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氟塑料換熱器在化工生產中的應用分析

點擊:1776 日期:[ 2014-04-26 22:14:02 ]
氟塑料換熱器在化工生產中的應用分析                 王岳衡   鄧惠芳 (1.汕頭海洋(集團)公司,廣東 汕頭 515041;2.廣州海洋南方塑料容器有限公司,廣東 廣州 510650)   【摘要】本文介紹了氟塑料換熱器與金屬及其它非金屬換熱器相比的特性和結構,同時介紹作者參與設計制作、測試使用其中若干氟塑料換熱器的應用情況。   【關鍵詞】氟塑料換熱器      弗三 塑料換熱器是一種耐腐蝕性能強的氟塑料換熱器,首先由美國Dupont公司于1965年制造成功并實現了商品化生產。我國也投入了大量資金和人力致力于氟塑料換熱器的開發,研制成功“聚四氟乙烯(簡稱F一4)管板限脹施壓加熱焊接” 和“聚全氟乙丙烯(簡稱Fs一46)金屬溶芯脹一次熔合法” 工藝,解決了氟塑料管子與管板連接的關鍵技術。隨后,國產各種類型的氟塑料換熱器陸續投入實際生產應用并取得良好的效果。目前,氟塑料換熱器也由制造廠家從單一的按需生產,發展到按企業標準控制的有定型設計的系列化生產。傳統的換熱器與氟塑料換熱器相比存在著許多差異之處。如普通金屬換熱器具有易腐蝕和傳熱系數受污垢層厚度變化而變化等缺陷:用非金屬等材料制成的換熱器具有易碎、體積龐大和效率低等缺陷;用貴、稀有金屬材料制成的換熱器因其價格昂貴難以推廣應用。而氟塑料換熱器則在很大的程度上能彌補這些缺陷。     1 氟塑料及氟塑料換熱器的優點     1.1 氟塑料屬于化學惰性材料,除了能與熔融的堿金屬和強的氟化介質及高溫的氫氧化鈉反應外,基本對所有常用的化學品和溶劑都呈惰性,幾乎能在任何介質中工作。因此.采用以氟塑料為主要材料制成的氟塑料換熱器也具有良好的化學穩定性和優異的耐腐蝕性能。     1.2 氟塑料材料本身表面張力低而不易黏附、質地柔軟、熱膨脹系數較大、很低的摩擦系數而有自潔效果,經測試采用氟塑料材料制成的單根管子的抗彎曲疲勞性和耐沖擊強度性指標高。人們將若干根氟塑料管子與氟塑料管板(或與折流板、隔板、定位止推環)經特殊的工藝加工形成換熱元件,成為氟塑料換熱器最重要的組成部分。換熱元件采用非剛性固定在殼體或器壁上. 因此具有較大的撓曲性。工作時管壁兩側流體流動的速度使得呈撓曲性的換熱元件激烈抖動. 同時工作溫度的變化也使得換熱元件沿軸向和徑向方向伸縮,結果是將管壁表面沉積形成的污物、垢層或消除或減少,增加了流體湍動.進而提高傳熱系數。     1.3 氟塑料換熱器體積小結構十分緊湊。其單位體積的換熱面積大于金屬及其它非金屬換熱器的換熱面積,相同換熱面積的氟塑料換熱器重量遠輕于金屬及其它非金屬換熱器的重量。     2 國產氟塑料換熱器應用情況     國產氟塑料換熱器的換熱元件分別用聚四氟乙烯和聚全氟乙丙烯兩種材料制作,要求管子與管板的材質相同 氟塑料換熱器的工作溫度和壓力有相互制約關系。國產氟塑料換熱器大體分為管殼式和沉浸式兩種。管殼式氟塑料換熱器是在殼體中裝入氟塑料換熱元件和與其他部件按要求組合形成。氟塑料換熱元件與殼體的連接不同于金屬及其它非金屬換熱器的管板與管子連接。     《換熱器》圖7—94 f1】介紹了標準DuPont氟塑料換熱器結構,圖7—95『11 中國制造的氟塑料管殼式換熱器結構。筆者設計帶有特殊對開環的結構『圖11用于氟塑料換熱元件與殼體的連接。經實踐證明這種結構具有簡單可靠、方便泄漏檢查與維修操作。殼體一般采用無縫鋼管或無縫鋼管加襯里層或其他材質制成。沉浸式氟塑料換熱器又分為U型或盤管型等多種形式。氟塑料換熱管束按設計需要在制作時進行編織或非編織.其換熱元件由換熱管束和若干管板或其他部件組合形成,使用于密閉或非密閉的裝置中。                         2.1 1979年.南方某廠最先將換熱面積為4m 的氟塑料盤管沉浸式換熱器取代鉛質盤管沉浸式換熱器.應用于氯化塔頂以冷卻氯醛。其傳熱系數約200w/(m ·oC)。     2.2 1979年.東北某廠將換熱面積為396m 的氟塑料U型沉浸式換熱器取代鑄鐵排管.應用于硫酸冷卻。其傳熱系數保持在126w/(m ·℃)。     2.3 1982年.南方某廠第一次將換熱面積為240m (:6臺x4OmZ/臺)的氟塑料管殼式(殼體內襯509橡膠)換熱器取代鑄鐵排管.應用于高溫稀硫酸冷卻。其傳熱系數保持在160w/(mz·℃)。隨后.氟塑料雙U型沉浸式換熱器取代鉛質盤管沉浸式換熱器.應用于氫氟酸冷卻;氟塑料立式管殼式(殼體材質為硬聚氯乙稀板)換熱器應用于含酸污水冷卻;氟塑料盤管(編織)沉浸式換熱器應用于氯化氫分解硫胺母液工序等:均取得良好的效果。     3 存在問題     3.1 管子破裂為提高傳熱系數.人們一般采用小管徑的薄壁管。為求得有較高的傳熱系數和能在安全的情況下可靠使用. 國內某些氟塑料換熱器制造廠采用外徑6mm.管壁厚度5ram氟塑料管的作為換熱管。由于制管原料的質量達不到標準、不為同一品級的原料、制管過程的不潔凈、氟塑料管組焊前沒經試壓就使用.結果都有可能使管子在工作時破裂;另一些情況是換熱管束經流體直接沖刷,換熱管束在工作時與器壁或與折流板等部件摩擦過度而破裂:或換熱管束與殼體與其他部件接觸時,接觸部位折緣處因無大園角而被刮破。     3.2 密封處泄漏工作溫度的變化     將引起材料的熱脹冷縮.氟塑料材料的熱膨脹系數遠大于金屬材料。換熱管束的熱膨脹可通過換熱管束本身的撓曲性來調節.但對氟塑料管殼式換熱器設計時應當考慮:當換熱管束處在最高工作溫度和有折流板支承的情況下。換熱管束的熱膨脹伸長量是否會使換熱管束下垂與殼體接觸而發生摩擦破壞。此時采用殼體內襯膠或其他襯層是一種較好的輔助方法.即可以減輕換熱管束與殼體間的摩擦破壞.又可以防止因換熱管破裂而使腐蝕性流體泄漏以致過快的腐蝕殼體。管板的受熱膨脹更需要引起設計者的重視。     管板受熱時其軸向方向的熱膨脹受管板法蘭和封頭間連接螺拴的制約.使管板熱膨脹加快沿徑向方向發展。因氟塑料的流動性差。溫度變化使管板在軸向方向得不到補償造成密封處漏液。又因氟塑料特性之一是無回彈性,因此連接螺拴的鎖緊力會使管板與墊片接觸面產生永久且不可恢復的變形.有時僅需一次拆卸就有可能使此處在重新開車時漏液。解決的辦法是采用較好的具有回彈量大的墊圈.如氟橡膠材質的墊圈和適當的連接螺拴鎖緊力。     3.3 最難使人們處理和最容易使     人們疏忽的問題是:在槽、釜、塔內使用全氟材質的氟塑料換熱器或氟塑料換熱元件時。因其自重不夠或因冷熱流體的密度相差較大時而引起的浮起。輕者影響均勻的熱交換.重者有可能引起換熱管的折癟或折爆。氟塑料換熱器因其最重要的組成部分材質是氟塑料,與金屬及其它非金屬換熱器相比較頗顯嬌貴。這就要求人們在設計和使用時逐漸掌握其特點.更加小心與認真對待。經過這些年來的使用證明:氟塑料換熱器具有壽命長、維修、運輸、設備費用低的特點.尤其在苛刻的強腐蝕性的工藝條件下能夠穩定運行的優越性逐漸被人們所認識。只要繼續提高氟塑料換熱器設計與制造技術.使氟塑料換熱器的設計與制造更趨合理.以及正確使用與細心維修管理.氟塑料換熱器在我國將會得到越來越廣泛的使用。     參考文獻:     1.秦叔經,葉文邦.換熱器【M】.北京:化學工業出版社.2003.379—380
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