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CN107000094B - 裂解炉管道 - Google Patents

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CN107000094B
CN107000094B CN201580066668.9A CN201580066668A CN107000094B CN 107000094 B CN107000094 B CN 107000094B CN 201580066668 A CN201580066668 A CN 201580066668A CN 107000094 B CN107000094 B CN 107000094B
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Abstract

本发明涉及可用作裂解炉中的热传递管道的焊接件。本发明涉及可用于裂解炉的管道。该焊接件包括管形部件和至少一个混合元件。该管形部件包含含铝合金。该混合元件包含含铝合金。该混合元件的含铝合金可以与该管形部件的含铝合金相同或不同。本发明的其它方面涉及包括所属焊接件裂解炉和所述裂解炉用于烃转化方法例如蒸汽裂化的用途。

Description

裂解炉管道
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月16日提交的USSN 62/092,616和2015年4月3日提交的EP15248030.7的优先权和权益，将它们全部通过引用纳入本申请。本申请涉及2015年7月31日提交的USSN62/199,357，其也通过引用纳入本申请。
发明领域
本发明涉及可用于裂解炉的管道。该管道为管形部件和至少一个混合元件的焊接件。该管形部件包含含铝合金。该混合元件也包含含铝合金，该含铝合金可以该管形部件的含铝合金相同或不同。本发明还涉及包括这样的焊接件的裂解炉，以及这样的裂解炉用于烃转化方法例如蒸汽裂化的用途。
发明背景
烃进料在蒸汽的存在下的热裂化(“蒸汽裂化”)是用于生产轻质烯烃例如乙烯、丙烯和丁烯的重要的商业技术。典型的烃进料包括，例如，乙烷和丙烷、石脑油、重瓦斯油、原油等中的一种或多种。用于执行蒸汽裂化蒸汽裂化炉通常包括对流段，位于对流段下游的辐射段和位于辐射段下游的骤冷阶段。典型地，至少一个燃烧器包括于蒸汽裂化炉中用于对流段和辐射段提供热量。燃烧器典型地位于至少一个燃烧室中，该燃烧室靠近辐射段，且对流段位于辐射段相对于燃烧器产生的加热气体(典型地为燃烧气体)流的下游。管形导管(“管道”)用于至少(i)将烃进料、蒸汽及其混合物输送通过炉的对流段和辐射段，(ii)将热量传递给管道内的烃和/或蒸汽以进行蒸汽裂化反应，(iii)将产物流出物输送离开辐射段，(iv)输送除焦炭混合物以例如从对流管道和/或辐射管道内部去除焦炭，和(v)输送除焦炭流出物离开辐射段。某些蒸汽裂化器管道为热传递管道。典型地，位于对流段的热传递管道被称为“对流管道”，位于辐射段的热传递管道被称为“辐射管道”。当对流管道和/或辐射管道以盘管布置时，典型地将这些称为“对流盘管”和“辐射盘管”。
在一种常规方法中，将烃进料引入至少一个对流盘管中。对流盘管的外表面暴露于引导离开燃烧器的加热气体。烃进料通过从加热气体到位于对流盘管内的烃进料的间接热传递来预加热。蒸汽与预加热的烃进料合并以产生烃+蒸汽混合物。采用至少一个另外的对流盘管以预加热该烃+蒸汽混合物，例如，至显著热裂化发生的温度或刚好低于该温度的温度。
将预加热烃+蒸汽混合物经由跨越管道从对流段引导至位于辐射段中的至少一个辐射管道。常规辐射管道典型地由包含铬、铁和镍以及各种其它元素(通常以低浓度，例如≤5.0wt.％)的蒸汽裂化器合金形成以获得期望的性能。预加热的烃+蒸汽混合物在辐射管道中被间接加热，其主要通过从燃烧器到辐射管道的外表面的热传递，例如，来自位于燃烧室中的一个或多个燃烧器产生的火焰和高温烟道气的辐射热传递，来自燃烧室外壳内部表面的辐射热传递，来自穿越辐射段的燃烧气体的对流热传递等。传递的热快速地升高预加热的烃+蒸汽混合物的温度至期望的盘管出口温度(COT)，其典型地范围在对一些非常重的瓦斯油进料来说的1450°F(788℃)到对乙烷或丙烷进料来说的1650°F(871℃)。
传递到位于一个或多个辐射管道中的预加热烃+蒸汽混合物的热导致至少一部分混合物的烃热裂化，产生包含分子氢、轻质烯烃、其它烃副产物、未反应的蒸汽和未反应的烃进料的辐射盘管流出物。典型地采用传送线管道来将辐射盘管流出物从辐射段输送到骤冷阶段。焦炭在热裂化期间在炉中，例如，在对流管道的内部表面上，尤其是在辐射管道的内部表面上积累。在积累了不期望的量的焦炭后，除焦炭混合物、典型地为空气-蒸汽混合物的流替换烃+蒸汽混合物来去除积累的焦炭。将除焦炭流出物引导离开。焦炭去除后，恢复烃+蒸汽混合物的流至经去焦炭的管道。方法继续，交替进行裂解(热裂化)模式和去焦炭模式。
短接触时间、高温和低烃分压有利于裂解模式期间对轻质烯烃的选择性。为此，辐射管道典型地在高达2050°F(1121℃)的温度(对管道金属测得)操作。因此，辐射管道是由在高温下具有期望的性质，比如高抗蠕变强度和高抗断裂强度的合金制造的。由于管道在烃裂解期间暴露于渗碳环境，合金典型地是耐渗碳的。并且由于管道在除焦炭期间暴露于氧化环境，合金典型地是耐氧化的。常规热传递管道合金包括奥氏体Fe-Cr-Ni耐热钢，其具有蒸汽裂化器合金的变体，基于具有25wt.％铬和35wt.％镍的组成(称之为“25Cr/35Ni合金”)，或具有35wt.％铬和45wt.％镍的组成(称之为“35Cr/45Ni合金”)。一般采用不同组成的少量合金化元素从而改善高温强度和/或耐渗碳性。
在常规合金中，裂解期间典型地形成包含Cr2O3的表面氧化物。据信这样的氧化物保护铁和镍的位点使其不在烃裂解模式期间接触，从而减轻了不期望的焦炭形成的量。然而，观察到在更苛刻的裂解条件，例如，典型地用于提高轻质烯烃收率的条件下，这种保护性氧化物层的形成受到抑制，反而有利于含碳相，例如Cr3C2、Cr7C3和/或Cr23C6。因此，位于管道的内部表面上的耐渗碳的结垢随时间产生了不连续性，导致铁和镍暴露于烃进料，使得焦炭形成的速率提高。
为了尝试克服这样的困难，美国专利申请公布No.2012/0097289披露了通过采用含5-10wt.％铝的合金来提高管道的耐渗碳性。据称该合金在裂解模式期间形成Al2O3结垢。据报道，Al2O3结垢即使在铬优先形成碳化物而非氧化物的条件下仍保持为稳定的氧化物。由于这样的耐渗碳的合金与不含铝的常规热传递管道合金相比具有较低的抗蠕变强度和较低的抗断裂强度，该文献披露了一种管道结构，其中由该含铝合金形成的连续的内部部件接合到包含更高强度合金的管形外部部件的内部表面。虽然这样的管道抑制焦炭形成，但它们的双层构造的经济要求严苛。
一般减少蒸汽裂化器合金中的铝量，从而提高强度以及从而取消对外部部件的需求。参见，例如，美国专利No.8,431,230，其披露了含铝蒸汽裂化器合金包含2-4wt.％铝。
还一般提高管道的热传递效率从而在裂解期间将烃+蒸汽混合物暴露于更高的温度和更短的接触时间，带来对轻质烯烃生产更好的选择性。例如，通过提高管道的暴露于烃进料的表面积来提高热传递描述于美国专利No.6,419,885和6,719,953。提高管道的热传递效率的其它方法包括在热传递管道内部表面上应用混合元件(有时称之为“焊缝”或“翅片”)。例如，美国专利No.5,950,718描述了使用常规25Cr/35Ni管道，其包括通过等离子弧热喷焊或电弧焊应用于管道内部表面的螺旋混合元件。已发现，裂解期间通过辐射管道的烃+蒸汽混合物流导致形成与辐射管道的内部表面相邻的边界层。该边界层包含烃。该混合元件扰乱该边界层，使得边界层与烃+蒸汽混合物的核心流之间的混合提高。一般减轻穿越含一个或多个混合元件的辐射管道的烃+蒸汽混合物的压降。例如，美国专利No.7,799,963描述了一种结构，其由于混合元件中的不连续性而提供了降低的压降。管道和不连续的混合元件都是由常规蒸汽裂化器合金例如25Cr/20Ni，25Cr/35Ni，35Cr/45Ni或IncoloyTM形成的。
然而，仍然需要这样的热传递管道，其抑制铬-碳化物相形成，同时通过加入混合元件提供改进的热传递。
发明概述
本发明部分是基于新的热传递管道焊接件的开发。本文所述的焊接件包含管形部件和至少一个包含铝的混合元件，该混合元件位于该管形部件的内部表面。该管形部件包含至少一种耐热的含铝合金，该合金在烃裂解期间在蒸汽的存在下在该管形部件的内部表面上形成含氧化铝结垢。该混合元件也包含至少一种耐热的含铝合金，该合金在烃裂解期间在蒸汽的存在下在该混合元件的表面上形成含氧化铝结垢。该混合元件的耐热的含铝合金可以与该管形部件的耐热的含铝合金相同或不同。该管形部件例如通过铸造、锻造、辊压、接合、机加工等中的一种或多种形成。
因此，本发明的某些方面涉及适用于裂解炉中的管道，例如，作为热传递管道的焊接件。该焊接件包含具有内部和外部表面的第一管形部件，并具有至少一个与该管形部件的内部表面表面接触的混合元件。第一管形部件包括至少一种第一蒸汽裂化器合金，该合金包含铝。该混合元件包含第二蒸汽裂化器合金，该合金也包含铝。
第一蒸汽裂化器合金可以包含，例如，范围在2.0wt.％-10.0wt.％的量A1的铝，基于第一蒸汽裂化器合金的重量计。第二蒸汽裂化器合金可以包含，例如，范围在2.0wt.％-10.0wt.％的量A2的铝，基于第二蒸汽裂化器合金的重量计，其中第一和第二蒸汽裂化器合金具有相同或不同的铝含量，例如，第二蒸汽裂化器合金和第一蒸汽裂化器合金中铝的浓度可以差至少0.5wt.％。在其中第一和第二蒸汽裂化器合金具有不同铝浓度的方面中，第二蒸汽裂化器合金典型地具有大于第一蒸汽裂化器合金的铝含量的铝含量，比如当第一蒸汽裂化器合金包含2.0-4.0wt.％铝，第二蒸汽裂化器合金包含5.0-10.0wt.％铝。
在其它方面中，本发明涉及烃裂解方法，包括使与与蒸汽掺混的烃材料在蒸汽裂化条件下通过至少一个热传递管道，其中该热传递管道包含根据任一前述方面的焊接件。
认为，当在蒸汽裂化裂解模式期间采用任一前述方面的焊接件作为辐射管道时，保护性的耐渗碳层形成在至少一部分第一管形部件的内部表面上和至少一部分至少一个混合元件(例如，该混合元件的暴露于蒸汽裂化的表面的那部分)上。耐渗碳层包含氧化铝并且可以基本上不含铬。本发明的热传递管道焊接件与常规热传递管道相比具有令人惊奇的改进的耐渗碳性，同时提供与一个或多个混合元件的存在相关的改进的混合。
从而，指定的热传递管道焊接件提供稳定的、耐久性的表面，以在在蒸汽裂化器炉管道、传送线换热器和用于运输或输送含烃工艺料流的蒸汽裂化器装置中可易于结焦的其它组件中耐高温腐蚀和结焦。
附图简述
参考附图以及以下的说明来进一步解释本发明，附图以非限制性实例的方式展示了本发明的各种实施方案，其中：图1展示了裂解炉的示意流程图。
详细说明
定义
为了本说明书和所附权利要求的目的，限定以下术语。“周期表”表示元素周期表，The Merck Index，第12版，Merck&Co.，Inc.，1996。
“蒸汽裂化器合金”是指适合在用于生产C2+不饱和烃的蒸汽裂化炉中用作管道的任何组合物、固溶体或固体混合物。这样的合金显示表示金属行为的传导率并且包含至少10wt.％铬和15wt.％镍，基于蒸汽裂化器合金的重量计。
“焊接件”是指通过将两个或更多个组件连接在一起形成的单元，其中连接包括至少一种焊接。术语“焊接件”涵盖通过等离子弧热喷焊混合元件至管形部件，比如适用于蒸汽裂化器的热传递管道，形成的单元。虽然焊接件的全部组件可以通过焊接连接到该焊接件，但这不是必须的。
“热传递管道”包括但不限于裂解炉的任一以下部件：进料导管；稀释蒸汽导管；蒸汽裂化器炉管道，比如对流管道和/或辐射管道，包括那些布置成一个或多个盘管的；跨越管道；输送管线换热器；骤冷区导管；和裂解方法中可在超过500℃的温度暴露于烃+蒸汽混合物的其它组件。术语“热传递管道”还包括在用于提质烃的其它方法中提供热传递功能(以及其它功能，如果有任何的话)的管道，包括其中可能发生渗碳的那些，比如用于运输或输送可能易于结焦的烃工艺料流的导管。
“混合元件”是指从该管形部件的内部表面的凸起，条件是该凸起包括该管形部件的内部表面与凸起边缘(例如，该内部表面上不完整的涂层，比如由蒸汽裂化器合金形成的焊缝)之间形成的接触角。由于混合元件不是该管形部件的内部表面上的完整涂层，因此边界存在于(i)该管形部件的内部表面的未被混合元件覆盖的区域与(ii)该管形部件的内部表面被混合元件覆盖的区域之间。边界典型地包括接触角，且该接触角的顶点典型地位于靠近在该管形部件的内部表面上的该混合元件的外周。接触角的程度(例如，所对的角度范围)是以宏观方式确定的。不完美的接触角(如当宏观观察靠近接触角的顶点的交接区域时可能观察到的)也在本发明的范围内。混合元件可为离散的(例如，在该管形部件的内部表面的岛状物)或连续的(例如，沿该管形部件的内部表面的连续的焊缝，其具有沿该焊缝基本上恒定的且在焊缝每侧基本上相等的接触角)。具体的混合设计和配置描述于美国专利No.5,950,718，6,419,885，6,719,953和7,799,963，尤其是具有描述于美国专利No.7,799,963中的配置的那些，每一篇的公开内容以其全部纳入本申请。
除非另有说明，本文中所述的所有量、浓度和重量百分比均基于该提到的组合物的总重量，所述组合物例如第一蒸汽裂化器合金，第二蒸汽裂化器合金等，视情况而定。
现将更详细地描述关于可用作在蒸汽裂化期间输送烃+蒸汽混合物的热传递管道的焊接件各种方面。本文披露的方法和系统不限于所选择的方面，本说明书不意图排除在本发明更宽范围内的其它方面，比如包括在没有蒸汽的情况下裂解烃的方面。此外，本领域技术人员将领会，图1不是以任何特定比例或尺度绘制的，并且可以对所展示的方面进行许多变型。简便起见，仅某些范围在本文中明确披露了。然而，从任何下限的范围可与任何上限组合以引述没有明确述及的范围，以及，从任何下限的范围可与任何其它下限组合以引述没有明确述及的范围，相同地，从而任何上限的范围可与任何其它上限组合以引述没有明确述及的范围。另外，在一个范围内，包括了其端点之间的每个即使未被明确引述的点或个别值。因此，每个点或个别值可用作其自身的下限或上限，与任何其它点或个别值或任何其它下限或上限组合，以引述没有明确述及的范围。
蒸汽裂化炉
本发明的焊接件可用于蒸汽裂化以生产轻质烯烃，比如乙烯和/或丙烯。示例的蒸汽裂化炉绘制于图1。蒸汽裂化炉1包括辐射燃烧室103，对流段104和烟道气排气管105。燃料气体经由导管100和控制阀101提供给燃烧器102，该燃烧器提供辐射热给烃进料以通过进料的热裂化产生期望的裂解产物。燃烧器产生热气体，该热气体向上流过对流段104，然后经由导管105离开炉。
烃进料经由导管10和阀12引导至至少一个对流盘管13。引入对流盘管13的烃进料通过与热烟道气的间接接触而预加热。阀12用于调节引入对流盘管13的烃进料的量。对流盘管13典型地为多个对流盘管之一，该多个对流盘管布置在第一盘管组中以进行烃原料的并行流。典型地，多个进料导管10和11输送烃进料至第一盘管组的并行对流盘管的每一个中。四个进料导管在图1中给出，但本发明不限于任何特定进料导管数量。例如，本发明兼容具有3、4、6、8、10、12、16或18个进料导管的对流段，从而输送并行部分的总烃进料至等数量的位于第一盘管组中的对流盘管。虽然未显示，多个进料导管11中的每个均可提供有阀(类似于阀12)。换句话说，每个多个导管11均可以与对流盘管(未显示)流体连通，该对流盘管(i)位于第一盘管组中且(ii)与对流盘管13并行操作。为简单起见，对第一对流盘管组的说明将专注于对流盘管13。该组中的其它对流盘管可以以相似方式操作。
稀释蒸汽经由稀释蒸汽导管20通过阀22提供至对流盘管23以通过来自烟道气的间接热传递而预热。阀22用于调节引入对流盘管23的稀释蒸汽的量。对流盘管23典型地为多个对流盘管之一，所述多个对流盘管布置在第二盘管组中以进行并行的稀释蒸汽流。典型地，多个稀释蒸汽导管20和21将稀释蒸汽输送到第二盘管组的每个并行对流盘管。四个稀释蒸汽导管在图1中给出，但本发明不限于任何特定数量的稀释蒸汽导管。例如，本发明兼容具有3、4、6、8、10、12、16或18个稀释蒸汽导管的对流段以输送并行部分的总稀释蒸汽的量至等数量的位于第二对流盘管组中的对流盘管。虽然未显示，多个稀释蒸汽导管21中的每个均可提供有阀(类似于阀22)。换句话说，多个导管21中的每个均处于与与对流盘管23并行操作的对流盘管(未显示)流体连通。为简单起见，对第二对流盘管组的说明将专注于盘管23。该组中的其它对流盘管可以以相似方式操作。
预加热的稀释蒸汽和预加热的烃进料在导管25中或靠近导管25合并。将烃+蒸汽混合物经由导管25再引入对流段104，以预热对流盘管30中的烃+蒸汽混合物。对流盘管30典型地为多个对流盘管之一，所述多个对流盘管布置在第三盘管组中以在预加热期间进行烃+蒸汽混合物的。一个用于预加热烃+蒸汽混合物的对流盘管表示在图1中，但本发明不限于任何特定数量的这样的对流盘管。例如，本发明兼容有3、4、6、8、10、12、16或18个烃+蒸汽混合物对流盘管的第三盘管组，从而输送烃+蒸汽混合物的总量的并行部分。为简单起见，对第三对流盘管组的说明将专注于盘管30。该组中的其它对流盘管以相似方式操作。烃+蒸汽混合物典型地在对流盘管30中被预加热，例如，到范围在约750°F-约1400°F(400℃-760℃)的温度。
跨越管道31用于输送预加热烃+蒸汽混合物至辐射段103中的辐射盘管40以进行烃的热裂化。辐射盘管40典型地为多个辐射盘管之一(其它未显示)，所述多个辐射盘管一起构成辐射段103中的辐射盘管组。离开导管30的加热混合物的温度通常设计为在或接近显著热裂化开始的点。工艺条件，比如预对流盘管13中加热的进料量，对流盘管23中预加热的蒸汽的量，对流盘管30中预加热的烃+蒸汽混合物的量，烃进料和稀释蒸汽的的相对量，辐射盘管40中预加热的烃+蒸汽混合物的温度、压力和停留时间和第一时间间隔的的时长(盘管13、23、30和40中裂解模式的时长)典型地取决于烃进料的组成，期望的产物的收率和可以承受的炉中焦炭积累的量(尤其是在辐射盘管中的)。因此，本文所述的焊接件特别适用作辐射盘管40。虽然用于蒸汽裂化的常规烃进料和/或常规工艺条件，但本发明的焊接件不限于使用特定进料或工艺条件，并且本说明书不意图排除本发明更宽范围内的其它进料和/或工艺条件。
在辐射段103中实现了期望程度的热裂化后，将炉流出物在冷却阶段50中快速地冷却。可使用任何冷却炉流出物的方法。在一个方面中，冷却阶段50至少包含主输送管线换热器(TLE)。对于包含液体烃的烃进料，例如，较重的石脑油和所有气体-油进料，在主TLE下游需要直接油骤冷连接。油骤冷连接允许添加骤冷油至裂解产物料流中以提供从产物料流直接到注入的骤冷油的热传递。为此目的，将骤冷介质，比如骤冷油，经由至少一个为此目的适配的配件注入流出物。在冷却阶段50中可以采用额外的骤冷阶段，并且这些阶段可以以串联、并联或串联-并联操作。冷却的炉流出物经由导管51离开以进一步分离和/或处理，例如，从炉流出物去除乙烯和/或丙烯。除了它们在蒸汽裂化炉中的用途之外或另外地，指定的焊接件可以用于一个或多个这样描述的TLE或骤冷阶段。本发明不对冷却炉流出物的方法有限制。
烃进料
本文所述的焊接件可用于输送基本上任何可以通过蒸汽裂化产生轻质烯烃的含烃进料。在某些方面，该烃包含相对高分子重量烃(“重质原料”)，比如在蒸汽裂化期间产生相对大量SCT的那些。重质原料的实例包括一种或多种蒸汽裂化的瓦斯油和残余物，瓦斯油，加热油，喷气燃料，柴油，煤油，焦化设备石脑油，蒸汽裂化的石脑油，催化裂化的石脑油，加氢劣化产物，重整产物，萃余重整产物，费-托液，费-托气体，蒸馏产物，原油，大气管馏器底部产物，真空管馏器料流(包括底部产物)，宽沸程石脑油到瓦斯油冷凝产物，来自精炼装置的重质非原始烃料流，真空瓦斯油，重瓦斯油，被原油污染的石脑油，大气残余物，重质残余物，C4/残余物掺混物，石脑油/残余物掺混物，瓦斯油/残余物掺混物和原油。烃的名义最终沸点可以为至少约600°F(315℃)，通常大于约950°F(510℃)，典型地大于约1100°F(590℃)，例如大于约1400°F(760℃)。名义最终沸点是指99.5wt.％的指定样品达到其沸点温度的。
在其它方面，烃包含一种或多种相对低分子重量烃(轻质原料)，尤其是当期望相对高收率的C2不饱和物(乙烯和乙炔)的那些方面。轻质原料典型地包括具有少于五个碳原子的基本上饱和的烃分子，例如，乙烷、丙烷及其混合物。本发明的焊接件特别地可用作蒸汽裂化轻质原料的热传递管道，更特别地作为乙烷蒸汽裂化的辐射管道。
现将更详细地描述可用作输送用于蒸汽裂化的一种或多种前述进料的热传递管道的焊接件。本发明不限于输送这些进料的焊接件，本说明书不意图排除将这样的焊接件用于输送本发明更宽范围内的其它含烃进料。
焊接件
该焊接件包括(i)包含第一蒸汽裂化器合金并具有内部和外部表面的管形部件，和(ii)至少一个与该管形部件的内部表面表面接触的混合元件。第一和第二蒸汽裂化器合金各自选自那些能够在蒸汽裂化期间在该混合元件的表面暴露于烃时在该混合元件的表面上形成含氧化铝保护性涂层(例如，结垢)的合金。
该焊接件可通过以任何合适的焊接手段将该混合元件固定到该管形部件的内部表面来形成，所述焊接手段例如等离子弧热喷焊或氩气/氦气电弧焊。等离子弧热喷焊或氩气/氦气电弧焊都不是例如热喷涂的涂覆技术，而是焊覆技术的实例。在粉末等离子焊接中，例如，将金属粉末熔化，并通过等离子炬焊接到基础管道的内部表面上。在该管形部件的内部表面一部分上的连续的或不连续的金属覆盖层的形式的厚度为1.0-3.0mm，1.5-2.5mm或1.75-2.25mm的混合元件通过焊接强力地接合，以提供基本上无孔的覆盖层。所得焊接件可任选地后退火、回火、激光熔化或其组合以提高该混合元件质量密度(以及降低其孔隙度)。
相反，常规热喷涂方法例如等离子法、HVOF和爆炸喷枪通常在管形部件的整个内部表面上产生基本上连续的金属层涂层。这样的涂层具有比本发明混合元件(比如通过在该管形部件的内部表面上等离子弧热喷焊不连续的指定的第二蒸汽裂化器合金焊缝产生的那些)更高的孔隙度。常规热喷涂涂层是通过这样的方法产生的，其中熔融或软化的颗粒通过冲击施加到基材上。虽然不希望受任何理论或模型的限制，据信，这样的常规涂层含由在高速下碰撞冷表面而变平的小球的快速凝固产生的网状或层状晶粒结构。难以确保所有颗粒的尺寸完全相同并且达到相同温度和速度。因此，热喷涂方法期间受冲击的个体颗粒的条件变化导致不均匀的结构，这包括过度的孔隙度。
本发明的混合元件可根据管道设计以任何方便的方式配置。例如，该混合元件应配置成搅拌烃原料流通过焊接件以将烃原料流跨越管道横截面分布，从而产生跨越该通道的整个横截面的大体均匀的温度分布。这典型地通过采用具有基本上对通过该管道的流体流开放的内部环形截面的管形部件实现，其中混合元件从该管形部件的内部表面上的至少一个区域凸出。当焊接件包含多个混合元件时，所有该混合元件任选地具有基本上相同的组成，并且任选地都具有相同尺寸和形状。例如，多个混合元件可以为在基本上与管形部件的长轴交叉并且能使管道中的烃流原料偏移的方向上投射的翅片的形式。当焊接件用作辐射管道时，这样的布置提高了与管道横截面相关的烃+蒸汽混合物流的温度分布的不均匀性。混合元件可包含沿管形部件的内部表面的多个离散形成的凸起或连续的凸起。凸起无论是不连续的或连续的都可以沿内部表面的一个或多个大体螺旋的设计来布置。将混合元件固定到管形部件表面的方法以及混合元件的配置描述于美国专利No.5,950,718和7,799,963，其中的任意者可用于本文所述的焊接件。
第一管形部件
焊接件典型地包含第一管形部件，第一管形部件具有(i)内部和外部表面，和(ii)至少一个由该管形部件的内部表面限定的内通道，该通道对流入、流过和流出该管形部件的流体是开放的。第一蒸汽裂化器合金可具有任何组成，条件是：(i)其具有使其适用于蒸汽裂化炉的性能特性(比如热传递、延展性和强度特性)，和(ii)能够在蒸汽裂化期间在该管形部件的内部表面上形成含氧化铝保护性涂层(例如，结垢)。一些这样的合金描述于转让给Kubota Corporation的美国专利No.8,431,230的表1，该专利通过引用以其全部内容纳入本申请。第一蒸汽裂化器合金的某些实例包含铝、镍、铬、铁和碳；和任选地除了这些一种或多种的，硅、锰、钨、钼、钛、锆、铌、硼和一种或多种稀土元素。
第一蒸汽裂化器合金有意地包含铝，典型地水平在≥约2.0wt.％，例如，≥约2.5wt.％，比如≥约3.0wt.％或≥约3.5wt.％或≥约4.0wt.％或≥约4.5wt.％或≥约5.5wt.％或≥约6.0wt.％或≥约6.5wt.％或≥约7.0wt.％或≥约8.0wt.％或≥约9.0wt.％或≥约9.5wt.％或≥约10.0wt.％铝。另外或备选地，第一蒸汽裂化器合金中铝的浓度可为≤约10.0wt.％，例如，≤约9.5wt.％或≤约9.0wt.％或≤约8.0wt.％或≤约7.0wt.％或≤约6.5wt.％或≤约6.0wt.％或≤约5.5wt.％或≤约4.5wt.％或≤约4.0wt.％或≤约3.5wt.％，≤约3.0wt.％或≤约2.5wt.％或约2.0wt.％。明确批露的第一蒸汽裂化器合金中铝含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约2.0-约10.0wt.％铝或约2.0-约8.0wt.％或约2.0-约7.0wt.％或约2.0-约6.0wt.％或约2.0-约4.0wt.％或约2.5-约4.0wt.％或约3.0-约4.0wt.％或约3.5-约4.0wt.％铝等。当期望在内管道表面上形成足量的耐渗碳层时，至少约2.0wt.％铝是优选的。例如在第一蒸汽裂化器合金中高浓度的铝，例如，≥约4wt.％，可能导致第一管形部件某些性质变差，比如延展性降低，这可以导致蒸汽裂化服役中焊接件的性能降低。已经发现，这样的困难可以由本发明的焊接件通过以下方式来克服：在焊接件中包括第二管形部件，该第二管形部件大体上与第一管形部件共轴，并且第一管形部件的外部表面典型地靠近第二管形部件的内部表面。第二管形部件典型地包含至少一种与第一蒸汽裂化器合金相比具有改进的机械性质的合金，所述机械性质例如改进的延展性、蠕变和/或断裂强度。
除了铝，第一蒸汽裂化器合金典型地包含铬和/或镍。例如，第一蒸汽裂化器合金可以包含≥约15.0wt.％铬，例如，≥约17.5wt.％或≥约18.0wt.％或≥约20.0wt.％或≥约22.0wt.％或≥约24.0wt.％或≥约30.0wt.％或≥约35.0wt.％或≥约40.0wt.％铬。另外或备选地，蒸汽裂化器合金可包含铬的量为≤约50.0wt.％，例如，≤约45.0wt.％或≤约40.0wt.％或≤约35.0wt.％或≤约30.0wt.％或≤约25.0wt.％或≤约22.0wt.％或≤约18.0wt.％或≤约16.0wt.％。明确批露的第一蒸汽裂化器合金中铬含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约15.0-约50.0wt.％或约16-约30.0wt.％或约20.0-约30.0wt.％或约22.0-约30.0wt.％或约24.0-约35.0wt.％等。当铬的浓度为至少15.0wt.％时，在渗碳层的存在下焊接件的完整性基本上得到保持。本领域技术人员将理解，铬的量不应太大而导致合金的高温机械性质降低，比如耐高温蠕变性和/或高温断裂强度降低。
第一蒸汽裂化器合金中镍的量可为≥约18.0wt.％镍，例如，≥约20.0，比如≥约25.0wt.％或≥约30.0wt.％或≥约35.0wt.％或≥约40.0wt.％或≥约45.0wt.％或≥约50.0wt.％或≥约55.0wt.％或≥约65.0wt.％镍。另外或备选地，蒸汽裂化器合金中镍的量可为≤约70.0wt.％，例如，≤约65.0wt.％或≤约55.0wt.％或≤约50.0wt.％或≤约45.0wt.％或≤约40.0wt.％或≤约35.0wt.％或≤约30.0wt.％或≤约20.0wt.％或≤约25.0wt.％镍。明确批露的第一蒸汽裂化器合金中镍含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约18.0-约70.0wt.％或约25.0-约45.0wt.％或约30.0-约55.0wt.％或约35.0-约55.0wt.％或约40.0-约55.0wt.％或约45.0-约55.0wt.％或约50.0-约55.0wt.％等。据信镍为蒸汽裂化器合金提供了耐氧化性，例如，在除焦炭模式期间。虽然较低浓度的镍可以通过提高的铁含量来补偿，但本领域技术人员将理解，足够的镍应包于合金中以防止形成氧化物，例如，铬氧化物，铁氧化物和/或锰氧化物，其会抑制形成期望的耐渗碳层。
第一蒸汽裂化器合金中铁的量可为≤约65.0wt.％，例如，≤约65.0wt.％或≤约55.0wt.％或≤约45.0wt.％或≤约35.0wt.％或≤约25.0wt.％或≤约15.0wt.％或≤约5.0wt.％。另外或备选地，第一蒸汽裂化器合金可包含铁的量为≥0wt.％，例如，≥约0.10wt.％，比如≥约5.0wt.％或≥约15.0wt.％或≥约25.0wt.％或≥约35.0wt.％或≥约45.0wt.％或≥约55.0wt.％铁。明确批露的第一蒸汽裂化器合金中铁含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约0-约65.0wt.％铁或约1.0-约65.0wt.％或约5.0-约65.0wt.％或约15.0-约65.0wt.％或约35.0-约55.0wt.％或约40.0-约55.0wt.％或约45.0-约55.0wt.％或约50.0-约55.0wt.％铁等。
碳可为存在于第一蒸汽裂化器合金中的量为≥0.05wt.％，例如，≥约0.1wt.％，比如≥约0.2wt.％或≥约0.3wt.％或≥约0.4wt.％或≥约0.5wt.％或≥约0.6wt.％碳.另外地或备选地，碳可存在的量为≤约0.7％wt.％，例如，≤约0.6％wt.％或≤约0.5％wt.％或≤约0.4％wt.％或≤约0.3％wt.％或≤约0.2％wt.％或≤约0.1％wt.％碳。明确批露的第一蒸汽裂化器合金中碳含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约0.05-约0.7wt.％碳或约0.05-约0.6wt.％或约0.05-约0.5wt.％或约0.05-约0.4wt.％或约0.05-约0.3wt.％或约0.05-约0.2wt.％或约0.05-约0.1wt.％或约0.3.0-约0.5wt.％碳等。据信，碳改善第一管形部件的铸造性和高温机械性质，比如耐蠕变性和断裂强度。本领域技术人员将理解，碳的量不能太大而导致(i)形成焦炭或其它独立的碳相和/或(ii)降低合金的延展性和/或韧性。
当硅存在于第一蒸汽裂化器合金时，它可存在的浓度为≤约2.5wt.％硅，例如，≤约2.0wt.％或≤约1.5wt.％或≤约1.0wt％或≤约0.5wt.％或≤约0.1wt.％硅。另外地或备选地，第一蒸汽裂化器合金中的硅浓度可为≥0wt.％，例如，≥约0.1wt.％，比如≥约0.2wt.％或≥约0.3wt.％或≥约0.4wt.％硅。明确批露的第一蒸汽裂化器合金中硅含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，0-约2.5wt.％硅，0-约2.0wt.％，0-约1.5wt.％，0-约1.0wt.％，0-约0.5wt.％，0-约0.1wt.％硅等。据信，硅起到脱氧化剂的作用，并且赋予熔融状态的合金更高的流动性。本领域技术人员将理解，硅的量不应太大而导致合金的高温机械性质降低，比如耐高温蠕变性和/或高温断裂强度降低。
锰可为存在于第一蒸汽裂化器合金中，例如，以当合金处于熔融状态时起到氧和/或硫清除剂的作用。当期望这样的清除功能时，锰通常存在的浓度为≤约3.0wt.％，例如，≤约2.5wt.％或≤约2.0wt.％或≤约1.5wt.％或≤约1.0wt.％或≤约0.5wt.％或≤约0.1wt.％或约0wt.％锰。明确批露的第一蒸汽裂化器合金中锰含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，0-约3.0wt.％锰，0-约2.5wt.％，0-约2.0wt.％，1.0-约2.0wt.％，1.5-2.5wt.％锰等。
钨和/或钼也可存在于第一蒸汽裂化器合金中，其量为0.1-约10.0wt.％，例如，0.5-10.0wt.％，1.0-5wt.％，尤其是0.5-10wt.％钨，1-8wt.％钨和/或0.1-5.0wt.％钼，0.5-3wt.％钼。据信，钼和钨改善合金的高温机械性质，比如耐蠕变性和断裂强度。当两种元素都存在时，其总浓度通常不应超过10wt.％。
任选地，第一蒸汽裂化器合金包括钛、锆和铌中的一种或多种。当使用时，这些元素的总浓度通常≥约0.1wt.％，例如，约0.1-约1.8wt.％或约0.1-约1.5wt.％或约0.1-约1.0wt.％或约0.1-约0.6wt.％。尤其是，钛和/或锆可存在的量为约0.1-约0.6wt.％。铌可存在的量为约0.1-1.8％。
硼可为存在于第一蒸汽裂化器合金并改进晶粒边界性能。通常硼可存在的量为0-约0.1％wt.％，例如，0-0.07wt.％，0-约0.5wt.％或0.05-约0.1wt.％。
第一蒸汽裂化器合金还可包括一种或多种稀土元素，即周期表中范围从镧到镥的15种镧系元素和钇和钪，尤其是铈、镧和钕，其量为约0.005-约0.4wt.％。对加入本发明的合金中的稀土元素来说，铈、镧和钕可总计形成稀土元素总量的至少约80％、更优选至少约90％。据信，稀土元素的存在有助于形成和稳定化耐渗碳层。
含磷、硫和其它杂质(比如当制备材料时不可避免地加入到合金中的那些)的第一蒸汽裂化器合金在本发明的范围内。本领域技术人员将理解，这些杂质的量不应太大而超过典型地在常规蒸汽裂化器合金中的量。
在某些方面，第一管形部件包含多于一种的前述第一蒸汽裂化器合金。任意指定的第一蒸汽裂化器合金组合物的组合和排列明确地在本发明的范围内。合适的第一蒸汽裂化器合金包括那些披露于美国专利No.6,409,847和7,963,318中的，这些文献以它们的全部内容通过引用纳入本申请。在特定方面，第一蒸汽裂化器合金包含≤65.0wt.％铁，≥18.0wt.％铬和≥25.0wt.％镍，例如，≥约20.0wt.％铬和铁。铁典型地，但非必需地，存在的浓度为≥约25.0wt.％。第一蒸汽裂化器合金可以例如选自可从Kubota以商品名AftalloyTM获得的那些合金和选自可从Schmidt and Clemens GmbH&Co以商品名CentralloyTM HTE获得的那些合金。
第一蒸汽裂化器合金可通过任何合适的手段管形部件，例如，通过铸造、锻造、辊压、接合、机加工等中的一种或多种。可以使用常规成型方法，比如离心铸造，但本发明不限于此。示例的离心铸造装置和方法描述于美国专利No.5,223,278，其全部内容通过引用纳入本申请。然而，本发明不限于此。
一个或多个混合元件
除了第一管形部件，这里的焊接件包括至少一个与该管形部件的内部表面表面接触的混合元件。混合元件用于搅拌输送通过该焊接件的内部通道的烃原料流(即蒸汽-裂化器进料，蒸汽-裂化的产物等)。当多个混合元件存在于该焊接件中时，每个该混合元件可以具有相同组成，但这不是必须的。至少一个混合元件包含第二蒸汽裂化器合金，其具有的铝浓度典型地为≥约2.0wt.％，例如，≥约2.5wt.％或≥约3.0wt.％或≥约3.5wt.％或≥约4.0wt.％或≥约4.5wt.％或≥约5.0wt.％或≥约5.5wt.％或≥约6.0wt.％或≥约6.5wt.％或≥约7.0wt.％或≥约8.0wt.％或≥约9.0wt.％或≥约9.5wt.％或约10.0wt.％铝。另外或备选地，铝的浓度可为≤约10.0wt.％，例如，≤约9.0wt.％或≤约8.0wt.％或≤约7.0wt.％或≤约6.5wt.％或≤约6.0wt.％或≤约5.5wt.％或≤约5.0wt.％或≤约4.0wt.％或≤约3.0wt.％。明确批露的第二蒸汽裂化器合金中的铝含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约5.0-约10.0wt.％铝或约6.0-约10.0wt.％或约7.0-约10.0wt.％或约5.0-约9.0wt.％或约5.5-约8.0wt.％或约6.0-约8.0wt.％或约5.0-约8.0wt.％或约6.0-约6.5wt.％铝。已发现，该混合元件可以在焊接件制造期间容易开裂，尤其是在焊接期间后之后在该混合元件在第一管形部件的内部表面上凝固期间。已经发现，当第二蒸汽裂化器合金包括铁和/或硅，尤其是当第二蒸汽裂化器合金包括硅和铁，比如0.05wt.％-5.0wt.％硅和35.0wt.％-65.0wt.％铁时，可以克服这样的困难。
令人惊奇的，已经发现，用于形成混合元件的含铝蒸汽裂化器合金在宽的组成范围，尤其是在宽的第二蒸汽裂化器合金铝含量范围上与管形部件的内部表面形成了足够的金属键。本来预期的是，需要在管形部件的内部表面上有第二蒸汽裂化器合金的基本上均匀的涂层以防止涂层脱层。本领域技术人员将理解，例如，当金属键合一种含铝合金至另一种含铝合金时，内聚力和粘结力之间的不平衡引入了显著的复杂性。此外，在界面处接触的不相似的合金，例如，含铝合金与含铝但量更少的第二合金接触，通常表现出不相容性，这可以限制第一合金(例如，表面合金)来“润湿”第二合金(例如，基材合金)的能力。这样的效果通常使其本身显现为接触角提高(也称为内接触角提高)，例如，在表面层的外周达≥90°的值。当表面层作为液体施加到基材，然后表面层凝固时，由于内能量密度的平衡而造成内接触角的提高。表面合金当接触角低于90°时在“润湿”，而当接触角大于或等于90°时未润湿。通常，表面与基材合金之间提高的组成不相似度导致润湿降低并且涂层脱层的趋势提高。换句话说，随着接触角提高，涂层脱层的趋势更高。即使对于在不相似的合金基材上凝固的非润湿合金表面固体来说，当表面合金处于在基材上基本上连续的内部表面上的基本上均匀涂层的形式时，脱层的趋势也可以减轻。这样的实例是，管道内部表面上基本上均匀的涂层。在这样的情况中，没有接触角，因为表面合金-基材合金表面张力在管形基材的整个内部表面上是对称分布的(例如平衡的)。令人惊奇的，已经发现，含铝合金具有令人满意的用多种蒸汽-裂化器合金到多种合金的金属键合，无需混合元件是在管形部件的内部表面上基本上连续的涂层。混合元件中使用的含铝合金令人惊奇地粘接到下面的合金，尽管不存在用于防止涂层脱层的基本上均匀的表面力。甚至更令人惊奇的是，包含铝的管形部件合金与由具有与该管形部件不同铝浓度的合金形成的混合元件之间存在足够的金属键合，尤其是在形成该混合元件的合金的铝浓度高于形成该管形部件的合金的铝浓度时更是如此。
因此，在某些方面，第一(A1)和第二(A2)蒸汽裂化器合金中铝的量可为基本相等。在其它方面，第二蒸汽裂化器合金与第一蒸汽裂化器合金中铝的浓度可相差≥约1.0wt.％，例如，≥约2.0wt.％或≥约3.0wt.％或≥约4.0wt.％或≥约5.0wt.％或≥约6.0wt.％或≥约7.0wt.％。在特定方面，第二蒸汽裂化器合金的铝浓度与第一蒸汽裂化器合金的铝浓度相差约1.0-约5.0wt.％或约1.0-约4.0wt.％或约1.0-约3.5wt.％或约1.0-约3.0wt.％或约1.0-约2.5wt.％或约1.0-约2.0wt.％或约1.0-约1.5wt.％。虽然符合这些条件的任何第一和第二蒸汽裂化器合金都可使用，第二蒸汽裂化器合金典型地具有比第一蒸汽裂化器合金更高的铝浓度。认为，尤其是对于用作蒸汽裂化条件下操作的辐射管道的焊接件来说，即使当第二蒸汽裂化器合金的铝含量大于第一蒸汽裂化器合金的铝含量，即A2≥A1，比如当A2减去A1为≥0.5wt.％或A2减去A1为≥1.0wt.％时，实现了将混合元件接附到管形部件的内部表面。即使当A2≥A1，在焊接期间，混合元件在第一管形部件的内部表面上凝固期间的混合元件开裂可以通过在第二蒸汽裂化器合金中包括铁和/或硅，例如，硅和铁，比如0.05wt.％-5.0wt.％硅和35.0wt.％-65.0wt.％铁，而得到减轻和消除。
虽然可使用任何具有上述铝浓度的第二蒸汽裂化器合金，但现将更详细地描述示例的第二蒸汽裂化器合金组合物，包括第二蒸汽裂化器合金，其除了指定的范围的铝含量外任选地进一步包含铬，镍，铁，碳，锰，钛，锆，铪，钒，铌，钽，钼，钨，镓，锗，砷，铟，锡，锑，铅，钯，铂，铜，银，金，钪，镧，钇和铈中的一种或多种。
第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含铬，例如，≥约15.0wt.％铬，比如≥约18.0wt.％或≥约20.0wt.％或≥约22.0wt.％或≥约25.0wt.％或≥约30.0wt.％。另外或备选地，第二蒸汽裂化器合金可包含铬的量为≤约30.0wt.％，例如，≤约25.0wt.％或≤约24.0wt.％或≤约22.5wt.％或≤约20.0wt.％或≤约18.0wt.％。明确批露的第二蒸汽裂化器合金中铬含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约15.0-约30.0wt.％铬或约18-约30.0wt.％或约20.0-约30.0wt.％或约22.0-约30.0wt.％或约25.0-约30.0wt.％，18.0-25.0wt.％或19.0-24.0wt.％或20.0-22.5wt.％铬等。
第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含镍，例如，≥约20.0wt.％镍，比如≥约25.0wt.％或≥约30.0wt.％或≥约35.0wt.％或≥约40.0wt.％镍。另外或备选地，示例的第二蒸汽裂化器合金中镍的量可为≤约45.0wt.％，例如，≤约40.0wt.％或≤约35.0wt.％或≤约30.0wt.％或≤约25.0wt％。明确批露的第二蒸汽裂化器合金中镍含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约20.0-约45.0wt.％或约25.0-约45.0wt.％或约30.0-约45.0wt.％或约35.0-约45.0wt.％或约40.0-约45.0wt.％等。第二蒸汽裂化器合金中镍的量可以取决于其它组分的量，例如，取决于第二蒸汽裂化器合金中铝、铬和铁的量。例如，当第二蒸汽裂化器合金包含铝、铬和铁时，则≥90.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金的余量可以包含镍，基本上由其组成或甚至由其组成。典型地，≥95.0wt.％的余量为镍，例如，≥99.0wt.％，比如≥99.9wt.％。本发明涵盖其中基本上所有的余量为镍的第二蒸汽裂化器合金。在特定方面，第二蒸汽裂化器合金包括5.0wt.％-10.0wt.％铝，18.0wt.％-25.0wt.％铬，≤0.5wt.％Si和≥35.0wt.％铁，其中第二蒸汽裂化器合金的余量(以达100wt.％)包含镍，基本上由其组成或甚至由其组成。在这些方面，镍的量可以，例如，范围在约25.0wt.％-约40.0wt.％。
第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含铁，例如，≥约35.0wt.％铁，比如≥约40.0wt.％或≥约45.0wt.％或≥约50.0wt.％或≥约55.0wt.％铁。另外或备选地，第二蒸汽裂化器合金可包含≤约55.0wt.％，例如，≤约50.0wt.％或≤约45.0wt.％或≤约45.0wt.％铁。明确批露的第二蒸汽裂化器合金中铁含量的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约35.0-约55.0wt.％或约40.0-约55.0wt.％或约45.0-约55.0wt.％或约50.0-约55.0wt.％或约35.0-约40wt.％铁等。
第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含硅，例如，≤0.50wt.％硅，比如≤约0.45wt.％或≤约0.40wt.％或≤约0.35wt.％或≤约0.30wt.％或≤约0.25wt.％或≤约0.20wt.％或≤约0.10wt.％或约0wt.％。另外或备选地，硅可存在的量为≥约0wt.％，例如，≥约0.10wt.％，≥约0.20wt.％或≥约0.25wt.％或≥约0.30wt.％或≥约0.35wt.％或≥约0.40wt.％或≥约0.45wt.％。明确披露的第二蒸汽裂化器合金中硅含量的示例的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约0-约0.50wt.％硅或约0.10-约0.45wt.％或约0.20-约0.40wt.％或约0.25-约0.35wt.％硅等。
碳可以存在于第二蒸汽裂化器合金。例如，碳可存在的量为≥约0wt.％，例如，≥约0.02wt.％，比如≥约0.05wt.％或≥约0.07wt.％或≥约0.09wt.％。当第二蒸汽裂化器合金包括碳，碳的量典型地为≤约0.1wt.％碳，例如，≤0.08wt.％或≤约0.05wt.％碳。明确披露的第二蒸汽裂化器合金中碳含量示例的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，0-约0.10wt.％碳或约0.02-约0.08wt.％或约0.05-约0.08wt.％或约0.09-约0.10wt.％碳等。碳可作为碳化物沉淀物的形式存在于第二蒸汽裂化器合金，据信其当长期暴露于高温时有助于改进的蠕变强度。
第二蒸汽裂化器合金可进一步包括0.01-4.0wt.％，例如，0.03-约3.7wt.％或约0.05-约3.5wt.％或约0.07-约3.3wt.％或约1.0-约3.0wt.％或约1.3-约2.7wt.％或约1.5-约2.5wt.％或约1.7-约2.3或约2.0wt.％，的选自锰，钛，锆，铪，钒，铌，钽，钼，钨和它们的组合的至少一种元素。第二蒸汽裂化器合金中这组元素的总量通常≤约4.0wt.％，例如≤约2.0wt.％或≤约1.0wt.％或约0wt.％。
合金元素，例如，镓，锗，砷，铟，锡，锑，铅，钯，铂，铜，银和金，据信能抑制结焦形成，因为这些元素对表面碳传递反应没有催化性。合金元素，例如，铼，钌，铑，铱，钯，铂，铜，银和金，可提供提高的涂层完整性、稳定性和耐久性和/或第二蒸汽裂化器合金中较低的缺陷浓度。因此，第二蒸汽裂化器合金可包括约0.10-约2.0wt.％，例如，约0.5-约1.5wt.％或约0.75-约1.25wt.％或约1.00wt.％至少一种选自镓，锗，砷，铟，锡，锑，铅，钯，铂，铜，银和金以及它们的组合的元素。第二蒸汽裂化器合金中这组元素的总量通常≤约3.0wt.％，例如≤约2.0wt.％或≤约1.0wt.％或约0wt.％。另外或备选地，第二蒸汽裂化器合金可包括0.1wt.％-2.0wt.％，例如，约0.5-约1.5wt.％或约0.75-约1.25wt.％或约1wt.％的至少一种选自铼，钌，铑，铱，钯，铂，铜，银和金的元素。第二蒸汽裂化器合金中这组元素的总量通常≤约3.0wt.％，例如≤约2.0wt.％或≤约1.0wt.％或约0wt.％。
第二蒸汽裂化器合金可进一步包括至少一种选自钪、镧、钇和铈中的元素，气量为≥约0.10wt.％，例如，≥约0.30wt.％，比如≥约0.50wt.％或≥约0.70wt.％或≥约1.0wt.％或≥约1.30wt.％或≥约1.50wt.％或≥约1.70wt.％。另外或备选地，钪、镧、钇和铈中的至少一种可存在的量为≤约2.0wt.％，例如，≤约1.70wt.％或≤约1.50wt.％或≤约1.30wt.％或≤约1.00wt.％或≤约0.70wt.％或≤约0.50wt.％或≤约0.30wt.％。明确披露的第二蒸汽裂化器合金中示例的含量范围包括任意上述列出数值的组合，例如，约0.01wt.％-约2.0wt.％或约0.03wt.％-约1.7wt.％或约0.05wt.％-约1.5wt.％或约0.07wt.％-约1.3wt.％或约1.0wt.％。第二蒸汽裂化器合金中这组元素的总量通常≤约3.0wt.％，例如≤约2.0wt.％或≤约1.0wt.％。
任意以上列出的元素可以金属间沉淀物的形式存在于第二蒸汽裂化器合金，所述形式包括，但不限于，Ni3Al，NiAl等，其量为0.1wt.％-30.0wt.％。类似地，第二蒸汽裂化器合金可包括氧化物，碳化物，氮化物和/或碳氮化物的形式的任意以上元素，气量为例如，0.01wt.％-5.0wt.％。这些金属间沉淀物和杂质特别地由第二蒸汽裂化器合金的构成元素来形成，所述元素包括，但不限于，铁、镍、铬、铝和硅。金属间沉淀物以及氧化物、碳化物、氮化物和碳氮化物杂质可提供改进的高温蠕变强度。
第二蒸汽裂化器合金典型地具有低孔隙度，这有助于其改进的当暴露于石油化学和流工艺单元中的烃料流时对腐蚀和结焦的耐受性。第二蒸汽裂化器合金具有例如，≤2.0体积％孔隙度或≤1.0体积％孔隙度或≤0.5体积％孔隙度或≤0.1体积％孔隙度。如第二蒸汽裂化器合金中存在过度的孔隙度，则会起到石油化学和流工艺单元中的烃料流的气体分子通路的作用，从而不期望地输送气体分子。气体分子的传递可造成机械强度的腐蚀劣化。因此，有利地实现包括最小量的孔隙度的第二蒸汽裂化器合金。
现将更详细地描述第二蒸汽裂化器合金的特定方面。本发明不限于这些方面，本说明书不意图排除本发明更宽范围内的第二蒸汽裂化器合金的其它方面。第二蒸汽裂化器合金的某些示例的方面包含5.0wt.％-10.0wt.％铝，18.0wt.％-25.0wt.％铬，低于0.5wt.％硅，≥35.0wt.％铁，并且≥90.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金余量为镍，比如≥95.0wt.％或≥99.9wt.％。第二蒸汽裂化器合金可以焊接到指定的第一管形部件的内部表面，例如，通过等离子弧热喷焊。第二蒸汽裂化器合金当经受美国专利申请公布No.2012/0097289的指定的条件时典型地形成包含一种或多种氧化物的保护性、耐渗碳表面层，该文献以其去阿布内容通过引用纳入本申请。氧化物层典型地包含氧化铝、氧化铬、氧化硅、莫来石和尖晶石中的一种或多种。在其它方面，第二蒸汽裂化器合金包括5.0wt.％-8.0wt.％铝，19.0wt.％-24.0wt.％铬，≤0.5wt.％硅和≥35.0wt.％铁，其中≥90.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金的余量为镍，例如，≥95.0wt.％，比如≥99.9wt.％。
在再其它方面，第二蒸汽裂化器合金进一步包含一种或多种任选的组分。例如，第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含碳，例如，≤0.01wt.％碳。第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含0.1wt.％-2.0wt.％的Ga，Ge，As，In，Sn，Sb，Pb，Pd，Pt，Cu，Ag和Au中的一种或多种。第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含0.1wt.％-2.0wt.％的Re，Ru，Rh，Ir，Pd，Pt，Cu，Ag和Au中的一种或多种。第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含0.01wt.％-2.0wt.％的Sc，La，Y和Ce中的一种或多种。第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含0.01wt.％-2.0wt.％的氧化物，典型地为颗粒状的形式的Al，Si，Sc，La，Y和Ce中的一种或多种。第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含0.01wt.％-4.0wt.％的Mn，Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，Mo和W中的一种或多种。第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含0.1wt.％-30.0wt.％的至少一种金属间沉淀物，例如，Ni3Al，NiAl和/或西格玛相。第二蒸汽裂化器合金可以进一步包含0.01wt.％-5.0wt.％的至少一种杂质，例如，氧化物杂质，碳化物杂质，氮化物杂质和/或碳氮化物杂质。
典型地，第二蒸汽裂化器合金在又另一方面，第二蒸汽裂化器合金包括约31.0-约36.0wt.％镍，例如约32.0-约34.0wt.％镍；约20.0-约22.0wt.％铬；约6.1-约6.4wt.％铝；约37.9-约39.9wt.％铁；和约0.40-约0.45wt.％硅。
在又另一有利的方面，第二蒸汽裂化器合金包括约33.0-约36.0wt.％镍，约21.7-约22.5wt.％铬，约6.7-约7.1wt.％铝，约35.9-约36.7wt.％铁，约0.16-约0.24wt.％硅。
在一些方面，第二蒸汽裂化器合金包括约26.0-约39.0wt.％镍，约20.0-约22.5wt.％铬，约6.0-约8.0wt.％铝，约35.0-40.0wt.％铁和≤约0.45wt.％硅。
在再进一步方面，第二蒸汽裂化器合金包括约31.0-约37.0wt.％镍，约20.0-约22.0wt.％铬，约6.0-6.5wt.％铝，约37.0-40.0wt.％铁和≤0.45wt.％硅。
在再其它方面，第二蒸汽裂化器合金包括约28.5-约40.0wt.％镍，约19.0-约24.0wt.％铬，约5.0-约7.0wt.％铝，约35.0-约40.0wt.％铁和≤约0.3wt.％硅。
当多个混合元件存在于焊接件中时，每个混合元件可以包含基本上相同的第二蒸汽裂化器合金，但这不是必须的。在其它方面，焊接件包括多个混合元件，其中多个中的至少一个混合元件具有与其它的基本上不同组成。不同组成的混合元件可以包括不同第二蒸汽裂化器合金，例如，选自指定的第二蒸汽裂化器合金的另一种第二蒸汽裂化器合金。只要多个混合元件中的至少一个包含至少一种指定的第二蒸汽裂化器合金，则焊接件的其余混合元件可以包含不属于那些指定的如第二蒸汽裂化器合金的合金。例如，焊接件可以包含：(ii)至少一个第一混合元件，其包含一种或多种指定的第二蒸汽裂化器合金；(ii)至少一个第二混合元件，该第二混合元件包含不属于所述指定的第二蒸汽裂化器合金的合金(例如，不含铝的合金)。为了最大的耐渗碳性，优选的是，多个混合元件中的每个包含至少一种指定的第二蒸汽裂化器合金。
焊接件的混合元件可以由第二蒸汽裂化器合金通过将第二蒸汽裂化器合金等离子弧热喷焊到第一管形部件的内部表面上来制造。当用作烃裂解服役中的炉管道时，指定的氧化物层(或多个层)可以在裂解期间原位形成。备选地或此外，指定的氧化物层或多个层可以通过使焊接件的内部表面(包括混合元件的暴露表面)暴露于受控的低氧分压环境，尤其是在美国专利申请公布No.2012/0097289中的，来产生。例如，指定的氧化物层的形成可以通过将焊接件的内部表面在受控的低氧分压环境的存在下暴露于范围在500℃-1200℃的温度范围在约1小时-约500小时时间来进行，所述受控的低氧分压环境包含以下的一种或多种：(i)H2O和H2气体混合物，(ii)CO和CO2的气体混合物和任选地(iii)一种或多种选自CH4或其它烃气体，NH3，N2，O2和Ar的气体。任选地，焊接件的内部表面可以通过一个或多个致密化处理，例如，后退火、回火和/或激光熔融来进一步处理。如期望，焊接件的内部表面(例如，全部或一部分该混合元件的暴露表面)的至少一部分表面粗糙度可以例如通过以下一种或多种方法来减轻：机械抛光、电抛光和研磨。典型地，该焊接件的内部表面(包括该混合元件的暴露表面)的平均表面粗糙度(Ra)低于1.1μm。
当指定的混合元件用作烃处理中的热交换管道时，采用包含指定的第二蒸汽裂化器合金的指定的混合元件减轻了指定的焊接件中腐蚀、结焦和/或结垢，所述烃处理中的热交换管道例如，在精炼和石油化学工业操作中的火焰加热器管道和用于输送烃原料的传递换热器中，特别是用作裂解炉管道。
耐渗碳层
本文所述的焊接件包括在该焊接件的内部通道中的保护性层(例如，结垢)。该保护性层在本文中被称为耐渗碳层，其减轻焊接件在蒸汽裂化期间发生渗碳的趋势，尤其是靠近(i)第一管形部件的内部表面和(ii)混合元件的表面。术语“耐渗碳”在本文中是指，所上层减轻了碳扩散进入第一和/或第二蒸汽裂化器合金。混合元件的暴露表面上耐渗碳层的存在可以通过以下方式来检测：使该表面在蒸汽裂化条件下暴露于至少一种指定的烃进料24小时来，所上条件包括温度≥1050°F(566℃)和压力≥2巴，然后测量已经扩散进入合金的碳的量。当已经扩散进入合金的碳的量≤0.1wt.％时，表明耐渗碳层的存在。
耐渗碳层包含氧化铝，并且典型地形成在(i)至少一部分，例如，≥90面积％，比如或≥95面积％或≥99面积％或≥99.9面积％，基本上全部，实质上全部或100面积％的第一管形部件的暴露内部表面上，以及(ii)混合元件的暴露表面。在一些方面，该耐渗碳层可描述为基本上不含铬，尤其是基本上不含铬碳化物的层。在其它方面，含铬颗粒可分散在与第一管形部件和/或至少一个混合元件的合金相邻的该耐渗碳层上。这区域中的铬浓度可高于其上形成耐渗碳层的合金的铬浓度。在特定方面，耐渗碳层包含Al2O3，例如，70-100wt.％Al2O3，80-100wt.％Al2O3，85-99wt.％Al2O3。
只要渗碳层足够厚从而减轻在烃裂解期间渗碳的量且没有不期望的量的剥落，则该耐渗碳层的厚度不是特别地关键的。混合元件的暴露表面(该混合元件的不与第一管形部件接触的表面的部分)上的耐渗碳层典型地包含一种或多种氧化物，例如，氧化铝。虽然单层氧化物在本发明的范围内，但暴露表面可以具有多个层氧化物结构。氧化物层(单层或多个层)典型地具有的厚度范围在约1μm-约100μm。在一些示例的方面，该耐渗碳层可为≥1.0nm，例如，≥约5.0nm，比如≥约10.0nm或≥约25.0nm或≥约50.0nm或≥约100.0nm或≥约1.0μm或≥约5.0μm或≥约7.5nm。另外或备选地，该耐渗碳层的厚度可为≤约10.0μm，例如，≤约7.5μm或≤约5.0μm或≤约1.0μm或≤约100.0nm或≤约50.0nm或≤约25.0nm或≤约10.0nm或≤约5.0nm。该耐渗碳层的示例的范围包括任意上述列出数值的组合，例如，1.0nm-100.0μm或10.0nm-50.0μm或100.0nm-10.0μm。任选地，该耐渗碳层具有基本上均匀的厚度，但这不是必须的。在某些方面，耐渗碳层的位于混合元件上的那部分的厚度厚于位于管形部件的内部表面其余部分上的那部分的厚度。备选地或此外，靠近管形部件的出口的焊接件的耐渗碳层的厚度可以大于靠近管形部件的入口的厚度，或反之亦然。在其它方面，该耐渗碳层的厚度在该管形部件的入口与出口之间的位置最大。
在某些方面，耐渗碳层可通过将焊接件暴露于受控的低氧分压环境，包括具有低于空气的热动力学氧分压的气态环境来形成。受控的低氧分压环境的非限制性的实例为精炼或石油化工装置蒸汽，气态H2O：H2混合物和气态CO2：CO混合物。受控的低氧分压环境可进一步含其它气体例如CH4，N2，O2，He，Ar和烃，其可进一步实现耐渗碳层的形成。因此，耐渗碳层可在将焊接件暴露于蒸汽裂化工艺条件之前形成。对于受控的低氧分压环境来说合适的温度典型地为≥约500℃，例如，500℃-1200℃或600℃-1100℃。暴露时间典型地为≥约1小时，例如，1小时-500小时或1小时-300小时或1小时-100小时。
前述耐渗碳层可备选地通过以下方式形成：机加工第一管形部件的内部表面和至少一个混合元件的表面至0.05-2.5的表面粗糙度(Ra)，然后在至少1050℃的氧化气氛下热处理焊接件的内部。在这样的热处理在低于1050℃(但不低于900℃)的温度进行时，第一和第二蒸汽裂化器合金中稀土元素的下限应为0.06wt.％，且钨系(tungsten set)的上限为6wt.％。
在耐渗碳层是通过热处理，例如通过将混合元件和/或管形部件的内部表面在氧化气氛中暴露于至少1050℃的温度来形成的方面，该耐渗碳层中Al2O3的形成是通过≥0.005wt.％的稀土元件浓度得到帮助的。
任选的第二管形部件
根据本文所述的本发明的各方面的焊接件任选地包括与第一管形部件的外部表面表面接触的外部管形部件。当第一管形部件的延展性不令人期望地低时，第二管形部件是特别地有用的。第二管形部件可包含于焊接件中，如披露于美国专利申请公布No.2012/0097289中那样。任选地，第一管形部件处于第二管形部件内部表面上的涂层的形式。第二管形部件包含至少一种第三蒸汽裂化器合金，第三蒸汽裂化器合金典型地为具有比第一蒸汽裂化器合金高的延展性。第三蒸汽裂化器合金与第一蒸汽裂化器合金相比典型地含按重量计更低的铝。任选地，第三蒸汽裂化器合金实质上不含铝，这说明铝存在的浓度是杂质的表示，例如，≤约0.2wt.％或≤约0.1wt.％或≤约0.05wt.％或≤约0.03wt.％或≤约0.02wt.％或≤约0.01wt.％或以不能检测到的量。
合适的第三蒸汽裂化器合金包括包含至少18.0wt.％Cr和10.0wt.％Ni和有利地至少20.0wt.％Cr和30.0wt.％Ni的那些。这样的合金的非限制性的实例包括HP45Nb，HP16Nb，HN10NiNb，HP 40Mod，Manoir HP 40W，Manoir Manaurite XM，Manoir ManauriteXTM和Kubota KHR 45A。表1列出了适用作第三蒸汽裂化器合金的某些合金。
表1：示例的非含铝的第三蒸汽裂化器合金
测试方法
化学组成可通过电子探针微分析仪(EPMA)来确定。EPMA根本上与扫描电镜(SEM)相同，但增加了化学分析的能力。EPMA的主要重要因素是通过波长散射光谱法(WDS)获得准确的、定量的元素分析的能力。分析的空间尺度，并结合产生样品详细图像的能力，使其可以原位分析材料并在单一阶段中分辨复杂的化学改变。
粗糙度一般以算术平均粗糙度(Ra)来表示。从平均线的不规则性的粗糙度组分的算术平均高度在样品长度L内测量。标准截断点为0.8mm，且测量长度为4.8mm。这样的测量符合ANSI/ASME B46.1“表面纹理--表面粗糙度，Waviness and Lay”，其用于根据本公开内容确定表面粗糙度。
虽然已具体地描述了本发明的说明性实施方案，但应理解，各种其它变型对于本领域技术人员来说是明显的且可以容易地做出，而且不会背离本发明的主旨和范围。因此，不意图将所附权利要求的范围限制于本文给出的实例和说明，相反，意图将权利要求解释为涵盖本发明中存在的可专利性的新颖性的全部特征，包括会被与本发明相关的本领域技术人员视为等价物的全部特征。
本文所述的全部文献，包括任何优先权文件和/或测试规程，以其不与本文冲突的程度，通过引用纳入本申请，对于全部允许这样的实践的司法辖区都如此，然而，条件是，任何没有在原始提交的申请获申请文件中提及的优先权文件不通过引用纳入本申请。如从前述总体描述和具体实施方案而明显的，虽然已说明和描述了本发明的形式，但可做出各种变型而不会背离本发明的主旨和范围。因此，不意图将本发明限于此。除非另有说明，所有百分比、份数、比例等都按重量计。除非另有说明，对化合物或组分的引用包括该化合物或组分本身，以及与其它化合物或组分的组合，比如化合物的混合物。类似地，术语“包含”视为术语“包括”的同义语。类似地，当组分、要素或一组要素的前面有连接短语“包含”时，应理解，也涵盖了相同的组分或一组要素前面有连接短语“基本上由…组成”、“由…组成”、“选自由…组成的组”或“是”来修饰该组分、要素或一组要素，并且反之亦然。类似地，本发明的方面包括那些基本上不含，实质上不含或完全不含任何要素、步骤、组成、成分其它没有明确引述或描述的声称的要素。

Claims (20)

1.适用于裂解炉的热传递管道，该热传递管道包含：
a)包含第一蒸汽裂化器合金并具有内部和外部表面的第一管形部件；和
b)一个或多个与第一管形部件的内部表面表面接触的混合元件，该混合元件的至少一个包含第二蒸汽裂化器合金，其中：
(i)第一蒸汽裂化器合金包含A1wt.％铝，15.0-50.0wt.％铬，和18.0-70.0wt.％镍，基于第一蒸汽裂化器合金的重量计，
(ii)第二蒸汽裂化器合金包含A2wt.％铝，15.0-30.0wt.％铬，和20.0-45.0wt.％镍，基于第二蒸汽裂化器合金的重量计，和
(iii)A1范围在2.0wt.％-10.0wt.％，以及A2范围在2.0wt.％-10.0wt.％，并且A1与A2相差1.0-5.0wt.％。
2.权利要求1所述的热传递管道，其中A2≥A1。
3.权利要求1所述的热传递管道，其中A2减去A1≥1.0wt.％。
4.权利要求1所述的热传递管道，其中A1范围在2.0wt.％-4.0wt.％。
5.权利要求1所述的热传递管道，其中A2范围在5.0wt.％-8.0wt.％。
6.权利要求1所述的热传递管道，进一步包含与第一管形部件的外部表面表面接触的第二管形部件。
7.权利要求1所述的热传递管道，进一步包含在第一管形部件的内部表面的至少一部分上和/或在该包含第二蒸汽裂化器合金的混合元件中至少一个的至少一部分上的耐渗碳层，其中该耐渗碳层包含氧化铝。
8.权利要求7所述的热传递管道，其中该耐渗碳层进一步包含70wt.％-100wt.％Al2O3。
9.权利要求1所述的热传递管道，其中第一蒸汽裂化器合金进一步包含≤65.0wt.％的铁。
10.权利要求1所述的热传递管道，其中第二蒸汽裂化器合金包含5.0wt.％-10.0wt.％的铝和进一步包含18.0wt.％-25.0wt.％的铬，≤0.5wt.％的硅和≥35.0wt.％的铁；其中≥90.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金的余量为镍。
11.权利要求10所述的热传递管道，其中第二蒸汽裂化器合金包含5.0wt.％-8.0wt.％的铝和19.0wt.％-24.0wt.％的铬，其中第二蒸汽裂化器合金的≥95.0wt.％的余量为镍。
12.权利要求1所述的热传递管道，其中第二蒸汽裂化器合金进一步包含≤0.01wt.％的碳。
13.权利要求1所述的热传递管道，其中第二蒸汽裂化器合金进一步包含以下中的至少之一：(i)0.1wt.％-2.0wt.％的镓、锗、砷、铟、锡、锑、铅、钯、铂、铜、银和金中的至少一种；(ii)0.1wt.％-2.0wt.％的铼、钌、铑和铱中的至少一种；(iii)0.01-2.0wt.％的钪、镧、钇和铈中的至少一种；和(iv)0.01-4.0wt.％的锰、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼和钨中的至少一种。
14.权利要求13所述的热传递管道，其中0.01-2.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金处于一种或多种颗粒状氧化物的形式。
15.权利要求1所述的热传递管道，其中(i)至少一部分第二蒸汽裂化器合金的铝处于Ni3Al金属间沉淀物和/或NiAl金属间沉淀物的形式，以及(ii)总Ni3Al金属间沉淀物和NiAl金属间沉淀物以总量(Ni3Al金属间沉淀物+NiAl金属间沉淀物)范围在0.1wt.％-30.0wt.％存在，基于第二蒸汽裂化器合金的重量计。
16.权利要求1所述的热传递管道，其中0.01wt.％-5.0wt.％的第二蒸汽裂化器合金处于氧化物杂质，碳化物杂质，氮化物杂质，碳氮化物杂质和它们的组合的形式。
17.权利要求1所述的热传递管道，其中在包含第二蒸汽裂化器合金的混合元件中，至少一个为(i)从第一管形部件的内部表面的凸起的形式，以及(ii)配置成搅拌通过该管形部件的烃流以使该烃流跨越第一管形部件的内部横截面分布，从而产生跨越该内部横截面的大体均匀的温度分布。
18.权利要求1所述的热传递管道，其中(i)在包含第二蒸汽裂化器合金的混合元件中，至少一个处于翅片的形式，(ii)该翅片投射在与第一管形部件的长轴基本上交叉的方向，和(iii)该翅片配置成使通过该管形部件的烃流偏移，以使该烃流跨越第一管形部件的内部横截面分布，从而产生跨越该内部横截面的大体均匀的温度分布。
19.权利要求1所述的热传递管道，其中在包含第二蒸汽裂化器合金的混合元件中，至少一个处于不连续的和/或螺旋焊缝的形式。
20.包含至少一个热传递管道的裂解炉，该热传递管道包含根据权利要求1-19中任一项所述的热传递管道。
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