石墨熱交換器(graphite heat exchanger)

　　以不透性石墨為基材制造的換熱設(shè)備。

　　簡(jiǎn)史 石墨熱交換器是石墨設(shè)備中使用*多、比較典型的化工單元設(shè)備。自20世紀(jì)30年代問(wèn)世以來(lái)，石墨熱交換器發(fā)展非常迅速。大量性能優(yōu)良的石墨熱交換器使用在處理除強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化性介質(zhì)外的鹽酸、硫酸、檸檬酸、農(nóng)藥中間體等各種介質(zhì)的工藝過(guò)程中，在化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、制藥工業(yè)等眾多工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用，主要用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等化工單元操作。由于石墨導(dǎo)熱性好、耐腐蝕性能優(yōu)異、不污染介質(zhì)，石墨熱交換器已大量替代不銹鋼或其他貴重金屬制造的熱交換器，解決了化工等行業(yè)中許多設(shè)備的耐腐蝕問(wèn)題。

　　石墨熱交換器的規(guī)格已實(shí)現(xiàn)了大型化，列管式的換熱面積*大已達(dá)1670m2。圓塊孔式系列中，換熱面積*大的已達(dá)1950m2，已支付使用的已達(dá)1200m2。石墨熱交換器的設(shè)計(jì)溫度，除酚醛樹(shù)脂浸漬的為170℃外，二乙烯基苯浸漬的可達(dá)320～500℃。在惰性氣氛中，某些品種的石墨熱交換器使用溫度可高達(dá)800℃，乃至1200℃。石墨雖屬于脆性材料，但如果設(shè)計(jì)、制造與使用得當(dāng)，石墨熱交換器的使用壽命也很長(zhǎng)。

　　分類 石墨熱交換器按結(jié)構(gòu)形式分，可分為列管式、塊孔式、噴淋式、沉浸式等多種形式。其中，應(yīng)用*廣的是列管式和塊孔式石墨熱交換器。按它們?cè)诠に囘^(guò)程中的應(yīng)用分，又可分為蒸發(fā)器、加熱器、冷卻器、冷凝器等數(shù)種。

　　列管式石墨熱交換器 通常由圓筒形金屬外殼和裝于外殼內(nèi)的由不透性石墨管道與管板粘接而成的管束及安于兩端的不透性石墨封頭構(gòu)成。管束一端與筒體通過(guò)法蘭連接固定，另一端采用填料函結(jié)構(gòu)，使管束與外殼可以在軸向相對(duì)移動(dòng)，以消除熱應(yīng)力對(duì)設(shè)備的不良影響。管內(nèi)外流體通過(guò)石墨管壁進(jìn)行傳熱。這種石墨熱交換器的結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。列管式石墨熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格較低；可用于冷卻、冷凝、加熱、再沸等各種工藝過(guò)程，也適用于升、降膜式蒸發(fā)；流體阻力小，重量輕，維修、清洗方便等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是，抗熱震性及水錘沖擊性能較差。列管式石墨熱交換器的允許使用溫度視所用管材為壓型酚醛石墨管還是浸漬石墨化管而有較大差異，前者通常為120～130℃，后者則可在170℃下長(zhǎng)期使用而不損壞。這種型式石墨熱交換器的允許使用壓力一般不超過(guò)1MPa。若采用強(qiáng)化措施，如使用炭纖維增強(qiáng)的石墨管，允許使用壓力還可提高。也可以將石墨加工成帶翅片的翅片管，以改善其傳熱效果。

　　塊孔式石墨熱交換器 有圓塊孔式和矩形塊孔式兩種型式。它們都是由石墨熱交換塊疊裝而成，二端有導(dǎo)流腐蝕性介質(zhì)的石墨封頭，一般配有金屬外殼(圓塊孔式)或兩側(cè)平板(矩形塊孔式)，以集流載熱體。石墨熱交換塊是在不透性石墨塊上加工有互不相通的兩種通道的標(biāo)準(zhǔn)零件。流過(guò)兩種通道的物料通過(guò)通道間余留在石墨塊體上的間壁進(jìn)行間壁式傳熱。兩種通道絕大多數(shù)為空間互相垂直，但也有互相平行或空間斜交的。這種石墨熱交換器的結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2。

　　塊孔式石墨熱交換器的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，耐用性好，并能承受一定的熱沖擊和水錘沖擊，不易損壞；結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積?。涣慵ㄓ眯院?，采用標(biāo)準(zhǔn)零件積木式組裝，制造、拆裝、檢修方便；不采用黏接劑，因而可提高使用溫度，延長(zhǎng)使用壽命。它的缺點(diǎn)是，流體阻力較大，并且不適用于膜式蒸發(fā)和處理易結(jié)垢堵塞的介質(zhì)。塊孔式石墨熱交換器的許用溫度根據(jù)浸漬石墨塊材所用浸漬劑的種類也有較大差異，如用酚醛樹(shù)脂作浸漬劑，則允許使用溫度為150～165℃，而用聚四氟乙烯分散液作浸漬劑，使用溫度可提高到230℃。塊孔式石墨熱交換器的使用壓力一般也不超過(guò)1MPa，但有的結(jié)構(gòu)型式的塊孔式石墨熱交換器的使用壓力可高達(dá)1.6MPa。

　　制造工藝 見(jiàn)圖3、圖4。

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