石墨换热器维护及制造

石墨换热器

1.不透性石墨加工制造工艺

不透性石墨设备及其元件的加工制造工艺，随设备结构的不同而异。不透性石墨的机械加工性能与铸铁相似，它比铸铁硬度小，一般采用金属切削工具就能进行加工。由于石墨本身的强度较差、性脆。一般采用两次浸渍和两次加工的方法，以提高其强度，保证加工精度。因此石墨材料及其任何制品和元件，在任何搬运过程中，要做到轻搬轻放，严禁乱仍乱摔，严禁用金属锤敲打，在必须敲打的场合，应采用带有橡皮的木槌敲打。

1.1材料的选择

制作不透性石墨设备国内目前主要以人造石墨为主，在制造过程中，由于高温焙烧而逸出挥发物，以致形成许多细致的孔隙，有时会产生裂纹，孔隙率过大势必在浸脂时浸脂数量过大，制造的产品传热会较差。国外采用压型石墨的也较多。

1.2材料的拼接

当零件的最大尺寸超过石墨毛坯的最大尺寸时，石墨件需要进行拼接，在石墨块拼接过程中，将粘结面进行仔细的精加工，甚至磨光，使粘结面充分接触，而粘结剂匀且薄，从而获得良好的粘结效果。1.3换热设备的制造

1.3.1制造工艺

列管式换热器制造工艺流程

1.3.2组装

组装方法目前有两种。一种是将管板、管束、折流板等在支架上用粘结剂粘成一体，然后待粘结剂固化后再装进钢壳体内，通常称之为壳外组装。另一种是直接在壳体内试装后用粘结剂在壳体内粘结。换热面积大于200m2，一般均采用壳内组装。

管壳式换热器组装流程

2.石墨换热设备简介

2.1管壳式石墨换热器简介

目前世界上制造石墨换热器的厂家并不多，世界上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。国外公司都采用浸渍石墨化管，管子

的规格大多为Φ50mmx7mm。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，空隙被树脂添满，抗渗透性能较好，抗拉强度比国内的压型石墨高。由于石墨化程度高，所以传热系数高，但抗弯强度（纵向）、抗压强度比压型石墨管稍低。

管壳式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）大都用400mm厚的浸渍石墨制作。为了防止酸对管板的冲刷，在进酸端管板（滑动管板上）粘贴一层50mm厚的高强度纤维板或其他防腐蚀材料。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。

列管式换热器粘结组装良好，一般不易发生泄漏现象。但由于制作所用的三种材料的线胀系数差异很大，在一定温度下使用，会出现管子断裂或粘结缝泄漏，分析断裂原因可能有以下几种：○1石墨换热器列管受热不均

○2在系统升温时，由于升温速度太块，会导致换热器壳程压力急骤升高，石墨管经受冲击而破裂。

○3由于石墨换热器使用时间的增加，会在列管上出现部分结垢现象，结垢的石墨换热管与未结垢的石墨换热管膨胀系数不一样，温差应力过载，造成石墨换热管破裂。

○4清理过程中如果用力过大，也会造成列管损坏。

预防措施：

○1防止大量蒸汽冲击换热管

○2开车升温速率和停车时降温速率要稳定，防止石墨管膨胀系数不一样。

○3避免工艺指标波动太大。

○4清理应在降温热洗管子疏通后进行。

2.2ET11换热器简介

石墨换热器是三聚甲醛PUT11中的关键设备。来自甲醛真空浓缩工序的60％的甲醛连续送入甲醛储罐VT11，从这里经PT11泵进入TOX合成反应器RT11A/B，TOX合成过程是在催化剂硫酸存在条件下的沸腾混合反应。反应器内液体加热蒸发所用的热源来自蒸发器ET12来补充。由于硫酸的腐蚀性，在确定换热器材料时，由于没有很多的选择余地。最常用的材料就是石墨，因为它既可以满足导热性好而且又耐腐蚀的基本要求。常用的耐酸不锈钢在硫酸中耐蚀性能欠佳，在国外类似的设备上有使用哈氏合金的经验，但价格昂贵。在我单位装置中，考虑到工艺和投资的因素，使用石墨材料制作换热器。

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，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

1.6MPa，最高温度不得大于200℃；受热介质的流速低，只能控制在2～3m/s之内；进出口温差只能控制在2～4℃，换热器体积大。据专利商介绍，换热器成本可占到PUT11整个系统的40％，大约70万欧元。制造时管板采用整块石墨，而国内一般采用树脂高温拼接而成。在进料管板加陶瓷用以保护，可以承受2m/s流速的冲击，浮头式换热器采用O形圈密封，不用传统的填料密封，寿命可耐180℃的高温，折流板全部采用石墨制造，换热器壳体都加装膨胀节，管子与管板粘结采用石墨粉与树脂，浮头采用衬四氟乙稀保护，寿命可达10年，制造周期约6个月。可耐浓度 9％硫酸的腐蚀。

2.3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。从使用情况来看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，难点在于如何对石墨管进行检漏。如下三种方法，只要交叉使用便可快速的查出已损坏的石墨管。

2.3.1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逐根地进行试压。用这种方法检漏最彻底，但速度慢，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、Φ50mmX7mm的管子，全部检