圓塊孔式石墨換熱器的應(yīng)用及工藝計(jì)算探討
作者: 2013年07月22日 來源: 瀏覽量:
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1原材料(不透性石墨)對(duì)圓塊孔式石墨換熱器性能的影響不透性石墨具有耐腐蝕性好,熱導(dǎo)率高,使用溫度較高等優(yōu)點(diǎn)。但因所采用的石墨原材料(顆粒度、浸漬劑,石墨化程度等)不同影響了設(shè)備的使用壽命和安全性。1.1顆粒
1 原材料(不透性石墨)對(duì)圓塊孔式石墨換熱器性能的影響
不透性石墨具有耐腐蝕性好,熱導(dǎo)率高,使用溫度較高等優(yōu)點(diǎn)。但因所采用的石墨原材料(顆粒度、浸漬劑,石墨化程度等)不同影響了設(shè)備的使用壽命和安全性。
1.1 顆粒大小
構(gòu)成石墨母材的顆粒度越大,則材料體積密度越小,機(jī)械強(qiáng)度愈低。顆粒間的孔洞越大,鉆削孔時(shí)可能暴露更多通孔,孔隙率增高。為達(dá)到使用要求的致密性則浸漬劑的數(shù)量就會(huì)增多,影響浸漬質(zhì)量和不透性石墨的導(dǎo)熱性。密度大,則機(jī)械強(qiáng)度越大。所以,選用體積密度高(細(xì)顆粒、B級(jí))的母材進(jìn)行浸漬熱處理,所加工生產(chǎn)的設(shè)備質(zhì)量穩(wěn)定性和安全性高,使用效果好。
1.2 浸漬劑
浸漬劑在石墨母材中填充空隙,浸漬劑種類的不同,將直接影響不透性石墨的耐腐蝕性。浸入量不同,則影響不透性石墨使用溫度和耐蝕程度。浸漬真空度大,加壓壓力高,可減少浸漬次數(shù),換熱效果亦優(yōu)于傳統(tǒng)浸漬工藝(三遍浸漬、三遍熱處理)。
因浸漬樹脂的耐腐蝕性能遠(yuǎn)低于石墨本身的耐蝕性,所以浸入量越多,耐腐蝕越差,耐溫差急性更差,因此一般要求浸入量不得超過10%。酚醛樹脂浸漬不透性石墨可滿足該類設(shè)備使用要求。不透性石墨材料經(jīng)180∽300℃中溫處理,可以增大浸漬樹脂穩(wěn)定性,延長設(shè)備使用壽命。
1.3 石墨化程度
石墨材料一般可分為半石墨化電極(再生電極)和石墨化電極兩大類。再生電極熱導(dǎo)率低于石墨化電極,不宜用作導(dǎo)熱材料。石墨化電極熱導(dǎo)率λ=100∽130w/m·k或更高,耐溫差急變性能優(yōu)于再生電極。石墨化程度直接影響了設(shè)備的換熱效果,國外全部為細(xì)顆粒化工專用石墨化材料。我國新頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)《石墨制壓力容器》推薦使用接近國外標(biāo)準(zhǔn)的B級(jí)石墨材料。
2 圓塊孔式石墨換熱器結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
圓塊孔式石墨換熱器為目前較先進(jìn),性能較優(yōu)越的一種石墨換熱器。圓柱體換熱塊采用標(biāo)準(zhǔn)單元塊,具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,本結(jié)構(gòu)不采用膠結(jié)劑而采用聚四氟乙烯O型圈密封介質(zhì),加裝壓力彈簧作熱脹冷縮的自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu),采用短通道、增加再分配室以提高紊流效應(yīng)等,因而本換熱器具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐溫耐壓性能強(qiáng)、抗沖擊性能好、傳熱效率高、使用壽命長并便于檢修的特點(diǎn)。本系列產(chǎn)品廣泛用作加熱器、冷卻器、冷凝器。
技術(shù)特性: 設(shè)計(jì)溫度:-20~200℃(可以提高到320℃)
設(shè)計(jì)壓力:常壓~0.6MPa(亦可根據(jù)用戶需要設(shè)計(jì)、制造0.6~2.4MPa壓力的本型產(chǎn)品) 規(guī)格:3~400平方米
3 石墨換熱器傳熱計(jì)算
石墨設(shè)備應(yīng)用可分為液-液,液-氣換熱兩種形式。應(yīng)用圓塊孔式石墨換熱器的兩種流體的流向?yàn)殄e(cuò)流和簡單折流。即:縱向沿一個(gè)方向流動(dòng),而橫向(冷卻水或冷凍鹽水)與縱向呈垂直的方向先沿一個(gè)方向流動(dòng),然后折回向相反方向流動(dòng),如此反復(fù)地作折流運(yùn)動(dòng)。
其平均溫度的計(jì)算必須乘以校正系數(shù)εΔt,εΔt>0.8合理,否則需調(diào)整工藝參數(shù)。
石墨換熱器傳熱系數(shù)計(jì)算,可參照下表二、表三中數(shù)據(jù);介質(zhì)的垢層系數(shù)αd(w/m2·k)見表四。
石墨換熱器傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值 表二
序號(hào) 處 理 物 料 平均溫度℃ 換熱
形式 傳熱系數(shù)K w/(m2·k) 備 注
1 氯化氫氣體冷卻 100∽40 冷卻 34.89∽46.52 板式
2 氯化氫冷凝(97%HC1水冷) 75∽40 冷凝 34.89∽174.45 列管式
3 氯化氫冷凝(99%HC1鹽水冷) 40∽-15 冷凝 17.45∽34.89 列管式
4 鹽酸冷卻(21%HC1) 130∽25 冷卻 581.5∽930.4 列管、塊孔式
5 鹽酸冷卻(31%HC1) 80∽40 冷卻 348.9∽465.2 板式
6 列管式氣體冷卻器 34.89∽58.15
石墨設(shè)備在氯系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例 表三
序號(hào) 工 藝 設(shè) 備 使用工藝溫度℃ 工藝壓力MPa 傳熱系數(shù)K
w/(m2·k)
1 冷卻合成HC1氣體 冷卻器 400∽150 常壓 17.45∽69.78
2 氯乙烯餾出HC1氣體的
冷卻脫濕 冷凝器 70∽-15 0.01∽0.1 34.89∽174.45
介質(zhì)的垢層系數(shù)αd(w/m2·k) 表四
液體介質(zhì) 氣體介質(zhì)
鹽 酸 2907.5∽5815 HC1氣體 1918.95
冷凍鹽水 5815 不飽和氯化烴冷凝 2907.5∽5815
冷凍水 5815 C2氯化物 5815
一般的水 1860.8∽2907.5
總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式為:K=(αo-1+αi-1+∑αd-1+δ/λ)-1,式中:αo為管外(或服務(wù)側(cè))的導(dǎo)熱系數(shù);αi為管內(nèi)(或物料側(cè))的導(dǎo)熱系數(shù);αd為管內(nèi)、外(或換熱塊兩側(cè))的垢層系數(shù);δ/λ為石墨管(或換熱塊)材的熱阻。K值的大小決定石墨設(shè)備換熱效果的好壞,式中四項(xiàng)的最大值對(duì)K值的影響最大。
下面以山東濰坊某公司石墨冷卻器為例(工藝參數(shù)見表五),
工藝參數(shù) 表五
用 途 二級(jí)石墨冷卻器 總換熱量 150000KJ/h
對(duì)數(shù)平均溫差,℃ 26.12 工藝側(cè) 操作溫度,℃ 0∽-14
服務(wù)側(cè) 操作溫度,℃ -35∽-32 操作壓力,MPa 0.043∽0.074 操作壓力,MPa 0.4∽0.3 允許壓力降,MPa 0.001 允許壓力降,MPa 0.1
對(duì)氣液傳熱主要取決于氣相側(cè)傳熱系數(shù)(一般小于102數(shù)量級(jí)),與選擇石墨管還是換熱塊關(guān)系不大(δ/λ≈0,10-4數(shù)量級(jí))。氣相側(cè)傳熱系數(shù)采用列管式與圓塊孔式因結(jié)構(gòu)不同,換熱效果亦不同。
工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ):設(shè)備數(shù)據(jù)如下:規(guī)格型號(hào) YKC10-18/16-170II 換熱塊規(guī)格
Φ1000×350 縱向孔數(shù)據(jù) 665-Φ18 橫向(服務(wù)側(cè))冷卻面積,m2 168.36(孔道)
縱向(工藝側(cè))換熱面積,m2 169.08(孔道)
平均換熱面積,m2 168.72(孔道)
我公司YKC型石墨換熱器開發(fā)達(dá)到新的高度
近幾年來,YKC型石墨換熱器設(shè)備在化工物料濃縮、鋼板酸洗等行業(yè)應(yīng)用更加廣泛。YKC型石墨換熱器具有操作壓力較高,單元換熱塊換熱面積利用率高,維修成本較YKA型設(shè)備低等優(yōu)點(diǎn)。
自我公司生產(chǎn)了第一臺(tái)YKC80-20/16-90㎡設(shè)備以來,先后生產(chǎn)了立式(臥式)YKC30-120系列多臺(tái)。其中,YKC120系列190,250㎡設(shè)備為我廠開發(fā)的最新產(chǎn)品。
我廠YKC型換熱設(shè)備中換熱塊的加工采用專用的深孔鉆床,鉆頭定位精度高,一次可打透長度800mm,對(duì)鉆時(shí)同心度小于0.5mm。
YKC設(shè)備的開發(fā)及加工成功,既滿足了市場需求,又為我廠增加一個(gè)創(chuàng)匯的好項(xiàng)目。
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