新型碳化硅陶瓷列管式石墨换热器

何飞 陆俊 冯亮 刘仍礼 缪世阳 陈燕（南通星球石墨设备有限公司，江苏 南通 226011）

新型碳化硅列管式石墨换热器具有碳化硅陶瓷的高强度、耐高温、高导热和全面的耐酸碱腐蚀特性。碳化硅是一种单相、无压烧结碳化硅陶瓷，具有高纯度、细晶和极低气孔率等优良特性。

1 新型碳化硅陶瓷列管式石墨换热器的结构

新型碳化硅陶瓷列管式换热器，内侧通腐蚀物料，外侧通冷却液、加热物料。腐蚀物料和外侧载体通过新型碳化硅陶瓷管壁换热。整体设备是由上下盖板及封头、管板、碳化硅陶瓷管构成。

碳化硅陶瓷管与两头的管板安装后，再安装于外壳内。两端碳化硅陶瓷管都可活动，用密封填料密封。用氟胶密封圈与外壳密封。由于新型碳化硅管子和碳钢外壳两者材料的膨胀系数不一样，设备在运行过程中，随着温度的变化，新型碳化硅管子与外壳的伸缩量不同。本设备是采用先进结构，两头的新型碳化硅管子可以自由的伸缩，保证了新型碳化硅管子在使用中不受温差应力而破坏。外壳中设有折流以提高传热效果。

该产品有以下优点：①高热导率；②突出的耐腐蚀性；③优异的热、力学性能；④可使用于高温、高压、强腐蚀、高磨损的极端环境中；⑤维修方便。

2 新型碳化硅陶瓷列管式换热器的用材

上下封头、管板部分采用浸渍石墨，外壳采用碳钢，根据介质的特性，可以选用酚醛树脂、呋喃树脂、四氟乳液；换热管为碳化硅陶瓷管。适用温度范围-45℃-1300℃，膨胀系数小。

用于制造新型碳化硅陶瓷列管式换热器的碳化硅材料具有以下优点：①化学性能稳定，具有高强度和高硬度，在极端高温和高压情况下仍具有超强的耐磨性和抗渗透性，容许介质以高速通过，可在1300℃高温下正常使用②优良的机械性能，③健康安全环保，在强腐蚀工况环境下不污染介质，能满足医药和食品行业的苛刻标准④高热导率，热导率远高于其他耐腐蚀材料，同样换热效率下使用更少的换热面积，允许更小的换热器尺寸，大大降低占用空间，降低使用成本⑤亲水性好⑥突出的耐腐蚀性，具有极高的耐腐蚀、抗氧化和耐冲蚀性能，可耐高浓度硫酸、硝酸、磷酸、混合酸、强碱、氧化剂，是唯一可耐氢氟酸腐蚀的陶瓷材料，具有极佳的使用寿命。

3 石墨容器制造工艺

3.1 不透性石墨元件制造过程

为了提高石墨元件的机械性能，石墨制压力容器元件常常进行三次浸渍和三次固化的工艺过程。（图1）

4 新型碳化硅陶瓷列管式石墨换热器的改进

图1 石墨加工制造过程

常规的石墨列管换热器多是把每根石墨换热管的两头与浮头用胶泥粘接起来，这就使在使用中由于膨胀系数的问题，热胀冷缩，石墨换热管很容易破坏。这种结果在使用中就得到了限制。而且在后期的维修中也增大了难度，问题是想把每根环的管子换下来还是一个很大的问题，不换就要堵管这就减少了整体设备的使用面积，严重影响了整套系统的使用。如图所示，这种结构就解决了上述问题，每根陶瓷换热管安装于浮头里面通过石墨套管与填料密封再用石墨套管挤压，保证密封零泄露。换管子只需要把两头的石墨套管和螺纹石墨管全部卸下就可以直接换管，保证了维修后的面积。

5 结语

在化工、医药、石油化工、冶金、轻工、食品、纺织及国防、电子、三废治理等国民经济众多领域，由于介质的强腐蚀性，要求诸多制作设备的材料，既要有耐腐蚀性，又要有优良的传热性能。而新型碳化硅陶瓷管就成为了理想的材料。常规的列管换热器使用压力比较低，而使用新型碳化硅陶瓷管使用压力可以大幅度的提高，保证了特殊情况下的使用工况，极大的拓展了换热器的类型。

列管式换热器是耐腐蚀容器中使用量较多、比较典型的化工单元设备，满足了化工生产工况的使用需要，在节能减排方面发展潜力巨大。作为新兴的化工设备，需要更多的人来关注和研究，共同促进耐腐蚀容器技术研究的发展。

[1]许志远石墨制化工设备北京：化学工业出版社，2002.

[2]龚健中等.石墨制化工设备设计.上海：上海科学技术出版杜，1989.

[3]朱小峰等 列管式石墨换热器失效原因及改进 南通化工管理 2014.