CN101708551B

CN101708551B - 一种多孔表面管的烧结装置

Info

Publication number: CN101708551B
Application number: CN2009101983409A
Authority: CN
Inventors: 刘阿龙; 彭东辉; 韩坤
Original assignee: Shanghai Research Institute of Chemical Industry SRICI
Current assignee: Shanghai Research Institute of Chemical Industry SRICI
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: CN101708551A

Abstract

本发明涉及一种多孔表面管的烧结装置，该烧结装置包括卧式高温炉管，该炉管设有双加热区，配有抽真空系统和气体的干燥净化装置，炉管的两端设有冷却装置冷却水夹套，炉管的出气口连接点火装置，将待烧结的多孔表面管放入炉管内，开启抽真空系统抽真空，再将氮气通过气体的干燥净化装置后输入炉管内，排除炉管内氧气，通入氢气，加热炉管，20～50min，制得多孔表面管。与现有多孔材料烧结炉相比，本发明装置恒温区更长、烧结得到的产品质量更均匀、操作安全、处理量大，更为重要的是解决了制约烧结型多孔材料发展的烧结周期长的瓶颈问题，将烧结的周期由原来的24hr缩短到4～10hr。

Description

一种多孔表面管的烧结装置

技术领域

本发明涉及一种多孔表面的烧结装置，具体涉及石油、化工、低温制冷、空气分离、海水淡化、航空航天等换热设备中使用的高效换热器的核心部件烧结型多孔表面管的烧结装置。

背景技术

烧结型多孔表面管是近年来发展的一种很有前途的沸腾传热强化技术。它是通过高温烧结的方法，在传统的光滑换热管(光滑管)表面上制造一层金属多孔层，这种多孔层不同于一般的多孔层，它是一种具有内凹型孔穴，且内部互相连通的结构，能够长期稳定的强化沸腾传热。多孔表面管具有很多优异的性能：(1)能显著地强化沸腾传热，减少所需换热面积，美国联合碳化物公司采用烧结法生产的多孔表面使沸腾换热系数提高到光滑表面的9～10倍，用约278.7m²的该多孔表面有效地替代2006.7m²的水平釜式光滑表面重沸器；(2)可以在很小的温差下维持沸腾，在热流密度相同时表面多孔管所需的有效温差仅为普通光滑管的1/10～1/15；(3)临界热负荷比普通管高很多，表面多孔管的临界热负荷是光管的2倍左右；(4)良好的抗垢性能。

该产品主要是在高温烧结炉中生产的。但是现有的烧结炉都不是为烧结型多孔表面管而生产的，其高温下的密封性能不好，因为在烧结中要通氢气作为保护性气氛，一旦泄露非常危险。炉膛的恒温区小，1000mm长的炉膛只能有200mm长的恒温区，这就限制了长管的烧结。此外，现有设备炉膛温差大，烧结出的产品质量不均匀，有的地方过烧，有的地方欠烧。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有普通烧结炉存在的缺陷而提供一种能够安全的通保护性气氛、恒温区长、温差小、性能稳定、可烧结长的多孔表面管的烧结装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，该烧结装置包括卧式高温炉管，该炉管设有双加热区，配有抽真空系统和气体的干燥净化装置，炉管的两端设有冷却装置冷却水夹套，炉管的出气口连接点火装置，将待烧结的多孔表面管放入炉管内，开启抽真空系统抽真空，再将氮气通过气体的干燥净化装置后输入炉管内，排除炉管内氧气，通入氢气，加热炉管，20～50min，制得多孔表面管。

所述的炉管分为加热区和恒温区，加热区有两个，设置在炉管两端，恒温区设置在加热区之间，所述的加热区包括电阻丝、高温炉管、PID人工智能控温仪表、K型热电偶和高温报警装置。

所述的炉管的炉膛分为上下两部分，炉膛可打开，进行强制冷却；所述的炉管的规格为φ(80～120)×(2～6)×(1000～1500)mm，加热区长700～1200mm，恒温区长400～700mm。

所述的炉管的规格为φ100×4×1200mm，加热区长1000mm，恒温区长400mm。

所述的抽真空系统包括真空泵，该真空泵连接炉管，在烧结开始前排除炉管内的空气，并且检查炉管两端的密封情况，真空泵的真空度为-0.03～-0.08MPa。

所述的真空泵的真空度为-0.06MPa。

所述的气体的干燥和净化装置的进气口分别连接氢气和氮气罐，出气口连接炉管的进气口。

所述的点火装置包括点火嘴和一套防风罩，将从炉管中排出的氢气烧掉。

所述的冷却水夹套连接自来水龙头，降低炉管两端的温度，防止两端法兰之间的密封圈烧坏。

所述的烧结时间为30min，所述的多孔表面管的制备周期为4～10hr。

本发明以普通烧结炉为基础，在其基础上增加了供气系统、真空系统、冷却系统、点火装置，同时采用对开式炉膛结构，使多孔管在烧结好以后，随炉冷却的时间大大缩短。与现有烧结炉相比，本发明烧结炉制备的多孔管更长，结合强度更高，多孔层更均匀，烧结的周期更短。本发明烧结炉，可用来烧结600mm以内的，外径80mm以内的多孔表面管。采用本烧结炉制备的管子由原来的200mm左右延长到300～600mm，烧结周期也由原来的24hr缩短到4～10hr，同时提高了产品的均匀性、结合强度和安全性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)该设备可提高多孔表面管的结合强度和均匀性；

(2)增加了抽真空系统，在每次实验前都可对烧结炉整体的密封性能进行检测，提高了设备操作的安全性；

(3)对开式的结构设计大大缩短了多孔表面管的制备周期；

(4)双加热区设计不但延长了烧结炉的恒温区，而且提高了温差精度。

附图说明

图1为本发明多孔表面烧结装置的结构示意图。

其中：1-不锈钢炉管，2-冷却水，3-点火装置，4-炉体上部，5-扣子，6-干燥塔，7-氢气进气管道，8-氮气进气管道，9-真空泵，10-冷却水，11-加热二区，12-加热一区，13-炉体下部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种多孔表面管烧结装置，该烧结装置包括卧式高温炉管，该炉管分为加热区和恒温区，加热区有两个：加热一区12，加热二区11，设置在不锈钢炉管1两端，恒温区设置在加热区之间，所述的加热区采用电加热装置加热，电加热装置包括电阻丝、高温炉管、PID人工智能控温仪表、K型热电偶和高温报警装置。

所述的炉管的炉膛分为上下两部分：炉体上部4和炉体下部13，在烧结过程中通过扣子5连接炉体上下部分，烧结结束后可打开炉膛，进行强制冷却；所述的炉管的规格为φ100×4×1200mm，加热一区12长500mm，加热二区11长500mm，恒温区长400mm。

烧结装置还包括两套供气装置，抽真空系统，气体干燥装置6，冷却装置和点火装置3。所述的供气装置包括氮气瓶、氢气瓶、减压阀和氢气供气管道7、氮气供气管道8。所述的抽真空系统包括真空泵9，该真空泵连接炉管，在烧结开始前排除炉管内的空气，并且检查炉管两端的密封情况。气体干燥装置包括干燥塔6、净化塔和高压报警装置。所述的冷却装置包括冷却水入口管道、冷却水出口管道和夹套，冷却水2和冷却水10分别从冷却装置两端的冷却水入口管道输入。所述的点火装置3包括点火嘴和防风罩。

采用本发明装置烧结长400mm的多孔表面管，可以通过以下步骤来实施：

首先将粉刷好的多孔表面管放入炉膛中间的恒温区内，关闭所有管道阀门，打开真空泵9进行抽真空，真空泵的真空度为-0.06MPa，维持10min，如果真空表不稳定则说明管道或炉管两端的法兰连接处有泄露，必须进行检查，再进行实验，一切正常后，打开氮气阀门通氮气5～10min，然后调小氮气流量，通氢气5～10min，然后关掉氮气，再通氢气3min，估计炉膛内无氧气后，在点火嘴处点燃氢气，只要发现防风罩上的丝网发红即可，打开冷却水阀门，接通冷却水，准备进行烧结实验，将电加热装置接通电源，在PID智能仪表中设定好程序，开始进行烧结。烧结时间为30min，烧结和冷却时间总共4～10hr，在烧结过程中始终不能离人，一旦发现有火苗熄灭等紧急情况应该停止烧结。

等炉膛温度低于300℃，打开炉体上部1，进行强制冷却。等炉膛温度低于160℃时烧结结束，关掉电源和氢气，改通氮气，等气流稳定后，打开炉膛取出多孔表面管，即可得到合格的产品。

综上所述，本发明的多孔表面烧结装置，烧结时间大大缩短，烧结的多孔表面管最长可达400mm，由于恒温区增长，温差减小，所以产品更加均匀，同时操作安全方便。

实施例2

一种多孔表面管的烧结装置，该烧结装置包括卧式高温炉管，抽真空系统，气体的干燥净化装置，冷却装置，点火装置。所述的高温炉管设有双加热区和恒温区，恒温区设置在加热区之间，加热区采用电加热装置加热，该电加热装置包括电阻丝、高温炉管、PID人工智能控温仪表、K型热电偶和高温报警装置，炉管的炉膛分为上下两部分，炉膛可打开，进行强制冷却，炉管的规格为φ80×2×1000mm，加热区长700mm，恒温区长400mm。所述的抽真空系统包括真空泵，该真空泵连接炉管，在烧结开始前排除炉管内的空气，并且检查炉管两端的密封情况，真空泵的真空度为-0.08MPa。所述的气体的干燥和净化装置的进气口分别连接氢气和氮气罐，出气口连接炉管的进气口。所述的炉管的两端设有冷却装置的冷却水的夹套，冷却水夹套连接自来水龙头，降低炉管两端的温度，防止两端法兰之间的密封圈烧坏，炉管的出气口连接点火装置，点火装置包括点火嘴和一套防风罩，将从炉管中排出的氢气烧掉。

采用上述装置烧结长300mm的多孔表面管，可以通过以下步骤来实施：将待烧结的多孔表面管放入炉管内，开启抽真空系统抽真空，再将氮气通过气体的干燥和净化装置后输入炉管内，排除炉管内氧气，通入氢气，加热炉管，烧结50min，制备多孔表面管的周期即烧结冷却总时间为4～5hr，其余步骤同实施例1。

实施例3

一种多孔表面管的烧结装置，烧结设备为对开式管式气氛保护电阻炉。它包括两套电阻丝加热装置，两套供气装置，气体净化装置，冷却装置，点火装置。所述的电加热装置包括电阻丝、高温炉管、PID人工智能控温仪表、K型热电偶和高温报警装置。所述的供气装置主要为烧结炉管提供保护性气氛，包括氮气瓶、氢气瓶、减压阀和供气管道，气体净化装置包括干燥塔、净化塔和高压报警装置。所述的冷却装置设在高温炉管的两端，包括冷却水入口管道、冷却水出口管道和夹套。所述的点火装置设在烧结炉管的出口处，包括点火嘴和防风罩。炉管的规格为φ120×6×1500mm，加热区长1200mm，恒温区长700mm。所述的抽真空系统包括真空泵，该真空泵连接炉管，在烧结开始前排除炉管内的空气，并且检查炉管两端的密封情况，真空泵的真空度为-0.03MPa。所述的气体的干燥和净化装置的进气口分别连接氢气和氮气罐，出气口连接炉管的进气口。所述的炉管的两端设有冷却装置的冷却水的夹套，冷却水夹套连接自来水龙头，降低炉管两端的温度，防止两端法兰之间的密封圈烧坏，炉管的出气口连接点火装置，点火装置包括点火嘴和一套防风罩，将从炉管中排出的氢气烧掉。

采用上述装置烧结长700mm的多孔表面管，可以通过以下步骤来实施：将待烧结的多孔表面管放入炉管内，开启抽真空系统抽真空，再将氮气通过气体的干燥和净化装置后输入炉管内，排除炉管内氧气，通入氢气，加热炉管，烧结多孔表面管20min，整个制备周期8～10hr，其余步骤同实施例1。

与现有多孔材料烧结炉相比恒温区更长、产品质量更均匀、操作安全、处理量大，更为重要的是解决了制约烧结型多孔材料发展的烧结周期长的瓶颈问题，将烧结的周期由原来的24hr缩短到4～10hr。

Claims

1.一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，该烧结装置包括卧式高温炉管，该炉管设有双加热区，配有抽真空系统和气体的干燥净化装置，炉管的两端设有冷却装置冷却水夹套，炉管的出气口连接点火装置，将待烧结的多孔表面管放入炉管内，开启抽真空系统抽真空，再将氮气通过气体的干燥净化装置后输入炉管内，排除炉管内氧气，通入氢气，加热炉管，20～50min，制得多孔表面管；所述的炉管分为加热区和恒温区，加热区有两个，设置在炉管两端，恒温区设置在加热区之间，所述的加热区包括电阻丝、高温炉管、PID人工智能控温仪表、K型热电偶和高温报警装置；所述的炉管的炉膛分为上下两部分，炉膛可打开，进行强制冷却；所述的炉管的规格为φ(80～120)×(2～6)×(1000～1500)mm，加热区长700～1200mm，恒温区长400～700mm。

2.根据权利要求1所述的一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，所述的炉管的规格为φ100×4×1200mm，加热区长1000mm，恒温区长400mm。

3.根据权利要求1所述的一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，所述的抽真空系统包括真空泵，该真空泵连接炉管，在烧结开始前排除炉管内的空气，并且检查炉管两端的密封情况，真空泵的真空度为-0.03～-0.08MPa。

4.根据权利要求3所述的一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，所述的真空泵的真空度为-0.06MPa。

5.根据权利要求1所述的一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，所述的气体的干燥和净化装置的进气口分别连接氢气和氮气罐，出气口连接炉管的进气口。

6.根据权利要求1所述的一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，所述的点火装置包括点火嘴和一套防风罩，将从炉管中排出的氢气烧掉。

7.根据权利要求1所述的一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，所述的冷却水夹套连接自来水龙头，降低炉管两端的温度，防止两端法兰之间的密封圈烧坏。

8.根据权利要求1所述的一种多孔表面管的烧结装置，其特征在于，所述的烧结时间为30min，所述的多孔表面管的制备周期为4～10hr。