一种低温烧结表面多孔换热管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温烧结表面多孔换热管及其制备方法。该换热管包括金属基体换热管和在金属基体换热管内表面或外表面烧结的金属粉末多孔层；金属粉末多孔层厚度为0.1～0.5mm，孔隙率为30～80％，孔隙半径为0.03～0.2mm；金属粉末多孔层由粗金属粉末与极细粉末机械混合后涂覆烧结而成，粗金属粉末和极细粉末烧结成型温度相差100～300℃，粗金属粉末的粉末粒度为60～500目，极细粉末的粒子中位径为0.5～10um。本发明专利技术还同时公开了一种低温烧结表面多孔换热管的制备方法。相比传统单一金属粉末，在不够高的烧结温度下，本发明专利技术能够保证多孔层的强度及与基管的结合强度，提高表面多孔换热管使用寿命。面多孔换热管使用寿命。面多孔换热管使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种低温烧结表面多孔换热管及其制备方法


[0001]本专利技术属于换热元件领域，具体涉及一种低温烧结表面多孔换热管及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着大型能源化工工程及大型环保工程的日益成熟，高效换热器作为各类工程的通用设备，其系统及换热元件具有巨大的产业需求。烧结型表面多孔换热管的表面多孔层结构可使换热管的传热效果较光管提高2
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20倍，是至今为止换热系数最高的管式传热元件。它不仅能显著强化沸腾，减少一半的换热面积，实现低温差下的高效传热，对低品位能量回收和低温沸腾换热有较大的价值，而且其临界热负荷比普通光管高50％以上，具有良好的阻垢性能。尤其适用于烷烃、烯烃、醇类等介质，在大型乙烯和芳烃等化工石化装置中应用前景广阔。
[0003]高通量换热器最早由美国UOP公司推出，并长期由其垄断。2006年，华东理工大学联合了无锡化工装备等多家单位进行研究，先后开发出铜基、铁基等高通量管，北京广厦开发的波纹高通量管也被列入国家重点新产品计划。采用粉末烧结法制备的表面多孔换热管应用于重沸器、再沸器时显示出非常好的换热特性，但在生产和应用过程中还存在烧结温度高、能耗高、产量低和结合强度低等问题，以碳钢管为例，在满足较高结合强度时，烧结温度一般在1100～1300℃，但过高的烧结温度会使管的机械性能降低，而烧结温度降低后传统的工艺下多孔表面粉末间和粉末层与基管的结合强度又会大大降低，导致在装管和换热时表面多孔粉末脱落，从而缩短高通量管的有效使用期。
[0004]专利CN107552804 A中针对FeNi合金粉和CuNi合金粉的气雾化粉末的高成本、低粉末收得率问题，用Al元素替代Ni和Cu，并采用旋转等离子雾化制粉技术获得低烧结温度、高抗氧化、高耐腐蚀性和抗结焦性的表面多孔换热管金属粉末。但Al的熔点为660℃，铁、不锈钢等熔点在1400℃以上，在中温区后的烧结过程，Al始终处于液态相，根据换热管的烧结摆放形态，因重力作用在底端聚集后流出，并始终残留且堵塞粉末间的孔隙。因此目前已不再大量使用Al元素来降低表面多孔换热管的烧结温度，多采用添加Ni、Cr、Cu、P、B等低熔点元素来降低烧结温度。专利CN101251351 B提出了一种铁基多孔表面换热管，向铁的细合金粉末(200～400目)中添加10～50％的低熔点元素的方式降低烧结温度，但一方面低熔点元素提高了铁粉末中杂质元素的含量，如Cu、Ni、Sn，使多孔表面的化学性质发生了较大的变化，另一方面低熔点元素在自然界中含量不高，因此一般成本高，也提高了表面多孔换热管粉末的制造成本。
[0005]此外，因烧结型表面多孔换热管的产能较低，当前很多企业采用热喷涂方式制备，专利CN 101705464 A采用氧
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乙炔喷枪将按比例混合的金属粉末、镍包铝和助焊剂等熔化喷射到预热过的换热管基体管上，该方式形成的表面多孔换热管无需添加造孔剂，熔化后的金属粉末与基体管的结合强度高，但表面颗粒完全熔化表面粗糙度大，仅表面一层形成凹凸不平的结构，无一般烧结法表面多孔换热管的多层交叠孔隙结构，大大降低了表面多
孔换热管孔隙结构的毛细作用，从而使换热管的换热效率降低。
[0006]综上，当前降低表面多孔换热管烧结温度，提高多孔层与基管结合强度的方法主要为在粉末中添加10％以上的低熔点元素，或采用热喷涂法使粉末与低熔点粉、助焊剂完全熔化在预热的基体管上，但以上两种方式都存在改变了表面多孔换热管多孔结构，改变孔的形貌，极大降低孔隙度，引入大量新的杂质元素，使表面多孔换热管的换热性能降低的问题。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术存在表面多孔换热管多孔结构不符合要求、孔隙度低、杂质元素含量大、换热性能低的技术问题，本专利技术提供了一种低温烧结表面多孔换热管及其制备方法。
[0008]本专利技术提供的低温烧结表面多孔换热管，包括金属基体换热管和在金属基体换热管内表面或外表面烧结的金属粉末多孔层；金属粉末多孔层厚度为0.1～0.5mm，孔隙率为30～80％，孔隙半径为0.03～0.2mm；金属粉末多孔层由粗金属粉末与极细粉末机械混合后涂覆烧结而成，粗金属粉末和极细粉末烧结成型温度相差100～300℃，粗金属粉末的粉末粒度为60～500目，极细粉末的粒子中位径为0.5～10um。
[0009]所述金属基体换热管材质可为碳钢、不锈钢、耐热钢、铜或铜基合金、镍基合金等；长度为0.2～18m；金属基体换热管类型为光滑管或开槽管、螺纹管、波节管、翅片管等机加工管等。
[0010]所述粗金属粉末材质与金属基体换热管材质相对应，可为铁粉(对应碳钢管)、不锈钢粉(对应不锈钢管)、耐高温粉末(对应耐热不锈钢)、铜基粉末(对应铜管)、镍基粉末；粗金属粉末粒度为60～500目，优选100～400目，中位径为40～120um。
[0011]所述极细粉末与粗金属粉末烧结成型温度接近，相差100～300℃，极细粉末中还可加入少量的添加元素Ni、Cu、Cr、Sn、Mo、B、P、S等中的一种或几种，添加元素在极细粉末中的质量占比为1～20％。
[0012]极细粉末粒子中位径一般为0.5～10um；极细粉末在与粗金属粉末混合的混合物中的混合比例为5～50％，优选混合比例为10～30％，混合比例为质量比。
[0013]极细粉末因颗粒粒度小，从而熔点较粗金属粉末低得多，当温度逐渐上升后极细粉末优先于粗金属粉末开始熔化，并与粗金属粉末界面形成烧结颈，降低整体的烧结温度；极细粉末中的少量低熔点元素能够有效降低粉末的液化温度，进一步降低烧结温度。但极细粉末与粗金属粉末化学成分相差不大，极细粉末中的Ni、Cu、Cr、Sn、Mo、B、P、S等添加元素在极细粉末与粗金属粉末的混合物中的质量比也不高于10％，能够保持表面多孔层因化学元素体现的性质，且不会在非常低的温度下形成液相并残留在孔道内堵塞孔隙。
[0014]本专利技术还提供了一种低温烧结表面多孔换热管的制备方法，包括如下步骤：
[0015]1)表面处理：对金属基体换热管进行表面处理，表面处理工艺为酸洗、激光除锈、机械打磨、喷砂、钝化等中的一种或几种；再使用有机溶剂擦拭掉表面残余碎屑和油脂等；
[0016]2)粉末混合：向粗金属粉末中按混合比例加入极细粉末，并机械混合均匀，形成混合粉末；混合比例为5～50％，优选混合比例为10～30％；
[0017]3)粘结剂准备：粘结剂可为聚乙二醇、树脂类、丙烯酸类、聚氨酯类、硅胶类、醋酸
乙烯类、固化剂、表面活性剂、分散剂等中的一种或几种；
[0018]4)多孔层涂覆：将表面处理后的金属基体换热管装夹在多孔层涂覆工装上，采用粘结剂、混合粉末分层涂覆，或将粘结剂与混合粉末搅拌成浆料直接涂覆或机械喷涂于金属基体换热管的内表面或外表面；
[0019]5)干燥：将涂覆多孔层的金属基体换热管放入干燥箱烘干或干燥环境下干燥，使多孔层牢固粘结在金属基体换热管表面；
[0020]6)烧结与冷却：在真空或氢气气氛下，采用连续烧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温烧结表面多孔换热管，其特征在于：包括金属基体换热管和在金属基体换热管内表面或外表面烧结的金属粉末多孔层；金属粉末多孔层厚度为0.1～0.5mm，孔隙率为30～80％，孔隙半径为0.03～0.2mm；金属粉末多孔层由粗金属粉末与极细粉末机械混合后涂覆烧结而成，粗金属粉末和极细粉末烧结成型温度相差100～300℃，粗金属粉末的粉末粒度为60～500目，极细粉末的粒子中位径为0.5～10um。2.根据权利要求1所述的低温烧结表面多孔换热管，其特征在于：所述金属粉末多孔层的厚度为0.12～0.4mm；孔隙率为40～70％。3.根据权利要求1或2所述的低温烧结表面多孔换热管，其特征在于：所述金属基体换热管材质为碳钢、不锈钢、耐热钢、铜或铜基合金、或镍基合金。4.根据权利要求1或2所述的低温烧结表面多孔换热管，其特征在于：所述粗金属粉末材质与金属基体换热管材质相对应。5.一种低温烧结表面多孔换热管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)表面处理：对金属基体换热管进行表面处理，表面处理工艺为酸洗、激光除锈、机械打磨、喷砂、钝化中的一种或几种；再使用有机溶剂擦拭掉表面残余碎屑和油脂；2)粉末混合：向粗金属粉末中按混合比例加入极细粉末，并机械混合均匀，形成混合粉末，混合比例为5～50％；3)粘结剂准备：粘结剂为聚乙二醇、树脂类、丙烯酸类、聚氨酯类、硅胶类、醋酸乙烯类、固化剂、表面活性剂、分散剂中的一种或几种；4)多孔层涂覆：将表面处理后的金属基体换热管...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉进，张国信，杨旭，李双权，杨军军，李群生，潘思博，陆友俊，
申请(专利权)人：安泰环境工程技术有限公司中石化广州工程有限公司，
类型：发明
国别省市：