石墨熱交換器(graphite heat exchanger)

　　以不透性石墨為基材制造的換熱設備。

　　簡史 石墨熱交換器是石墨設備中使用*多、比較典型的化工單元設備。自20世紀30年代問世以來，石墨熱交換器發展非常迅速。大量性能優良的石墨熱交換器使用在處理除強堿、強氧化性介質外的鹽酸、硫酸、檸檬酸、農藥中間體等各種介質的工藝過程中，在化學工業、食品工業、制藥工業等眾多工業部門得到廣泛的應用，主要用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發等化工單元操作。由于石墨導熱性好、耐腐蝕性能優異、不污染介質，石墨熱交換器已大量替代不銹鋼或其他貴重金屬制造的熱交換器，解決了化工等行業中許多設備的耐腐蝕問題。

　　石墨熱交換器的規格已實現了大型化，列管式的換熱面積*大已達1670m2。圓塊孔式系列中，換熱面積*大的已達1950m2，已支付使用的已達1200m2。石墨熱交換器的設計溫度，除酚醛樹脂浸漬的為170℃外，二乙烯基苯浸漬的可達320～500℃。在惰性氣氛中，某些品種的石墨熱交換器使用溫度可高達800℃，乃至1200℃。石墨雖屬于脆性材料，但如果設計、制造與使用得當，石墨熱交換器的使用壽命也很長。

　　分類 石墨熱交換器按結構形式分，可分為列管式、塊孔式、噴淋式、沉浸式等多種形式。其中，應用*廣的是列管式和塊孔式石墨熱交換器。按它們在工藝過程中的應用分，又可分為蒸發器、加熱器、冷卻器、冷凝器等數種。

　　列管式石墨熱交換器 通常由圓筒形金屬外殼和裝于外殼內的由不透性石墨管道與管板粘接而成的管束及安于兩端的不透性石墨封頭構成。管束一端與筒體通過法蘭連接固定，另一端采用填料函結構，使管束與外殼可以在軸向相對移動，以消除熱應力對設備的不良影響。管內外流體通過石墨管壁進行傳熱。這種石墨熱交換器的結構形式見圖1。列管式石墨熱交換器具有結構簡單，制造方便，價格較低；可用于冷卻、冷凝、加熱、再沸等各種工藝過程，也適用于升、降膜式蒸發；流體阻力小，重量輕，維修、清洗方便等優點。其缺點是，抗熱震性及水錘沖擊性能較差。列管式石墨熱交換器的允許使用溫度視所用管材為壓型酚醛石墨管還是浸漬石墨化管而有較大差異，前者通常為120～130℃，后者則可在170℃下長期使用而不損壞。這種型式石墨熱交換器的允許使用壓力一般不超過1MPa。若采用強化措施，如使用炭纖維增強的石墨管，允許使用壓力還可提高。也可以將石墨加工成帶翅片的翅片管，以改善其傳熱效果。

　　塊孔式石墨熱交換器 有圓塊孔式和矩形塊孔式兩種型式。它們都是由石墨熱交換塊疊裝而成，二端有導流腐蝕性介質的石墨封頭，一般配有金屬外殼(圓塊孔式)或兩側平板(矩形塊孔式)，以集流載熱體。石墨熱交換塊是在不透性石墨塊上加工有互不相通的兩種通道的標準零件。流過兩種通道的物料通過通道間余留在石墨塊體上的間壁進行間壁式傳熱。兩種通道絕大多數為空間互相垂直，但也有互相平行或空間斜交的。這種石墨熱交換器的結構形式見圖2。

　　塊孔式石墨熱交換器的優點是，結構強度高，耐用性好，并能承受一定的熱沖擊和水錘沖擊，不易損壞；結構緊湊，占地面積小；零件通用性好，采用標準零件積木式組裝，制造、拆裝、檢修方便；不采用黏接劑，因而可提高使用溫度，延長使用壽命。它的缺點是，流體阻力較大，并且不適用于膜式蒸發和處理易結垢堵塞的介質。塊孔式石墨熱交換器的許用溫度根據浸漬石墨塊材所用浸漬劑的種類也有較大差異，如用酚醛樹脂作浸漬劑，則允許使用溫度為150～165℃，而用聚四氟乙烯分散液作浸漬劑，使用溫度可提高到230℃。塊孔式石墨熱交換器的使用壓力一般也不超過1MPa，但有的結構型式的塊孔式石墨熱交換器的使用壓力可高達1.6MPa。

　　制造工藝 見圖3、圖4。

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