换热器的改造.doc

由天华化工机械及自动化研究设计院（兰州）于'十五'期间研发的大型氟塑料－石墨板式换热器，近日通过中国石化股份有限公司组织的技术鉴定。

与会专家一致认为，该换热器技术成果达到国际先进水平。

氟塑料－石墨板式换热器实际上是在传统金属板式换热器结构基础上，将金属换热板片用非金属材料制成的换热板片（氟塑料－石墨复合材料板片）来代替，进而制成换热设备。

它同时具有非金属材料所具有的高耐腐蚀性和板式换热器的高换热效率，特别适用于化工、石油等腐蚀性较强的行业。

由于具有板式换热器的基本结构，因而该产品具有目前国内各种换热器中最强的换热效果，且使用寿命长、价格低。

该公司至今已为二十多家企业设计制造了七十余台氟塑料－石墨板式换热器，
最长使用年限已超过10年，受到用户好评。

大型氟塑料石墨板式换热器研制与应用
刘刚
（天华化工机械及自动化研究设计院，甘肃兰州７３００６０）摘要：对大型氟塑料 石墨板式换热器制造的工艺流程、结构特点、技术设计、应用效果、经济效益及应用价值等方面的内容作了详细介绍。

关键词：板式换热器；氟塑料；石墨；研制；应用中
图分类号：TQ051.5文献标志码：A
石油化工行业中大量采用的能够耐强酸、强碱及其盐类腐蚀的换热器有２类，一类是合金材料制造的管壳式或板式金属换热器，另一类是非金属材料制造的各类换热器，前者价格昂贵，后者换热效率极低。

而氟塑料 石墨板式换热器克服了上述产品的这些缺点，是用于石化行业强腐蚀换热工况中的一种综合性能更好的新型换热设备，其换热面积越大，应用市场越大。

中石化齐鲁分公司万吨微球装置中以强腐蚀性物料铝溶胶作为催化剂制备中的粘接剂，循环使用的铝溶胶在进入反应器前需通过换热器维持规定的反应温度，这一过程对换热设备的腐蚀十分严重该装置原设计采用国产列管式石墨换热器，最多使用３个月就出现腐蚀穿孔，装置的频繁停车严重影响了催化剂生产装置的安全稳定运行，且极大增加了维修费用。

为了解决铝溶胶换热问题，天华化工机械及自动化研究设计院（以下简称天华院）开发研制了大型氟塑料 石墨板式换热器。

１研制内容
１.１板片结构
氟塑料 石墨板式换热器板片是由非金属复合材料压制而成，在保证板片能够进行换热的前提下，更重要的是要保证板片具有足够高的强度，并能够压制成所需要的形状。

考虑到非金属复合材料的特点（如与金属材料相比，其脆性大、抗压强度低），将板片结构设计成既不同于金属板式换热器板片，又与金属板片有相同之处。

单板换热面积为０．３４～０．６m2板片的设计就借鉴了０．２５m2板片设计的成功经验，并对其不足之处进行了改进。

将板片长宽比从０．２５m2板片的２．１提高到２．８，即大型板片长度更长，但宽度基本保持不变，其结果是介质在换热器中流过的路线更长，在换热器内停留的时间更长，换热更为充分完全，提高了换热器总传热系数。

但这样会增加板片加工成型的难度，特别是当
非金属材料的跨度较大时更是如此。

笔者目前研究的板片长宽比已达到２．８或者更高。

目前非金属材料制造的板式换热器普遍采用的是人字形波纹板，其最大的特点是，板片相互倒装叠加形成网状支点和流道，提高了板片刚度且使流体在网状流道内产生三维变化，在较低的雷诺数下达到紊流状态，提高了传热效率。

考虑到模具加工的难易程度，笔者选择了单人字形波纹板片结构。

板片外形尺寸１４００mm×５００mm×１０mm，波纹厚４mm，波纹高度５mm，波纹间距３０mm，波纹夹角１２０°，角孔直径１００mm，有效换热面积０．５３２５m２，波纹形式为梯形断面人字形。

１ ２板片成型模具
对单板换热面积０．３４～０．６m2的板片采用拼块式模具。

该种模具便于加工制造，但压制过程中有些部位容易变形，模具的变形将影响板片的尺寸。

模具成型板片的长边框是压制板片时变形最大的部位，加工此处模具时设置了止推台面，这个办法比用大直径螺栓或销钉来克服变形的方法要好。

１．３板片成型工艺
制作大型板片仍采用模具内热压制的成型方法，采用循环水内冷模具，模具内表面涂有机硅脱模剂，板片成型后用专用脱模机构完成脱模工作。

板片成型工艺流程为：模具清理预热—涂脱模剂—布料—合模—升温保温—压制保压—冷却—卸压脱模—清理模具—板片整形。

板片成型温度１９０℃，成型压力为３０MPa，成型保温时间超过２０min，保压５min，脱模温度低于１００℃。

１．４密封结构
密封结构不是采用国外单纯的面密封结构，而是采用线面结合的密封结构，此结构密封面积小，同等密封压紧力下可在密封面上产生更大的单位面积压紧力，即在密封件上压强更大。

实践证明该密封方式效果良好。

采用该密封结构的换热器整机使用压力可达０．７MPa，液压试验压力达１．０MPa。

在实际应用中，由于０．２５m板片密封系统密封沟槽较浅（１．５mm），位置又不尽合理，当制作板片中操作者放料不均匀或成型温度控制不好时，整机压紧力一旦超过许可值，就会出现板片密封沟槽开裂导致换热器整机泄漏。

针对这些实际问题，采用了断面为梯型（上底５mm，下底１０mm，高６mm）的橡胶密封垫，在压紧力的作用下，密封垫呈线面型结构，可减少板片密封沟槽开裂，使大型板片的密封结构更合理、更实用、更有效，该结构在实际中得到了成功应用。

１．５换热器整机组装
换热器整机组装见图２。

必须注意的是，与小型换热器相比，应考虑大型换热器板片成型后及在高温使用中存在的收缩问题，否则将影响板片密封，引起换热器泄漏。

１ ６换热器组装流程形式
根据小型氟塑料 石墨板式换热器犣形和犝形两种流程组合形式的现场使用情况对比，大中型换热器的流程形式拟全部采用犝形结构。

该流程形式的接管都在换热器固定板上，换热器安装维修比采用犣形流程形式方便，打开换热器不用拆卸进出口管线。

大型氟塑料 石墨板式换热器见图３。

２技术关键
２ １复合材料性能及板片研制
这项工作包括基本组成成分、物料配比的筛选、物料混合方式及其对板片力学性能影响的研究。

对不同热成型及压制方法制得的板片进行力学性能测试，最终确定制作板材的最佳成型温度、成型时间、冷却方式和脱模方式。

该专题的主要技术难点是如何提高材料的导热系数，解决板片脱模问题和板片收缩问题。

２．２密封技术
换热器耐压性能能否达到要求将完全依赖于密封技术。

这种换热器板片的密封周边相当长.
３技术特点
①由氟塑料、石墨等非金属材料复合制成的人字形波纹板片作传热元件。

②采用线面结合的密封结构。

③用固定端板及螺栓结构作紧固件。

④用压紧弹簧、活动端板结构作调节件，以缓解板片之间因收缩与膨胀引起的应力破坏。

天华院研制生产的大型氟塑料 石墨板式换热器与国外同类产品性能比较见表１。

２００５年８月，中国石化股份公司科技开发部组织的技术鉴定会鉴定得出结论，大型氟塑料 石墨板式换热器研制技术成果达到国际先进水平。

４应用情况
４．１应用效果大型氟塑料
石墨板式换热器于２００３年１０月在齐鲁分公司万吨微球装置中作为铝溶胶换热设备投用，至今设备已稳定运行２犪多，不仅换热效果良好、耐腐蚀性强，而且结构紧凑、占地面积小、易于安装维修。

设备技术指标达到设计要求，满足了生产需要。

４．２应用效益
（１）经济效益延长了生产周期，使铝溶胶生产摆脱了每３个月就需更换列管式石墨换热器的状况，而且增加产值９００万元／a、利润４００万元／a，节约资金７０万元／a。

（２）社会效益大型氟塑料 石墨板式换热器的研制成功，标志着我国非金属防腐蚀技术又有了新的进步。

该产品在重腐蚀环境的长效安全运行，表明该产品的推广将有利于减少因腐蚀导致的可利用资源的损耗，有利于控制因设备腐蚀损坏或制造缺陷引发的介质泄漏而导致的环境污染。

４．３应用前景
大型氟塑料 石墨板式换热器已完成了产业化研制过程，目前已经开发出了大、中、小３种规格（０．２５m２、０．３４m２和０．６m２）的换热板片，可以根据用户的不同要求组装出大、中、小型氟塑料 石墨板式换热器。

目前，国内金属板式换热器每年市场需求面积达１４万2m（不包括乡镇企业需要的金属板式换热器），其中有近１／５的设备在化工、石油等行业中的强腐蚀换热工况中使用，大都采用耐强腐蚀的钛、镍、哈氏合金板片，换热器价格很高。

若这些设备有一半用氟塑料 石墨板式换热器来代替，以每台２０m2计算，则每年全国至少有７００台用户市场。

５结语
在化工、石油、制药和轻工等行业大量采用的换热器中，被换热介质中多含有强酸、强碱及其盐类，会对换热设备会造成严重的腐蚀，甚止还会造成有毒物质外泄、人身伤亡事故和环境污染等一系列问题。

所以要求换热设备不但有良好的换热性能，而且要有足够的耐腐蚀性。

大型氟塑料 石墨板式换热器具有换热效果好、耐腐蚀性强、结构紧凑、占地面积小和易于安装维修等特点，其应用市场非常广泛。

（张编）
氟塑料- 石墨板式换热器在稀盐酸回收装置中的工业应用
吴强,易戈文,刘浩,刘刚
[关键词] 氟塑料- 石墨;板式换热器;稀盐酸回收;应用
[摘要] 在宜宾天原集团有限公司新建盐酸工序稀盐酸回收工艺装置中采用了氟塑料- 石墨板式换热器,该换热器具有耐腐蚀性强、占地面积小、密封性能好等特点,在工业生产中起到降低消耗,提高系统生产能力,减少废气、废液排放量的作用。

前言
板式换热器是一种传热效率高、占地面积小、安装使用方便、质量轻、污垢系数低及结
构紧凑的换热设备。

随着工业化的迅速发展,使用部门对板式换热器的要求也随之提高,尤其是研制一种具有优良的耐腐蚀性能和较高传热效率的换热器已成为迫切需要解决的问题,而由天华化工机械及自动化研究设计院(原化工部化工机械研究院) 研制并生产的氟塑料- 石墨板式换热器,应用在我公司新建的稀盐酸回收装置中,达到了降低消耗,提高系统生产能力,减少废气、废液排放量的目的。

1 稀酸回收工艺
稀盐酸回收是一项集环保、节能降耗、经济性于一体的工程。

其工艺简述如下(见图1) :自氢分离器、气液分离器、洗气塔、废气吸收塔出来的稀盐酸,经氟塑料- 石墨板式换热器冷却后,一部分稀盐酸作为吸收液进入填料塔,制成成品酸;另一部分作为喷射泵的动力液体及洗气塔的吸收液,然后再经氢分离器和气液分离器流入稀酸槽,如此往复吸收氯化氢。

同时注入工业水对稀酸槽进行补充。

为了提高系统的可靠性,对喷射泵、填料吸收塔的进液采用了稀酸与工业水相互切换的方式。

2 氟塑料- 石墨板式换热器
2. 1 该换热器的结构
该板式换热器是将若干“人字”波纹形的传热板片(见图2) 用金属框架固定并由螺栓压紧而成,板片的周边由橡胶垫片密封,采用线形密封结构,密封性能好,用压紧弹簧、活动端板作为调节件(自补偿机构) ,以缓解板片之间因收缩与膨胀引起的应力破坏。

各板片之间形成液体能湍流的流道,冷却水和稀酸在各自相同的流道内呈逆向流动并进行热交换。

板片上的4 个角孔为流体的分配管和汇集管。

设计冷却水为一流程,稀酸为三流程。

2. 2 该换热器板片材质的选择
该换热器板片材质是由耐腐蚀性能优异的氟塑料和导热性、耐蚀性能优良的石墨等材料经过特殊工艺复合而成,能耐大部分各种浓度的酸碱盐溶液以及有机溶剂的腐蚀(见表1) ,且具有冷热流道都耐腐蚀的特点。

该换热器耐腐蚀性能已超过金属板式和金属管壳式换热器。

其板片主体中含有碳纤维作为增强材料,提高板材的抗拉强度。

故板片材质抗腐蚀、抗断裂效果优良,传热系数较好。

WVP系列环氧玻璃钢水喷射真空泵是我厂的专有产品，采用高性能改性环氧玻璃钢为材质，经整体模压成型。

其耐腐、耐磨、耐温性能优良，真空度高，抽气速率稳定。

尤其是WVP150以上产品，节能率高达33%~150%。

是我国目前最先进的水喷射真空泵之一。

一、型号说明：
ＷＶＰ90 －ＩＩ
┬─┬──┬─┬
││││
││││
│││└───第二次改进
│││
││└────────抽气量（90m3/h）
││
│└────────────真空泵
│
└───────────────水喷射
二、技术参数：
三、性能特点：
本系列产品优选配方，优化设计，采用冷模压制等先进工艺成型，尺寸精确，结构致密，从而保证了它在国内的领先地位。

其独特的优点是：
1、结构致密、耐腐、耐磨性能优良。

2、耐温-40～125℃。

3、耐酸碱交替腐蚀。

4、耐有机溶剂溶胀性能优良。

5、极限真空高（最高达-0.099Mpa）。

6、无易损件，使用寿命长。

7、低位安装（3.5～4.5米），且能卧式安装。

使用维护极其方便。

四、WVP90安装图:
2、水泵进水管内径不得小于水泵进水口径。

3、建议喷射泵尾部出水管先接一段500mm的Dg65管，再接一段1000mm的Dg80管。

环氧玻璃钢水喷射真空泵安装使用要求
一、安装要求：
1、水泵：配用水泵应达到喷射泵的技术指标要求。

2、水管：水管内径要求与水泵及喷射泵的管径匹配，水管弯管方式应该按说明书上安装示意图所示的半圆方式，且保证R≥600mm；采用其它转弯方式时，均需计算压力损耗，保证水压和流量符合要求。

在管道切割、焊接、法兰连接等过程中，务需保持管道内径不变小。

3、水池：要求单台水池容积≥1.3m3，水池深度≥1.2m，为保证水泵进水的水流稳定和不夹带气泡，应在水池中设置挡板（底部设一小孔，孔径50mm左右，建议挡板高度低于水面100mm 左右）。

4、尾管：为防止大气压不稳定而影响真空度，需在喷射泵尾部接尾管（直管）。

尾管要求长度≥1500mm。

（建议尾部低于水池上平面100mm以上，但需高于水面150mm左右）。

5、喷射泵：①安装高度要求≥2.5m，一般以3.5m左右为佳。

在水流量和水压符合要求的前提下，该喷射泵完全可以高位安装。

②喷射泵与水泵均不应承受外力，喷射泵需用托架支撑住，法兰连接时需对称紧固，均匀用力，以免损坏。

6、真空系统气密性要求：用1.5Kg/cm2的压缩空气对真空系统进行气密性试验，经24小时后，若每小时压降≤0.2%则为合格。

7、其它：①水压表，真空表，温度计，阀门等需齐全。

②法兰垫圈务须保证内径不小于管径，且不发生偏差。

建议不用逗号垫。

③水泵进水管必须≥水泵进水口径，否则，水流量和水压均不足。

二、使用要求：
1、开机前准备工作：
①检查系统完好性，不泄漏。

②通知相关部门作好配合和准备工作。

③检查循环水量是否充足，有无可能导致水泵损坏的异物。

④有真空罐时应先排除罐底积水。

2、开机步骤：
①打开进水阀，启动水泵，给水喷射泵供水。

②观察仪表工作状况，是否达到性能指标；如达不到指标要求，应检查系统，找出原因并解决好。

3、停机步骤：
①放空真空系统，与大气平衡，以免倒吸水。

②依次关闭阀门。

③停止水泵运转。

4、其它：循环水温保持在65℃以下为佳。

三、卧式安装：用户如需卧式安装，请事先提出。