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　　石油化工行業(yè)中大量采用的能夠耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及其鹽類腐蝕的冷卻器有2類，一類是合金材料制造的管殼式或板式金屬冷卻器，另一類是非金屬材料制造的各類冷卻器，前者價(jià)格昂貴，后者換熱效率極低。而氟塑料石墨板式冷卻器克服了上述產(chǎn)品的這些缺點(diǎn)，是用于石化行業(yè)強(qiáng)腐蝕換熱工況中的一種綜合性能更好的新型換熱設(shè)備，其換熱面積越大，應(yīng)用市場(chǎng)越大。
　　1研制內(nèi)容1.1板片結(jié)構(gòu)氟塑料石墨板式冷卻器板片是由非金屬?gòu)?fù)合材料壓制而成，在保證板片能夠進(jìn)行換熱的前提下，更重要的是要保證板片具有足夠高的強(qiáng)度，并能夠壓制成所需要的形狀�？紤]到非金屬?gòu)?fù)合材料的特點(diǎn)（如與金屬材料相比，其脆性大、抗壓強(qiáng)度低），將板片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成既不同于金屬板式冷卻器板片，又與金屬板片有相同之處。單板換熱面積為0.34 ~0.6m2板片的設(shè)計(jì)就借鑒了0.25m2板片設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)其不足之處進(jìn)行了改進(jìn)。
　　25m2板片的2. 1提高到2.8，即大型板片長(zhǎng)度更長(zhǎng)，但寬度基本保持不變，其結(jié)果是介質(zhì)在冷卻器中流過(guò)的路線更長(zhǎng)，在冷卻器內(nèi)停留的時(shí)間更長(zhǎng)，換熱更為充分完全，提高了冷卻器總傳熱系數(shù)。但這樣會(huì)增加板片加工成型的難度，特別是當(dāng)非金屬材料的跨度較大時(shí)更是如此。
　　筆者目前研究的板片長(zhǎng)寬比已達(dá)到2.8或者更高。
　　目前非金屬材料制造的板式冷卻器普遍采用的是人字形波紋板，其最大的特點(diǎn)是，板片相互倒裝疊加形成網(wǎng)狀支點(diǎn)和流道，提高了板片剛度且使流體在網(wǎng)狀流道內(nèi)產(chǎn)生三維變化，在較低的雷諾數(shù)下達(dá)到紊流狀態(tài)，提高了傳熱效率�？紤]到模具加工的難易程度，筆者選擇了單人字形波紋板片結(jié)構(gòu)。板片外形尺寸1400mmX500mmX10mm，波紋厚4mm，波紋高度5mm，波紋間距30mm，波紋夾角120°，角孔直徑100mm，有效換熱面積0.波紋形式為梯形斷面人字形。
　　所示氟塑料石墨板片單板面積依次為25m2、0.34m2和0.6m2，其中0.6m2的板片是目前國(guó)產(chǎn)單板面積最大的氟塑料石墨板片。
　　34~0.6m2的板片采用拼塊式模具。該種模具便于加工制造，但壓制過(guò)程中有些部位容易變形，模具的變形將影響板片的尺寸。
　　模具成型板片的長(zhǎng)邊框是壓制板片時(shí)變形最大的部位，加工此處模具時(shí)設(shè)置了止推臺(tái)面，這個(gè)辦法比用大直徑螺栓或銷釘來(lái)克服變形的方法要好。
　　1.3板片成型工藝制作大型板片仍采用模具內(nèi)熱壓制的成型方法，采用循環(huán)水內(nèi)冷模具，模具內(nèi)表面涂有機(jī)硅脫模劑，板片成型后用專用脫模機(jī)構(gòu)完成脫模工作。
　　板片成型工藝流程為：模具清理預(yù)熱一涂脫模劑一布料一合模一升溫保溫一壓制保壓一冷卻一卸壓脫模一清理模具一板片整形。板片成型溫度190*C，成型壓力為30MPa成型保溫時(shí)間超過(guò)20min，保壓5min，脫模溫度低于100C. 4密封結(jié)構(gòu)密封結(jié)構(gòu)不是采用國(guó)外單純的面密封結(jié)構(gòu)，而是采用線面結(jié)合的密封結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)密封面積小，同等密封壓緊力下可在密封面上產(chǎn)生更大的單位面積壓緊力，即在密封件上壓強(qiáng)更大。實(shí)踐證明該密封方式效果良好。采用該密封結(jié)構(gòu)的冷卻器整機(jī)使用壓力可達(dá)0.7MPa液壓試驗(yàn)壓力達(dá)1.0MPa. 25m2板片密封系統(tǒng)密封溝槽較淺（1.5mm）位置又不盡合理，當(dāng)制作板片中操作者放料不均勻或成型溫度控制不好時(shí)，整機(jī)壓緊力一旦超過(guò)許可值，就會(huì)出現(xiàn)板片密封溝槽開裂導(dǎo)致冷卻器整機(jī)泄漏。針對(duì)這些實(shí)際問(wèn)題，采用了斷面為梯型（上底5mm，下底10mm，高6mm）的橡膠密封墊，在壓緊力的作用下，密封墊呈線面型結(jié)構(gòu)，可減少板片密封溝槽開裂，使大型板片的密封結(jié)構(gòu)更合理、更實(shí)用、更有效，該結(jié)構(gòu)在實(shí)際中得到了成功應(yīng)用。
　　1.5冷卻器整機(jī)組裝冷卻器整機(jī)組裝見(jiàn)。必須注意的是，與小型冷卻器相比，應(yīng)考慮大型冷卻器板片成型后及在高溫使用中存在的收縮問(wèn)題，否則將影響板片密封，引起冷卻器泄漏。
　　6冷卻器組裝流程形式根據(jù)小型氟塑料石墨板式冷卻器Z形和U形兩種流程組合形式的現(xiàn)場(chǎng)使用情況對(duì)比，大中型冷卻器的流程形式擬全部采用U形結(jié)構(gòu)。該流程形式的接管都在冷卻器固定板上，冷卻器安裝維修比采用Z形流程形式方便，打開冷卻器不用拆卸進(jìn)出口管線。大型氟塑料石墨板式冷卻器見(jiàn)。
　　2技術(shù)關(guān)鍵1復(fù)合材料性能及板片研制這項(xiàng)工作包括基本組成成分、物料配比的篩選、物料混合方式及其對(duì)板片力學(xué)性能影響的研究。對(duì)不同熱成型及壓制方法制得的板片進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，最終確定制作板材的最佳成型溫度、成型時(shí)間、冷卻方式和脫模方式。該專題的主要技術(shù)難點(diǎn)是如何提高材料的導(dǎo)熱系數(shù)，解決板片脫模問(wèn)題和板片3技術(shù)特點(diǎn)①由氟塑料、石墨等非金屬材料復(fù)合制成的人字形波紋板片作傳熱元件。②采用線面結(jié)合的密封結(jié)構(gòu)。③用固定端板及螺栓結(jié)構(gòu)作緊固件。④用壓緊彈簧、活動(dòng)端板結(jié)構(gòu)作調(diào)節(jié)件，以緩解板片之間因收縮與膨脹引起的應(yīng)力破壞。
　　天華院研制生產(chǎn)的大型氟塑料石墨板式冷卻器與國(guó)外同類產(chǎn)品性能比較見(jiàn)表1. 2005年8月，中國(guó)石化股份公司科技開發(fā)部組織的技術(shù)鑒定會(huì)鑒定得出結(jié)論，大型氟塑料石墨板式冷卻器研制技術(shù)成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
　　4應(yīng)用情況4.1應(yīng)用效果大型氟塑料石墨板式冷卻器于2003年10月在齊魯分公司萬(wàn)噸微球裝置中作為鋁溶膠換熱設(shè)備表1國(guó)內(nèi)外氟塑料石墨板式冷卻器性能對(duì)比性能天華院產(chǎn)品瑞典AlfaLaval產(chǎn)品拉伸屈服強(qiáng)度/MPa彎曲強(qiáng)度/MPa壓縮強(qiáng)度/MPa最大允許溫度/°c最大設(shè)計(jì)壓力/MPa單板最大換熱面積/m2密封結(jié)構(gòu)線面密封面密封投用，至今設(shè)備已穩(wěn)定運(yùn)行2a多，不僅換熱效果良好、耐腐蝕性強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、易于安裝維修。設(shè)備技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足了生產(chǎn)需要。
　　4.2應(yīng)用效益經(jīng)濟(jì)效益延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，使鋁溶膠生產(chǎn)擺脫了每3個(gè)月就需更換列管式石墨冷卻器的狀況，而且增加產(chǎn)值900萬(wàn)元/a、利潤(rùn)400萬(wàn)元/a節(jié)約資金70萬(wàn)元/a.社會(huì)效益大型氟塑料石墨板式冷卻器的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)非金屬防腐蝕技術(shù)又有了新的進(jìn)步。該產(chǎn)品在重腐蝕環(huán)境的長(zhǎng)效安全運(yùn)行，表明該產(chǎn)品的推廣將有利于減少因腐蝕導(dǎo)致的可利用資源的損耗，有利于控制因設(shè)備腐蝕損壞或制造缺陷引發(fā)的介質(zhì)泄漏而導(dǎo)致的環(huán)境污染。
　　4.3應(yīng)用前景大型氟塑料石墨板式冷卻器已完成了產(chǎn)業(yè)化研制過(guò)程，目前已經(jīng)開發(fā)出了大、中、小3種規(guī)格干氣密封在氣分機(jī)泵上的應(yīng)用鄭曉鷗（中油遼河油田營(yíng)口加氣站，遼寧盤錦124010）和其他機(jī)械密封。簡(jiǎn)述了干氣密封的結(jié)構(gòu)、機(jī)理以及在氣分聚丙烯裝置機(jī)泵上應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵。
　　自1976年首例螺旋槽氣體端面密封成功應(yīng)用于天然氣管道壓縮機(jī)至今，干氣密封作為一種低泄漏、低磨損和長(zhǎng)壽命的新型非接觸型機(jī)械密封，以其在密封特性等方面的明顯優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于石油天然氣、化工和航空等行業(yè)。隨著干氣密封技術(shù)的不斷成熟，干氣密封的應(yīng)用正由透平、壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等大功率、高轉(zhuǎn)速流體機(jī)械逐步拓展到機(jī)泵類普通流體機(jī)械密封上。我公司氣分聚丙烯裝置機(jī)泵內(nèi)介質(zhì)為輕烴類氣體其主要密封形式為機(jī)械密封（即濕式密封），但是存在密封端面泄漏機(jī)率大、運(yùn)行壽命短、穩(wěn)定性差且檢修頻繁等問(wèn)題，因此，其機(jī)械密封結(jié)構(gòu)形式急待改進(jìn)。
　　1干氣密封簡(jiǎn)介1.1密封結(jié)構(gòu)干氣密封的結(jié)構(gòu)與普通泵用機(jī)械密封基本相同，也由靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、彈簧和輔助密封圈等組成，見(jiàn)。在兩密封端面間相互運(yùn)動(dòng)時(shí)存在一層極薄的氣膜，該氣膜為阻塞氣，可以是氮?dú)�、凈化風(fēng)等干凈氣體其作用與濕式機(jī)械密封用的封油作用相同。
　　干氣密封基本結(jié)構(gòu)干氣密封的動(dòng)環(huán)（硬質(zhì)環(huán)）斷面上開有各種不同形狀的微米級(jí)動(dòng)壓槽，主要有螺旋槽型、圓弧槽型、T型槽型和直線槽型等，見(jiàn)。
　　1.2密封機(jī)理螺旋槽型具有良好的流體動(dòng)壓效應(yīng)，能夠在很6m2）的換熱板片，可以根據(jù)用戶的不同要求組裝出大、中、小型氟塑料石墨板式冷卻器。
　　目前，國(guó)內(nèi)金屬板式冷卻器每年市場(chǎng)需求面積達(dá)14萬(wàn)m2（不包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)需要的金屬板式冷卻器），其中有近1/5的設(shè)備在化工、石油等行業(yè)中的強(qiáng)腐蝕換熱工況中使用，大都采用耐強(qiáng)腐蝕的鈦、鎳、哈氏合金板片，冷卻器價(jià)格很高。若這些設(shè)備有一半用氟塑料石墨板式冷卻器來(lái)代替，以每臺(tái)20m2計(jì)算，則每年全國(guó)至少有700臺(tái)用戶市場(chǎng)。
　　5結(jié)語(yǔ)在化工、石油、制藥和輕工等行業(yè)大量采用的冷卻器中，被換熱介質(zhì)中多含有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及其鹽類，會(huì)對(duì)換熱設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重的腐蝕，甚止還會(huì)造成有毒物質(zhì)外泄、人身傷亡事故和環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。所以要求換熱設(shè)備不但有良好的換熱性能，而且要有足夠的耐腐蝕性。大型氟塑料石墨板式冷卻器具有換熱效果好、耐腐蝕性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小和易于安裝維修等特點(diǎn)，其應(yīng)用市場(chǎng)非常廣泛。

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