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圆块孔式石墨换热器在PVC行业的应用及工艺计算探讨
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  • 圆块孔式石墨换热器在PVC行业的应用及工艺计算探讨[ 摘要 ] 介绍石墨制化工设备在 PVC 行业的应用情况,石墨原材料及不透性石墨生产过程对石墨制化工设备的影响,结合 PVC 工艺阐述了石墨制化工设备选型、使用及工艺计算、圆块孔式与列管式石墨换热器换热效果对比等相关问题。
    前言
      圆块孔式石墨换热器广泛应用于电石乙炔法 PVC 生产中与 HC1 气体或盐酸相关的工艺过程。主要设备有:氯氢处理工段二合一炉,氯化氢冷却器,混合冷冻脱水用一、二级石墨冷却器,预热器及合成气冷却器,盐酸冷却器,乙烯氧氯化法工艺精馏工段中 EDC 冷却器等。结构型式有:列管式和圆块孔式石墨换热器两种。
    1   原材料(不透性石墨)对圆块孔式石墨换热器性能的影响
        不透性石墨具有耐腐蚀性好,热导率高,使用温度较高等优点。但因所采用的石墨原材料 ( 颗粒度、浸渍剂,石墨化程度等 ) 不同影响了设备的使用寿命和安全性。
    1.1   颗粒大小
        构成石墨母材的颗粒度越大,则材料体积密度越小,机械强度愈低。颗粒间的孔洞越大,钻削孔时可能暴露更多通孔,孔隙率增高。为达到使用要求的致密性则浸渍剂的数量就会增多,影响浸渍质量和不透性石墨的导热性。密度大,则机械强度越大。所以,选用体积密度高(细颗粒、 B 级)的母材进行浸渍热处理,所加工生产的设备质量稳定性和安全性高,使用效果好。
    1.2   浸渍剂
        浸渍剂在石墨母材中填充空隙,浸渍剂种类的不同,将直接影响不透性石墨的耐腐蚀性。浸入量不同,则影响不透性石墨使用温度和耐蚀程度。浸渍真空度大,加压压力高,可减少浸渍次数,换热效果亦优于传统浸渍工艺(三遍浸渍、三遍热处理)。
        因浸渍树脂的耐腐蚀性能远低于石墨本身的耐蚀性,所以浸入量越多,耐腐蚀越差,耐温差急性更差,因此一般要求浸入量不得超过 10% 。酚醛树脂浸渍不透性石墨可满足该类设备使用要求。不透性石墨材料经 180 ∽ 300 ℃ 中温处理,可以增大浸渍树脂稳定性,延长设备使用寿命。
    1.3   石墨化程度
        石墨材料一般可分为半石墨化电极(再生电极)和石墨化电极两大类。再生电极热导率低于石墨化电极,不宜用作导热材料。石墨化电极热导率 λ =100 ∽ 130w/m · k 或更高,耐温差急变性能优于再生电极。石墨化程度直接影响了设备的换热效果,国外全部为细颗粒化工专用石墨化材料。我国新颁布的国家标准《石墨制压力容器》推荐使用接近国外标准的 B 级石墨材料。
    1.4   酚醛石墨压型管
        国内普遍采用。但酚醛石墨压型管热导率低( λ =31.4 ∽ 40.7w/m · k ),热膨胀系数高, 300 ℃ 中温处理压型管为 8.15 × 10-61/ ℃ ( 151 ℃ ) ,由此构成的管壳式换热器的许用温度一般在 130 或 150 ℃ 以下。
    2   设备使用情况综述
    2.1   HC1 冷却器
        采用 7 ℃ 水将 HC1 气体由 40 ℃ 冷却至 15 ℃ 以下,选用石墨设备无特殊要求,传统的列管式、圆块式石墨设备均能满足使用要求。对列管式石墨换热器而言,采用的粘结树脂与管板的粘接质量是关键,粘接树脂气孔率少,则强度高;热处理温度超过 130 ℃ ,比设备使用温度高 20 -30 ℃ ,这样设备出现质量问题的概率就会少。而圆块孔式结构强度高,无粘接缝,故使用效果优于列管式(本工艺),加之大规格圆块式设备(目前在用单台面积达 300m2 以上)加工能力的提高,圆块孔式将逐渐取代列管式(现我厂可加工石墨单元块直径 Φ 1400mm )。
    2.2   一、二级石墨冷却器
        采用 -35 ℃ 冷冻盐水对混合气体进行冷却脱水,混合气体温度必须降至 - 12 ∽ -14 ℃ ,一、二级石墨冷却器串联使用。对石墨设备而言,耐低温性能和壳体耐冷冻盐水腐蚀要求较高,圆块式优于列管式。对壳体要求必须内部焊缝焊透,钢板材质为 16MnR ,壳体内部最好采用防腐涂料进行防腐处理。 ...
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