明 的設(shè)計(jì)、功能、手段和方法。然而，可以被理解的是，通過被涵蓋在本發(fā)明的主旨和范圍內(nèi)的 不同實(shí)施例可以獲得相同或相等的功能和特點(diǎn)，并且可以采取如此種種的變化形式而不偏 離本發(fā)明或者本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
1權(quán)利要求
一種確定微通道裝置的最大允許工作壓力(MAWP)的方法，所述微通道裝置包括多個(gè)翅片，所述翅片包括基底材料并且所述翅片通過至少一種微通道制造工藝連接，所述方法包括(a)對(duì)被連接材料的樣品在低溫下的至少第一材料特性進(jìn)行測試；(b)當(dāng)所述被連接材料的樣品在低溫下的至少第一材料特性劣于所述基底材料的樣品在所述低溫下的至少第一材料特性時(shí)，進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種燃燒測試，所述爆裂測試包括分別將所述至少一種具代表性的爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或等于基底材料閾限溫度的溫度；(c)當(dāng)所述被連接材料的樣品在所述低溫下的至少第一材料特性等于或優(yōu)于所述基底材料的樣品在所述低溫下的至少第一材料特性時(shí)，對(duì)被連接材料的樣品在設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性進(jìn)行測試；(d)當(dāng)所述被連接材料的樣品的在所述設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性劣于所述基底材料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性時(shí)，進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂測試，所述爆裂測試包括分別將所述至少一種具代表性的爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或等于所述基底材料閾限溫度的溫度；(e)當(dāng)所述被連接的材料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性等于或優(yōu)于所述基底材料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性時(shí)，檢查具代表性的微通道裝置是否存在仿人造物；以及(f)當(dāng)所述具代表性的微通道裝置中存在至少一種仿人造物時(shí)，并且當(dāng)所述至少一種仿人造物的作用不可計(jì)算時(shí)，進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂測試，所述爆裂測試包括分別將所述至少一種具代表性的爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或等于所述基底材料閾限溫度的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述微通道裝置是微通道反應(yīng)器，并且所述至少 一種具代表性的爆裂測試裝置代表所述微通道裝置，涉及以下方面通道尺寸，所述通道尺 寸包括但不限于高度、寬度、長度或它們的組合；考慮到但不限于方法、時(shí)間、溫度、壓力時(shí) 的制造方法，所述制造方法包括但不限于沖壓、粘結(jié)或它們的組合，所述粘結(jié)包括但不限于 擴(kuò)散粘結(jié)；表面處理，所述表面處理包括但不限于拋光、鈍化、蝕刻、清洗、涂覆、平滑、平整、 起波紋或它們的組合；壁面厚度；基底材料，所述基底材料包括但不限于合金617 ；肋片尺 寸；熱處理循環(huán)；生產(chǎn)過程中的供熱循環(huán)；翅片厚度；對(duì)稱性；尺寸比例；或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，步驟(b)的所述爆裂測試、步驟(d)的所述爆裂測 試，以及步驟(f)的所述爆裂測試進(jìn)一步包括有序步驟(A)以基本恒定的速率將所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀 態(tài)溫度；(B)使所述具代表性的爆裂測試裝置維持在所述第二狀態(tài)溫度下，同時(shí)以基本恒定的 速率將所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)壓力加壓至第二狀態(tài)壓力；以及(C)使所述具代表性的爆裂測試裝置在基本所述第二狀態(tài)溫度和基本所述第二狀態(tài)壓 力下維持一段固定的時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，步驟(b)的所述爆裂測試、步驟(d)的所述爆裂測試，以及步驟(f)的所述爆裂測試進(jìn)一步包括有序步驟(A)以基本恒定的速率將所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀 態(tài)溫度；以及(B)使所述具代表性的爆裂測試裝置維持在所述第二狀態(tài)溫度下，同時(shí)以基本恒定的 速率將所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)壓力加壓至過壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，步驟(b)的所述爆裂測試、步驟(d)的所述爆裂測 試，以及步驟(f)的所述爆裂測試進(jìn)一步包括有序步驟(A)以基本恒定的速率將所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)壓力加壓至第二狀 態(tài)壓力；以及(B)使所述具代表性的爆裂測試裝置維持在所述第二狀態(tài)壓力下，同時(shí)以基本恒定的 速率將所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至失效。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，步驟(b)的所述爆裂測試、步驟(d)的所述 爆裂測試，以及步驟(f)的所述爆裂測試進(jìn)一步包括以在約每分鐘1巴和約每分鐘10巴之 間的基本恒定的速率加壓。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，步驟(b)的所述爆裂測試、步驟(d)的所述 爆裂測試，以及步驟(f)的所述爆裂測試進(jìn)一步包括以在約每分鐘rc和約每分鐘10°C之 間的基本恒定的速率升溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的方法，步驟(b)的所述爆裂測試、步驟(d)的所述爆裂 測試，以及步驟(f)的所述爆裂測試進(jìn)一步包括將所述具代表性的爆裂測試裝置加壓至失 效。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，步驟(e)進(jìn)一步包括確定是否存在沖壓倒角、碳化 物沉淀、翅片肋片的未對(duì)齊或偏移、通道壁面的彎度、顆粒尺寸增長或它們的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，步驟(e)進(jìn)一步包括將沖壓倒角的尺寸、碳化物沉淀、 翅片肋片的未對(duì)齊或偏移、翅片厚度、通道壁面的彎度或顆粒尺寸增長與翅片尺寸進(jìn)行對(duì) 比。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，步驟(e)進(jìn)一步包括確定是否存在相對(duì)于翅片厚度的 顆粒尺寸增長。
12.一種用于爆裂測試具代表性的爆裂測試裝置的方法，所述方法包括有序步驟(a)以基本恒定的速率將所述裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀態(tài)溫度，所述第二狀 態(tài)溫度大于或等于基底材料閾限溫度；(b)使所述裝置維持在第二狀態(tài)溫度下，同時(shí)以基本恒定的速率將所述裝置從第一狀 態(tài)壓力加壓至第二狀態(tài)壓力；以及(c)使所述裝置在基本所述第二狀態(tài)溫度和基本所述第二狀態(tài)壓力下維持一段固定的 時(shí)間。
13.一種用于爆裂測試具代表性的爆裂測試裝置的方法，所述方法包括有序步驟(a)以基本恒定的速率將所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)壓力加壓至第二狀 態(tài)壓力；以及(b)使所述具代表性的爆裂測試裝置維持在基本所述第二狀態(tài)壓力下，同時(shí)以基本恒 定的速率將具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至失效。
14.根據(jù)權(quán)利要求5或13所述的方法，其進(jìn)一步包括在將所述具代表性的爆裂測試裝 置加壓至所述第二狀態(tài)壓力之后，使具代表性的爆裂測試裝置在基本所述第二狀態(tài)壓力下 維持一段固定的時(shí)間。
15.一種用于爆裂測試具代表性的爆裂測試裝置的方法，所述方法包括有序的步驟(a)以基本恒定的速率將所述裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀態(tài)溫度；以及(c)使所述具代表性的爆裂測試裝置維持在基本所述第二狀態(tài)溫度下，同時(shí)以基本恒 定的速率將所述具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)壓力加壓至過壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求12和15中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二狀態(tài)溫度約大于設(shè)計(jì)溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述設(shè)計(jì)溫度約大于閾限溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求3、4、12或15所述的方法，其進(jìn)一步包括在以基本恒定的速率將所述 具代表性的爆裂測試裝置從第一狀態(tài)溫度加熱至第二狀態(tài)溫度之后，允許所述爆裂測試裝 置達(dá)到熱平衡。
19.根據(jù)權(quán)利要求12、13和15中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述恒定的加熱速率在約每 分鐘1°C和約每分鐘10°C之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求12、13和15中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述恒定的加壓速率在約每 分鐘1巴和約每分鐘10巴之間。
21.一種確定微通道裝置在大于或等于基底材料閾限溫度(Twk)的溫度下操作時(shí)的最 大允許工作壓力(MAWP)的方法，所述微通道裝置包括多個(gè)翅片，所述翅片包括基底材料， 并且所述翅片通過至少一種微通道制造工藝連接，所述方法包括(a)對(duì)被連接材料的樣品在低溫下的至少第一材料特性進(jìn)行測試；(b)當(dāng)所述被連接材料的樣品在低溫下的至少第一材料特性劣于所述基底材料的樣 品在所述低溫下的至少第一材料特性時(shí)，進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一 種爆裂測試，所述爆裂測試包括分別將所述至少一種具代表性的爆裂測試裝置的溫度和壓 力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或等于所述基底材料閾限溫度的溫 度；(c)當(dāng)所述被連接材料的樣品在所述低溫下的至少第一材料特性等于或優(yōu)于所述基底 材料的樣品在所述低溫下的至少第一材料特性時(shí)，對(duì)被連接材料的樣品在設(shè)計(jì)溫度下的至 少第一材料特性進(jìn)行測試；(d)當(dāng)所述被連接材料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性劣于所述基底材 料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性時(shí)，進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝 置的至少一種爆裂測試，所述爆裂測試包括分別將所述至少一種具代表性的爆裂測試裝置 的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或等于所述基底材料閾 限溫度的溫度；(e)當(dāng)所述被連接材料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性等于或優(yōu)于所述 基底材料的樣品在所述設(shè)計(jì)溫度下的至少第一材料特性時(shí)，檢查具代表性的微通道裝置是 否存在至少一種仿人造物；以及(f)當(dāng)所述具代表性的微通道裝置中存在至少一種仿人造物時(shí)，以及當(dāng)所述至少一種 仿人造物的作用不可計(jì)算時(shí)，進(jìn)行至少一種具代表性的爆裂測試裝置的至少一種爆裂測試，所述爆裂測試包括分別將所述至少一種具代表性的爆裂測試裝置的溫度和壓力從第一狀態(tài)增加至第二狀態(tài)，所述第二狀態(tài)包含大于或等于所述基底材料閾限溫度的溫度。
全文摘要
一種確定微通道裝置的最大允許工作壓力的方法，具體而言，一種在大于或等于基底材料閾限溫度的溫度下操作的被擴(kuò)散粘結(jié)的、基于翅片的微通道裝置，在該閾限溫度下顯著的蠕變可能占主導(dǎo)地位，以及當(dāng)采用非傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體材料時(shí)、當(dāng)使用非傳統(tǒng)的制造或連接方法時(shí)或者當(dāng)仿人造物出現(xiàn)時(shí)。
文檔編號(hào)G01N3/12GK101855533SQ200880115474
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者保羅·W.·尼格爾, 勞拉·J.·席爾瓦, 埃里克·A.·戴蒙, 戴維·J.·庫爾曼, 馬克·瓦格納 申請(qǐng)人:萬羅賽斯公司