影响石墨列管换热器在高温介质环境使用的分析

周贺峰

摘要：石墨列管换热器具有良好的耐腐蚀性能，传热性能好，并且拆装便捷，易于检修，尤其是在粘胶化纤行业应用广泛。但是由于石墨列管换热器整体在抗拉和抗弯的强度方面较低。尤其在高温蒸汽的使用环境下，容易发生石墨管破损情况。文章重点分析在高温蒸汽与硫酸酸浴介质换热时，影响石墨列管换热器损坏的原因，以及相关的解决措施。供生产参考借鉴。

关键词：石墨;换热器;高温介质;定距折流板

中图分类号：TQ127.11;TH136   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）04-0112-01

Abstract： The graphite tube heat exchanger has good corrosion resistance， good heat transfer performance， and convenient disassembly， easy maintenance， especially in the viscidity industry is widely used. However， the strength of tensile and flexural strength of the graphite tube heat exchanger as a whole is low. Especially under the condition of high temperature steam， it is easy to break the graphite pipe. In this paper， the causes affecting the damage of the graphite tube heat exchanger during the heat exchange between high temperature steam and sulfuric acid bath medium and the related solutions are analyzed. For production reference.

Key words：graphite; Heat exchanger; High temperature medium; Constant distance baffle

1 石墨列管換热器概述

目前石墨列管式换热器已经广泛应用于化工行业的生产中。因为换热器的结构简单、制造方便的特点，同时由于石墨材料利用率高，设备整体介质流体阻力小等优点，在粘胶化纤行业起到越来越重的作用。

2 石墨列管换热器的工作原理

石墨列管换热器的工作原理是：当进行热交换时，-种介质由连接的管路进入壳体，再换热后从壳体上的另一管口处流出，这一过程称之为壳程;那么另一种介质由连接的管路从封头进入，在管内流动进行换热，换热后从另一端的封头连接管管流出，这一过程称之为管程。

石墨列管换热器分别由钢衬胶壳体，钢衬胶上下封头 、上下石墨管板、密封胶圈、石墨管、封头垫等组成。

3 在高温环境中使用存在的问题

目前， 当石墨列管换热器用于高温蒸汽和高温硫酸溶液环境中时，会出现设备机械强度低，设备密封性能较差，容易渗漏等现象。

3.1首先因为列管式换热器的石墨管大多使用的是酚醛石墨压型管，简单过程是由粉碎拌料，将石墨粉和树脂、固化剂搅拌均匀，将均匀的石墨粉加压成型（胚体）投料，再由机头加热挤管，同时控制挤管速度、观察温度变化，在经过自然冷却、熟化，再加热、冷却、熟化的过程。由于制作工艺的局限，石墨管会含有少量铁离子杂质，当与酸接触时，容易被腐蚀。另外，挤管成型的温度处理较低、压力较低，造成石墨管热应力不能充分释放，石墨管较疏松，强度不高，热膨胀系数不均匀。在生产使用中，管板受介质压力作用必然发生变形，一是连接设备之间发生方向各异的纵向拉伸或压缩;二是随着换热器各零部件变形的不均匀导致管板挠曲时换热管发生弯曲，此时越靠近边缘的管子弯曲越大。而有缺陷的石墨管若布置在受力变形较大的区域，很容易发生断裂导致泄漏。

3.2石墨管与管板的连接形式。石墨管换热器的管板与石墨管的密封多采用橡胶圈形式。这种密封方式对橡胶圈的制作、安装的要求较高。在生产使用过程中，由于高温蒸汽和高温酸浴影响，如果装配精度出现偏差，密封橡胶圈会脱出管板造成介质渗漏。另外，橡胶圈长期在高温环境下使用，会出现变性硬化情况，在更换密封胶圈时造成检修困难，需要整体损坏石墨管才能更换，既浪费时间，不节约备件。

3.3由于单根石墨管的尺寸为长4米，外径为φ35mm的中空管，在换热器组装时在石墨管安装时，石墨管受到安装应力会出现不同程度的弯曲变形，这些出现形变会成为日后使用过程中的隐患因素，成为石墨管容易破损的部位。

3.4在高温蒸汽环境中使用时，由于温差的变化，石墨管及其它各部件产生形变，由于各组件膨胀系数的不同，造成伸长和收缩量不一致。同时由于石墨管安装时产生的应力弯曲，会加剧石墨管在高温环境中蒸汽的影响，加大受损的概率。

4 解决措施

4.1针对石墨管受到高温形变而无法消除应力的问题，可采用通过螺纹石墨管与O型圈密封，当石墨管因温度变化引起的膨胀形变可严轴向自由滑动，从而消除温度应力，减少设备的损坏频率。同时检修时可取下两头的螺纹管，石墨管直接拔出更换，保证设备检修的灵活性。

4.2在换热器壳体中加设折流挡板，这样可以将石墨管中间部位固定，防止石墨管在安装过程中由于应力作用出现的弯曲形变，提升设备整体的强度。同时，增加折流挡板后，可以增加介质的流速和改变介质的流动方向，让介质充分进行换热，用以提高设备整体的传热效率。

4.3管壳式石墨换热器的安装质量至关重要。因此在组装时根据装配情况，准备装配工具并对工具和组装部件的尺寸进行实际校核。首先，对整体部件进行全面的清点、核对后，进行衬胶件的检查，要经过表面外观检测、锤击检测和电火花检测后，可进行维修装配，检测结果记入阶段验收档案。再根据设备装配图，花板正确取向，把花板固定在罐体两端，对花板取向复核后，螺栓紧固，保证胶垫受力均匀，并压牢、压实。同时在换热器使用的过程中，应严格控制工艺指标范。

结语：随着国内粘胶化纤产量的逐年增加，石墨制化工设备在黏胶化纤生产中的应用越来越广泛。列管式石墨换热器是石墨制容器中使用量较多、比较典型的化工单元设备，既满足了化工生产的需要，又节约了金属材料，同时在节能减排方面发展潜力巨大。作为越来越受欢迎的化工设备，保证设备的使用强度和满足不同环境下的使用需求，需要更多的投入和研究，共同促进粘胶行业的发展和石墨换热器技术研究的发展。

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