圓塊孔式石墨換熱器在PVC行業的應用及工藝計算探討
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- 圓塊孔式石墨換熱器在PVC行業的應用及工藝計算探討[ 摘要 ] 介紹石墨制化工設備在 PVC 行業的應用情況，石墨原材料及不透性石墨生產過程對石墨制化工設備的影響，結合 PVC 工藝闡述了石墨制化工設備選型、使用及工藝計算、圓塊孔式與列管式石墨換熱器換熱效果對比等相關問題。
前言
圓塊孔式石墨換熱器廣泛應用于電石乙炔法 PVC 生產中與 HC1 氣體或鹽酸相關的工藝過程。主要設備有：氯氫處理工段二合一爐，氯化氫冷卻器，混合冷凍脫水用一、二級石墨冷卻器，預熱器及合成氣冷卻器，鹽酸冷卻器，乙烯氧氯化法工藝精餾工段中 EDC 冷卻器等。結構型式有：列管式和圓塊孔式石墨換熱器兩種。
1 原材料（不透性石墨）對圓塊孔式石墨換熱器性能的影響
不透性石墨具有耐腐蝕性好，熱導率高，使用溫度較高等優點。但因所采用的石墨原材料 ( 顆粒度、浸漬劑，石墨化程度等 ) 不同影響了設備的使用壽命和安全性。
1.1 顆粒大小
構成石墨母材的顆粒度越大，則材料體積密度越小，機械強度愈低。顆粒間的孔洞越大，鉆削孔時可能暴露更多通孔，孔隙率增高。為達到使用要求的致密性則浸漬劑的數量就會增多，影響浸漬質量和不透性石墨的導熱性。密度大，則機械強度越大。所以，選用體積密度高（細顆粒、 B 級）的母材進行浸漬熱處理，所加工生產的設備質量穩定性和安全性高，使用效果好。
1.2 浸漬劑
浸漬劑在石墨母材中填充空隙，浸漬劑種類的不同，將直接影響不透性石墨的耐腐蝕性。浸入量不同，則影響不透性石墨使用溫度和耐蝕程度。浸漬真空度大，加壓壓力高，可減少浸漬次數，換熱效果亦優于傳統浸漬工藝（三遍浸漬、三遍熱處理）。
因浸漬樹脂的耐腐蝕性能遠低于石墨本身的耐蝕性，所以浸入量越多，耐腐蝕越差，耐溫差急性更差，因此一般要求浸入量不得超過 10% 。酚醛樹脂浸漬不透性石墨可滿足該類設備使用要求。不透性石墨材料經 180 ∽ 300 ℃ 中溫處理，可以增大浸漬樹脂穩定性，延長設備使用壽命。
1.3 石墨化程度
石墨材料一般可分為半石墨化電極（再生電極）和石墨化電極兩大類。再生電極熱導率低于石墨化電極，不宜用作導熱材料。石墨化電極熱導率 λ =100 ∽ 130w/m · k 或更高，耐溫差急變性能優于再生電極。石墨化程度直接影響了設備的換熱效果，國外全部為細顆�；Ｓ檬牧�。我國新頒布的國家標準《石墨制壓力容器》推薦使用接近國外標準的 B 級石墨材料。
1.4 酚醛石墨壓型管
國內普遍采用。但酚醛石墨壓型管熱導率低（ λ =31.4 ∽ 40.7w/m · k ），熱膨脹系數高， 300 ℃ 中溫處理壓型管為 8.15 × 10-61/ ℃ ( 151 ℃ ) ，由此構成的管殼式換熱器的許用溫度一般在 130 或 150 ℃ 以下。
2 設備使用情況綜述
2.1 HC1 冷卻器
采用 7 ℃ 水將 HC1 氣體由 40 ℃ 冷卻至 15 ℃ 以下，選用石墨設備無特殊要求，傳統的列管式、圓塊式石墨設備均能滿足使用要求。對列管式石墨換熱器而言，采用的粘結樹脂與管板的粘接質量是關鍵，粘接樹脂氣孔率少，則強度高；熱處理溫度超過 130 ℃ ，比設備使用溫度高 20 -30 ℃ ，這樣設備出現質量問題的概率就會少。而圓塊孔式結構強度高，無粘接縫，故使用效果優于列管式（本工藝），加之大規格圓塊式設備（目前在用單臺面積達 300m2 以上）加工能力的提高，圓塊孔式將逐漸取代列管式（現我廠可加工石墨單元塊直徑 Φ 1400mm ）。
2.2 一、二級石墨冷卻器
采用 -35 ℃ 冷凍鹽水對混合氣體進行冷卻脫水，混合氣體溫度必須降至 - 12 ∽ -14 ℃ ，一、二級石墨冷卻器串聯使用。對石墨設備而言，耐低溫性能和殼體耐冷凍鹽水腐蝕要求較高，圓塊式優于列管式。對殼體要求必須內部焊縫焊透，鋼板材質為 16MnR ，殼體內部最好采用防腐涂料進行防腐處理。 ...
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