CN212594478U - 一种大通量金属粉末镀层烧结网滤管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大通量金属粉末镀层烧结网滤管，包括卷制焊接成型的管状多层烧结网基材及镀设于管状多层烧结网基材外表面的金属膜过滤层。该大通量金属粉末镀层烧结网滤管能够有效解决现有金属粉末和金属丝网复合滤管实际应用中的精度、流通量及强度三者不能兼顾的不足，同时能够有效解决现有的焊接纵缝滤管存在的渗漏及开层风险，并有效规避传统涂膜工艺卷筒加工对金属膜层造成的损伤。

Description

一种大通量金属粉末镀层烧结网滤管

技术领域

本实用新型属于金属烧结网复合金属粉末烧结滤管技术领域，具体涉及一种大通量金属粉末镀层烧结网滤管。

背景技术

催化剂浆液过滤器用于去除ACO轻油加工装置经催化裂化后剩余油中的催化剂颗粒。ACO催化剂浆液是作为燃料油的调合组分，因此需要进一步去除催化剂浆液中的杂质固体含量，本过滤装置要求出口固含量小于50ppmw。催化剂浆液中的催化剂含量高达12000~18000ppmw、工作温度200℃且浆液中含有10000ppmw的胶质和沥青、在线反冲洗压力高达1.15MPag，因此欲达到过滤装置要求目标，所需过滤精度及其效率至少为1μm@95%，并且要在高温下承受长周期1.15MPag压力的反冲洗，这要求滤芯不仅具备高精度、还应有较高的流通量、高温下强度高、滤芯的滤材结构设计利于反洗再生。

石油精炼过程中催化汽油的脱硫S-Zorb装置ME101过滤器是其工艺中的关键设备，过滤器使用金属烧结粉末滤芯。目前此滤芯采用金属粉末为原材料，经过冷等静压的成型后通过高温真空烧结制成。通过选配金属粉末颗粒尺寸与工艺参数，可调整元件的孔隙大小与分布。利用不同过滤材料的孔隙结构、材质成分、耐压强度等特点开发出最终适合用户所需的过滤产品。ME101过滤器的反吹压力高达3MPa，反吹频率为20次/min，工作温度430℃，反吹氮气温度150℃，工作中温差高达280℃。高压力、高频次和高温差的反吹会对滤芯产生应力和扭矩，虽然目前的技术有金属粉末和金属丝网复合非对称滤芯，但与有粉末膜层纵缝是通过氩弧焊焊接成型，由于蜂窝结构的烧结滤芯粉末层内部存在空气，在焊接过程中氩气不能将空气吹走，达不到良好的焊接保护效果，所以膜层焊接后对滤芯孔径造成损伤并且焊缝处产生应力集中，长周期的高压高温反吹焊缝处连接处容易产生断裂，从而影响滤芯的使用寿命。

随着国家对石油化工厂环保指标强制管控以及大多装置有增加产能的客观需求，因为原有过滤器罐体的尺寸限制以及增加新装置的高额成本，不得不考虑对现有过滤器滤芯的改造升级，选择高性能、大通量的过滤元件是现阶段最高效方案同时也是未来炼化企业的发展趋势。

目前市场上存在的金属粉末和金属烧结网复合滤芯工艺技术：轧制基材+喷涂技术 （详见专利CN107983016A、CN204767841U、CN 205516897U）是先烧结一种片状的多层烧结金属丝网，在片状烧结金属丝网外表面喷涂一层粉末粒度为200-800目的细粉层，再经过两个相切辊轴轧制成一定厚度的片状材料，然后经过真空烧结制出一种金属粉末和金属丝网复合片状滤材，最后卷制并焊接纵缝制成滤管。

此工艺方法中基材一般会选用多层金属烧结网来承担整个滤材的强度，喷涂层作为过滤层，因为是片材并且是平面喷涂施工基材孔径选择尤为重要，孔径选择大了流通量提上去了，但是过滤层细粉会掉入支撑层内堵塞一部分孔隙，孔径选择过小过滤层细粉与支撑层结合问题倒是解决了，但势必造成强度降低（编织网的孔径大小与强度成正比），看似金属粉末烧结板可以选择作为基材，因为粉末材料的孔径大小与强度成反比，虽然说配合过滤层的细粉选择粉末轧制板材不会出现细粉堵塞基材的情况，但是选择过小的孔径基材本身就已经降低了流通量，这种组合依然只是舍弃了流通量来保证强度和生产的可行性，就算我们选取一个合适的基材制作出了基本符合要求的非对称烧结片材，接下来的滤芯制作却是一个高难度挑战，滤材卷制圆筒过程会对原有形成的孔隙结构产生拉伸破坏，纵缝焊接产生的热影响经常出现过滤层龟裂，对滤芯过滤精度产生致命隐患。在滤芯直径相同的情况下，有焊缝的滤芯通常比没有焊缝的滤芯有效过滤面积减小，虽说单支滤芯影响不大，但对于一台安装上百支滤芯的装置来说可是天壤之别。因为焊缝的存在反冲洗存在盲区，随之而来还有反冲洗产生的高压，焊缝处也不能及时卸载久而久之焊缝强度也会受损。

综上所述，采用轧制基材+喷涂技术生产的金属粉末和金属丝网复合滤芯在以上两种典型工况里不可能实现高精度过滤和优异的反冲洗效果，只是相对普通的非对称粉末烧结滤芯提高一些强度，仅仅能够用在有强度需求的小众工况，产生经济效益十分有限。另外此工艺方法制作的非对称烧结滤芯对基材轧制、滤材卷筒、焊接工艺要求极其苛刻，任何一个环节失误都是致命的，因此产品废品率也相对较高。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供了一种大通量、高精度及高强度金属粉末镀层烧结网滤管，用于有效解决现有金属粉末和金属丝网复合滤管实际应用中的精度、流通量及强度三者不能兼顾的不足，同时能够有效解决现有的焊接纵缝滤管存在的渗漏及开层风险，并有效规避传统涂膜工艺卷筒加工对金属膜层造成的损伤。

本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种大通量金属粉末镀层烧结网滤管，其特征在于包括卷制焊接成型的管状多层烧结网基材及设置于管状多层烧结网基材外表面的金属膜过滤层。

进一步限定，所述管状多层烧结网基材选择3~5层金属丝网排列成渐变孔径，其中最内层为12×64席型网，镀膜过滤层接受面为目网，该目网的目数为100~350目。

本实用新型所述大通量金属粉末镀层烧结网滤管的制备工艺，其特征在于具体过程为：将2000~2500目的超细金属粉末分散到有机溶剂聚乙烯醇或聚丙烯酸酯中形成均匀浆液，在利用液体高温雾化原理在卷筒成型的管状多层烧结网基材外表面镀上超薄金属粉末过滤层，制作时管状多层烧结网基材高速旋转以得到超薄镀膜过滤层，镀膜过程通过调整管状多层烧结网基材的转速及浆液的输入量能够实现最低0.05mm厚的镀膜过滤层，进而最终制得大通量、高精度及高强度金属粉末镀层烧结网滤管。

进一步限定，所述大通量金属粉末镀层烧结网滤管的制备工艺，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：管状多层烧结网基材的制备

根据工况需求选择3～5层金属丝网排列成渐变孔径，一般最内层为12×64席型网，镀膜过滤层接受面为目网，根据目标产品的精度，镀膜过滤层接受面目网的目数一般选取100~350目；按设计方案铺设好金属丝网后进行真空烧结；将烧结后的金属丝网卷制成管状并焊接纵缝得到管状多层烧结网基材；

步骤S2：高精度镀膜过滤层的制备

将2000~2500目的超细金属粉末和有机溶剂聚乙烯醇或聚丙烯酸酯按照体积比1:4~6混合并搅拌分散均匀后制成浆液；将制好的浆液置于加热容器中，调节温度至溶剂的沸点温度，并调节压缩空气压力至0.6MPa待浆液以雾化状态冒出时准备在管状多层烧结网基材上镀膜；将管状多层烧结网基管置于与外界密闭且高速旋装的设备上，缓慢通入雾化状态的浆液并开始计时，通过调整浆液的输入量及管状多层烧结网基材的转速控制镀膜过滤层的厚度；

步骤S3：滤管真空烧结工艺

将镀膜后的管状多层烧结网基材装入真空烧结炉准备烧结，第一阶段以2℃/min的升温速率升温，待温度上升至250℃时，保温1h；第二阶段以2℃/min的升温速率升温至600℃，保温1h；第三阶段以20℃/min的升温速率急速升温至900℃，保温1h；第四阶段以2℃/min的升温速率升温至1150℃，保温2h；

步骤S4：滤管降温工艺

待烧结完成后以2℃/min的降温速率降温至850℃，保温10min，再向烧结炉内通入氩气并继续以5℃/min的降温速率降温至室温，出炉后得到大通量金属粉末镀层烧结网滤管。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：市场上现有的金属粉末和金属丝网复合滤管采用轧制片状烧结丝网后经超音速喷涂设备将膜层涂覆在丝网表面。喷涂时片状材料静止，喷涂设备按程序设定轨迹以超音速喷粉末浆料在丝网表面，这种工艺下膜层粉末因为高压高速气流引导往往会冲到丝网中间层，膜层的厚度一般在0.5～1mm且密度大不利于形成高孔隙率。本实用新型与其它金属粉末和金属丝网复合滤芯区别在于实用新型了一种先进的气雾化镀层工艺，该工艺将2000~2500目的超细金属粉末分散在特定有机溶剂中，利用液体高温雾化原理在卷筒成型的多层烧结网基管上镀一层超薄金属粉末过滤层，制作时管状多层烧结网基材高速旋转可得到超薄镀膜过滤层，镀层超细金属粉末与烧结金属丝网受镀面科学选型结合气雾化镀膜工艺可以大幅降低镀膜过滤层厚度，最低可实现0.05mm厚镀膜过滤层，根据技术方案理论原型可知高精度膜层的厚度越薄其过滤时的差压就越小，此工艺正好符合获得大通量、高强度、高精度过滤元件的必要条件，适合特殊需求的工况。

本实用新型采用的超细金属粉末镀层工艺，用专用设备在管状多层烧结网基材外表面附着一层超细金属镀膜过滤层。由于镀层是依托在烧结金属丝网管状元件表面，使得滤管外表镀膜过滤层浑然一体，与采用轧制片材喷涂膜层然后卷制焊接的滤管相比，解决了膜层有焊缝带来的渗漏风险及疲劳强度不佳的现状。这种工艺方式能很好地兼顾过滤性能和高强度再生环境，同时该方法制成的滤管分离精度最高可达0.3μm。而金属粉末和金属丝网复合滤管是采用轧制丝网板材真空烧结制成基材，然后喷涂涂膜层再次真空烧结后卷制成管件，最后焊接纵缝得到滤管，此法虽能得到相比传统非对称粉末烧结滤芯更好的强度，但是其过滤精度和疲劳强度还不足以适应长周期的极端工况，因为卷制的因素本身成型的孔隙结构会受到后期加工的破坏，再者片状材料在卷制成管状元件后纵缝焊接过程会存在一定焊接渗漏风险，因为热影响因素焊缝两侧膜层孔隙会存在一定的断裂带，这都给未来使用过程带来不确定性。

本实用新型滤管根据产品精度需要迎着介质进入的方向依次为粉末镀层(超细粉末)、支撑层(多层烧结网)构成，其中支撑层为多层烧结网根据工况需要可优化设计而得到渐变孔径，正常过滤时介质由镀层一侧进入，污染物被高精度镀层截留并不断聚集，随着差压的上升从过滤器滤芯内部引出洁净的高压流体对滤芯外表面形成的滤饼进行清洗再生。这种渐变孔径一体化镀层比片状复合材料滤芯反洗再生更容易，所需反洗压力、系统能耗更小，一体式镀层的结合强度及完整性相较焊接成型因焊缝存在有先天缺陷的复合膜层材料在疲劳工况下优势更明显，特别适合在高温、高压下长周期运行。

附图说明

图1是现有金属粉末和金属丝网复合滤材结构示意图；

图2是现有金属粉末和金属丝网复合滤管结构示意图；

图3是本实用新型中大通量金属粉末镀层烧结网滤管的结构示意图；

图4是本实用新型滤管与现有滤管流通量对比曲线；

图5是现有滤管的性能（出口排放浓度）图；

图6是本实用新型滤管的性能（出口排放浓度）图。

图中：1-管状多层烧结网基材，2-金属膜过滤层。

具体实施方式

结合附图详细描述本实用新型的技术方案，一种大通量金属粉末镀层烧结网滤管，包括卷制焊接成型的管状多层烧结网基材1及设置于管状多层烧结网基材1外表面的金属膜过滤层2。

过滤机理分为两大类：表面过滤（滤饼过滤）和深层过滤。顾名思义表面过滤是将颗粒物拦截在过滤元件表面，深层过滤是颗粒物被截留于介质内部的孔隙中。由于过滤器要进行长期稳定运行，过程中进行反洗再生。因此要想过滤器长周期稳定运行工作原理决定了只能进行表面过滤，根据表面过滤工作模式，过滤器运行中工作压差满足Darcy流体理论：

，V-流量、d-过滤层厚度、η-介质粘度、S-过滤面积、α-过滤材料的透过系数，根据Darcy流体理论可以看出透过过滤元件的流量与过滤元件的过滤精度、厚度成反比。因此要想得到高通量滤芯采用孔径渐变型的非对称结构是符合设计原理的。在保证过滤元件强度的条件下减少过滤层（金属镀膜过滤层）的厚度是降低阻力、提高通量的必然选择。

本实用新型所述大通量金属粉末镀层烧结网滤管的制备工艺，具体步骤为：

步骤S1：管状多层烧结网基材的制备

根据工况需求选择4层金属丝网排列成渐变孔径，一般最内层为12×64席型网，镀膜过滤层接受面为目网，根据目标产品的精度，镀膜过滤层接受面目网的目数一般选取200目；按设计方案铺设好金属丝网后进行真空烧结；将烧结后的金属丝网卷制成管状并焊接纵缝得到管状多层烧结网基材；

步骤S2：高精度镀膜过滤层的制备

将2000~2500目的超细金属粉末和有机溶剂聚乙烯醇或聚丙烯酸酯按照体积比1:5混合并搅拌分散均匀后制成浆液；将制好的浆液置于加热容器中，调节温度至溶剂的沸点温度，并调节压缩空气压力至0.6MPa待浆液以雾化状态冒出时准备在管状多层烧结网基材上镀膜；将管状多层烧结网基管置于与外界密闭且高速旋装的设备上，缓慢通入雾化状态的浆液并开始计时，通过调整浆液的输入量及管状多层烧结网基材的转速控制镀膜过滤层的厚度；

步骤S3：滤管真空烧结工艺

将镀膜后的管状多层烧结网基材装入真空烧结炉准备烧结，第一阶段以2℃/min的升温速率升温，待温度上升至250℃时，保温1h；第二阶段以2℃/min的升温速率升温至600℃，保温1h；第三阶段以20℃/min的升温速率急速升温至900℃，保温1h；第四阶段以2℃/min的升温速率升温至1150℃，保温2h；

步骤S4：滤管降温工艺

待烧结完成后以2℃/min的降温速率降温至850℃，保温10min，再向烧结炉内通入氩气并继续以5℃/min的降温速率降温至室温，出炉后得到大通量金属粉末镀层烧结网滤管。

本实用新型中的气雾化镀膜工艺将超细金属粉末在管状多层烧结网基材表面整体镀膜的制备方法，规避传统涂膜工艺卷筒加工对膜层造成的损伤；本实用新型中烧结丝网超薄金属镀层大通量非对称滤管，气雾化镀膜工艺生产成本低廉，对生产设备的要求低，适合大规模工业化生产。该方法制备的非对称结构滤芯流通量远高于传统非对称烧结滤芯，滤管的渐变孔径设计也有别于传统，以在疲劳工况高效过滤、稳定性高为目的，可以广泛应用于石油化工、煤炭、水处理、生物制药等行业的气固、液固分离，尤其适合在高温、高杂质含量、高粘度、高精度以及对滤芯有在线再生需求的疲劳工况，典型应用有催化汽油吸附脱硫S-Zorb装置的ME-101增产项目、ACO轻油加工催化剂浆液过滤、煤气化飞灰过滤、尼龙厂已内酰胺羟胺肟化工艺催化剂回收、甲醇制烯烃工艺水浆过滤以及化工厂含碱废水过滤等工业领域。图4本实用新型滤管与现有滤管流通量对比曲线；图5-6是本实用新型滤管与现有滤管性能（出口排放浓度）对比图。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围。

Claims (2)

1.一种大通量金属粉末镀层烧结网滤管，其特征在于包括卷制焊接成型的管状多层烧结网基材及镀设于管状多层烧结网基材外表面的金属膜过滤层。

2.根据权利要求1所述的大通量金属粉末镀层烧结网滤管，其特征在于：所述管状多层烧结网基材选择3~5层金属丝网排列成渐变孔径，其中最内层为12×64席型网，镀膜过滤层接受面为目网，该目网的目数为100~350目。

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