CN103063079B

CN103063079B - 金属搪瓷传热元件及其加工方法

Info

Publication number: CN103063079B
Application number: CN201310016433.1A
Authority: CN
Inventors: 郭宏新; 杨峻; 詹岳; 严励; 陈军; 黄俊峰
Original assignee: NANJING SHENGNUO HEAT PIPE CO Ltd
Current assignee: NANJING SHENGNUO HEAT PIPE CO Ltd
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2033-01-17
Also published as: CN103063079A

Abstract

本发明提供一种可适用于露点温度以下及酸、碱腐蚀性介质中的具有抗腐蚀性能的金属搪瓷传热元件，包括传热元件及其表面敷设的金属搪瓷层；所述金属搪瓷层为防腐柔性金属搪瓷层，其在普通搪瓷料中加入金属元素，各金属元素重量比为：Ti0.01~0.1%、Cu0.1~0.2%、Co0.2~0.5%、Mg0.1~0.5%、Mo0.01~0.05%。本发明可用于回收腐蚀性介质或低温露点温度以下的余热回收装置，有利于大幅度提高设备使用寿命，降低设备成本和维护费用。

Description

金属搪瓷传热元件及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种具有防腐性能的热交换元件，尤其涉及一种其表面覆有金属搪瓷层的金属搪瓷传热元件。

本发明还涉及上述金属搪瓷传热元件的加工方法。

背景技术

近年来，防腐蚀问题已从避免经济损失的层面上升到低碳节能和资源保护的高度。全球每年因腐蚀问题造成的损失超过2.2万亿美元，即全球年GDP的3%被腐蚀问题所吞噬。如果能采取有效的防护措施，每年可挽回25%~40%的腐蚀损失，而金属的防腐问题占到各种防腐蚀措施的2/3，因此，对于金属防腐处理的深入研究和技术创新势在必行。

以石化行业为例，其换热设备投资约占建厂总投资的40%，而每年因腐蚀结垢报废的换热器多达上万台。换热器的损坏不仅使维修更新作业频繁，原材料和产品跑、冒、滴、漏，有毒有害物资侵害人身安全、污染环境等，而且其造成的装置事故停车带来惊人的停产损失。对于壳程温度低于100℃的换热器，运行6-10个月就会因结垢、污物使大部分列管堵塞，换热失效。壳程温度200℃的换热器运行2-4个月，积垢就达1mm以上，使传热效率大大降低。到目前为止，石油炼制与石油化工企业，大量的低温余热未能获得低成本高效地回收，受到材料、腐蚀等因素制约，如：低温余热回收、碳钢水冷器及冷凝器管束等均因材料的腐蚀未能很好的解决，制约着使用寿命。

CN200710130922.4提供了一种耐腐蚀搪瓷热管，它按如下方法制造而成：首先，利用碳钢制造出基管，并使基管表面的翅片边缘呈弧形结构；其次，向上述基管外表面及翅片表面涂履厚度为0.05～0.3mm的搪瓷层；第三，将上述涂履有搪瓷的基管垂直置于加热炉内进行搪烧，控制搪烧温度在700～950℃，搪烧时间5～15分钟，使搪瓷层完全瓷化，冷却后即得耐腐蚀热管。但该搪瓷热管加工困难，其热管搪瓷层需要采用高温烧制过程，不仅消耗大量的能量，而且无法保证搪瓷层的均匀度。由于搪瓷层中存在的瓷釉颗粒、各种氧化物、惰性耐火材料和大量的气泡，使搪瓷制品容易出现鳞爆等缺陷，搪瓷层与金属热管管壁无法很好地结合，影响热管的换热效率和使用寿命。

为此，有必要研制一种其搪瓷防护层能够有效地与换热管管壁结合为一体，用来解决腐蚀性介质中或低温露点温度以下换热管金属壁面的腐蚀问题，延长换热管的使用寿命，同时达到换热管壁面防结垢与抗锈垢能力，提高换热效率，为低温余热的回收、腐蚀性介质的热交换、流体输送、污水处理等领域的节能降耗奠定基础。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是，提供一种可适用于露点温度以下及酸、碱腐蚀性介质中的具有抗腐蚀性能的金属搪瓷传热元件。

本发明所述金属搪瓷传热元件，包括传热元件及敷设在传热元件表面的金属搪瓷层；其特征在于：所述金属搪瓷层为防腐柔性金属搪瓷层，该防腐柔性金属搪瓷层含有金属元素Ti、Cu、Co、Mg、Mo，各金属元素重量百分比为：Ti 0.01~0.1%、Cu 0.1~0.2%、Co 0.2~0.5%、Mg 0.1~0.5%、Mo 0.01~0.05%。

针对石化、冶金、化工等腐蚀性介质或露点温度以下的低温余热回收的传热元件，其防腐柔性金属搪瓷层采用柔性金属搪瓷料多次喷涂或浸涂形成。

所述柔性金属搪瓷料由以下方法制备：在普通搪瓷料的基础上，按照上述重量比添加金属元素Ti、Cu、Co、Mg、Mo，其中Ti金属粒子为10~200纳米，同时添加环氧树脂及不饱和树脂，以及醇溶剂或酮溶剂，例如：丁醇、丁酮、环己醇、环己酮等醇酮类溶剂，充分混合，达到25℃下粘度为福特杯30~40s。所述柔性金属搪瓷料中金属粒子在微、纳尺度下提高其表面活性，并与上述添加的醇酮类助溶化合物之间形成牢固的化学吸附和化学键合状态，从根本上改善了界面处的薄弱环节；显著提高了金属搪瓷层的强度、柔韧性、耐磨性、耐蚀性（耐水、油、酸、碱、盐）、耐温性及抗结垢性等多种特殊功能。

本发明所述的防腐柔性金属搪瓷涂层可实现在常温环境12~45℃下，即可与金属传热元件壁面结合，而普通搪瓷需要在800℃以上的高温条件下才能够实现牢固结合。

本发明所述传热元件包括热管、普通光管或翅片管等换热管。该类传热元件可采用顺、逆流，顺、错排列布置于换热器壳体中，充分节约设备布设空间；也可以同时采用热管及换热管，同时以辐射、对流、导热及相变传热方式进行综合传热，以大幅度提高传热效率。

当传热元件选用热管时，通常只需要在管外表面敷设如上所述的防腐柔性金属搪瓷层；当选用普通光管或翅片管等普通换热管时，可根据换热介质及换热工况的具体需要，在换热管内、外表面均敷设如上所述的防腐柔性金属搪瓷层，也可仅在其管内表面或管外表面敷设。

本发明所要解决的第二个技术问题是，提供上述金属搪瓷传热元件的加工方法。

本发明所述金属搪瓷传热元件的加工方法具体为：在所述传热元件表面，在环境温度12~45℃下喷涂柔性金属搪瓷料层3~4遍，每一遍之间间隔6~10小时，每一遍搪瓷料层厚度为0.1~0.15mm。

在喷涂传热元件的外表面时，优选喷射压力0.3~0.6MPa，喷射流量0.3~1.0ml/s。

当需要进行传热元件的内表面的喷涂时，如所述传热元件为换热管，可将喷头导入所述换热管内，对换热管的内表面进行喷涂，相应的喷射压力为0.1~0.4MPa，喷射流量为0.1~0.5ml/s。

当有条件提高间隔放置时的环境温度时，上述传热元件内、外表面喷涂时间间隔可适当缩短。随放置的环境温度升高，时间可相应缩短。具体操作如下：

1. 在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度80℃中，每一遍喷涂之间间隔为50~60min；

2. 在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度100℃中，每一遍喷涂之间间隔为30~40min ；

3. 在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度120℃中，每一遍喷涂之间间隔为20~30min。

在进行传热元件内表面金属搪瓷涂层加工时，还可采用浸涂法，即：将柔性金属搪瓷料灌装于传热元件内，灌装量大于管内容积的1/3，倾覆或水平旋转传热元件1~3周，当传热元件内表面全部浸润后，立即排出柔性金属搪瓷料。

当然，为了保证柔性金属搪瓷层与传热元件表面有效附着，需要预先对传热元件做出预处理，将传热元件表面进行除油、除锈和清洁，达到Sa2.5。

本发明可广泛用于回收腐蚀性介质或低温露点温度以下的余热回收装置，有利于大幅度提高设备使用寿命，降低设备成本和维护费用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

1. 将热管元件表面进行除油、除锈和清洁，达到Sa2.5；

2. 在环境温度12~45℃下外表面喷涂柔性金属搪瓷料层3遍，每一遍之间间隔6-10小时，每一遍搪瓷料层厚度为0.1~0.15mm；喷射压力0.3~0.6MPa，喷射流量0.3~1.0ml/s；

3. 在环境温度12~45℃下放置10小时。

实施例2

1. 将换热管元件表面进行除油、除锈和清洁，达到Sa2.5；

2. 在环境温度12~45℃下内表面喷涂柔性金属搪瓷料层3遍，每一遍之间间隔6-10小时，每一遍搪瓷料层厚度为0.1~0.15mm；喷射压力0.1~0.4MPa，喷射流量0.1~0.5ml/s；

3. 在环境温度12~45℃下放置10小时。

实施例3

1. 将换热管元件内、外表面均进行除油、除锈和清洁，达到Sa2.5；

2. 在环境温度12~45℃下，分别向换热管元件内、外表面喷涂柔性金属搪瓷料层3遍，放入环境温度100℃，每一遍之间间隔30~40min，每一遍搪瓷料层厚度为0.1~0.15mm；

3. 对换热管外表面喷涂时，喷射压力0.3~0.6MPa，喷射流量0.3~1.0ml/s；对换热管内表面喷涂时，喷射压力0.1~0.4MPa，喷射流量0.1~0.5ml/s；

4. 在环境温度100℃下放置30~40min。

实施例4

1. 将换热管元件内外、表面进行除油、除锈和清洁，达到Sa2.5；

2. 在环境温度12~45℃下，喷涂柔性金属搪瓷料层3遍，放入环境温度120℃，每一遍之间间隔20~30min，每一遍搪瓷料层厚度为0.1~0.15mm；

3. 在环境温度120℃下放置20~30min；

4. 在环境温度12~45℃下，将柔性金属搪瓷料灌装于换热管内，灌装量大于管内容积的1/3，倾覆或水平旋转传热元件1~3周，当传热元件内表面全部浸润后，立即排出柔性金属搪瓷料；

5. 在环境温度120℃下放置20~30min。

在上述各实施例中，所述柔性金属搪瓷料的制备方法如下：

在普通搪瓷料的基础上添加金属元素Ti、Cu、Co、Mg、Mo，其重量比分别为：Ti 0.01~0.1%、Cu 0.1~0.2%、Co 0.2~0.5%、Mg 0.1~0.5%、Mo 0.01~0.05%；其中Ti金属粒子为10~200纳米，添加相应的环氧及不饱和树脂，以及醇酮类溶剂，例如丁醇、丁酮、环己醇、环己酮等，充分混合，达到25℃下粘度为福特杯30~40s。

采用本发明加工制成的热管或普通换热管，其金属搪瓷涂层抗拉强度可达到110~160MPa，抗压强度达到400~560MPa。

同时，经实验证明，本发明的金属搪瓷层在2%~90%H₂SO₄溶液中浸泡24小时后，表面稳定，无变化；在2%~30%HCl溶液中浸泡24小时后表面稳定，无变化；在2%~30%NaOH溶液中浸泡24小时后表面稳定，无变化；将其加热至200℃后，放入室温水中激冷，表面无变化。

因此，本发明可以使用于管壁温度200℃以下的易腐蚀环境的换热工况中，使换热设备的耐腐蚀性大大提高，使用寿命显著增加。

Claims

1.一种金属搪瓷传热元件，包括传热元件及敷设在传热元件表面的金属搪瓷层；其特征在于：所述金属搪瓷层为防腐柔性金属搪瓷层，该防腐柔性金属搪瓷层含有金属元素Ti、Cu、Co、Mg、Mo，各金属元素重量百分比为：Ti0.01～0.1％、Cu0.1～0.2％、Co0.2～0.5％、Mg0.1～0.5％、Mo0.01～0.05％；所述防腐金属搪瓷层采用柔性金属搪瓷料喷涂或浸涂形成；所述柔性金属搪瓷料由以下方法制备：在普通搪瓷料的基础上添加金属元素Ti、Cu、Co、Mg、Mo，其中Ti金属粒子为10～200纳米，同时添加环氧树脂及不饱和树脂，以及醇或酮溶剂，充分混合，达到25℃下粘度为福特杯30～40s。

2.根据权利要求1所述的金属搪瓷传热元件，其特征在于：所述传热元件为换热管，该换热管表面敷设有金属搪瓷层，所述金属搪瓷层为防腐柔性金属搪瓷层，该防腐柔性金属搪瓷层含有金属元素Ti、Cu、Co、Mg、Mo，各金属元素重量百分比为：Ti0.01～0.1％、Cu0.1～0.2％、Co0.2～0.5％、Mg0.1～0.5％、Mo0.01～0.05％。

3.根据权利要求1或者2所述的金属搪瓷传热元件，其特征在于：所述防腐金属搪瓷层采用柔性金属搪瓷料多次喷涂或浸涂形成。

4.一种制作如权利要求1或2所述金属搪瓷传热元件的加工方法，其特征在于：包括以下步骤，在所述传热元件表面，在环境温度12～45℃下喷涂柔性金属搪瓷料层3～4遍，每一遍之间间隔6～10小时，每一遍搪瓷料层厚度为0.1～0.15mm。

5.根据权利要求4所述的所述金属搪瓷传热元件的加工方法，其特征在于：在喷涂所述传热元件的外表面时，喷射压力为0.3～0.6MPa，喷射流量为0.3～1.0ml/s。

6.根据权利要求4所述金属搪瓷传热元件的加工方法，其特征在于：所述传热元件为换热管，将喷头导入所述换热管内，对换热管的内表面进行喷涂，相应的喷射压力为0.1～0.4MPa，喷射流量为0.1～0.5ml/s。

7.根据权利要求4所述金属搪瓷传热元件的加工方法，其特征在于：所述传热元件为换热管，将柔性金属搪瓷料灌装于换热管内，灌装量大于换热管内容积的1/3，倾覆或水平旋转换热管1～3周，当换热管内表面全部浸润后，立即排出柔性金属搪瓷料。

8.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于：在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度80℃中，每一遍喷涂之间间隔为50～60min；或者在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度100℃中，每一遍喷涂之间间隔为30～40min；或者在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度120℃中，每一遍喷涂之间间隔为20～30min。

9.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于：在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度80℃中，每一遍喷涂之间间隔为50～60min；或者在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度100℃中，每一遍喷涂之间间隔为30～40min；或者在喷涂柔性金属搪瓷层后，将传热元件置于环境温度120℃中，每一遍喷涂之间间隔为20～30min。

10.根据权利要求4-9任意一项权利要求所述的加工方法，其特征在于：在喷涂操作之前，将传热元件表面进行除油、除锈和清洁，达到Sa2.5。