石墨热交换器

用于解决化工等行业中许多设备的耐腐蚀问题的设备

石墨热交换器(graphite heat exchanger)：以不透性石墨为基材制造的换热设备。石墨热交换器是石墨设备中使用最多、比较典型的化工单元设备。石墨热交换器的规格已实现了大型化，列管式的换热面积最大已达1670m2。圆块孔式系列中，换热面积最大的已达1950m2，已支付使用的已达1200m2。石墨热交换器的设计温度，除酚醛树脂浸渍的为170℃外，二乙烯基苯浸渍的可达320～500℃。

简介

自20世纪30年代问世以来，石墨热交换器发展非常迅速。大量性能优良的石墨热交换器使用在处理除强碱、强氧化性介质外的盐酸、硫酸、柠檬酸、农药中间体等各种介质的工艺过程中，在化学工业、食品工业、制药工业等众多工业部门得到广泛的应用，主要用于加热、冷却、冷凝、蒸发等化工单元操作。由于石墨导热性好、耐腐蚀性能优异、不污染介质，石墨热交换器已大量替代不锈钢或其他贵重金属制造的热交换器，解决了化工等行业中许多设备的耐腐蚀问题。

石墨热交换器的规格已实现了大型化，列管式的换热面积最大已达1670m2。圆块孔式系列中，换热面积最大的已达1950m2，已支付使用的已达1200m2。石墨热交换器的设计温度，除酚醛树脂浸渍的为170℃外，二乙烯基苯浸渍的可达320～500℃。在惰性气氛中，某些品种的石墨热交换器使用温度可高达800℃，乃至1200℃。石墨虽属于脆性材料，但如果设计、制造与使用得当，石墨热交换器的使用寿命也很长。

分类

石墨热交换器按结构形式分，可分为列管式、块孔式、喷淋式、沉浸式等多种形式。其中，应用最广的是列管式和块孔式石墨热交换器。按它们在工艺过程中的应用分，又可分为蒸发器、加热器、冷却器、冷凝器等数种。

列管式

通常由圆筒形金属外壳和装于外壳内的由不透性石墨管道与管板粘接而成的管束及安于两端的不透性石墨封头构成。管束一端与筒体通过法兰连接固定，另一端采用填料函结构，使管束与外壳可以在轴向相对移动，以消除热应力对设备的不良影响。管内外流体通过石墨管壁进行传热。这种石墨热交换器的结构形式见图1。

石墨热交换器的结构形式

列管式石墨热交换器具有结构简单，制造方便，价格较低;可用于冷却、冷凝、加热、再沸等各种工艺过程，也适用于升、降膜式蒸发;流体阻力小，重量轻，维修、清洗方便等优点。其缺点是，抗热震性及水锤冲击性能较差。列管式石墨热交换器的允许使用温度视所用管材为压型酚醛石墨管还是浸渍石墨化管而有较大差异，前者通常为120～130℃，后者则可在170℃下长期使用而不损坏。这种型式石墨热交换器的允许使用压力一般不超过1MPa。若采用强化措施，如使用炭纤维增强的石墨管，允许使用压力还可提高。也可以将石墨加工成带翅片的翅片管，以改善其传热效果。

块孔式

有圆块孔式和矩形块孔式两种型式。它们都是由石墨热交换块叠装而成，二端有导流腐蚀性介质的石墨封头，一般配有金属外壳(圆块孔式)或两侧平板(矩形块孔式)，以集流载热体。石墨热交换块是在不透性石墨块上加工有互不相通的两种通道的标准零件。流过两种通道的物料通过通道间余留在石墨块体上的间壁进行间壁式传热。两种通道绝大多数为空间互相垂直，但也有互相平行或空间斜交的。这种石墨热交换器的结构形式见图2。

石墨热交换器的结构形式

块孔式石墨热交换器的优点是，结构强度高，耐用性好，并能承受一定的热冲击和水锤冲击，不易损坏;结构紧凑，占地面积小;零件通用性好，采用标准零件积木式组装，制造、拆装、检修方便;不采用黏接剂，因而可提高使用温度，延长使用寿命。它的缺点是，流体阻力较大，并且不适用于膜式蒸发和处理易结垢堵塞的介质。块孔式石墨热交换器的许用温度根据浸渍石墨块材所用浸渍剂的种类也有较大差异，如用酚醛树脂作浸渍剂，则允许使用温度为150～165℃，而用聚四氟乙烯分散液作浸渍剂，使用温度可提高到230℃。块孔式石墨热交换器的使用压力一般也不超过1MPa，但有的结构型式的块孔式石墨热交换器的使用压力可高达1.6MPa。

制造工艺

石墨热交换器见图3、图4。

石墨热交换器制造工艺石墨热交换器制造工艺

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