专利名称：一种多管式旋风分离器的分离单管的制作方法
技术领域：
本发明属于石油化工的气固分离设备，更具体地说是一种石油化工厂流化催化裂化装置和催化裂解装置用于从再生烟气中分离出催化剂粉尘的设备，主要用于石油化工厂催化裂化装置和催化裂解装置的烟气能量回收系统。
背景技术：
第三级旋风分离器是一种石油化工厂流化催化裂化装置和催化裂解装置用于从再生烟气中分离出催化剂粉尘的重要设备。目前国内石油化工厂流化催化裂化装置和催化裂解装置第三级多管式旋风分离器(以下简称“三旋”)有数十套在工业上投用着。国内三旋采用的分离单管有许多种型号，从分离效率来说，都是比较高的，可以满足烟机对烟气中粉尘浓度和粒度的要求。但这些分离单管都有一个致命的缺陷，就是耐磨性能较差，难于适应催化裂化装置长周期安全运行的要求。这些分离单管的使用寿命较短，平均为3～4年。当三旋的进口烟气中催化剂浓度较高时，有的分离单管运行不到一年就磨损失效，导致烟机叶片的磨损加剧，甚至被迫停机。此外，由于磨损问题也限制了单管的处理风量，导致单管的数量增多，因而三旋的造价较高。目前国内催化裂化装置一台三旋的价格几乎和一台烟机的价格相近。三旋单管的频繁检修和更换，加大了装置的检修和改造费用。这一切都直接影响到我国催化裂化装置的经济效益。
通过检索，与本发明相关的专利主要有CN2086172U、CN87103634A和US4539105A等，但其分离单管或者没有耐磨层，或者所采用的耐磨层和分离单管的结构都与本发明不同。
当前国内外高耐磨材料品种甚多，但许多不宜用于石油化工厂流化催化裂化装置和催化裂解装置的操作条件。有的材料过于昂贵，难于大批量投用。因此开发研究出既适合催化裂化和催化裂解装置工艺条件，价格又适中的抗磨损三旋分离单管，是我国催化裂化装置的当务之急。同时，通过改进分离单管的结构，可以降低现有分离单管的压降和提高分离单管的处理风量，从而降低三旋的成本和增大催化裂化装置能量回收的效益。
发明内容
本发明的目的在于通过采用新的耐磨层来提高分离单管的抗磨性能，将单管的使用寿命延长到8～10年以上，以保证流化催化裂化装置和催化裂解装置能量回收系统的长周期安全运行；通过改进分离单管的结构来降低分离单管的压降，提高每根分离单管的处理风量，以降低三旋的成本和增大催化裂化装置能量回收的效益。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是这种多管式旋风分离器的分离单管是对常规分离单管的一种改进，由筒体、进气口、升气管、导向器、分流锥和排尘环等组成，其筒体为由不锈钢基管和陶瓷复合层构成的不锈钢-陶瓷复合层结构。
这种多管式旋风分离器的分离单管，其下部设置了由锥体、中心孔和耐磨层构成的锥形排尘结构的反射锥，其中心孔的中部为中空圆柱形，两端为圆锥形；其锥体的顶锥角为60-90°，中心孔的直径为20～40mm；分离单管反射锥表面耐磨层为高温陶瓷或耐磨金属复合层结构。
这种多管式旋风分离器的分离单管，在分流锥的下口设置了扩散锥；其锥角为85～100°之间，下口(大端)的直径等于或大于升气管的外径。
本发明由于采用了高耐磨性能的不锈钢-陶瓷复合层结构制造分离单管，耐磨层的显微硬度Hv可达1100～1300，是普通钢管(碳钢或不锈钢)的10倍，相对耐磨性能是碳钢的7倍，能承受气体中固粒浓度较大范围的变化。分离单管的寿命由原来3～4年提高到8～10年以上。与国内目前最有代表性的分离单管相比，分离单管的设计许可风量可提高15％左右。即在相同的操作烟气量下，新型分离单管数量可减少15％左右。在相同的风量下，新型分离单管要比现有常规单管的压降降低20％左右，而分离效率基本相同。
图1是本发明一种多管式旋风分离器的分离单管的结构示意图，图2是本发明分离单管的筒体结构示意图，图3是本发明分离单管的反射锥结构示意图，图4是本发明分离单管的扩散锥结构示意图。
具体实施例方式
如图1和图2所示，本发明是一种多管式旋风分离器的分离单管，由筒体2、进气口8、升气管1、导向器3、分流锥4和排尘环7等组成，其筒体2为由不锈钢基管9和陶瓷复合层10构成的不锈钢-陶瓷复合层结构。
如图1和图3所示，这种多管式旋风分离器的分离单管，其下部设置了由锥体11、中心孔12和耐磨层13构成的锥形排尘结构的反射锥6，其中心孔12的中部为中空圆柱形，两端为圆锥形；其锥体11的顶锥角a1为60-90°，中心孔12的直径d为20～40mm；反射锥6的表面耐磨层13为高温陶瓷或耐磨金属复合层结构。
如图1和图4所示，这种多管式旋风分离器的分离单管，在分流锥4的下口设置了扩散锥5。其锥角a2为85～100°之间，下口的直径D2等于或大于升气管1的外径D1。
如图1所示，这种多管式旋风分离器的分离单管的工作过程为含尘气流由分离单管上部进气口8轴向进入导向器3，经加速后旋转流出。在升气管1的下部和分离管之间的环形空间内，气、固两相由于离心力的不同初步进行分离。固体颗粒移动到靠分离管壁一侧，部分净化气流由分流锥4上的狭长齿缝进入升气管1。大部分旋转气流再经过扩散锥5进一步将携带的细粉浓缩到管壁。由扩散锥5下口至反射锥6之间距离称为分离沉降空间，一定高度的分离沉降空间有利于气体中的固粒进一步分离。大部分向下旋转的气流(称“外旋流”)在反射锥6的上方汇集到中心区，改变轴向流动方向向上流动(称“内旋流”)，最后从升气管1排出。靠近分离管壁的固粒，在少量下泄气携带下从反射锥6和分离管底部的环形空间排尘环7排出，完成气固分离的全过程。
与现有旋风分离单管相比，本发明的特点在于1.采用了高耐磨性能的不锈钢-陶瓷复合管。
如图1和图2所示，分离单管的筒体2是用一种用特殊方法，即自蔓延高温合成工艺制备成的不锈钢-陶瓷复合钢管。它的基管为不锈钢9，内面为α-Al2O3陶瓷复合层10。它是利用复合原料Fe3O4、Al粉和其它添加剂进行铝热反应，放出的热量将自身融化、蔓延，形成的陶瓷-金属复合材料。由于制备过程反应温度高达3000℃，处于熔融状态的反应产物，在离心力作用下，其中的Fe与基管形成化学-物理结合的过渡层，它比常规的喷涂材料与基管的结合强度高得多。复合层内壁面为α-Al2O3耐磨层，显微硬度Hv达1100～1300，仅次于金刚石和碳化硅。耐磨性能是普通碳钢材料的7倍，能在800℃下常期使用，且抗腐蚀性能良好。复合管内径D在200～300mm之间。此技术的应用，解决了长期以来，分离单管的磨损问题。与其它他耐磨材料相比，自蔓延高温合成工艺制备成的不锈钢-陶瓷复合钢管价格也较低廉。
2.采用了新型的排尘结构-反射锥。
如图1和图3所示，反射锥6的作用有两点
(1)减少了排尘返混现象在多管组合中，排尘返混现象是影响旋风分离效率的重要因素。在底部排出固粒细粉的同时，须有少量下泄气排出。在多管组合中，下泄气在细粉收集仓内十分紊乱，加之各单管之间的不平衡性，容易造成排出的固粒细粉又返回旋风分离器分离单管中，或因操作参数的波动，更加剧了这种返混现象。所以类似图1所示这种直筒型分离管底部应设有泄料盘，它象一个“屏障”，阻止了返混气流进入分离单管。少量的气流通过泄料盘中心孔返回分离单管，它有利于排尘通畅。
(2)避免了涡流对细粉的携带一般常规的泄料盘为一平板结构。如前所述，分离单管内下行的外旋流和上行的内旋流在泄料盘上方轴向方向发生了改变，会产生旋涡流，将已分离出的固粒细粉又卷入中心上行的内旋流中，而且因泄料孔小，容易堵塞，所以效果不理想。本发明采用锥形排尘结构——反射锥6，旋涡流携带的细粉，经反射锥6的作用排入下泄料气中，或沿锥体壁面排出旋风管底部。排尘环7的通道面积较大，细粉不易堵塞。反射锥6的表面耐磨层13为热喷高温陶瓷或耐磨金属，以防止反射锥的磨损。
3、采用了强化分离的结构-扩散锥。
如图1和图4所示，扩散锥5的作用是把导向器3出来的旋转气流给予一个向边壁的径向分力。扩散锥安装于分离单管升气管1的下口。这种结构使气流中未分离出的固粒细粉在惯性力的作用下浓缩到分离单管的边壁，有利于下部沉降分离空间的分离。通过实验证明，增加扩散锥5，对提高分离单管的效率、降低单管的压降和减小分离空间的高度都有较好的作用。
实施例某石化厂FCC装置多管三旋工艺参数如下烟气量2280～2493Nm3/min，温度700～720℃，压力0.2～0.22MPa(g)确定三旋分离单管根数、直径，并估算三旋的投资。
三旋设计参数烟气量m3/h正常166354最大173741温度℃ 700720压力MPa(g) 0.20.22
现对常规分离单管三旋和本发明分离单管三旋计算结果比较如下表所列
从本表可以看出，采用本发明分离单管的三旋，比起常规分离单管三旋设备总投资可减少35万元，约8～9％左右。
权利要求
1.一种多管式旋风分离器的分离单管，其包括筒体(2)、进气口(8)、升气管(1)、导向器(3)、分流锥(4)和排尘环(7)，其特征在于所述的筒体(2)为由不锈钢基管(9)和陶瓷复合层(10)构成的不锈钢-陶瓷复合层结构。
2.如权利要求1所述的多管式旋风分离器的分离单管，其特征在于其下部设置了由锥体(11)、中心孔(12)和耐磨层(13)构成的锥形排尘结构的反射锥(6)，其中心孔(12)的中部为中空圆柱形，两端为圆锥形。
3.如权利要求2所述的多管式旋风分离器的分离单管，其特征在于所述的反射锥(6)中的锥体(11)的顶锥角a1为60～90°，中心孔(12)的直径d为20～40mm。
4.如权利要求3所述的多管式旋风分离器的分离单管，其特征在于所述的反射锥(6)的表面耐磨层(13)为高温陶瓷和耐磨金属复合层结构。
5.如权利要求1或2所述的多管式旋风分离器的分离单管，其特征在于在分流锥(4)的下口设置了扩散锥(5)。
6.如权利要求5所述的多管式旋风分离器的分离单管，其特征在于所述的扩散锥(5)的锥角a2为85～100°之间，下口(大端)的直径D2等于或大于升气管(1)的外径D1。
全文摘要
本发明是对现有多管式旋风分离器的分离单管的一种改进，主要用于石油化工厂催化裂化装置和催化裂解装置的烟气能量回收系统。这种多管式旋风分离器的分离单管由筒体、进气口、升气管、导向器、分流锥和排尘环等组成，其筒体为由不锈钢基管和陶瓷复合层构成的不锈钢—陶瓷复合层结构；其下部设置了由锥体、中心孔和耐磨层构成的锥形排尘结构的反射锥，表面耐磨层为高温陶瓷或耐磨金属复合层结构；在分流锥的下口设置了扩散锥。本发明由于采用了高耐磨性能的复合层以及反射锥和扩散锥，分离单管的寿命可提高到8－10年；分离单管的设计许可风量可提高20％左右；在相同的风量下，新型分离单管可比现有分离单管的压降降低20％左右，而分离效率基本相同。
文档编号B04C5/103GK1986073SQ200510134580
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者张荣克, 闫涛, 周小新, 戴敏, 王海波, 王芳, 吴雷, 顾志益, 房家贵, 苏娟, 陆建平 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化工程建设公司, 无锡市石油化工设备有限公司