影響石墨列管換熱器在高溫介質環(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)應用廣泛。但是由于石墨列管換熱器整體在抗拉和抗彎的強度方面較低。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。文章重點分析在高溫蒸汽與硫酸酸浴介質換熱時，影響石墨列管換熱器損壞的原因，以及相關的解決措施。供生產參考借鑒。

關鍵詞：石墨;換熱器;高溫介質;定距折流板

中圖分類號：TQ127.11;TH136?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：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廣泛應用于化工行業(yè)的生產中。因為換熱器的結構簡單、制造方便的特點，同時由于石墨材料利用率高，設備整體介質流體阻力小等優(yōu)點，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：當進行熱交換時，-種介質由連接的管路進入殼體，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;那么另一種介質由連接的管路從封頭進入，在管內流動進行換熱，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，會出現(xiàn)設備機械強度低，設備密封性能較差，容易滲漏等現(xiàn)象。

3.1首先因為列管式換熱器的石墨管大多使用的是酚醛石墨壓型管，簡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，再由機頭加熱擠管，同時控制擠管速度、觀察溫度變化，在經過自然冷卻、熟化，再加熱、冷卻、熟化的過程。由于制作工藝的局限，石墨管會含有少量鐵離子雜質，當與酸接觸時，容易被腐蝕。另外，擠管成型的溫度處理較低、壓力較低，造成石墨管熱應力不能充分釋放，石墨管較疏松，強度不高，熱膨脹系數不均勻。在生產使用中，管板受介質壓力作用必然發(fā)生變形，一是連接設備之間發(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導致管板撓曲時換熱管發(fā)生彎曲，此時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。這種密封方式對橡膠圈的制作、安裝的要求較高。在生產使用過程中，由于高溫蒸汽和高溫酸浴影響，如果裝配精度出現(xiàn)偏差，密封橡膠圈會脫出管板造成介質滲漏。另外，橡膠圈長期在高溫環(huán)境下使用，會出現(xiàn)變性硬化情況，在更換密封膠圈時造成檢修困難，需要整體損壞石墨管才能更換，既浪費時間，不節(jié)約備件。

3.3由于單根石墨管的尺寸為長4米，外徑為φ35mm的中空管，在換熱器組裝時在石墨管安裝時，石墨管受到安裝應力會出現(xiàn)不同程度的彎曲變形，這些出現(xiàn)形變會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，由于溫差的變化，石墨管及其它各部件產生形變，由于各組件膨脹系數的不同，造成伸長和收縮量不一致。同時由于石墨管安裝時產生的應力彎曲，會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針對石墨管受到高溫形變而無法消除應力的問題，可采用通過螺紋石墨管與O型圈密封，當石墨管因溫度變化引起的膨脹形變可嚴軸向自由滑動，從而消除溫度應力，減少設備的損壞頻率。同時檢修時可取下兩頭的螺紋管，石墨管直接拔出更換，保證設備檢修的靈活性。

4.2在換熱器殼體中加設折流擋板，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力作用出現(xiàn)的彎曲形變，提升設備整體的強度。同時，增加折流擋板后，可以增加介質的流速和改變介質的流動方向，讓介質充分進行換熱，用以提高設備整體的傳熱效率。

4.3管殼式石墨換熱器的安裝質量至關重要。因此在組裝時根據裝配情況，準備裝配工具并對工具和組裝部件的尺寸進行實際校核。首先，對整體部件進行全面的清點、核對后，進行襯膠件的檢查，要經過表面外觀檢測、錘擊檢測和電火花檢測后，可進行維修裝配，檢測結果記入階段驗收檔案。再根據設備裝配圖，花板正確取向，把花板固定在罐體兩端，對花板取向復核后，螺栓緊固，保證膠墊受力均勻，并壓牢、壓實。同時在換熱器使用的過程中，應嚴格控制工藝指標范。

結語：隨著國內粘膠化纖產量的逐年增加，石墨制化工設備在黏膠化纖生產中的應用越來越廣泛。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備，既滿足了化工生產的需要，又節(jié)約了金屬材料，同時在節(jié)能減排方面發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｗ鳛樵絹碓绞軞g迎的化工設備，保證設備的使用強度和滿足不同環(huán)境下的使用需求，需要更多的投入和研究，共同促進粘膠行業(yè)的發(fā)展和石墨換熱器技術研究的發(fā)展。

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