一种处理高温合金炉管的方法技术

本发明专利技术涉及一种处理高温合金炉管的方法，其包括以下步骤：将低氧分压气体压力控制为０－３个大气压，通过氨水后，通入装有高温合金炉管的气氛炉内，升温到６００－１１００摄氏度，保温处理５－８０小时，高温合金炉管表面形成氧化保护层，得到处理后的高温合金炉管。采用本发明专利技术提供的处理高温合金炉管的方法对烃类裂解炉等的炉管进行处理，可以在炉管的表面形成致密、稳定的氧化保护层，能够满足长期使用的要求；抑制或者减缓催化结焦现象，减少炉管渗碳程度，延长炉管的清焦周期和使用寿命。

Method for treating high temperature alloy furnace tube

The invention relates to a processing method of high-temperature alloy furnace tube, which comprises the following steps: low oxygen partial pressure of gas pressure control for 0 - 3 ATM, by ammonia, with high temperature alloy tube pass into the atmosphere in the furnace, heating to 600 - 1100 degrees Celsius, heat treatment 5 - 80 hours the oxidation protective layer formed on the surface of the furnace, high temperature alloy tube, high-temperature alloy furnace tube after treatment. Approach to treatment by the method of high temperature alloy furnace tube tube of hydrocarbon cracking furnace furnace, can form a dense and stable oxide protective layer on the surface of the furnace tube, which can meet the requirements of long-term use; inhibit or slow catalytic coking phenomenon, reduce carburizing degree, prolong the cycle of coke and use life of furnace tube.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更具体地讲，本专利技术涉及 一种在一定气氛下处理高温合金炉管，使其表面形成氧化层，减少炉管结 焦和渗碳，延长炉管的清焦周期和使用寿命的方法。
技术介绍
乙烯是重要的工业原料，主要来源于烃类的裂解。在烃类裂解生产装 置中，烃类原料和水蒸汽混合体被逐步加热到裂解温度，并在此温度下裂 解，生成乙烯及其他烯类产品。烃类裂解过程中， 一种难以避免的现象是， 裂解炉管内壁渗碳，并沉积大量的焦炭。当焦炭积累到一定程度，裂解炉必须停产清焦，目前最常见的清焦周期为40-60天。通过对结焦机理的研究发现，裂解炉管中的铁和镍元素能够起到脱氢 催化剂的作用，并因此诱发结焦。因此，抑制结焦的一个重要思路，是避 免铁和镍元素与烃类原料接触，而在金属炉管表面制备致密、稳定且不含 铁或镍元素的氧化物保护层，有助于将烃类原料与裂解炉管中的铁和镍元 素分离，消除铁和镍元素的催化结焦现象。制备表面保护层的方法，可以分为两类 一类是涂覆制备，将保护性的氧化铬，氧化硅，氧化铝和氧化钛等中的一种或几种，通过涂覆、烧结 或其他手段，覆盖到高温合金炉管内表面，形成保护层，达到保护目的， 此类方法的基本特点是，保护层中的金属离子来自于炉管以外，所形成的保护层比较厚，但与炉管的结合力不高；另一类是原位生成的方法，即将 炉管放入具有一定的气氛的处理炉中进行处理，使炉管表面的金属材料发 生反应生成保护层，此类方法中，保护层中的金属来自于炉管基体，保护 层与炉管的结合力比较高。加拿大NOVA公司提出了以氢气和水蒸汽混合气作为处理气氛的技术 方案，并以此申请了一批专利，包括US5630887， US6824883, US7156979 等。然而NOVA公司的专利中，添加水蒸汽的方法是将氢气通过液体水， 此方法在温度低于零摄氏度时失效，具有较大的局限性。中国专利CN1219023C中公开了使用液氨作为处理气氛的技术方案， 其是使用低氧分压气体通过氨水后获得的气体混合物作为处理气氛，并增 加后续的合金化步骤来达到一定的处理效果。在该专利公开的技术方案中， 需要先进行气氛处理，然后再涂敷合金粉料，经过合金化处理之后形成保 护层，保护层的厚度可以达到100微米以上，虽然制备的保护层中铁和镍 元素的含量比较低，但是通过外加合金粉料形成的保护层与高温合金炉管 的结合力比较低，容易在温度波动的影响下剥离，并导致抗结焦渗碳能力 的降低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种处理高温合金炉管 的方法，通过对炉管表面进行处理，获得表面致密、稳定的保护层，抑制 或者减缓催化结焦现象，减少炉管渗碳程度，延长炉管使用寿命。本专利技术的目的还在于提供一种由上述方法处理后得到的高温合金炉 管，具有性能良好的表面保护层，能够抑制或者减缓催化结焦，具有较长 的清焦周期和使用寿命。为达到上述目的，本专利技术提供了，其包 括以下步骤将低氧分压气体的压力控制为0-3个大气压，通过氨水后，通 入装有高温合金炉管的气氛炉内，升温到600-1100摄氏度，保温处理5-80 小时，高温合金炉管表面形成氧化保护层，得到处理后的高温合金炉管。本专利技术的技术方案中使用还原性气氛作为处理气氛，先将低氧分压气 体通过氨水后，再对高温合金炉管进行高温气氛处理。本专利技术的技术方案中采用氨水作为添加水蒸汽的液体，可以在很大的温度范围内有效。同时，低氧分压气体经过氨水之后会混入部分的氨，而 氨会在高温下与金属铬发生化学反应，有助于金属铬的扩散，有助于获得 更好的表面保护膜(氧化保护层)。具体地，本专利技术提供的处理高温合金炉管的方法中，所采用的低氧分压气体，可以包括氢气(H2)和一氧化碳(CO)等中的一种或两种。根据本专利技术的具体实施方案，低氧分压气体中还可以再掺入不活泼气 体，如二氧化碳，氮气，氩气和氦气等中的一种或几种，其中，不活泼气 体占低氧分压气体的体积分数可以控制为约0-90%。低氧分压气体所通过的氨水的浓度可以控制在重量分数0.5-38%之间， 温度在-90摄氏度至60摄氏度之间。通入氨水中的低氧分压气体的压力可 以控制为约0-3个大气压，实际操作中控制大于0且小于等于3个大气压， 在实际处理过程中，低氧分压气体的压力优选控制在常压左右；低氧分压 气体通过氨水后再通入气氛炉中。在气氛炉中，炉管的处理温度可以控制 为约600-1100摄氏度，优选控制为约700-1000摄氏度；保温处理的时间可 以控制为约5-80小时，优选控制为约20-40小时。本专利技术所采用的气氛炉 可以是本领域中常用的保护气氛处理炉，例如管式炉等。本专利技术所要处理的高温合金炉管的成分可以包括以重量百分比计， 铬12%-50°/。，镍20-50%,锰0.2-3%，硅0-3%,微量元素(包括铌，碳， 钛，钨，铝，稀土或者痕量元素中的一种或者几种)0-5%,余量为铁。其 中，痕量元素指的是高温合金中不可避免地含有的磷、硫等元素。使用本专利技术提供的方法，在一定气氛下对高温合金炉管进行处理后， 炉管表面的铬、锰等元素在很低的氧分压条件下将发生缓慢氧化。由于气 氛的氧分压很低，因此氧化过程非常缓慢，所生成的氧化物薄层(氧化保 护层)非常致密，和基体(炉管)的结合很牢。本专利技术还提供了一种高温合金炉管，其特征在于，在该高温合金炉管 表面具有通过原位生长形成的氧化保护层，该氧化保护层是经过上述的方法处理后形成的。高温合金炉管成分中，络，锰和硅元素的氧化倾向较高，可以在本专利技术所采用的气氛下被氧化；而炉管中的铁和镍元素氧化倾向较低，在本发 明所采用的气氛下不被氧化，或者说只有极少量被氧化。其结果是，高温 合金炉管表面通过原位生长生成以铬氧化物和锰氧化物为主的氧化保护 层，而铁和镍元素则被遮盖，仅有很少量存在于表面氧化保护层中，在实 际使用过程中，大多数铁和镍元素不再和炉管中的气氛(例如裂解生产装 置中的烃类)直接接触。分析表明，所得到的氧化保护层的成分中主要包 括氧化物和金属。其中，氧化物的结构可以表示为MnxCr3-x04， x数值为 0.5-1.5，而金属主要包括铁和镍等。在氧化保护层的组成成分中，氧化物所 占摩尔分数为约70-99.6%，铁的摩尔分数为约0.2-15%,镍的摩尔分数为约 0.2-15°/。。显然，此致密且结合牢靠的表面氧化层(氧化保护层)，有助于 抑制炉管内壁结焦，减缓碳化倾向。气氛中氨的存在，有助于使表面氧化 层更加致密，表面氧化层与炉管的结合力更好。在本专利技术提供的方法中，将低氧分压气体通过氨水是一个关键步骤。 通过氨水后，低氧分压气体将携带部分水蒸汽和氨气。水蒸汽会调控低氧 分压气体的低氧分压值，氨气会在高温发生部分分解，并与金属铬发生反 应。铬被氮化后，表面活度降低，将促进合金内部的铬向外扩散，有助于 提高表面铬的含量，提高表面薄膜的性能。采用本专利技术提供的处理高温合金炉管的方法对烃类裂解炉等的炉管进 行处理，可以在炉管的表面形成致密、稳定的氧化保护层，而且氧化保护 层是在炉管表面原位生长形成的，与炉管的结合力强，能够满足长期使用 的要求；处理后的高温合金炉管可以很好地抑制或者减缓催化结焦现象， 减少炉管渗碳程度，延长炉管的清焦周期和使用寿命。本专利技术提供的处理高温合金炉管的方法适用于在抑制和减缓烃类裂解 过程中，以及类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理高温合金炉管的方法，其包括以下步骤：　将低氧分压气体的压力控制为０－３个大气压，通过氨水后，通入装有高温合金炉管的气氛炉内，升温到６００－１１００摄氏度，保温处理５－８０小时，高温合金炉管表面形成氧化保护层，得到处理后的高温合金炉管。

【技术特征摘要】
1、一种处理高温合金炉管的方法，其包括以下步骤将低氧分压气体的压力控制为0-3个大气压，通过氨水后，通入装有高温合金炉管的气氛炉内，升温到600-1100摄氏度，保温处理5-80小时，高温合金炉管表面形成氧化保护层，得到处理后的高温合金炉管。2、 如权利要求l所述的方法，其中，所述低氧分压气体包括H2和C0 中的一种或两种。3、 如权利要求2所述的方法，其中，所述低氧分压气体还包括不活泼 气体，该不活泼气体包括二氧化碳，氮气，氩气和氦气中的一种或几种， 占低氧分压气体的体积分数为不高于90%。4、 如权利要求l所述的方法，其中，所述氨水的浓度为0.5-38%重量。5、 如权利要求l所述的方法，其中，所述氨水的温度为-90。C至60°C。6、 如权利要求l所述的方法，其中，以重量百分比计，所述高温合金 炉管的成分包括12%-50%...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔立山，郑雁军，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]