聚四氟乙烯換熱器現(xiàn)狀和應(yīng)用

1、聚四氟乙烯換熱器現(xiàn)狀和應(yīng)用聚四氯乙烯換熱器是一類重要的化工換熱設(shè)備，它地開發(fā)、發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)歷了二十多年的演變歷程，現(xiàn)已擁有許多不同結(jié)構(gòu)，不同用途及性能的聚四氯乙烯制品。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中使用較為普遍的是列管式和盤管式換熱器。本文結(jié)合幾年來它在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，系統(tǒng)介紹一下其發(fā)展現(xiàn)狀，工業(yè)應(yīng)用，行業(yè)調(diào)研等方面，談一談一些看法及其今后的發(fā)展方向。，1據(jù)四氯乙烯換熱器的發(fā)展聚四氯乙烯換熱器和國際上化工設(shè)備的新品種，由于聚四氯乙烯材質(zhì)耐蝕性冠于多種合金，非金屬甚至貴金屬，如黃金、銀、鋯等，故此類設(shè)備多解決制藥工業(yè)，石油化工等強(qiáng)腐蝕性流體物料的換熱問題具有重要意義。據(jù)資料報(bào)道，已有美、英、法、德、意、日

2、等國家，多家工廠企業(yè)廣泛地使用了這種新設(shè)備，而我國此項(xiàng)設(shè)備的制造和應(yīng)用尚沒有全面鋪開。1965年美國杜邦公司研制成功聚四氯乙烯鹽酸冷凝吸收器，代替了傳統(tǒng)的陶瓷鹽酸冷凝吸收器、玻璃冷凝吸收器及石墨設(shè)備，極大地提高了熱換設(shè)備的耐蝕性和換熱介質(zhì)的潔凈率。在石油化工、硫酸、醫(yī)藥電鍍、輕工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1983年鄭州工學(xué)院開展了此種設(shè)備的研究工作。其目的旨在開發(fā)此類換熱器的制造方法，并制出工業(yè)用制品，進(jìn)行使用積累數(shù)據(jù)。取得了較多的成果，介紹如下。1.1氯塑料換熱器制造工藝(1)自創(chuàng)了一種氯塑料換熱器F-4管板限施壓加熱焊接性工藝，解決了管式聚四氯乙烯換熱器制造的技術(shù)關(guān)鍵。目前此工藝已用于工業(yè)性

3、生產(chǎn)。其技術(shù)為鄭州工學(xué)院獨(dú)創(chuàng)，其特點(diǎn)為所需設(shè)備簡單，投資少，解決問題。(2)鄭州工學(xué)院與錦西化工總廠協(xié)作研究了F-46蜂狀管板焊接法和F-46管板熔加熱焊接法，后者已用來制造出工業(yè)用的F-46換熱器制品。1.2工業(yè)用的各種聚四氯乙烯換熱器設(shè)計(jì)、試制自1985年至今已設(shè)計(jì)試制了多種結(jié)構(gòu)不用的氟塑料換熱器，如管殼式、盤管侵入式和U型管侵入式，輕工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用考試，認(rèn)為其中有數(shù)種效果理想，在國內(nèi)已開始生產(chǎn)供應(yīng)工業(yè)需要。設(shè)計(jì)、是指產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)標(biāo)記如下：目前以生產(chǎn)試制并在工業(yè)上應(yīng)用的聚四氯乙烯換熱器最大換熱面積達(dá)140平方米/臺(tái)。管束換熱器管根數(shù)1400根。2我過聚四氯乙烯換熱器的應(yīng)用現(xiàn)狀2.1分類目

4、前聚四氯乙烯換熱器的類型較多，性能各有特色，按不同的原則可以作出不同的分類，大體上可以分為以下幾種：(1) 管殼式：是應(yīng)用領(lǐng)域最廣，使用量最大的一類，目前單臺(tái)最大面積達(dá)80平方米。(2) 侵入式：有兩類，一類是U型侵入式，一類為盤管侵入式。由于采用的材質(zhì)F4化學(xué)性能穩(wěn)定，即使在能溶于黃金的水中煮沸亦不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，因此制品可用于強(qiáng)酸，強(qiáng)堿強(qiáng)氧化劑等流體物料的換熱過程，例如用來作苛性溶液、氫氟酸、硝酸混合物、20%發(fā)煙硫酸、冷凝之用。由于F4表面的自由能很低，只有8X10-6N/cm2,加上其膨脹系數(shù)較一般污垢的大，所用管子具有擾性，易于震動(dòng)，這就大大減少了結(jié)垢堵塞的機(jī)會(huì)。列管管束采用薄壁細(xì)管，單

5、位體積內(nèi)包容的換熱面積比普通列管式增加了數(shù)倍，彌補(bǔ)了F4用做傳熱材料其導(dǎo)熱系數(shù)過低的缺點(diǎn)。在一般情況下，設(shè)備的總傳熱系數(shù)209.34290.75W/m2.k，同時(shí)由于采用了小口徑換熱管，設(shè)備在使用溫度范圍內(nèi)，管程殼程均能承受介質(zhì)的一定壓力，需用使用溫度范圍：-50°C150°C。需用使用壓力范圍：管程許用壓力0.5MPa,殼程許用壓力0.3MPa。2.2聚四氯乙烯換熱器在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用自1975年研制成功以來已制造了一大批不同類型的工業(yè)用F4換熱器制品，這些制品已投入生產(chǎn)中應(yīng)用，其中一些類型的制品在應(yīng)用中由于各種因素效果不佳，絕大部分應(yīng)用成功，其中摘取FHLK-6X0.5

6、-325-10型在生產(chǎn)中取得的顯著效果加以介紹：(1)聚四氯乙烯FHLK-6X0.5-3-10型管殼式換熱器應(yīng)用情況：應(yīng)用單位：北京第二制藥廠；應(yīng)用設(shè)備型號(hào)：FHLK-6X0.5-325-10；應(yīng)用工藝條件：維生素B6生產(chǎn)流程有機(jī)溶媒，鹽酸，水蒸氣混合工段冷凝，管程：有機(jī)溶媒，鹽酸，水蒸汽溫度100C。壓力，微負(fù)壓。殼程：冷卻水、常溫。壓力：0.2MPa。測(cè)定數(shù)據(jù)：管程進(jìn)口：有機(jī)溶媒，鹽酸(冷凝液)平均溫度45C。操作時(shí)間：3小時(shí)左右。產(chǎn)量:有機(jī)溶媒，鹽酸冷凝液150公斤左右(約50Kg/h).從1992年至今已正常運(yùn)轉(zhuǎn)十三年仍在繼續(xù)使用。效果：(1)原鋼制設(shè)備安裝后使用一次就發(fā)現(xiàn)腐蝕，后改用

7、石墨冷凝器，平均壽命一年，且安裝維修易出現(xiàn)問題。換上F4換熱器后已正常運(yùn)轉(zhuǎn)十幾年，較前者壽命長十幾倍，仍在繼續(xù)使用，且穿熱效率穩(wěn)定。(2)安裝簡易，運(yùn)輸方便，制品有鄭州用汽車運(yùn)送北京，途中經(jīng)受顛簸震動(dòng)，安裝使用均未發(fā)現(xiàn)由此造成的異?，F(xiàn)象。北京第二制藥廠已作出這種聚四氯乙烯換熱器的應(yīng)用小結(jié)，認(rèn)為實(shí)踐證明使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果十分明顯，這種設(shè)備真正做到小巧玲瓏，高效耐用，深受車間操作同志歡迎。并認(rèn)為聚四氯乙烯換熱器在工業(yè)上的應(yīng)用，是打破外國獨(dú)有填補(bǔ)我國空白，為化學(xué)工業(yè)發(fā)展解決難題開辟了一條新的途徑。3存在的問題及發(fā)展方向就目前來講，聚四氯乙烯換熱器管板焊接技術(shù)操作較難掌握，制作海達(dá)不到機(jī)械化和自動(dòng)化，

8、尚待進(jìn)一步探索改進(jìn)。氟塑料換熱器與其它任何材質(zhì)的換熱器一樣不是任何條件下都能使用的設(shè)備，應(yīng)用時(shí)必須根據(jù)他的特性，合理使用才能收到預(yù)期技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。由于采用小口徑薄聚四氯乙烯換熱管，使其使用溫度范圍和耐壓程度受到極大限制，也必須防機(jī)械性損傷。同時(shí)為預(yù)防較大介質(zhì)克里產(chǎn)生堵塞，有必要再換熱器入口處安裝顆粒分離器。如果顆粒濃度不高，采用定期使流體反向通過也可以，這樣從一定程度加強(qiáng)了設(shè)備的適用性。聚四氯乙烯的關(guān)板焊接工藝原理不同于鋼制換熱器管板焊接，加上其材質(zhì)所限，就目前來講無法進(jìn)行，內(nèi)部焊接質(zhì)量檢測(cè)，只能通過宏觀檢驗(yàn)手段如水壓試驗(yàn)和氣密性實(shí)驗(yàn)來確定含界面的牢固性。對(duì)含界面上存在的個(gè)別缺陷無法立即確定，

9、只能在使用一段時(shí)間后定期檢查彌補(bǔ)。聚四氯乙烯換熱器具有十分廣闊的發(fā)展前景，加強(qiáng)對(duì)F4基材料研究以提高產(chǎn)品的應(yīng)用范圍是今后發(fā)展的主要方向，努力開發(fā)新品種，新系列以適應(yīng)市場(chǎng)。我國市場(chǎng)廣闊，硫酸，化肥，醫(yī)藥等行業(yè)設(shè)備也要更新?lián)Q代，因而需大量的、先進(jìn)的據(jù)四氯乙烯設(shè)備。換熱器家族中的一朵奇葩一、換熱器ABC在工業(yè)生產(chǎn)中，為了工業(yè)流程的需要，往往需要進(jìn)行各種不同方式的熱量變換，如：加熱、冷卻、蒸發(fā)赫冷凝等，換熱器就是用來實(shí)現(xiàn)上述熱量交換與傳遞的設(shè)備。通過各種設(shè)備，一邊使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足生產(chǎn)鞏義的需要。換熱器應(yīng)用極為廣泛，使實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)必不可少的設(shè)備，它通常占化工廠總投資的1

10、0%20%，在是由工業(yè)，換熱器設(shè)備約占全部工藝設(shè)備投資的35%40%。在化工生產(chǎn)的熱交換過程中，除了遇到高溫高壓、深冷等一些條件外，還常常伴隨一些腐蝕性很強(qiáng)的無聊，這就不僅要求實(shí)現(xiàn)工藝流程需要的熱交換，同事要求這些設(shè)備必須具有抗腐蝕性能。因而化工生產(chǎn)對(duì)制造換熱器以及用不銹鋼赫鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器就是噶怒防腐需要而生產(chǎn)的。二、聚四氟乙烯換熱器以其有一的性能獨(dú)樹一幟用石墨、玻璃、陶瓷及鈦、鉭、鋯等材料制成的換熱器具有防腐性能，但仍存在很大的局限性。例如：用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的換熱器盡管其防腐性較好，但有易碎、體積大、導(dǎo)熱性能差、效率低等缺點(diǎn)。用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器，

11、雖導(dǎo)熱性好，但價(jià)格昂貴，一般用戶難以承受，如：鋯、鈦換熱器價(jià)格是不銹鋼換熱器價(jià)格的5倍。在我國目前國立情況下難以大面積推廣。聚四氟乙烯又稱泰佛隆，簡稱F4,是工程塑料的一種，它具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。已它為主要原料制成的換熱器具有極耐腐蝕、極好的表面不沾性、較快的溫度范圍赫耐老化壽命長等優(yōu)點(diǎn)。是解決強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)氧化介質(zhì)傳熱過程中的理想設(shè)備。F4換熱器除了在高溫下，元素氟、熔融狀態(tài)金屬及其銨溶液、三氟化氯、六氟化鈾及全氟煤油能與其反應(yīng)外，對(duì)于其它物質(zhì)在其使用范圍內(nèi)均幾乎不作用。如象：濃鹽酸、氫氟酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、草酸、苛性鈉、次氯酸鈉、偏硅酸鈉、苯、二甲苯額、丙酮、乙醇、王水等百余種強(qiáng)腐蝕

12、、強(qiáng)氧化性化學(xué)物質(zhì)均不與其發(fā)生反應(yīng)。F4換熱器的使用溫度范圍較寬且耐老化壽命長。F4制品可在-180+250°C范圍內(nèi)長期使用，雖在換成換熱器后，其使用范圍略有縮小，但仍比一般工程塑料包括F46制品的使用范圍要寬的多。由于其分子中不含光敏基因及其管子有較好的撓性，因而長年在大氣中曝露，表面無任何變化，當(dāng)其管壁厚為0.4mm時(shí)，其穹曲疲勞壽命為20萬次。F4換熱器體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊抗污塞是其最大的優(yōu)點(diǎn)。盡管氟塑料的傳熱系數(shù)較低，但因其表面光滑不結(jié)垢和采用小管徑（通常©36mm）薄壁管（一般壁厚在0.31.0mm）、排列密集換熱面積大,從而彌補(bǔ)了其自身的不足，使F4換熱器

13、能在相同體積內(nèi)換熱量達(dá)到碳鋼換熱器換熱量的5%-8%，重量僅為鑄鐵換熱器的1/10.由于其表面具有很強(qiáng)的不污性，加上換熱過程中管子微震，凡直徑小于管徑長1/5的物料均可暢通無阻，不致污塞。價(jià)格與銹鋼換熱器持平，但壽命在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中是不銹鋼換熱器的2030倍。因而在生產(chǎn)工藝允許的范圍內(nèi)采用F4換熱器能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效、人益。三、鄭州工學(xué)院（鄭州喜臨設(shè)備有限公司）研制的聚四氟乙烯熱交換器不僅填補(bǔ)了國內(nèi)的空白，且已在北京、上海、湖南、江蘇、河南等省市使用，深受客戶好評(píng)。聚四氟乙烯熱交換器1965年由美國杜邦（DuPont）公司開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。由于聚四氟乙烯工程塑料的焊接工藝條件非常苛刻，到目前為

14、止世界上只有美國、日本等少數(shù)幾個(gè)國家能夠生產(chǎn)。在我國，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，不少廠家寄科研院所對(duì)四氟換熱器的研制表示出極大觀注并積極進(jìn)行探索。1983年鄭州工學(xué)院化工廠研制組，在沒有參考資料的情況下開始研制，經(jīng)過數(shù)年探索，他采用管板限脹施壓加熱焊接工藝成功地解決了管式聚四氟乙烯換熱器的管子赫管板焊接技術(shù)這一難題。該項(xiàng)技術(shù)1988年獲得河南省重點(diǎn)科技成果獎(jiǎng)，并于1980年通過四氟換熱器的產(chǎn)品鑒定，填補(bǔ)了我國F4換熱器的生產(chǎn)空白。還達(dá)到了下列技術(shù)參數(shù)： “焊縫”經(jīng)常溫下氣密性試驗(yàn)不泄露，耐壓4*105Pa “焊縫”在常溫下剪切強(qiáng)度t±4*105Pa（設(shè)計(jì)要求r=7*105Pa） 該換熱器經(jīng)

15、工業(yè)生產(chǎn)試用，其焊縫在溫度150C、壓力34*105Pa條件下性能可靠。這項(xiàng)焊接工藝在世界上為我國首創(chuàng)，與美國杜邦公司的管束制造工藝比較，具有工裝簡單、操作容易、工藝流程等優(yōu)點(diǎn)。由鄭州工學(xué)院研制的聚四氟乙烯焊接工藝及聚四氟換熱器的的制造技術(shù)多年來經(jīng)不斷探索，不僅積累了大量數(shù)據(jù)資料及一整套成熟技術(shù)還先后開發(fā)了139、181、325、1200等多種產(chǎn)品，并根據(jù)用戶要求，生產(chǎn)了不同規(guī)格的聚四氟乙烯換熱器100多臺(tái)，為我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展提供了良好的服務(wù)。如：北京第二制藥廠至今已用了13臺(tái)。他們說：在此之前，曾使用過聚丙烯、石墨赫紫銅、搪瓷及鈦合金等換熱器比較起來都不如F-4換熱器，有的易漏，有的昂貴，從92年開始使用鄭州工學(xué)院（鄭州喜臨設(shè)備有限公司）生產(chǎn)的四氟換熱器至今10年有余。仍萬戶奧無損。幾乎不用維修。上海新亞制藥廠過去使用的玻璃換熱器、其壽命僅一個(gè)月，使用鄭州