石墨换热器是湿法磷酸装置中真空浓缩工序间接传热的关键设备。磷酸在这里经低压蒸汽加热后进入真空蒸发室,经急速蒸发水分后达到浓缩的目的。由于湿法磷酸是一种混酸,在确定换热器材料时,没有很多选择的余地。最常用的材料就是石墨,因为它可以满足导热性好又耐腐蚀的基本要求。常用的耐酸不锈钢在湿法磷酸浓缩工序中的耐腐蚀性能欠佳,只有高铬高镍不锈钢如Ｓａｎｉｃｒｏ28制作的换热器,在国外磷酸浓缩装置中有使用的报道。
石墨换热器分为块孔式和管壳式两种。块孔式石墨换热器的主要优点是强度高,体积小,不易破裂,可以使用压力较高的蒸汽,磷酸的流速高,传热系数高,受热介质的进出口温差可以较大;缺点是一旦出现泄漏很难查找出,也不容易修复。管壳式石墨换热器的优点是出现泄漏容易查找,管子损坏后容易修复;缺点是石墨管的强度相对较低,使用的蒸汽压力不能超过0.15ＭＰａ;受热介质的流速低,只能控制在2～3ｍ/ｓ;进出口温差只能控制在2～4℃,换热器的体积大。在湿法磷酸生产中,多数厂家都使用管壳式石墨换热器。
1 管壳式石墨换热器简介
制造管壳式石墨换热器的厂家不多,国外比较有影响的公司是德国的西格里公司和法国的卡朋罗兰公司;国内有大连振兴石墨防腐设备厂和沈阳化工机械厂等。湿法磷酸生产中,一些大中型装置使用较多的是进口的管壳式石墨换热器。我公司分别使用卡朋罗兰公司和大连振兴石墨防腐设备厂的设备。
1.1 卡朋罗兰公司的管壳式石墨换热器
国外公司都采用浸渍石墨化管,管子的规格为50ｍｍ×7ｍｍ。经过第二次高温石墨化的石墨碳化管,管材内部有许多微小空隙,经过真空浸渍处理,空隙被树脂填满,抗渗透性能较好,抗拉强度比国内的压型石墨管高。由于石墨化程度高,所以传热系数较高,但抗弯强度(纵向)、抗压强度比压型石墨管稍低。
管壳式石墨换热器的结构形式为浮头式,上管板(固定管板)和下管板(滑动管板)都用400ｍｍ厚的浸渍石墨块制作。为了防止磷酸对管板的冲刷,在进酸端管板(滑动管板)上粘贴一层50ｍｍ厚的高强度碳纤维板。
1.2 国产的管壳式石墨换热器
国产的管壳式石墨换热器大多采用压型石墨管。以热固性树脂(如酚醛树脂,呋喃树脂)和人造石墨粉为原料,按一定的比例混合后投入挤压机中,压制成型后再经300℃的高温处理而制得。管材的内部结构密实,强度较高,但传热系数低,线胀系数比浸渍石墨管大一倍。
换热器的结构形式为浮头式,上下管板用400ｍｍ厚的浸渍石墨块制作,进酸端(滑动管板)的防冲刷层采用厚6ｍｍ的316Ｌ不锈钢板制作。但因316Ｌ板与石墨板的粘贴不紧,存在缝隙,在此处产生涡流,对下管板产生严重的破坏。后来取消了此板,近一年来,修复的管板端面未被冲刷。
2 管壳式石墨换热器的修理
管壳式石墨换热器在操作状态下,要承受管内外介质产生的径向和轴向压力(包括换热器不同部位温差引起的拉伸应力)的共同作用。在这些应力的共同作用下,换热器的失效形式有两种:石墨管拉断,石墨管爆破。这两种形式在管壳式石墨换热器损坏中占有较大的比例[1]。从使用情况来看,国产的压型石墨管失效形式主要是拉断,进口的浸渍石墨化管主要是爆破。当换热器的列管损坏时,如何在现场对其进行快速修理,难点在于怎样快速地对石墨管进行检漏。经过几年的操作,我们总结出如下三种方法,只要交叉使用便可快速地检查出已损坏的石墨管。
2.1 石墨管损坏的检漏方法
常规的检漏方法是对换热器中的石墨管一根一根地进行试压。用这种方法检漏最彻底,但速度太慢,每根管子大约耗时5ｍｉｎ。一台400ｍ2管壳式石墨换热器大约有490根长6ｍ、50ｍｍ×7ｍｍ的管子,全部检查完大约需要40ｈ。
由于石墨管是在操作过程中突然损坏,所以不可能再用热水对换热器进行清洗。因为管壳式石墨换热器的外壳大约有80%的壳体是用碳钢制造,如果清洗,酸性水会对换热器的外壳产生腐蚀。此时必须用一台高压清洗机,逐根对管子进行清洗。清洗每根管子大约用3ｍｉｎ。因为石墨管比较脆,选用的清洗机水量不宜太大,以每小时4ｍ3为宜,清洗水的压力控制在2ＭＰａ以下。清洗机还有一个更重要的因素,就是工作压力必须稳定,目前国内市场上的清洗机在清洗时的水压波动大多较大,会造成管子损坏。我厂使用的清洗机为宝鸡市新宇泵业有限公司生产的产品,它的压力比较稳定,调好水压后不需要人监护。检漏前应关闭换热器的蒸汽自动调节阀和手动总阀,拆去换热器的冷凝液排放管,并在此接口上装上阀门,供检漏时用于排放壳程内的水。
2.1.1 方法一向管壳式石墨换热器的管程内灌水,使水位高出换热器上管板端面约50～100ｍｍ,快速地打开冷凝液排放管接口上的阀门,将从管程漏到壳程的水快速排完;此时断裂严重的管子在上管板的水面上会出现旋涡,应快速地用橡皮塞子塞上此管子的上端口,并关上冷凝液排放管接口上的阀门。重复以上动作,就可以把严重断裂的管子找出来。
接下来再排干换热器管程中的水,把检查出来严重断裂的管子进行临时堵漏。用长100ｍｍ、Ｍ18的螺栓在其外套上35.5ｍｍ/18.5ｍｍ、长60ｍｍ的纯橡胶套,组成#1膨胀螺塞(见图1),插入泄漏的管子内,拧紧螺栓上的螺母。橡胶套由于受到轴向压力产生变形,就紧紧地塞在管子内,达到堵漏的目的。
管壳式石墨换热器损坏时,有的管子并没有产生断裂或太多太大的裂纹,而只是有一些小的裂纹,如果不检查出来堵上,开车时就会出现泄漏。这些微漏的石墨管,采用以下的方法进行检漏。
2.1.2 方法二
用轴流风机从管壳式石墨换热器的上端头向下吹风,把所有列管内的水珠吹干净。此时,拆去换热器蒸汽进口管上的安全阀,从这里向换热器的壳程灌入清水,使壳程内的压力达到0.02～0.1ＭＰａ。然后在换热器的下端口进行检查,泄漏稍大一点的管子可以看出在滴水,用#1膨胀螺塞塞上。泄漏稍小的微泄漏管子,下管口上会有些水珠和出现潮湿,用棉纱擦干,如再出现水珠和潮湿,就用书写用的涂改液做上记号。
此时,99%泄漏的管子都已找出来了。但有的管子下端仍出现水珠或出现潮湿,这是受其他管子的影响,而它本身并没有泄漏。为了防止把无泄漏的好管子错堵上,我们必须对这次检查出的管子,逐一进行检[1] [2] [3] 下一页
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