CN102527167A - 高强度金属过滤管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种高强度金属过滤管及其制备方法，该高强度金属过滤管包括：位于内层的内管；在所述内管的外面、与所述内管隔开一定间隙平行设置的外管；所述内管为孔管或者螺旋管；所述外管为烧结粉末管，起过滤作用，含有微孔过滤结构。采用本发明制备的金属过滤管与现有技术相比，能够大幅度提高过滤管的抗弯能力，提高过滤管使用过程的稳定性和可靠性。本发明制备的高强度金属过滤管重点用于高温高压工况条件下的过滤设备，如煤气化装置高温高压煤粉输送系统以及飞灰收集处理系统。

Description

高强度金属过滤管及其制备方法

技术领域

本发明涉及特种功能材料的制备领域中的一种金属过滤管及其制备方法，特别涉及一种适用于高温高压气/固、液/固过滤分离领域应用的高强度金属过滤管及其制备方法。

背景技术

过滤器在石化行业的高温气体过滤，高温烟气的净化，催化剂的过滤和回收，以及火力发电、核能发电工业中的粉尘和尾气净化工艺中发挥着巨大的作用。

在石化、煤化工行业，过滤器尤其是多用在高温和高压等恶劣条件下。如Shell煤气化技术装置，在煤粉输送系统以及飞灰收集排放系统均使用了大量的烧结过滤器。其工作温度达到340-500℃，工作压力达到3.4～4MPa，反吹气体压力超过5.2MPa。飞灰气体组分包括CO、H₂、N₂、CO₂、H₂O、CH₄、NH₃Cl等多种气体，其中部分气体在高温高湿环境中有较强的腐蚀性。鉴于以上使用要求，必须采用耐高温、耐腐蚀、高强度的金属过滤管进行过滤分离。

目前，现有技术均采用粉末冶金烧结金属多孔材料或多层编织烧结丝网与连接件焊接组成过滤管，由于烧结金属材料孔隙率较高，其孔穴容易成为裂纹扩展源，因此，其强度与同种材质致密金属相比强度降低约30％。受其特殊孔隙结构特点影响，其焊接强度也非常薄弱。使用过程中，由于滤芯在高温环境下，在高压脉冲反吹气体作用下产生振动，容易导致滤芯在焊缝部位断裂失效，最终导致整套过滤器故障，影响生产顺利进行。

随着科学技术的进步以及节能环保新技术的推广，未来将有越来越多的高温高压工作环境需要用到流体过滤净化设备，目前尚未发现有能用于特种工况条件高强金属过滤管制备方法的报导。

发明内容

鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种具有高强度的金属过滤管及其制备方法，以解决当前技术现状中存在的如下技术问题：当过滤器使用压力达到4MPa、温度超过300℃，过滤器滤芯在使用过程中出现断裂。

为了实现上述发明目的，本发明的第一侧面提供一种高强度金属过滤管，其包括：位于内层的内管；在所述内管的外面、与所述内管隔开一定间隙平行设置的外管；所述内管为孔管或者螺旋管；所述外管为烧结粉末管，起过滤作用，含有微孔过滤结构。

在第一侧面的高强度金属过滤管中，优选：所述一定间隙在5～15mm，所述内管孔隙率大于50％，起支撑作用。

在第一侧面的高强度金属过滤管中，优选：在所述内管与所述外管的相同的一端均与连接头组焊在一起；在所述内管与所述外管的相同的另一端均与底封环组焊在一起。

在第一侧面的高强度金属过滤管中，优选：所述底封环的一端介入所述内管与所述外管之间以保持所述内外管之间隔开一定间隙，在所述底封环的另一端焊接有底盖。

在第一侧面的高强度金属过滤管中，优选：在所述外管与所述连接头的焊缝处设置有帽形护罩，从外面罩住所述焊缝，所述帽形护罩与所述连接头在连接头根部，所述帽形护罩与所述焊缝的间隙在0.5mm以下，更优选在0.2mm以下。

在第一侧面的高强度金属过滤管中，优选：所述外管通过将金属粉末材料进行冷等静压成型和高温烧结制得，所述金属粉末材料是不锈钢或者高温合金，比如哈氏合金、因科镍合金。

本发明的第二侧面提供第一侧面的高强度金属过滤管的制备方法，该制备方法包括：第一步：将混合均匀的粉末装入冷等静压管的模具进行成型得到粉末管生坯；第二步：将所述粉末管生坯放入烧结炉进行烧结得到粉末管；第三步：将所述粉末管裁切成要求的尺寸，得到所述外管；第四步：用氩弧焊机将所述连接头与所述内管的一端焊接在一起；第五步：用氩弧焊机将所述连接头与所述外管的一端焊接在一起；第六步：用氩弧焊机接将所述内管与所述外管在相同的另一端与所述底封环组焊在一起；和第七步：用氩弧焊机将所述底封环与所述底盖焊接在一起。

在第二侧面的高强度金属过滤管的制备方法中，优选：该制备方法还包括：第八步：按照从外面罩住所述外管与所述连接头的焊缝处的方式在所述焊缝的外面设置帽形护罩，通过氩弧焊接将所述帽形护罩与所述连接头焊接在一起，所述氩弧焊接的焊接电流为40～70A、氩气流量为8～10L/min。

在第二侧面的高强度金属过滤管的制备方法中，优选：在所述第一步中，成型压力150～250MPa；在所述第二步中，烧结温度为800～1300℃，保温时间1～3h；在所述第四步、所述第五步、所述第六步、所述第七步中，氩弧焊接时所述焊接电流为30～70A(比如是40、50、60A)，氩气流量8～10L/min(比如9L/min)。

在第二侧面的高强度金属过滤管的制备方法中，更优选：在所述第五步中，焊接电流30～60A；在所述第六步中，焊接电流40～70A。

技术效果：

采用本发明所制备的高强金属过滤管与现有技术相比，由于采用了双层结构，外部烧结金属过滤材料负责过滤功能，内部金属孔管或螺旋管负责骨架支撑及强度，在焊接部位采用帽形护罩避免焊缝部位受力，因此，具有强度高，渗透性好的优点。具体如下：

1.采用双层结构，外层为微孔过滤材料，起过滤作用，内层为孔管或者螺旋管，起支撑作用。内外层之间有一定间隙。在保证过滤流通能力不受影响的情况下，大幅度提高过滤管强度。

2.在外层金属微孔过滤材料与连接件焊缝处增加帽形护罩，其间隙不大于0.5mm，帽形护罩与连接头在连接头根部焊接。从而避免焊缝部位由于剪切力作用导致的断裂失效。

基于本发明的高强度金属过滤管能够用作高温高压工况条件下的过滤设备，如煤气化装置高温高压煤粉输送系统以及飞灰收集处理系统。另外，这种耐高温高压的过滤器在石化行业的高温气体过滤，高温烟气的净化，催化剂的过滤和回收，以及火力发电、核能发电工业中的粉尘及尾气净化工艺中需求广泛，随着国家对节能环保技术要求的提高，其必将在这些行业中发挥更大的作用。

附图说明

图1是本发明的高强度金属过滤管的截面示意图。

图2现有烧结金属粉末滤芯使用过程中的失效照片。

其中，附图标记说明如下：1-连接头，2-护罩(帽形护罩)，3-外管(粉末烧结管)，4-内管(支撑孔管或螺旋管)，5-底封环6-底盖

具体实施方式

本发明主要讲述的是一种高强度金属过滤管及其制备方法，该高强度金属过滤管的结构如图1所示为由内管4和外管3构成的双层结构，外层的外管3为具有微孔过滤结构的粉末烧结管，是由一定粒度的金属粉末通过等静压方法成形，再在真空烧结炉或气氛保护炉内在800～1300℃的条件下烧结成满足一定形状尺寸(比如孔径尺寸、孔隙尺寸等)要求和强度要求的过滤管。内层的内管4为孔管或者螺旋管，其孔隙率在50％以上，该内管主要起支撑作用，以防止外层的过滤管即外管3由于外界使用压力过高导致变形或破裂。内外层为平行结构，并都于同一端与连接头1进行焊接。为保证使用时不影响过滤效果，内外层之间有一定间隙，该尺寸太小了影响过滤效果与过滤流量，太大了影响内管的支撑作用，一般优选在5～15mm，例如6、8、10、11、13mm等，可根据实际情况来确定。另外，为防止金属过滤管与连接头1的焊缝在使用中由于震动等因素导致断裂，在焊缝处加一帽形护罩2，盖住焊缝，其与焊缝之间的间隙不大于0.5mm，帽形护罩2与连接头1在连接头1的根部焊接在一起。

该高强度金属过滤管与压力容器管板的连接方法可以是螺纹连接也可以是焊接。

本发明所提供的高强度金属过滤管及其制备方法，其工艺步骤如下：

第一步：将混合均匀的粉末装入冷等静压管的模具进行成型，成型压力150～250MPa，金属粉末材质根据使用工况条件，可以为不锈钢系列(SS316L、SS304等)、高温合金系列(Hastelloy(哈氏合金)、Inconel(因科镍合金)等)或其他金属材料，所用粉末的粒度可以根据要制造的过滤管的渗透性、孔隙目标、过滤流通能力等来确定。

第二步：将第二步制备好的粉末管生坯放入真空烧结炉，在800～1300℃下烧结，真空度10^-1～10^-3Pa，保温时间在1～3小时，烧结得到的粉末管具有满足规定要求的过滤结构，即粉末管中的过滤用孔的孔径尺寸和孔隙尺寸满足渗透性的要求。

第三步：将第三步烧结合格的粉末管用切管机裁切成要求的尺寸。

第四步：用氩弧焊机焊接连接头1与支撑孔管(螺旋管)2；孔管孔隙率可根据实际需要情况(比如过滤流通能力)而定，此处使用孔隙率大于50％的孔管，焊接电流30～70A，氩气流量8～10L/min。

第五步：组装粉末管，并将粉末管与连接头1组焊在一起，组焊时采用氩弧焊接，电流30～60A，氩气流量8～10L/min。焊接粉末管时按照粉末管与孔管平行并隔开规定间距的方式进行粉末管与连接头的焊接。

第六步：组装底封环，并将粉末管和支撑孔管(螺旋管)分别与底封环组焊，组焊时采用氩弧焊接，电流40～70A，氩气流量8～10L/min；其中底封环的一端介入粉末管与孔管之间，以保证二者之间的规定间隙，

第七步：组装底盖，并将底封环在另一端与底盖焊接在一起，焊接时采用氩弧焊接，电流30～70A，氩气流量8～10L/min；

第八步：组装保护罩2，并将保护罩2与连接头1在根部焊接在一起，焊接时采用氩弧焊接，电流40～70A，氩气流量8～10L/min。保护罩2优选采用图中所示的

形(当然也可以采用其他能盖住焊缝的形状)，使用该保护罩盖住内管4、外管3与连接头1的焊缝，并且保护罩与焊缝之间的间隙不大于0.5mm，以避免焊缝在使用过程中因震动等因素导致断裂。

实施例

采用本发明的方法制备了高强度结构金属过滤管。本发明实施例的比较见下表。表1为本发明实施例所采用的不锈钢316L原料成分；表2为本发明制备高强结构的金属过滤管的工艺制度及参数；表3为本发明制备高强结构的金属过滤管的各项性能比较表。在上述列表中，序号1-2为本发明的实施例，序号3为现有技术对比例。

从表3可知，基于本发明的金属过滤管的抗拉强度和抗弯强度均有了显著的提高，采用本发明制备的金属过滤管与现有技术相比，能够大幅度提高过滤管的抗弯能力和抗拉能力，提高过滤管使用过程的稳定性和可靠性，能够可靠地应用于高温高压工况条件下的过滤设备，如煤气化装置高温高压煤粉输送系统以及飞灰收集处理系统。

采用本发明的方法所制备的高强度金属过滤管安装在岳阳中石化壳牌煤气化装置S1502放料罐过滤器，共计108支，工作压力为3.96MPa，工作温度340℃。累计运行时间超过8000小时，所有过滤管均表现良好，未发现任何问题，同时该系统运行稳定正常。而此前采用单层烧结金属粉末滤芯(即现有技术对比例3的产品)在使用过程中则屡屡由于滤芯断裂失效造成系统停车，生产中断。其断裂失效照片如图2所示。

表1本发明所采用的SS316L原料成分

C％	Si％	Mn％	P％	S％	Cr％	Mo％	Ni％
								0.02	0.5	1.5	0.03	0.02	17	2.5	14

表2本发明制备高强结构金属过滤管的工艺制度及参数

表3本发明制备高强结构金属过滤管的各项性能比较表

Claims (10)

1.一种高强度金属过滤管，其特征在于，包括：

位于内层的内管；

在所述内管的外面、与所述内管隔开一定间隙平行设置的外管；

所述内管为孔管或者螺旋管；

所述外管为烧结粉末管，起过滤作用，含有微孔过滤结构。

2.如权利要求1所述的高强度金属过滤管，其特征在于，

所述一定间隙在5～15mm之间，

所述内管孔隙率大于50％，起支撑作用。

3.如权利要求1所述的高强度金属过滤管，其特征在于，

在所述内管与所述外管的相同的一端均与连接头组焊在一起；

在所述内管与所述外管的相同的另一端均与底封环组焊在一起。

4.如权利要求3所述的高强度金属过滤管，其特征在于，

所述底封环的一端介入所述内管与所述外管之间以保持所述内外管之间隔开所述一定间隙，

在所述底封环的另一端焊接有底盖。

5.如权利要求3所述的高强度金属过滤管，其特征在于，

在所述外管与所述连接头的焊缝处设置有帽形护罩，从外面罩住所述焊缝，所述帽形护罩与所述连接头在连接头根部焊接在一起，

所述帽形护罩与所述焊缝的间隙在0.5mm以下。

6.如权利要求1所述的高强度金属过滤管，其特征在于，

所述外管通过将粉末材料进行冷等静压成型和高温烧结制得，

所述粉末材料是不锈钢或者高温合金。

7.一种高强度金属过滤管的制备方法，所述高强度金属过滤管是如权利要求1～6之任一项所述的高强度金属过滤管，其特征在于，该制备方法包括：

第一步：将混合均匀的粉末装入冷等静压管的模具进行成型得到粉末管生坯；

第二步：将所述粉末管生坯放入烧结炉进行烧结得到粉末管；

第三步：将所述粉末管裁切成要求的尺寸，得到所述外管；

第四步：用氩弧焊机将所述连接头与所述内管的一端焊接在一起；

第五步：用氩弧焊机将所述连接头与所述外管的一端焊接在一起；

第六步：用氩弧焊机接将所述内管与所述外管在相同的另一端与底封环组焊在一起；和

第七步：用氩弧焊机将所述底封环与底盖焊接在一起。

8.如权利要求7所述的高强度金属过滤管的制备方法，其特征在于，该制备方法还包括：

第八步：按照从外面罩住所述外管与所述连接头的焊缝处的方式在所述焊缝的外面设置帽形护罩，通过氩弧焊接将所述帽形护罩与所述连接头在所述连接头根部焊接在一起，所述氩弧焊接的焊接电流为40～70A、氩气流量为8～10L/min。

9.如权利要求7所述的高强度金属过滤管的制备方法，其特征在于，

在所述第一步中，成型压力150～250MPa；

在所述第二步中，烧结温度为800～1300℃，保温时间1～3h；

在所述第四步、所述第五步、所述第六步、所述第七步中，氩弧焊接时所述焊接电流为30～70A，氩气流量8～10L/min。

10.如权利要求7所述的高强度金属过滤管的制备方法，其特征在于，

在所述第五步中，焊接电流30～60A；

在所述第六步中，焊接电流40～70A。

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