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组合列管式石墨换热器在磷酸工业中的应用

磷酸是一种重要的基本化工原料, 广泛应用于农业生产、民用、工业洗涤剂、食用添加剂、饲料添加剂、药品、营养添加剂和化学工业。磷酸的产量常被用作衡量一个国家工业发展水平的标志。

     磷酸浓缩工艺中, 粘结型石墨换热器一直处于主导地位。随着科学技术的不断进步, 新的设备制造技术不断涌现, 一种新型的国家级专利产品——“博奥”牌组合列管式磷酸浓缩换热器应运而生。该技术的诞生彻底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, 已经成为磷酸浓缩设备的换代产品。

1 组合列管式磷酸浓缩换热器

     在列管式石墨磷酸浓缩换热器中, 根据换热管与管板连接方法的不同, 主要分为两种类型: 一种是传统粘结型; 另一种是弹性密封式。弹性密封式即专利“ 组合式”或“ 可换管式”, 较传统粘结型有了巨大的进步和明显的优势。

1.1 组合列管式石墨换热器的弹性密封原理及结构( 见图 1)

     1) 原理 在石墨换热器的两端分别安装 3 种 型号的橡胶圈( 直形圈、O 形圈、梯形圈) , 利用管板的挤压力和石墨管的支撑力与橡胶圈产生一种变形应力, 从而起到密封作用。

     2) 结构 弹性密封由一道主密封和两道辅助 密封组成。主密封为直形圈, O形圈和梯形圈为辅助密封。

     3) 材料 弹性橡胶密封的材料分为三元乙丙橡胶和氟橡胶两种材质。

     4) 作用 直形圈在石墨管的两端最内侧, 直接与腐蚀性介质接触, 起主密封作用; O 形圈位于直形圈与梯形圈之间, 在梯形圈的挤压下起辅助密

封作用; 梯形圈位于石墨管的最外侧, 起锁定和防漏效果。

    5) 组装方法 将石墨管的两端加工成合适尺寸, 在石墨管板内侧按一定尺寸 扩孔, 先将直形橡胶圈装入管板内密封位置, 再将石墨管一端打入直形圈内, 然后再将石墨管打入另一侧石墨管板密封位置。O 形圈和梯形圈分别由石墨管 板外侧装入。   1.2 组合列管式石墨换热器的结构特征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, 彻底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, 换 热面积不减少, 避免因堵管出现整机报废。     1.3 组合列管式石墨换热器的技术性能      许用压力 1.0 MPa      许用温度 - 20 ~150℃      管程减压操作时, 最大真空度为 93.3 kPa1.4 组合列管式石墨换热器的使用范围      管程介质为腐蚀性物料, 因换热管采用导热性能良好、化学稳定性和热稳定性好的酚醛浸渍石墨, 它的耐腐蚀性良好, 除强氧化性强酸、强碱、某 些溶剂及易结晶、结垢介质以外, 耐各种有机酸、无机酸、碱类及盐类、有机化合物等腐蚀性物料。壳程一般情况下通非腐蚀性介质, 如水、中性盐水、水蒸气 等。    2 普通粘结型与组合列管式石墨换热器的比较在磷酸浓缩工艺中所采用的石墨换热器一般是粘结型( 包括进口设备) , 即管板与换热管之间采用酚醛 树脂黏结剂连接。该种设备基本上能适应工艺要求, 但却存在以下明显不足。     1) 普通粘结型加热器在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, 易引起应力破坏。     2) 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。     3) 磷酸在提浓时易结垢, 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, 具有 以下优点。     1) 采用石墨块材为结构材料, 设备两端均为固定管板, 实现单管伸缩, 装配技术先进。    2) 管板与换热板之间采用高弹性材料, 实现弹性密封连接。    3) 换管作业简单, 避免因堵管出现整机报废, 保证换热面积不减少, 维修方便, 作业时间短。    4) 操作稳定可靠, 替代搪瓷、钛合金热交换设备已取得显著效果。    5) 使用寿命长, 单管伸缩, 可以更换, 而且内壁光滑不易结垢, 大大延长了使用寿命。组合列管式石墨换热器在价格上仅是国外进口价 的 1 /10 左右, 1 台 500 m2 的磷酸加热器: 国外进口价为 400 万元( 8 000 元 /m2) ; “博奥”牌组合列管式换热 器的价格为 40 万元( 800 元 /m2)。    鉴于组合列管式换热器的上述特点, 已经完全成功地取代了普通粘结型和国外进口的粘结式石墨换热器, 为磷酸换热器向着低成本、大型化方向发展奠定 了基础。3 结论     组合列管式石墨换热器采用石墨块材为结构材料, 设备两端均为固定管板, 实现单管伸缩; 管板与换热管之间采用高弹性材料, 实现弹性密封连 接; 换管简单, 避免因堵管出现整机报废, 保证换热面积不减少, 维修方便, 操作稳定可靠。     组合列管式石墨换热器具有成本低、导热好、不易结垢和使用寿命长的突出优势, 完全可以取代普通粘结型换热器, 具有广泛的市场前景和推广价值。