新型碳化硅陶瓷列管式石墨換熱器

何飛 陸俊 馮亮 劉仍禮 繆世陽 陳燕（南通星球石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通 226011）

新型碳化硅列管式石墨換熱器具有碳化硅陶瓷的高強(qiáng)度、耐高溫、高導(dǎo)熱和全面的耐酸堿腐蝕特性。碳化硅是一種單相、無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷，具有高純度、細(xì)晶和極低氣孔率等優(yōu)良特性。

1 新型碳化硅陶瓷列管式石墨換熱器的結(jié)構(gòu)

新型碳化硅陶瓷列管式換熱器，內(nèi)側(cè)通腐蝕物料，外側(cè)通冷卻液、加熱物料。腐蝕物料和外側(cè)載體通過新型碳化硅陶瓷管壁換熱。整體設(shè)備是由上下蓋板及封頭、管板、碳化硅陶瓷管構(gòu)成。

碳化硅陶瓷管與兩頭的管板安裝后，再安裝于外殼內(nèi)。兩端碳化硅陶瓷管都可活動，用密封填料密封。用氟膠密封圈與外殼密封。由于新型碳化硅管子和碳鋼外殼兩者材料的膨脹系數(shù)不一樣，設(shè)備在運(yùn)行過程中，隨著溫度的變化，新型碳化硅管子與外殼的伸縮量不同。本設(shè)備是采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)，兩頭的新型碳化硅管子可以自由的伸縮，保證了新型碳化硅管子在使用中不受溫差應(yīng)力而破壞。外殼中設(shè)有折流以提高傳熱效果。

該產(chǎn)品有以下優(yōu)點：①高熱導(dǎo)率；②突出的耐腐蝕性；③優(yōu)異的熱、力學(xué)性能；④可使用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、高磨損的極端環(huán)境中；⑤維修方便。

2 新型碳化硅陶瓷列管式換熱器的用材

上下封頭、管板部分采用浸漬石墨，外殼采用碳鋼，根據(jù)介質(zhì)的特性，可以選用酚醛樹脂、呋喃樹脂、四氟乳液；換熱管為碳化硅陶瓷管。適用溫度范圍-45℃-1300℃，膨脹系數(shù)小。

用于制造新型碳化硅陶瓷列管式換熱器的碳化硅材料具有以下優(yōu)點：①化學(xué)性能穩(wěn)定，具有高強(qiáng)度和高硬度，在極端高溫和高壓情況下仍具有超強(qiáng)的耐磨性和抗?jié)B透性，容許介質(zhì)以高速通過，可在1300℃高溫下正常使用②優(yōu)良的機(jī)械性能，③健康安全環(huán)保，在強(qiáng)腐蝕工況環(huán)境下不污染介質(zhì)，能滿足醫(yī)藥和食品行業(yè)的苛刻標(biāo)準(zhǔn)④高熱導(dǎo)率，熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于其他耐腐蝕材料，同樣換熱效率下使用更少的換熱面積，允許更小的換熱器尺寸，大大降低占用空間，降低使用成本⑤親水性好⑥突出的耐腐蝕性，具有極高的耐腐蝕、抗氧化和耐沖蝕性能，可耐高濃度硫酸、硝酸、磷酸、混合酸、強(qiáng)堿、氧化劑，是唯一可耐氫氟酸腐蝕的陶瓷材料，具有極佳的使用壽命。

3 石墨容器制造工藝

3.1 不透性石墨元件制造過程

為了提高石墨元件的機(jī)械性能，石墨制壓力容器元件常常進(jìn)行三次浸漬和三次固化的工藝過程。（圖1）

4 新型碳化硅陶瓷列管式石墨換熱器的改進(jìn)

圖1 石墨加工制造過程

常規(guī)的石墨列管換熱器多是把每根石墨換熱管的兩頭與浮頭用膠泥粘接起來，這就使在使用中由于膨脹系數(shù)的問題，熱脹冷縮，石墨換熱管很容易破壞。這種結(jié)果在使用中就得到了限制。而且在后期的維修中也增大了難度，問題是想把每根環(huán)的管子換下來還是一個很大的問題，不換就要堵管這就減少了整體設(shè)備的使用面積，嚴(yán)重影響了整套系統(tǒng)的使用。如圖所示，這種結(jié)構(gòu)就解決了上述問題，每根陶瓷換熱管安裝于浮頭里面通過石墨套管與填料密封再用石墨套管擠壓，保證密封零泄露。換管子只需要把兩頭的石墨套管和螺紋石墨管全部卸下就可以直接換管，保證了維修后的面積。

5 結(jié)語

在化工、醫(yī)藥、石油化工、冶金、輕工、食品、紡織及國防、電子、三廢治理等國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域，由于介質(zhì)的強(qiáng)腐蝕性，要求諸多制作設(shè)備的材料，既要有耐腐蝕性，又要有優(yōu)良的傳熱性能。而新型碳化硅陶瓷管就成為了理想的材料。常規(guī)的列管換熱器使用壓力比較低，而使用新型碳化硅陶瓷管使用壓力可以大幅度的提高，保證了特殊情況下的使用工況，極大的拓展了換熱器的類型。

列管式換熱器是耐腐蝕容器中使用量較多、比較典型的化工單元設(shè)備，滿足了化工生產(chǎn)工況的使用需要，在節(jié)能減排方面發(fā)展?jié)摿薮?。作為新興的化工設(shè)備，需要更多的人來關(guān)注和研究，共同促進(jìn)耐腐蝕容器技術(shù)研究的發(fā)展。

[1]許志遠(yuǎn)石墨制化工設(shè)備北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2]龔健中等.石墨制化工設(shè)備設(shè)計.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版杜，1989.

[3]朱小峰等 列管式石墨換熱器失效原因及改進(jìn) 南通化工管理 2014.