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氟塑料石墨板式换热器在高温强腐蚀换热中的应用点击：2008 日期：[ 2014-04-26 22:00:43 ] |
| 氟塑料一石墨板式换热器在高温强腐蚀换热工况中的应用 刘刚 易戈文 牛纹 化工部化工机械研究院 兰州 730060 摘要：通过氛塑并一石墨板式换热器在化纤生产中高沮强腐性换热工况中的实际应用，并与常规换热器的使用情况的对比分析，阔述了这种新型换热设备的特点。 关被词：筑塑杆 石墨 板式换热器 腐性 应用 1.前言 在石油化工等行业大量采用要求具有能够耐强酸、强碱及其盐类腐蚀的换热器，但可供选择的一个是合金材料制造的管壳式或板式金属换热器，另一个是非金属材料制造的各类换热器，前者价格昂贵，后者换热效率低。氟塑料一石墨板式换热器正是克服了这些缺点，为这些行业强腐蚀换热工况提供了一种综合性能更好的新型换热设备。 氟塑料一石墨板式换热器是90年代初工业发达国家采用的一种先进换热设备，在我国研制出该种换热器也是当务之急。1991年我院承担了国家“八 五”重大技术装备科技攻关项目“氟塑料一石墨板式 换热器研制”课题，目前已完成全部研制工作，换热器的性能已达到或接近世界同类产品中领先的瑞典 Alfa一Laval公司的技术指标[1]，换热器板片1994年8月已获得中国专利局授予的实用新型专利，专利 号:ZL93220230.6，换热器产品已应用于生产实际， 并取得了良好使用效果。 2.应用工况情况介绍及腐蚀原因分析 兰州维尼纶总厂维尼纶长丝生产中硫酸加热工况，是氟塑料一石墨板式换热器在已使用的工况中腐蚀情况最为严重的一种典型高温强腐蚀工况，其工艺流程见图1。硫酸加热工艺参数见表1。 加热到90士2℃的稀硫酸对换热器具有强烈的腐蚀作用，图1中二浴、三浴换热器曾采用过不锈钢列管式换热器、硬铅合金列管式换热器、不锈钢板式换热器，使用时间均不超过1个月，金属换热器几乎无法使用。为了维持正常生产(换热器的损坏将造成维纶生产线全线停车，停车一天损失近7万元)，不得不采用石撰列管式换热器，但也仅使用2个片石墨列管式换热器的金属壳体就多处腐蚀穿孔，以致无法修补。该换热器不能正常运转，严重影响维尼纶生产任务的完成。 被加热介质对换热器具有强烈的腐蚀作用，分析其原因主要有以下几点: 2.1稀硫酸与高温的共同作用 在生产工艺中，50g/L稀硫酸(百分浓度约为 4%)的用途是在90士2℃温度范围内中和维尼纶长丝熔融纤维中的碱。 在换热器中稀硫酸进口温度为81一82℃，出口温度在90士2℃，即稀硫酸在通过换热器的整个过程中都处在较高的温度范围内，在此温度范围，稀硫酸对金属具有强烈的腐蚀作用，对普通碳钢腐蚀速度极快;对5mm厚的OCrl8Ni12Mo2Ti不锈钢板15天之内腐蚀穿孔。 2.2 强酸强碱盐与稀硫酸的共同作用 稀硫酸中配有400g/L的Na2SO4，它的作用是在90士2℃温度范围内用来脱除维尼纶长丝熔融纤维中的水份。 Na2SO4这种强酸强碱盐具有很强的渗透性，对于金属或是非金属材料中小到水份无法通过的间隙 (如金属材料的焊缝;石墨列管式换热器的管子与管 板的接合处)，Na2SO4却可以渗透进去，它一旦渗入金属或非金属材料内部，结晶后体积又发生膨胀，造成间隙扩大。Na2SO4在稀硫酸的共同作用下，在这个腐蚀点上形成恶性循环，最终导致这个腐蚀点穿孔。 2.3 压力与温度的共同作用 换热器蒸汽侧通过130℃，0.3MPa的蒸汽，高温引起材料膨胀，压力引起材料变形，高温和压力又为换热器材料被NaZSO。所渗透提供了条件，更加剧了腐蚀破坏。 通过以上分析可知，耐蚀性相对金属换热器较好的列管式石墨换热器也仅使用两个月就无法使用的原因之所在。列管式石墨换热器，由于管子、管板和粘接剂是三种材料制成，管子是不透性石墨管，管板是浸渍石墨块，粘接剂是热固性树脂与石墨粉的混合物，这三种材料的热膨胀系数不一致，而且石墨管件承受拉应力和弯曲应力的能力较差，换热器体积越大，热胀冷缩程度越大，在温度压力作用下，管子与管板粘接缝易开裂，稀硫酸一旦进入换热器壳体，在温度作用下均匀腐蚀和点状腐蚀同时进行，金属壳体腐蚀破坏非常迅速。 3 选用报塑料一石墨板式换热器的依据氟塑料一石墨板式换热器相对金属板式换热器及石墨列管式换热器而言主要具有以下特点: 3.1 突出的耐化学腐蚀性 该换热器材质是耐腐蚀性能优异的氟塑料和导 热性能优良的石墨等成份复合而成，能耐各种浓度的酸、碱、盐溶液以及大部分有机溶剂的腐蚀。换热器耐腐蚀性能已超过金属板式换热器和金属管壳式换热器。 3.2 传热效率高 由于传热板片材料的导热系数为20W/(m· K)〔钦材是16w/(m·K)，镍基合金是12w/(m· K)[1]，因而氟塑料一石墨板式换热器的总传热系数 〔K值〕已达到金属板式换热器的总传热系数1600一250Ow/(m2·K)〔金属板式换热器的K值一般在1500w/(m2·K)以上[2]。氟塑料一石墨板式换热器的换热效率比列管式或块孔式石墨换热器高出3一8倍〔这两种换热器的K值一般在300一500W/ (m2·K)〕。 3.3 结构紧凑 因为板式换热器是其它各类换热器中达到相同换热效果而体积为最小的设备，所以氟塑料一石墨板式换热器占地面积小、重量轻，安装维修非常方便、 灵活。 3.4 传热性能稳定 由于该种换热器元件表面非常光滑(氟塑料的作用)，因而基本不结垢，污垢热阻值很小，换热器整机传热性能稳定。 根据以上特点，氟塑料一石墨板式换热器特别适合于高温强腐蚀的换热工况中。 4.氟塑料一石墨板式换热器使用情况及与原换热器使用情况对比分析 氟塑料一石墨板式换热器的加热工艺要求见表2。 达到该工艺要求，用10m2氟塑料一石墨板式换热器代替10m2石墨列管式换热器，两种换热器使用情况对比如下: a.石墨列管式换热器的总传热系数是300W/ (m2·K)，而氟塑料一石墨板式换热器的总传热系数高达1600W/(m2·K)。 b.达到90℃的温度(从室温开始)，用列管式换热器需6小时，而用板式换热器只需3.5小时。 c.在蒸汽压力或稀硫酸流量有波动时，板式换热器的酸出口温度稳定在90士0.1℃，而列管式换 热器则稳定在90士2℃。 d.板式换热器占地面积只有0.75m2，总重500kg;而列管式换热器占地面积5m2，总重900kg。 e.氟塑料一石墨板式换热器自1994年底取代原列管式石墨换热器一次开车成功以来，已连续运行近一年半时间，而列管式石墨换热器连续使用时间只有三个月。 1995年7月份大修期间打开氟塑料一石墨板式换热器，板片没有任何腐蚀现象，板片不被腐蚀的原因是： a.氟塑料一石墨复合材料的石墨微粒被氟塑料充分包裹，即石墨与石墨间的空隙均被氟塑料所填充，Na2SO4无法渗入，稀硫酸也就无法通过。 b.换热器板片的横向、纵向在升温过程中都有可膨胀的空间。横向膨胀板片四周没有物体约束;纵向膨胀换热器活动板拉杆部位有弹簧间隙允许膨胀(这个间隙在换热器组装时就预留给出)。板片有膨胀空间，就不会产生应力集中，在温度、压力作用下板片不会开裂。 氟塑料一石墨板式换热器已在多种腐蚀性介质中使用，均未发生腐蚀现象，这个结果与氟塑料一石墨复合材料在试验室中进行的腐蚀性能试验结果完全一致。 5 结语 在当今工业发达国家中，氟塑料一石墨板式换热器已被广泛应用于石油化工等行业的强腐蚀换热过程中。而在我国，提到板式换热器，都是指金属板式 换热器，我国自60年代初期研制板式换热器，近20年得到了较快的发展[3]。板式换热器的换热效率要比管壳式换热器高得多，因而目前金属板式换热器的应用范围已相当广泛，但将它应用于石油化工行业，所遇到的最为突出的问题就是不耐腐蚀，因而在这些行业只能采用造价极为昂贵的钦板或镍板换热器。氟塑料一石墨板式换热器是一种新型的换热设备，它的最大特点就是具有极强的耐腐蚀性，同时还具有很好的经济性，大力推广这一新型换热设备，将会取得显著的经济效益与社会效益。 参考文献 1.ALFA一LAVALDIABON一F.Graphiteplateheat exaehangers.1990 2.化学工程(第一册).北京:化学工业出版社，1981 3.杨崇麟.板式换热器工程设计手册·1994 |
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