CN217541475U - 一种管式炉石英管的安全保护结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种管式炉石英管的安全保护结构，具体为石英管为内管，其外部设有耐高温金属材质的铠甲外管，内外管之间设立阻尼呼吸垫，外层金属铠甲管与各密封接触面实现整体压力密封，石英管为一体结构的石英直管和石英鹰嘴直角弯管，金属铠甲外管包括相互连接的铠甲罩和金属管，石英直管为直管形状其外部对应套设所述金属管，石英直管包括同径相互连接的石英主管和石英短节，石英短节的一端为气体进口端；金属管两端焊接进出口端法兰，内外两管的进口端设置有可拆卸的密封卡箍进行密封。实现了利用耐高温金属铠甲管更高的密封强度和承压能力，并且当石英管发生破裂后可以有效阻止有毒有害气体等工作介质向环境泄露的危害性环保事故发生。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种管式炉石英管，特征是一种管式炉石英管的安全保护结构。
背景技术
高温石英管管式炉广泛应用科研生产研究的各个领域。石英管的耐高温特性和对多数实验介质的惰性特征，使其成为多个实验研究领域的首选承载腔室。但是石英管的脆性易碎和应力破坏的随机性和无法预测破损事件，使其作为有毒有害介质和易燃易爆气体实验密封承载腔室的许多应用受到诸多限制，而且石英管承压能力低、可靠性查，在高低温交变应力作用下易发生破坏。
例如在岩心残留汞高温蒸馏解吸实验中，石英管作为样品的承载腔室，要求管式炉石英内腔流程具备一定安全承压能力，耐高温能力和密封性，同时一旦发生石英管破裂事件，必须能够确保有毒有害气体和实验材料不向环境泄漏，避免对人员健康造成伤害和环境污染。目前市场上的石英管管式炉仅仅采用石英管两端金属法兰盘密封形式，两个金属法兰之间的石英管炉内工作区没有防爆保护且完全裸露在保温层环型空间，当实验介质为有毒有害气体和易挥发逸散有毒介质时，石英管一旦发生破裂，石英管管内的气体、粉末碎屑等实验介质会不受限制的直接扩散在保温层环空，并由缝隙向环境扩散，将给实验人员生命健康和环境安全造成难以承受的伤害。而且传统石英主管进出口端采用插管+管卡的结构形式，操作、安装、拆装、进样取样的便捷性都有局限。
因此，为了确保人员健康和环保安全无事故，针对有毒有害、易挥发逸散介质的实验工况，需要一种承压能力相对较高、密封安全性更可靠，且在石英管受热腔室发生损坏或爆裂时仍能够对有毒有害气体尘埃进行密封的管式炉石英管密封安全保护结构，本实用新型所指的一种管式炉石英管的安全结构即为此而研发。
实用新型内容
本实用新型提供的结构设计主要解决使用耐高温石英管式炉处理回收、检测含有毒有害挥发成分的作业流程中石英管外意外破裂导致管内介质向环境泄露问题，实现了利用耐高温金属铠甲管更高的密封强度和承压能力，并且当石英管发生破裂后可以有效阻止有毒有害气体等工作介质向环境泄露的危害性环保事故发生，以确保人员健康安全和环境环保安全。
本实用新型为一种管式炉石英管的安全保护结构，具体为石英管为内管，其外部设有耐高温金属材质的铠甲外管，内外管之间设立阻尼呼吸垫，外层金属铠甲管与各密封接触面实现整体压力密封实现整体压力密封，石英管包括一体结构的直管形状的石英主管和石英鹰嘴直角弯管，金属铠甲外管包括相互连接的铠甲罩和金属管，所述石英主管其外部对应套设有金属管，所述石英主管包括同径并相互连接的石英主管和石英短节，所述石英短节的一端为气体进口端；所述金属管两端焊接进口端法兰和出口端法兰，内外两管的进口端设置有可拆卸的密封卡箍对进口端进行密封，所述密封卡箍包括十字卡箍，螺旋顶针和金属压板，所述十字卡箍十字内扣在所述金属管进口端法兰上，所述金属压板位于十字卡箍内，所述螺旋顶针从十字卡箍定顶部中心处穿过并通过螺旋拧紧的方式将金属压板顶向所述金属管进口端法兰，对进口端进行密封；所述金属管出口端法兰连接所述铠甲罩一端的法兰通过螺钉螺母进行固定，两者之间设有法兰密封圈，所述铠甲罩的另一端在所述石英鹰嘴直角弯管的细管部位进行密封。
优选的，所述金属压板设有上下定位孔对应金属管进口端法兰的上下两孔，所述螺钉穿过对接的两个上孔通过螺母进行固定，圆柱销穿过对接的两个下孔，螺钉钉、圆柱销和螺旋顶针发力点三点一线将压板平齐压入端面并压紧。
优选的，所述金属压板上面设有法兰密封圈对应所述金属管出口端法兰和O型沟槽，所述O型沟槽镶嵌硅橡胶或石墨材质的石英管密封圈，石英管密封圈内镶嵌有石英玻璃圆片，所述石英管密封圈对应所述石英短节圆口端面，石英玻璃圆片的直径与所述石英短节的进口内径相等形成一个由石英材质组成的连续的惰性内表面。
所述铠甲罩为可拆卸结构，由左铠甲罩和右铠甲罩密封拼接而成，所述右铠甲罩的右端设有法兰连接所述金属管出口端法兰，两者之间设有密封圈，所述左铠甲罩左端和右铠甲罩的左端均焊接有相对应的异形法兰，并设有异形密封垫，通过螺钉和螺母进行固定连接，左铠甲罩和右铠甲罩贴合面为石英鹰嘴直角弯管的鹰嘴细管圆柱中心线处，所述左铠甲罩和右铠甲罩底部对称设置焊接金属半管短节，金属半管短节相贴合可包裹所述鹰嘴细管，并通过密封金属圈卡箍和密封圈将金属半管短节进行密封紧固。
本实用新型的有益效果为：由石英主管和金属耐高温密封保护铠甲管组成的耐高温密封承压双层管安全结构，既具备石英管高温惰性表面优点，又具备金属耐高温管耐压密封安全保护优点；采用阻尼呼吸垫、压力传感器、安全泄压阀多重安全保护机制实现石英主管内管压力与保护铠甲套管环空压力动态平衡智能控制，大大降低了石英主管因炉内高低温工况引起的交变应力或压力等破坏因素导致的破损几率，具有防止有毒有害气体泄漏功能，将提高石英管式炉的安全性，进一步拓宽其应用领域；视窗铠甲罩可以及时观察了解炉管工作状态，石英管短节与阻尼呼吸垫具有牺牲自损保护石英主管机制，可以节约高值耗材费用，实现更高密封压力安全性；进出口两端采用组合快捷拆装结构结构设计，便于样品取放、安装维修、配件更换。
附图说明
图1为本实施例整体结构示意图；
图2为本实施例整体结构剖视图；
图3为本实施例中金属管整体结构示意图；
图4为本实施例中金属管剖视结构示意图；
图5为本实施例中密封卡箍组件的结构左视图；
图6为本实施例中密封卡箍组件的结构主视图；
图7为本实施例中密封卡箍组件的结构右视图；
图8为本实施例中铠甲罩结构示意图；
图9为本实施例中带孔阻尼呼吸结构示意图；
图10为本实施例中带孔阻尼呼吸垫结构轴测图；
图中：1.金属铠甲外管，2.铠甲罩，201.左半铠甲罩，202.右半铠甲罩，203视窗连接螺纹，204.异形密封圈，205.金属半管短节，3.快捷密封端，301.螺旋顶针，302.金属压板，303.十字卡箍，304金属管法兰密封圈，305.石英玻璃圆片，306.石英管密封圈，307上定位螺钉，308下定位圆柱销，4.石英直角鹰嘴弯管，5.石英管短节，6.带孔阻尼呼吸垫，601.阻尼呼吸垫，602.呼吸微孔，7.内圈密封圈，8.O型沟槽，9.外圈密封圈，10.快氮气入口，101.进口端法兰，102.出口端法兰，11.组合法兰螺钉，12.视窗，13.快接接口，14.卡箍金属圈，15.氟胶密封环。
具体实施方式
本实用新型提供了一种耐高温石英管与耐高温金属铠甲管的组合密封安全结构设计，用一种既可耐受工作条件高温，同时又具备更高承压强度和安全可靠性的耐高温金属管将石英主管完全包覆形成密封结构，外层金属铠甲管对内层易破裂石英管进行防护，以防止石英管破裂时石英管内的有毒有害、挥发性介质及其粉尘颗粒向环境泄露。
下面结合附图对本实用新型做出具体详细的说明。
如图1—图4所示，本实用新型提供了一种管式炉石英管的安全保护结构，石英管作为内管，金属铠甲管为外管，内外双管相对应，两管两端相密封，内外管之间设立阻尼呼吸垫，外层金属铠甲管与各密封接触面实现整体压力密封实现整体压力密封，铠甲管为耐高温的金属材质。
石英管为一体结构的石英直管和石英鹰嘴直角弯管4，石英直管为直管状，包括同径并相互连接的石英主管和石英短节5，石英短节5的一端为气体进口端。石英主管采用内径比石英主管外径达1-2mm的310S不锈钢管。
金属铠甲外管包括相互连接的铠甲罩2和金属管1，金属管1对应套设在石英直管上，金属管两端焊接法兰，能更好的进行密封，按气体进入方向，分为进口端法兰101和出口端法兰102，出口端法兰102连接铠甲罩2一端的法兰通过组合螺钉11连接，并通内圈密封圈7和外圈密封圈9实现密封连接，铠甲罩2的另一端在所述石英鹰嘴直角弯管4的细管部位进行密封。
如图5-7所示，内外两管的进口端设置有可拆卸的密封卡箍3对进口端进行密封，密封卡箍3为可快速拆卸组件，包括螺旋顶针301，金属压板302，十字卡箍303，上定位螺钉307，下定位圆柱销308。十字卡箍303十字内扣在金属管进口端法兰101上，进行固定，金属压板302位于十字卡箍内303，螺旋顶针301从十字卡箍303顶部中心处穿过并通过螺旋拧紧的方式将金属压板302顶向所述金属管进口端法兰101，对进口端进行密封。
金属压板设有上、下定位孔对应金属管进口端法兰的上下两孔，上定位螺钉307穿过对接的两个上孔通过螺母进行固定，下定位圆柱销308穿过对接的两个下孔，螺钉、圆柱销和螺旋顶针位于金属压板发力点三点一线将金属压板302平齐压入进口端端面并压紧。螺钉为金属压板302上部定位，打开金属压板302时旋松拆下，而圆柱销为下部定位销，保持原位起到打开金属压板302时，让压板靠重力自由旋转下垂并起挂住压板的作用，为拆下和再次安装提供了便利。
气体进口端也即取样进口端，需要取样的时候，将螺旋顶针301向相反的方向转动，松开十字卡箍303，就可以轻松进入进口端取样。在提高进口密封可靠性的情况下，提高了操作的便捷性，降低了进样端口密封件容易的失效问题，节约维护成本。
密封卡箍3的结构设计可以实现快开和快合，同时也较螺纹密封性更好，避免因为螺纹结构长期温变拧紧拆卸困难和密封圈易损破坏问题的发生；
金属压板302上面设有金属法兰密封304圈和O型沟槽8，金属法兰密封圈304对应所述金属管进口端法兰101进行密封，O型沟槽7镶嵌硅橡胶或石墨材质的石英管密封圈306，石英管密封圈内306镶嵌有石英玻璃圆片305，石英管密封圈306对应石英短节5圆口端面，以便对石英短节进口进行一定隔离密封，避免不锈钢压盖与石英主管内工作介质直接接触。
石英玻璃圆片305的直径与所述石英短节5的进口内径相等，且当石英管密封圈306受到石英短节5的进口端面压缩时，镶嵌的石英玻璃圆片305可以顺滑的部分略微凸入内管石英短节5管内与之形成惰性石英内腔表面。
如图8所示，铠甲罩2设计为可拆卸结构，由左铠甲罩201和右铠甲罩202密封拼接而成，右铠甲罩202的右端设有法兰连接金属管出口端法兰102，两者之间设有异形密封圈204，左铠甲罩201右端和右铠甲罩的左端均焊接有相对应的异形法兰，通过螺钉和螺母进行固定连接。左铠甲罩201和右铠甲罩202贴合面为石英鹰嘴直角弯管4的鹰嘴细管圆柱中心线处，左铠甲罩201和右铠甲罩202底部对称设置焊接金属半管短节205，对称的金属半管短节205相贴合可包裹所述鹰嘴细管部位，并通过密封金属圈卡箍14和氟胶密封环15将所述对称金属半管短节205进行密封紧固，起到石英管与铠甲罩2间隙密封效果更好。
铠甲罩2的可拆卸结构便于石英主管和金属铠甲管的组装、维修。
左铠甲罩201在石英管过弯区位置设置视窗连接螺纹203,视窗连接螺纹密封连接加厚耐压石英玻璃视窗12。可以观察或检查管式炉管内石英管和工作介质状态。
左铠甲罩201上面焊接快接接头13，连接压力传感器和安全泄压阀，保护出口端及鹰嘴结构，实现铠甲和智能卸压双重保护。
双管进口端附件设置有氮气接口10，氮气通过该接口，穿过金属管1和石英管短节5端面的氮气进气孔进入内管腔内，保护惰性气体。优选在距石英管短节进口端约15mm距离设置进气口孔。
如图9和图10所示石英管短节5和所述石英主管端面之间密封连接环形的带孔阻尼呼吸垫6，包括阻尼呼吸垫601和呼吸微孔602，阻尼呼吸垫601径向方向设有呼吸微孔602。当双管中内管与环空压力差超过阈值时保持压力动态平衡，保护高温区石英主管。
石英管短节5与带孔阻尼呼吸垫6具有牺牲自损保护石英主管机制，可以节约高值耗材费用，实现更高密封压力安全性。
本实用新型采用石英短节5、耐高温带孔阻尼呼吸垫6、石英主管组合设计，实现了石英内管压力和金属管与石英管外壁组成的环空压力之间的动态平衡，解决了管式炉石英管密闭带压流程中，因高温、超压、应力破坏等因素造成的石英管裂的安全防护问题，同时降低了流程安装和密封过程预紧力过大石英主管容易损坏的问题，可节约耗材使用成本。
耐高温阻尼呼吸垫6也可以更换为完全密封垫，同时在金属铠甲管和石英管连通系统分别设置压力传感器和压力自动跟踪调节装置，确保石英内管和金属铠甲管环空压力平衡，实现石英管耐高温和提高石英管压力指标以及防止应力交变破坏的安全保护作用。加装铠甲保护后，可以根据系统整体承压指标采用不同的铠甲管强度、密封、耐温匹配设计进一步提高系统的整体耐压能力。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，基于本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出实施发明创新性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。尽管参照前述实例对本发明进行了详细的的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行等同替换，而这些更改或替换，并没有使相应改进方案的本质脱离本发明方案实施例的精神和范围。
Claims (7)
1.一种管式炉石英管的安全保护结构，其特征在于，所述石英管为内管，其外部设有耐高温金属材质的铠甲外管，内外管之间设立阻尼呼吸垫，外层金属铠甲管与各密封接触面实现整体压力密封，所述石英管为一体结构的石英直管和石英鹰嘴直角弯管，金属铠甲外管包括相互连接的铠甲罩和金属管，所述石英直管为直管形状其外部对应套设所述金属管，所述石英直管包括同径并相互连接的石英主管和石英短节，所述石英短节的一端为气体进口端；所述金属管两端焊接进口端法兰和出口端法兰，内外两管的进口端设置有可拆卸的密封卡箍组件对进口端进行密封，所述密封卡箍组件包括十字卡箍，螺旋顶针和金属压板，所述十字卡箍十字内扣在所述金属管进口端法兰上，所述金属压板位于十字卡箍内，所述螺旋顶针从十字卡箍定顶部中心处穿过并通过螺旋拧紧的方式将金属压板顶向所述金属管进口端法兰，对进口端进行密封；所述金属管出口端法兰连接所述铠甲罩一端的法兰通过螺钉螺母和密封垫进行密封连接，所述铠甲罩的另一端在所述石英鹰嘴直角弯管的细管部位进行密封。
2.根据权利要求1所述的一种管式炉石英管的安全保护结构，其特征在于，所述金属压板设有上下定位孔对应所述金属管进口端法兰的上下两孔，所述螺钉穿过对接的两个上孔通过螺母进行固定，圆柱销穿过对接的两个下孔，螺钉、圆柱销和螺旋顶针在金属压板上的发力点三点一线将压板平齐压在密封端面并压紧。
3.根据权利要求2所述的一种管式炉石英管的安全保护结构，其特征在于，所述金属压板上面设有法兰密封圈对应所述金属管出口端法兰和O型沟槽，所述O型沟槽镶嵌硅橡胶或石墨材质的石英管密封圈，石英管密封圈内镶嵌有石英玻璃圆片，所述石英管密封圈对应所述石英短节圆口端面，石英玻璃圆片的直径与所述石英短节的进口内径相等形成一个由石英材质组成的连续的惰性内表面。
4.根据权利要求1所述的一种管式炉石英管的安全保护结构，其特征在于，所述铠甲罩为可拆卸结构，由左铠甲罩和右铠甲罩密封拼接而成，所述右铠甲罩的右端设有法兰连接所述金属管出口端法兰，两者之间设有密封圈，所述左铠甲罩左端和右铠甲罩的左端均焊接有相对应的异形法兰，并设有异形密封垫，通过螺钉和螺母进行固定连接，左铠甲罩和右铠甲罩贴合面为石英鹰嘴直角弯管的鹰嘴细管圆柱中心线处，所述左铠甲罩和右铠甲罩底部对称设置焊接金属半管短节，金属半管短节相贴合可包裹所述鹰嘴细管，并通过密封金属圈卡箍和密封圈将金属半管短节进行密封紧固。
5.根据权利要求4所述的一种管式炉石英管的安全保护结构，其特征在于，所述左铠甲罩在石英管弯管处设置视窗连接螺纹,视窗连接螺纹密封连接加厚耐压石英玻璃视窗。
6.根据权利要求4所述的一种管式炉石英管的安全保护结构，其特征在于，所述左铠甲罩焊接快接接头，连接压力传感器和安全泄压阀，实现铠甲和智能卸压双重保护；所述金属管靠近进口端和与其对应的石英管短节端面设有氮气体接入口，氮气可以通过进入到石英主管内腔。
7.根据权利要求1所述的一种管式炉石英管的安全保护结构，其特征在于，所述石英短管和所述石英主管端面之间密封连接环形的阻尼呼吸垫，所述阻尼呼吸垫径向方向设有呼吸微孔。
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