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我国换热设备新发展

我国换热设备新发展

五金材料开料用什么设备 五金材料热膨胀系数 常用五金材料的热传导系数

2020-07-02

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化学工业的兴旺大大带动了我国石墨换热器的开发与应用。近年来,用户对规格各异、性能好、质量高的石墨换热器的迫切需求,促使国内石墨换热器厂家纷纷扩大生产能力,加大科研投入,改进生产工艺及技术装备,有的采取与外商合作的方式提高石墨换热器的生产水平,从而大大缩小了我国石墨换热器技术与国外的差距。其进步主要表现在:

一是开发了增强不透性石墨材料,扩大换热器的应用范围。石墨换热器用不透性石墨材料的增强技术在美、日、德、法等国已得到较为广泛的应用。如采用碳纤维增强块孔式石墨换热器的浸渍石墨块或列管式石墨换热器的石墨管和石墨管板,以及开发表面涂敷耐磨陶瓷氧化物涂层的石墨材料等新技术等。天华化工机械与自动化研究设计院成功地研制出碳纤维增强石墨管,其性能基本达到德国西格里公司的增强石墨管的性能,从而大大提高了石墨换热器的抗热震性、抗磨蚀性和抗裂性,拓展了石墨换热器在高温、高压等环境中的应用范围。

二是开发化工专用石墨材料。国外十分注重发展细颗粒、低孔隙率、高强度的石墨产品。英国摩根碳素公司制造的化工专用石墨坯材的颗粒度小于0.35mm,法国罗兰碳素公司的大规格细颗粒耐高温石墨的颗粒度为0.1-0.2mm和0.5-2.0mm,美国联合碳化物公司拥有当今世界上独特的大块 材 细 颗 粒 结 构 不 透 性 石 墨 , 其 最 大 颗 粒 为0.15mm。化工专用石墨材料颗粒细、密度高、机械强度和换热性能好,成为世界各国制造石墨换热器的首选材料。国内东新电碳厂、青岛碳制品厂、上海碳素厂等经过努力生产出了高强度、细颗粒的化工专用石墨,从而彻底改变了制造化工用石墨设备使用冶金电极石墨材料的状况。

三是开发出一批大规格、高参数石墨换热器。国外石墨换热器的规格大型化、性能高参数化趋势已十分明显,为此国内江西贵溪化肥厂、铜陵磷铵厂等国家重点建设项目专门从法国罗兰碳素公司和维卡勃公司购进了大型石墨换热器。“八五”计划以来,东新电碳厂在化工部的支持下配备了大型混合设备及振动成型机,相继生产出直径为1000mm、1200mm、1300mm的块材,并在焙烧、浸渍和石墨化处理工艺方面进行了有益的探索,大大缓解了国内大型石墨换热器需求方面的矛盾。

天华化工机械及自动化研究设计院开发研制的大型氟塑料-石墨板式换热器是上世纪90年代以来非常值得一提的技术成果。由于氟塑料-石墨板式换热器板片是由非金属复合材料压制而成,因此在保证板片能够进行换热的前提下,还要在保证板片具有足够高的强度并能够压制成形方面做大量的工作。在板片设计方面,考虑到非金属复合材料的特点(如与金属材料相比脆性大抗压强度低),该院借鉴金属板式换热器板片设计经验,设计单板换热面积为0.34-0.6m2板片时将长宽比从金属板片的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,由于在换热器内停留的时间更长,换热更为充分,提高了换热器总传热系数。

在板片研制方面,主要是提高材料的导热系数,解决板片脱模问题和板片收缩问题,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等,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。在密封结构方面,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。WWw.WJ159.com

由天华院研制生产的大型氟塑料-石墨板式换热器具有如下特点: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;采用线面结合的密封结构;用固定端板及螺栓结构作紧固件;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等。

青岛金利康化工设备有限公司开发的组合列管式磷酸浓缩换热器也是一个有特色的产品,这项技术的出现在一定程度上解决了传统石墨换热器结构上因黏结剂与浸渍石墨块材两种不同材料线胀系数的明显差异所引起的应力破坏。列管式石墨换热器换热管与管板连接主要分为两种类型,即传统粘结型式和弹性密封型式。组合列管式石墨换热器采用石墨作为结构材料,而两端管板均为固定管板,管板与换热管结合使用高弹性耐腐蚀材料实现弹性密封连接。

此种石墨换热器结构简单,抗震,传热性能好,操作阻力小,易维护和管理,消除了传统石墨换热器结构上因黏结剂与浸渍石墨块材两种不同材料线胀系数的明显差异所引起的应力破坏,即使在温差较大的工艺条件下,操作仍然稳定可靠;设备全部采用承插式活连接,维修方便,换管简单,不仅换热面积不减少且可避免因堵管出现整机报废。普通粘结型石墨换热器因黏结剂与浸渍石墨块材两种不同材料线胀系数的明显差异,易引起应力破坏;在温差的作用下石墨管“差异伸长”,温度不均布因素导致应力破坏,管板为黏性连接,维修不方便;操作过程中易结垢,造成传热性能降低,操作阻力增大,易出现堵管导致整机报废。组合式石墨换热器弥补了粘结型换热器的不足,而价格仅是国外进口产品价的1/10左右,具有广泛的市场前景和推广价值。

玻璃钢又称玻璃纤维增强塑料,特点是机械强度相对较高,纤维缠绕式玻璃钢的拉伸强度超过普通钢材的极限强度,且质量轻,化学性能稳定,玻璃钢设备的价格高于碳钢而低于不锈钢和其它有色金属。河北工业大学发明了一种石墨与玻璃钢组合式换热器,其中换热管采用石墨换热管,封头、管板等采用玻璃钢制造,这种换热器不但具有很强的耐腐蚀、耐氧化性能,而且换热效率高、承压能力强。换热器管子与管板的连接处,常常是最容易泄漏的部位。管子与管板连接接头设计得合理与否及制造质量的好坏,都会影响到换热器的使用寿命与性能,有时甚至影响到整个装置的运行。

玻璃钢管板与石墨管之间的连接属于异型非金属连接,常规的胀接、焊接等方法很难应用;而传统的密封胶连接因管板、换热管和密封胶这三种材料热膨胀系数不同,一旦温度过高,三种材料之间由于膨胀的差别会产生相应的温差应力,致使粘结处开裂,腐蚀介质泄漏。因此针对石墨与玻璃钢组合式换热器研制的一种新型异种材料密封连接技术有着十分重要的意义。在玻璃钢管板与石墨管之间的连接结构中,锁紧螺母和管板采用螺纹连接,两个锁紧螺母之间放填料。在两个锁紧螺母的挤压下填料发生变形和换热管严密紧贴,从而保证了换热器壳程内的介质不往外泄漏。该结构有很好的耐压性能,并且实现了异型非金属之间的活性连接且便于换热管安装拆卸与维修。

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