圆块孔式石墨换热器在pvc行业的应用及工艺计算探讨

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1、圆块孔式石墨换热器在PVC行业的应用及工艺计算探讨[摘要]介绍石墨制化工设备在PVC行业的应用情况，石墨原材料及不透性石墨生产过程对石墨制化工设备的影响，结合PVC工艺阐述了石墨制化工设备选型、使用及工艺计算、圆块孔式与列管式石墨换热器换热效果对比等相关问题。前言 圆块孔式石墨换热器广泛应用于电石乙炔法PVC生产中与HC1气体或盐酸相关的工艺过程。主要设备有：氯氢处理工段二合一炉，氯化氢冷却器，混合冷冻脱水用一、二级石墨冷却器，预热器及合成气冷却器，盐酸冷却器，乙烯氧氯化法工艺精馏工段中EDC冷却器等。结构型式有：列管式和圆块孔式石墨换热器两种。1 原材料（不透性石墨

2、）对圆块孔式石墨换热器性能的影响   不透性石墨具有耐腐蚀性好，热导率高，使用温度较高等优点。但因所采用的石墨原材料(颗粒度、浸渍剂，石墨化程度等)不同影响了设备的使用寿命和安全性。1.1 颗粒大小   构成石墨母材的颗粒度越大，则材料体积密度越小，机械强度愈低。颗粒间的孔洞越大，钻削孔时可能暴露更多通孔，孔隙率增高。为达到使用要求的致密性则浸渍剂的数量就会增多，影响浸渍质量和不透性石墨的导热性。密度大，则机械强度越大。所以，选用体积密度高（细颗粒、B级）的母材进行浸渍热处理，所加工生产的设备质量稳定性和安全性高，使用效果好。1.2 浸渍剂   浸渍剂在石墨母材中填充

3、空隙，浸渍剂种类的不同，将直接影响不透性石墨的耐腐蚀性。浸入量不同，则影响不透性石墨使用温度和耐蚀程度。浸渍真空度大，加压压力高，可减少浸渍次数，换热效果亦优于传统浸渍工艺（三遍浸渍、三遍热处理）。   因浸渍树脂的耐腐蚀性能远低于石墨本身的耐蚀性，所以浸入量越多，耐腐蚀越差，耐温差急性更差，因此一般要求浸入量不得超过10%。酚醛树脂浸渍不透性石墨可满足该类设备使用要求。不透性石墨材料经180∽300℃中温处理，可以增大浸渍树脂稳定性，延长设备使用寿命。1.3 石墨化程度   石墨材料一般可分为半石墨化电极（再生电极）和石墨化电极两大类。再生电极热导率低于石墨化电极，

4、不宜用作导热材料。石墨化电极热导率λ=100∽130w/m·k或更高，耐温差急变性能优于再生电极。石墨化程度直接影响了设备的换热效果，国外全部为细颗粒化工专用石墨化材料。我国新颁布的国家标准《石墨制压力容器》推荐使用接近国外标准的B级石墨材料。1.4 酚醛石墨压型管   国内普遍采用。但酚醛石墨压型管热导率低（λ=31.4∽40.7w/m·k），热膨胀系数高，300℃中温处理压型管为8.15×10-61/℃(151℃)，由此构成的管壳式换热器的许用温度一般在130或150℃以下。2 设备使用情况综述2.1 HC1冷却器   采用7℃水将HC1气体由40℃冷却至15℃以

5、下，选用石墨设备无特殊要求，传统的列管式、圆块式石墨设备均能满足使用要求。对列管式石墨换热器而言，采用的粘结树脂与管板的粘接质量是关键，粘接树脂气孔率少，则强度高；热处理温度超过130℃，比设备使用温度高20-30℃，这样设备出现质量问题的概率就会少。而圆块孔式结构强度高，无粘接缝，故使用效果优于列管式（本工艺），加之大规格圆块式设备（目前在用单台面积达300m2以上）加工能力的提高，圆块孔式将逐渐取代列管式（现我厂可加工石墨单元块直径Φ1400mm）。2.2 一、二级石墨冷却器   采用-35℃冷冻盐水对混合气体进行冷却脱水，混合气体温度必须降至-12∽-14℃，一

6、、二级石墨冷却器串联使用。对石墨设备而言，耐低温性能和壳体耐冷冻盐水腐蚀要求较高，圆块式优于列管式。对壳体要求必须内部焊缝焊透，钢板材质为16MnR，壳体内部最好采用防腐涂料进行防腐处理。2.3 预热器   采用95-100℃热水将混合气预热到60-80℃后再进入转化器进行反应，当热水温度超过60℃以上时，结垢及腐蚀情况增大。建议对壳体防腐处理，对循环热水软化处理。换热过程中，因工艺侧温差变化较大，选用圆块孔优于列管式。2.4合成气冷却器   采用循环水冷却，因气体进口温度135-180℃，对石墨设备来说温度偏高，温差较大；且有机物VCM对石墨中浸渍树脂有一定的腐蚀作

7、用，因此选材时气体进口上封头及高温区换热部件材质选B级细颗粒石墨化材质为最佳。选用圆块孔式设备，上封头采用全石墨，下封头衬石墨，可满足使用要求。2.5 EDC冷却器   EDC为含氯有机物，有机物的相容性对浸渍树脂的腐蚀较VCM气体大，选用圆块孔式设备必须对单块进行中温处理，选用B级石墨块材，才能保证设备的使用寿命。   PVC生产中因C2H2、氯乙烯皆为易燃、易爆气体，氯乙烯必须限制管内流速在4m/s以下，设备必须设接地板，静电接地。3 圆块孔式石墨换热器结构与特点   圆块孔式石墨换热器为目前较先进，性能较优越的一种石墨换热器。圆柱体换热块采用标