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      組合列管式石墨換熱器在磷酸工業中的應用

      點擊:1890 日期:[ 2014-04-26 22:31:54 ]
                          組合列管式石墨換熱器在磷酸工業中的應用                             1. 李尚民 2.殷志軍      ( 1. 青島東方化工集團有限公司, 山東 青島 266602; 2. 青島金利康化工設備有限公司, 山東 青島 266602)      [ 摘 要] 介紹應用在磷酸濃縮工藝中的一種新型組合列管式石墨換熱器。其突出的特點是采用石墨塊材為結構材料, 兩端管板均為固定管板; 管板與換熱管之間采用高彈性耐磨材料, 實現彈性密封的連接; 單管伸縮, 消除了溫度不均導致的應力破壞。設備全部采用承插式活連接, 換管簡單, 維修方便, 其價格僅為國外進口價的 1/10。     [ 關鍵詞] 磷酸濃縮; 組合列管式石墨換熱器; 彈性密封     [ 中圖分類號] TQ442.14; TQ440.5+2    [ 文獻標識碼] A     [ 文章編號] 1007 - 6220( 2007) 02 - 0032 - 02      磷酸是一種重要的基本化工原料, 廣泛應用于農業生產、民用、工業洗滌劑、食用添加劑、飼料添加劑、藥品、營養添加劑和化學工業。磷酸的產量常被用作衡量一個國家工業發展水平的標志。      磷酸濃縮工藝中, 粘結型石墨換熱器一直處于主導地位。隨著科學技術的不斷進步, 新的設備制造技術不斷涌現, 一種新型的國家級專利產品——“ 金利康”牌組合列管式磷酸濃縮換熱器應運而生。該技術的誕生徹底消除了傳統石墨換熱器結構上因黏結劑與浸漬石墨塊材兩種不同材料線脹系數的明顯差異所引起的應力破壞, 已經成為磷酸濃縮設備的換代產品。 1 組合列管式磷酸濃縮換熱器      在列管式石墨磷酸濃縮換熱器中, 根據換熱管與管板連接方法的不同, 主要分為兩種類型: 一種是傳統粘結型; 另一種是彈性密封式。彈性密封式即專利“ 組合式”或“ 可換管式”, 較傳統粘結型有了巨大的進步和明顯的優勢。 1.1 組合列管式石墨換熱器的彈性密封原理及結構( 見圖 1)      1) 原理 在石墨換熱器的兩端分別安裝 3 種 型號的橡膠圈( 直形圈、O 形圈、梯形圈) , 利用管板的擠壓力和石墨管的支撐力與橡膠圈產生一種變形應力, 從而起到密封作用。      2) 結構 彈性密封由一道主密封和兩道輔助 密封組成。主密封為直形圈, O形圈和梯形圈為輔助密封。      3) 材料 彈性橡膠密封的材料分為三元乙丙橡膠和氟橡膠兩種材質。      4) 作用 直形圈在石墨管的兩端最內側, 直接與腐蝕性介質接觸, 起主密封作用; O 形圈位于直形圈與梯形圈之間, 在梯形圈的擠壓下起輔助密 封作用; 梯形圈位于石墨管的最外側, 起鎖定和防漏效果。     5) 組裝方法 將石墨管的兩端加工成合適尺寸, 在石墨管板內側按一定尺寸擴孔, 先將直形橡膠圈裝入管板內密封位置, 再將石墨管一端打入直形圈內, 然后再將石墨管打入另一側石墨管板密封位置。O 形圈和梯形圈分別由石墨管板外側裝入。   1.2 組合列管式石墨換熱器的結構特征采用石墨作為結構材料, 而兩端管板均為固定管板, 管板與換熱管結合使用高彈性耐腐蝕材料,實現彈性密封連接。此種石墨換熱器結構簡單, 抗震, 傳熱性能好, 操作阻力小, 易維護和管理, 徹底消除了傳統石墨換熱器結構上因黏結劑與浸漬石墨塊材兩種不同材料線脹系數的明顯差異所引起的應力破壞, 即使在溫差較大的工藝條件下, 操作仍然穩定可靠; 設備全部采用承插式活連接, 維修方便, 換管簡單, 換熱面積不減少, 避免因堵管出現整機報廢。     1.3 組合列管式石墨換熱器的技術性能      許用壓力 1.0 MPa      許用溫度 - 20 ~150℃      管程減壓操作時, 最大真空度為 93.3 kPa 1.4 組合列管式石墨換熱器的使用范圍      管程介質為腐蝕性物料, 因換熱管采用導熱性能良好、化學穩定性和熱穩定性好的酚醛浸漬石墨, 它的耐腐蝕性良好, 除強氧化性強酸、強堿、某些溶劑及易結晶、結垢介質以外, 耐各種有機酸、無機酸、堿類及鹽類、有機化合物等腐蝕性物料。殼程一般情況下通非腐蝕性介質, 如水、中性鹽水、水蒸氣等。    2 普通粘結型與組合列管式石墨換熱器的比較在磷酸濃縮工藝中所采用的石墨換熱器一般是粘結型( 包括進口設備) , 即管板與換熱管之間采用酚醛樹脂黏結劑連接。該種設備基本上能適應工藝要求, 但卻存在以下明顯不足。     1) 普通粘結型加熱器在結構上因黏結劑與浸漬石墨塊材兩種不同材料線脹系數的明顯差異, 易引起應力破壞。     2) 在溫差的作用下石墨管“ 差異伸長”, 溫度不均布因素導致應力破壞, 管板為黏性連接, 維修不方便。     3) 磷酸在提濃時易結垢, 造成傳熱性能降低, 操作阻力增大, 易出現堵管導致整機報廢。組合式石墨換熱器彌補了粘結型換熱器的不足, 具有以下優點。     1) 采用石墨塊材為結構材料, 設備兩端均為固定管板, 實現單管伸縮, 裝配技術先進。    2) 管板與換熱板之間采用高彈性材料, 實現彈性密封連接。    3) 換管作業簡單, 避免因堵管出現整機報廢, 保證換熱面積不減少, 維修方便, 作業時間短。    4) 操作穩定可靠, 替代搪瓷、鈦合金熱交換設備已取得顯著效果。    5) 使用壽命長, 單管伸縮, 可以更換, 而且內壁光滑不易結垢, 大大延長了使用壽命。組合列管式石墨換熱器在價格上僅是國外進口價的 1 /10 左右, 1 臺 500 m2 的磷酸加熱器: 國外進口價為 400 萬元( 8 000 元 /m2) ; 金利康牌組合列管式換熱器的價格為 40 萬元( 800 元 /m2)。    鑒于組合列管式換熱器的上述特點, 已經完全成功地取代了普通粘結型和國外進口的粘結式石墨換熱器, 為磷酸換熱器向著低成本、大型化方向發展奠定了基礎。 3 結論     組合列管式石墨換熱器采用石墨塊材為結構材料, 設備兩端均為固定管板, 實現單管伸縮; 管板與換熱管之間采用高彈性材料, 實現彈性密封連 接; 換管簡單, 避免因堵管出現整機報廢, 保證換熱面積不減少, 維修方便, 操作穩定可靠。     組合列管式石墨換熱器具有成本低、導熱好、不易結垢和使用壽命長的突出優勢, 完全可以取代普通粘結型換熱器, 具有廣泛的市場前景和推廣價值。
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