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氟塑料换热器在化工生产中的应用分析

日期：2014/9/23 8:14:02

塑料换热器是一种耐腐蚀性能强的氟塑料换热器，首先由美国Dupont公司于1965年制造成功并实现了商品化生产。我国也投入了大量资金和人力致力于氟塑料换热器的开发，研制成功“聚四氟乙烯(简称F一4)管板限胀施压加热焊接” 和“聚全氟乙丙烯(简称Fs一46)金属溶芯胀一次熔合法” 工艺，解决了氟塑料管子与管板连接的关键技术。随后，国产各种类型的氟塑料换热器陆续投入实际生产应用并取得良好的效果。目前，氟塑料换热器也由制造厂家从单一的按需生产，发展到按企业标准控制的有定型设计的系列化生产。传统的换热器与氟塑料换热器相比存在着许多差异之处。如普通金属换热器具有易腐蚀和传热系数受污垢层厚度变化而变化等缺陷：用非金属等材料制成的换热器具有易碎、体积庞大和效率低等缺陷；用贵、稀有金属材料制成的换热器因其价格昂贵难以推广应用。而氟塑料换热器则在很大的程度上能弥补这些缺陷。
1 氟塑料及氟塑料换热器的优点
1．1 氟塑料属于化学惰性材料，除了能与熔融的碱金属和强的氟化介质及高温的氢氧化钠反应外，基本对所有常用的化学品和溶剂都呈惰性，几乎能在任何介质中工作。因此．采用以氟塑料为主要材料制成的氟塑料换热器也具有良好的化学稳定性和优异的耐腐蚀性能。　　
1．2 氟塑料材料本身表面张力低而不易黏附、质地柔软、热膨胀系数较大、很低的摩擦系数而有自洁效果，经测试采用氟塑料材料制成的单根管子的抗弯曲疲劳性和耐冲击强度性指标高。人们将若干根氟塑料管子与氟塑料管板(或与折流板、隔板、定位止推环)经特殊的工艺加工形成换热元件，成为氟塑料换热器最重要的组成部分。换热元件采用非刚性固定在壳体或器壁上．因此具有较大的挠曲性。工作时管壁两侧流体流动的速度使得呈挠曲性的换热元件激烈抖动．同时工作温度的变化也使得换热元件沿轴向和径向方向伸缩，结果是将管壁表面沉积形成的污物、垢层或消除或减少，增加了流体湍动．进而提高传热系数。
1．3 氟塑料换热器体积小结构十分紧凑。其单位体积的换热面积大于金属及其它非金属换热器的换热面积，相同换热面积的氟塑料换热器重量远轻于金属及其它非金属换热器的重量。
2 国产氟塑料换热器应用情况
国产氟塑料换热器的换热元件分别用聚四氟乙烯和聚全氟乙丙烯两种材料制作，要求管子与管板的材质相同氟塑料换热器的工作温度和压力有相互制约关系。国产氟塑料换热器大体分为管壳式和沉浸式两种。管壳式氟塑料换热器是在壳体中装入氟塑料换热元件和与其他部件按要求组合形成。氟塑料换热元件与壳体的连接不同于金属及其它非金属换热器的管板与管子连接。
介绍了标准DuPont氟塑料换热器结构，中国制造的氟塑料管壳式换热器结构。笔者设计带有特殊对开环的结构，用于氟塑料换热元件与壳体的连接。经实践证明这种结构具有简单可靠、方便泄漏检查与维修操作。壳体一般采用无缝钢管或无缝钢管加衬里层或其他材质制成。沉浸式氟塑料换热器又分为U型或盘管型等多种形式。氟塑料换热管束按设计需要在制作时进行编织或非编织．其换热元件由换热管束和若干管板或其他部件组合形成，使用于密闭或非密闭的装置中。
2．1 1979年．南方某厂最先将换热面积为4m 的氟塑料盘管沉浸式换热器取代铅质盘管沉浸式换热器．应用于氯化塔顶以冷却氯醛。其传热系数约200w／(m ·oC)。
2．2 1979年．东北某厂将换热面积为396m 的氟塑料U型沉浸式换热器取代铸铁排管．应用于硫酸冷却。其传热系数保持在126w／(m ·℃)。
2．3 1982年．南方某厂第一次将换热面积为240m (：6台x4OmZ／台)的氟塑料管壳式(壳体内衬509橡胶)换热器取代铸铁排管．应用于高温稀硫酸冷却。其传热系数保持在160w／(mz·℃)。随后．氟塑料双U型沉浸式换热器取代铅质盘管沉浸式换热器．应用于氢氟酸冷却；氟塑料立式管壳式(壳体材质为硬聚氯乙稀板)换热器应用于含酸污水冷却；氟塑料盘管(编织)沉浸式换热器应用于氯化氢分解硫胺母液工序等：均取得良好的效果。
3 存在问题
3．1 管子破裂为提高传热系数．人们一般采用小管径的薄壁管。为求得有较高的传热系数和能在安全的情况下可靠使用．国内某些氟塑料换热器制造厂采用外径6mm．管壁厚度5ram氟塑料管的作为换热管。由于制管原料的质量达不到标准、不为同一品级的原料、制管过程的不洁净、氟塑料管组焊前没经试压就使用．结果都有可能使管子在工作时破裂；另一些情况是换热管束经流体直接冲刷，换热管束在工作时与器壁或与折流板等部件摩擦过度而破裂：或换热管束与壳体与其他部件接触时，接触部位折缘处因无大园角而被刮破。
3．2 密封处泄漏工作温度的变化，将引起材料的热胀冷缩．氟塑料材料的热膨胀系数远大于金属材料。换热管束的热膨胀可通过换热管束本身的挠曲性来调节．但对氟塑料管壳式换热器设计时应当考虑：当换热管束处在最高工作温度和有折流板支承的情况下。换热管束的热膨胀伸长量是否会使换热管束下垂与壳体接触而发生摩擦破坏。此时采用壳体内衬胶或其他衬层是一种较好的辅助方法．即可以减轻换热管束与壳体间的摩擦破坏．又可以防止因换热管破裂而使腐蚀性流体泄漏以致过快的腐蚀壳体。管板的受热膨胀更需要引起设计者的重视。管板受热时其轴向方向的热膨胀受管板法兰和封头间连接螺拴的制约．使管板热膨胀加快沿径向方向发展。因氟塑料的流动性差。温度变化使管板在轴向方向得不到补偿造成密封处漏液。又因氟塑料特性之一是无回弹性，因此连接螺拴的锁紧力会使管板与垫片接触面产生永久且不可恢复的变形．有时仅需一次拆卸就有可能使此处在重新开车时漏液。解决的办法是采用较好的具有回弹量大的垫圈．如氟橡胶材质的垫圈和适当的连接螺拴锁紧力。
3．3 最难使人们处理和最容易使人们疏忽的问题是：在槽、釜、塔内使用全氟材质的氟塑料换热器或氟塑料换热元件时。因其自重不够或因冷热流体的密度相差较大时而引起的浮起。轻者影响均匀的热交换．重者有可能引起换热管的折瘪或折爆。氟塑料换热器因其最重要的组成部分材质是氟塑料，与金属及其它非金属换热器相比较颇显娇贵。这就要求人们在设计和使用时逐渐掌握其特点．更加小心与认真对待。经过这些年来的使用证明：氟塑料换热器具有寿命长、维修、运输、设备费用低的特点．尤其在苛刻的强腐蚀性的工艺条件下能够稳定运行的优越性逐渐被人们所认识。只要继续提高氟塑料换热器设计与制造技术．使氟塑料换热器的设计与制造更趋合理．以及正确使用与细心维修管理．氟塑料换热器在我国将会得到越来越广泛的使用。

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