世界各國(guó)石墨換熱器的生產(chǎn)制造工藝技術(shù)方案

世界各國(guó)石墨換熱器的生產(chǎn)制造工藝技術(shù)方案常見的有四條。

第一條為壓型不透性石墨工藝，將要人工合成石墨粉與防腐蝕涂料混和，經(jīng)壓型、干固、機(jī)械加工制造和安裝而成。該工藝生產(chǎn)制造周期時(shí)間短，生產(chǎn)制造便捷，低成本，生產(chǎn)制造的熱交換器沖擊韌性高，但熱傳導(dǎo)特性相對(duì)性較低。原蘇聯(lián)、日本和在我國(guó)常采用這類技術(shù)性，適用生產(chǎn)制造列管換熱器石墨換熱器。如原蘇聯(lián)ATM 一型石墨商品，其秘方為粗顆粒物人工合成石墨33%，細(xì)顆粒物人工合成石墨43.6%，脲醛樹脂23.4%。 [3] 中國(guó)制造業(yè)企業(yè)采用這類工藝生產(chǎn)制造了大批量的石墨換熱器。為了更好地使石墨換熱器能解決一些獨(dú)特物質(zhì)，世界各國(guó)還采用了不一樣的粘接劑。如原蘇聯(lián)諾契爾斯克電級(jí)廠為了更好地提升石墨換熱器的耐腐蝕特性，進(jìn)行了用酚醛樹脂咪唑光固化樹脂的科學(xué)研究，并得到了一定的成果。中國(guó)許多公司從上世紀(jì)70時(shí)代逐漸生產(chǎn)制造聚乙烯壓型石墨管，用以生產(chǎn)制造列管換熱器石墨換熱器。有的仍在這個(gè)基礎(chǔ)上添充玻纖以提升石墨坯材的抗壓強(qiáng)度。

第二條為電級(jí)浸漬脲醛樹脂的工藝，即采用粗顆粒狀的焦炭與瀝青膠泥混和，經(jīng)擠壓加工、培燒、石墨化、浸漬、機(jī)械加工制造，再安裝而成。這類工藝生產(chǎn)制造的石墨原材料硬度高，導(dǎo)熱性好，可以做成規(guī)格型號(hào)大、傳熱總面積大的塊孔式或列管換熱器石墨換熱器，但生產(chǎn)制造時(shí)間長(zhǎng)，成本費(fèi)較高，板材的粒度分布粗。這類工藝曾在世界各地的運(yùn)用非常普及化，如今已基本上取代。而現(xiàn)階段在我國(guó)絕大多數(shù)石墨換熱器是采用這類工藝生產(chǎn)制造。

第三條是綜合型工藝技術(shù)方案，即采用細(xì)顆粒物的人工合成石墨粉與瀝青膠泥混和后，經(jīng)震動(dòng)成形、培燒、浸漬環(huán)氧樹脂、生產(chǎn)加工、安裝而成，產(chǎn)品成本較第一、二種工藝線路低得多，做成的石墨原材料硬度高，品質(zhì)平穩(wěn)，尤其是石墨化電級(jí)緊缺時(shí)，實(shí)際意義更高。在我國(guó)吉林市江城碳素廠就采用這類工藝生產(chǎn)制造塊孔式石墨換熱器。 [3]

第四條為采用化工廠專用型石墨浸漬環(huán)氧樹脂的工藝技術(shù)方案。即把細(xì)顆粒物的煅燒石油焦(顆粒度為0.1—0.2mm)與瀝青膠泥混和，經(jīng)熱軋帶鋼、研磨成粉、模壓、培燒、石墨化、浸漬環(huán)氧樹脂、機(jī)械加工制造再安裝而成。這類不透性石墨原材料顆粒物微小、致相對(duì)密度高、應(yīng)用工作壓力達(dá)0.5—1.5MPa、換熱效很好，可以做成高品質(zhì)的石墨換熱器，工業(yè)生產(chǎn)資本主義國(guó)家廣泛采用這類工藝生產(chǎn)制造石墨換熱器。中國(guó)化工廠項(xiàng)目建設(shè)引入的石墨換熱器一般均為這產(chǎn)品。中國(guó)東新電碳廠自1981年至今，采用性能卓越細(xì)顆粒物構(gòu)造的不透性石墨原材料，生產(chǎn)制造了KSH系列產(chǎn)品圓塊孔式石墨換熱器，做到國(guó)外同類商品水準(zhǔn)。 [3] 以上四條工藝線路中，在我國(guó)關(guān)鍵采用前三種工藝機(jī)構(gòu)生產(chǎn)制造石墨換熱器，其品質(zhì)與國(guó)外產(chǎn)品對(duì)比還有一定差別。因此“八五”方案至今我國(guó)將四條工藝線路列入重要技術(shù)設(shè)備科技攻關(guān)，授權(quán)委托東新電碳廠等企業(yè)進(jìn)行相對(duì)的科學(xué)研究，并得到了一定的成效。

自然，與量大范圍廣的金屬材料熱力設(shè)備相較為，石墨熱力設(shè)備沖擊韌性低和應(yīng)用溫度不高的缺點(diǎn)較為顯著，因此，近些年世界各國(guó)科學(xué)研究和生產(chǎn)制造單位采用了很多對(duì)策以提升石墨熱力設(shè)備的整體特性。

最先是采用原材料提高技術(shù)性，石墨換熱器用浸漬石墨塊的采用在石墨原材料表層涂覆耐磨襯板金屬氧化物的方式，提升斬假石的耐磨損蝕性，適合于在流動(dòng)速度快、固態(tài)成分大的物質(zhì)中應(yīng)用。法國(guó)西格內(nèi)企業(yè)研發(fā)了這類表層涂覆耐磨襯板金屬氧化物鍍層的OIABON石墨斬假石。除此之外，當(dāng)列管式換熱器用以解決帶有較多固態(tài)顆粒物或流動(dòng)速度迅速而存有浸蝕風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)所時(shí)，還可以在焊縫的入料側(cè)涂腐這類鍍層，而涂腐這類方式的費(fèi)用并不高。石墨換熱器用提高石墨管的先將碳纖維材料束滲入環(huán)氧樹脂或樹脂飽和溶液，隨后盤繞在石墨管的外表層，盤繞后，把水管加溫到120—180℃，使環(huán)氧樹脂干固產(chǎn)生穩(wěn)固的傳力橋。這類提高石墨管即使在負(fù)荷急劇下降和內(nèi)應(yīng)力起伏時(shí)，也可以維持其提高實(shí)際效果。石墨管中間、筒體與石墨管中間的粘接抗壓強(qiáng)度也取得了提升，石墨管的破裂工作壓力可擴(kuò)大30—40%。次之是開發(fā)設(shè)計(jì)浸漬劑種類。浸漬石墨的不透性是靠浸漬來(lái)完成的。因而浸漬劑的品質(zhì)可以直接危害石墨換熱器的性能指標(biāo)。常見的浸漬劑有熱固性塑料、高粘度的脲醛樹脂、改性材料脲醛樹脂、糠酮環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂等，應(yīng)用水溫約170℃。

與此同時(shí)，世界各地還開發(fā)設(shè)計(jì)出一些與眾不同的浸漬劑，如日本開發(fā)設(shè)計(jì)的二乙烯基苯環(huán)氧樹脂N210產(chǎn)品系列，應(yīng)用環(huán)境溫度一般為180—320℃，大大的擴(kuò)展了石墨換熱器的運(yùn)用范疇。而英國(guó)開發(fā)設(shè)計(jì)了聚酯環(huán)氧樹脂做為石墨原材料的浸漬劑，用以生產(chǎn)制造食品類工業(yè)級(jí)熱力設(shè)備。除此之外美、法、日、原蘇聯(lián)等國(guó)為使石墨換熱器能在持續(xù)高溫下應(yīng)用，采用了“碳浸漬法”，即采用碳含量較高的氮化合物在持續(xù)高溫下氣相色譜熱裂解，使其產(chǎn)生的熱裂解碳堆積在碳孔隙度中，以做到石墨原材料的不透水性。這類原材料制作而成的石墨換熱器的應(yīng)用溫度達(dá)到400℃。在我國(guó)除常見的脲醛樹脂和少量的聚四氟乙烯浸漬的石墨換熱器外，在浸漬劑開發(fā)設(shè)計(jì)層面與全球水準(zhǔn)還有一定的差別。

三是改善石墨換熱器構(gòu)造，提升設(shè)施的性能指標(biāo)和運(yùn)作可靠性。歐帆炭素企業(yè)的塊孔式熱交換器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)今世界是更為取得成功的，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)取決于加強(qiáng)液態(tài)的流通性，在石墨塊的上、下兩邊表面開一條相對(duì)高度為2—3mm的滲流槽，拼裝層疊后將組成滲流提高器。雖然該公司的GMS/8型熱交換器通常設(shè)計(jì)為多管程結(jié)構(gòu)形式，但因?yàn)樵诟鲗又虚g均配有滲流提高器且長(zhǎng)徑比做到13.5，因此提升了傳熱效。除此之外根據(jù)采用多殼程構(gòu)造，在每2個(gè)傳熱塊正中間放一折流板，與外殼側(cè)折流板分開，強(qiáng)制性液體經(jīng)橫著孔道流動(dòng)性以提升換熱效。