影響石墨列管換熱器在高溫介質(zhì)環(huán)境使用的分析

周賀峰

摘要：石墨列管換熱器具有良好的耐腐蝕性能，傳熱性能好，并且拆裝便捷，易于檢修，尤其是在粘膠化纖行業(yè)應(yīng)用廣泛。但是由于石墨列管換熱器整體在抗拉和抗彎的強(qiáng)度方面較低。尤其在高溫蒸汽的使用環(huán)境下，容易發(fā)生石墨管破損情況。文章重點(diǎn)分析在高溫蒸汽與硫酸酸浴介質(zhì)換熱時(shí)，影響石墨列管換熱器損壞的原因，以及相關(guān)的解決措施。供生產(chǎn)參考借鑒。

關(guān)鍵詞：石墨;換熱器;高溫介質(zhì);定距折流板

中圖分類號(hào)：TQ127.11;TH136?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1672-9129（2020）04-0112-01

Abstract： The graphite tube heat exchanger has good corrosion resistance， good heat transfer performance， and convenient disassembly， easy maintenance， especially in the viscidity industry is widely used. However， the strength of tensile and flexural strength of the graphite tube heat exchanger as a whole is low. Especially under the condition of high temperature steam， it is easy to break the graphite pipe. In this paper， the causes affecting the damage of the graphite tube heat exchanger during the heat exchange between high temperature steam and sulfuric acid bath medium and the related solutions are analyzed. For production reference.

Key words：graphite; Heat exchanger; High temperature medium; Constant distance baffle

1 石墨列管換熱器概述

目前石墨列管式換熱器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)的生產(chǎn)中。因?yàn)閾Q熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便的特點(diǎn)，同時(shí)由于石墨材料利用率高，設(shè)備整體介質(zhì)流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，在粘膠化纖行業(yè)起到越來越重的作用。

2 石墨列管換熱器的工作原理

石墨列管換熱器的工作原理是：當(dāng)進(jìn)行熱交換時(shí)，-種介質(zhì)由連接的管路進(jìn)入殼體，再換熱后從殼體上的另一管口處流出，這一過程稱之為殼程;那么另一種介質(zhì)由連接的管路從封頭進(jìn)入，在管內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行換熱，換熱后從另一端的封頭連接管管流出，這一過程稱之為管程。

石墨列管換熱器分別由鋼襯膠殼體，鋼襯膠上下封頭 、上下石墨管板、密封膠圈、石墨管、封頭墊等組成。

3 在高溫環(huán)境中使用存在的問題

目前， 當(dāng)石墨列管換熱器用于高溫蒸汽和高溫硫酸溶液環(huán)境中時(shí)，會(huì)出現(xiàn)設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度低，設(shè)備密封性能較差，容易滲漏等現(xiàn)象。

3.1首先因?yàn)榱泄苁綋Q熱器的石墨管大多使用的是酚醛石墨壓型管，簡(jiǎn)單過程是由粉碎拌料，將石墨粉和樹脂、固化劑攪拌均勻，將均勻的石墨粉加壓成型（胚體）投料，再由機(jī)頭加熱擠管，同時(shí)控制擠管速度、觀察溫度變化，在經(jīng)過自然冷卻、熟化，再加熱、冷卻、熟化的過程。由于制作工藝的局限，石墨管會(huì)含有少量鐵離子雜質(zhì)，當(dāng)與酸接觸時(shí)，容易被腐蝕。另外，擠管成型的溫度處理較低、壓力較低，造成石墨管熱應(yīng)力不能充分釋放，石墨管較疏松，強(qiáng)度不高，熱膨脹系數(shù)不均勻。在生產(chǎn)使用中，管板受介質(zhì)壓力作用必然發(fā)生變形，一是連接設(shè)備之間發(fā)生方向各異的縱向拉伸或壓縮;二是隨著換熱器各零部件變形的不均勻?qū)е鹿馨鍝锨鷷r(shí)換熱管發(fā)生彎曲，此時(shí)越靠近邊緣的管子彎曲越大。而有缺陷的石墨管若布置在受力變形較大的區(qū)域，很容易發(fā)生斷裂導(dǎo)致泄漏。

3.2石墨管與管板的連接形式。石墨管換熱器的管板與石墨管的密封多采用橡膠圈形式。這種密封方式對(duì)橡膠圈的制作、安裝的要求較高。在生產(chǎn)使用過程中，由于高溫蒸汽和高溫酸浴影響，如果裝配精度出現(xiàn)偏差，密封橡膠圈會(huì)脫出管板造成介質(zhì)滲漏。另外，橡膠圈長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下使用，會(huì)出現(xiàn)變性硬化情況，在更換密封膠圈時(shí)造成檢修困難，需要整體損壞石墨管才能更換，既浪費(fèi)時(shí)間，不節(jié)約備件。

3.3由于單根石墨管的尺寸為長(zhǎng)4米，外徑為φ35mm的中空管，在換熱器組裝時(shí)在石墨管安裝時(shí)，石墨管受到安裝應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)不同程度的彎曲變形，這些出現(xiàn)形變會(huì)成為日后使用過程中的隱患因素，成為石墨管容易破損的部位。

3.4在高溫蒸汽環(huán)境中使用時(shí)，由于溫差的變化，石墨管及其它各部件產(chǎn)生形變，由于各組件膨脹系數(shù)的不同，造成伸長(zhǎng)和收縮量不一致。同時(shí)由于石墨管安裝時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力彎曲，會(huì)加劇石墨管在高溫環(huán)境中蒸汽的影響，加大受損的概率。

4 解決措施

4.1針對(duì)石墨管受到高溫形變而無法消除應(yīng)力的問題，可采用通過螺紋石墨管與O型圈密封，當(dāng)石墨管因溫度變化引起的膨脹形變可嚴(yán)軸向自由滑動(dòng)，從而消除溫度應(yīng)力，減少設(shè)備的損壞頻率。同時(shí)檢修時(shí)可取下兩頭的螺紋管，石墨管直接拔出更換，保證設(shè)備檢修的靈活性。

4.2在換熱器殼體中加設(shè)折流擋板，這樣可以將石墨管中間部位固定，防止石墨管在安裝過程中由于應(yīng)力作用出現(xiàn)的彎曲形變，提升設(shè)備整體的強(qiáng)度。同時(shí)，增加折流擋板后，可以增加介質(zhì)的流速和改變介質(zhì)的流動(dòng)方向，讓介質(zhì)充分進(jìn)行換熱，用以提高設(shè)備整體的傳熱效率。

4.3管殼式石墨換熱器的安裝質(zhì)量至關(guān)重要。因此在組裝時(shí)根據(jù)裝配情況，準(zhǔn)備裝配工具并對(duì)工具和組裝部件的尺寸進(jìn)行實(shí)際校核。首先，對(duì)整體部件進(jìn)行全面的清點(diǎn)、核對(duì)后，進(jìn)行襯膠件的檢查，要經(jīng)過表面外觀檢測(cè)、錘擊檢測(cè)和電火花檢測(cè)后，可進(jìn)行維修裝配，檢測(cè)結(jié)果記入階段驗(yàn)收檔案。再根據(jù)設(shè)備裝配圖，花板正確取向，把花板固定在罐體兩端，對(duì)花板取向復(fù)核后，螺栓緊固，保證膠墊受力均勻，并壓牢、壓實(shí)。同時(shí)在換熱器使用的過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)范。

結(jié)語(yǔ)：隨著國(guó)內(nèi)粘膠化纖產(chǎn)量的逐年增加，石墨制化工設(shè)備在黏膠化纖生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。列管式石墨換熱器是石墨制容器中使用量較多、比較典型的化工單元設(shè)備，既滿足了化工生產(chǎn)的需要，又節(jié)約了金屬材料，同時(shí)在節(jié)能減排方面發(fā)展?jié)摿薮?。作為越來越受歡迎的化工設(shè)備，保證設(shè)備的使用強(qiáng)度和滿足不同環(huán)境下的使用需求，需要更多的投入和研究，共同促進(jìn)粘膠行業(yè)的發(fā)展和石墨換熱器技術(shù)研究的發(fā)展。

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