管壳式石墨换热器的检修方法实用版

YF-ED-J7741

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管壳式石墨换热器的检修

方法实用版

In Order To Ensure The Effective And Safe Operation Of The Department Work Or Production, Relevant Personnel Shall Follow The Procedures In Handling Business Or Operating Equipment.

（示范文稿）

二零XX年XX月XX日

管壳式石墨换热器的检修方法实

用版

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石墨换热器是湿法磷酸装置中真空浓缩工

序间接传热的关键设备。磷酸在这里经低压蒸

汽加热后进入真空蒸发室,经急速蒸发水分后达

到浓缩的目的。由于湿法磷酸是一种混酸,在确

定换热器材料时,没有很多选择的余地。最常用

的材料就是石墨,因为它可以满足导热性好又耐

腐蚀的基本要求。常用的耐酸不锈钢在湿法磷

酸浓缩工序中的耐腐蚀性能欠佳,只有高铬高镍

不锈钢如Ｓａｎｉｃｒｏ28制作的换热器,在国

外磷酸浓缩装置中有使用的报道。

石墨换热器分为块孔式和管壳式两种。块孔式石墨换热器的主要优点是强度高,体积小,不易破裂,可以使用压力较高的蒸汽,磷酸的流速高,传热系数高,受热介质的进出口温差可以较大;缺点是一旦出现泄漏很难查找出,也不容易修复。管壳式石墨换热器的优点是出现泄漏容易查找,管子损坏后容易修复;缺点是石墨管的强度相对较低,使用的蒸汽压力不能超过0.15ＭＰａ;受热介质的流速低,只能控制在2～3ｍ/ｓ;进出口温差只能控制在2～4℃,换热器的体积大。在湿法磷酸生产中,多数厂家都使用管壳式石墨换热器。

1 管壳式石墨换热器简介

制造管壳式石墨换热器的厂家不多,国外比较有影响的公司是德国的西格里公司和法国的

卡朋罗兰公司;国内有大连振兴石墨防腐设备厂和沈阳化工机械厂等。湿法磷酸生产中,一些大中型装置使用较多的是进口的管壳式石墨换热器。我公司分别使用卡朋罗兰公司和大连振兴石墨防腐设备厂的设备。

1.1 卡朋罗兰公司的管壳式石墨换热器

国外公司都采用浸渍石墨化管,管子的规格为50ｍｍ×7ｍｍ。经过第二次高温石墨化的石墨碳化管,管材内部有许多微小空隙,经过真空浸渍处理,空隙被树脂填满,抗渗透性能较好,抗拉强度比国内的压型石墨管高。由于石墨化程度高,所以传热系数较高,但抗弯强度(纵向)、抗压强度比压型石墨管稍低。

管壳式石墨换热器的结构形式为浮头式,上管板(固定管板)和下管板(滑动管板)都用400ｍ

ｍ厚的浸渍石墨块制作。为了防止磷酸对管板的冲刷,在进酸端管板(滑动管板)上粘贴一层50ｍｍ厚的高强度碳纤维板。

1.2 国产的管壳式石墨换热器

国产的管壳式石墨换热器大多采用压型石墨管。以热固性树脂(如酚醛树脂,呋喃树脂)和人造石墨粉为原料,按一定的比例混合后投入挤压机中,压制成型后再经300℃的高温处理而制得。管材的内部结构密实,强度较高,但传热系数低,线胀系数比浸渍石墨管大一倍。

换热器的结构形式为浮头式,上下管板用400ｍｍ厚的浸渍石墨块制作,进酸端(滑动管板)的防冲刷层采用厚6ｍｍ的316Ｌ不锈钢板制作。但因316Ｌ板与石墨板的粘贴不紧,存在缝隙,在此处产生涡流,对下管板产生严重的破

坏。后来取消了此板,近一年来,修复的管板端面未被冲刷。 2 管壳式石墨换热器的修理管壳式石墨换热器在操作状态下,要承受管内外介质产生的径向和轴向压力(包括换热器不同部位温差引起的拉伸应力)的共同作用。在这些应力的共同作用下,换热器的失效形式有两种:石墨管拉断,石墨管爆破。这两种形式在管壳式石墨换热器损坏中占有较大的比例[1]。从使用情况来看,国产的压型石墨管失效形式主要是拉断,进口的浸渍石墨化管主要是爆破。当换热器的列管损坏时,如何在现场对其进行快速修理,难点在于怎样快速地对石墨管进行检漏。经过几年的操作,我们总结出如下三种方法,只要交叉使用便可快速地检查出已损坏的石墨管。

2.1 石墨管损坏的检漏方法

常规的检漏方法是对换热器中的石墨管一根一根地进行试压。用这种方法检漏最彻底,但速度太慢,每根管子大约耗时5ｍｉｎ。一台400ｍ2管壳式石墨换热器大约有490根长6ｍ、50ｍｍ×7ｍｍ的管子,全部检查完大约需要40ｈ。

由于石墨管是在操作过程中突然损坏,所以不可能再用热水对换热器进行清洗。因为管壳式石墨换热器的外壳大约有80%的壳体是用碳钢制造,如果清洗,酸性水会对换热器的外壳产生腐蚀。此时必须用一台高压清洗机,逐根对管子进行清洗。清洗每根管子大约用3ｍｉｎ。因为石墨管比较脆,选用的清洗机水量不宜太大,以每小时4ｍ3为宜,清洗水的压力控制在2ＭＰａ以下。清洗机还有一个更重要的因素,就是工作

压力必须稳定,目前国内市场上的清洗机在清洗时的水压波动大多较大,会造成管子损坏。我厂使用的清洗机为宝鸡市新宇泵业有限公司生产的产品,它的压力比较稳定,调好水压后不需要人监护。检漏前应关闭换热器的蒸汽自动调节阀和手动总阀,拆去换热器的冷凝液排放管,并在此接口上装上阀门,供检漏时用于排放壳程内的水。

2.1.1 方法一向管壳式石墨换热器的管程内灌水,使水位高出换热器上管板端面约50～100ｍｍ,快速地打开冷凝液排放管接口上的阀门,将从管程漏到壳程的水快速排完;此时断裂严重的管子在上管板的水面上会出现旋涡,应快速地用橡皮塞子塞上此管子的上端口,并关上冷凝液排放管接口上的阀门。重复以上动作,就可

以把严重断裂的管子找出来。

接下来再排干换热器管程中的水,把检查出来严重断裂的管子进行临时堵漏。用长100ｍｍ、Ｍ18的螺栓在其外套上35.5ｍｍ/

18.5ｍｍ、长60ｍｍ的纯橡胶套,组成#1膨胀螺塞(见图1),插入泄漏的管子内,拧紧螺栓上的螺母。橡胶套由于受到轴向压力产生变形,就紧紧地塞在管子内,达到堵漏的目的。

管壳式石墨换热器损坏时,有的管子并没有产生断裂或太多太大的裂纹,而只是有一些小的裂纹,如果不检查出来堵上,开车时就会出现泄漏。这些微漏的石墨管,采用以下的方法进行检漏。

2.1.2 方法二

用轴流风机从管壳式石墨换热器的上端头