專利名稱：一種全焊式換熱器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全焊式換熱器及其應(yīng)用，尤其涉及一種聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器及其在強酸、強堿、鹽水和煙氣脫硫等強腐蝕介質(zhì)換熱裝置中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
一方面，在現(xiàn)有工業(yè)過程中，需要大量的能夠耐酸、堿和鹽類腐蝕的換熱器；另一方面，現(xiàn)代工業(yè)的重要目標是節(jié)能、環(huán)保和原料的再回收，處理的這些過程流體往往具有強腐蝕性。而目前可供選擇有合金、陶瓷、石墨、橡膠、玻璃等材料制造的換熱設(shè)備，由于這些材料在性能上的某些缺陷，對于那些條件苛刻的溫度、壓力和介質(zhì)等情況，很難滿足其要求。然而聚四氟乙烯材料卻能成為同時滿足這些要求的較理想的耐腐蝕材料。聚四氟乙烯具有高度的化學穩(wěn)定性，它能耐幾乎所有的強腐蝕，強氧化性化學物質(zhì)，同時還具有耐高溫的特點，所以它是理想的防腐蝕材料。
由于已有的聚四氟乙烯基復(fù)合材料換熱器，因材料結(jié)構(gòu)強度小，不能做成大型換熱器，滿足處理大熱負荷換熱的需要；對于單個的換熱器，如果要做大，必須加金屬外殼，而金屬外殼與聚四氟乙烯材料的膨脹系數(shù)不匹配，相差較大，因此裝置的密封性能差，處理介質(zhì)容易泄露，而換熱介質(zhì)一般具有腐蝕性，所以會腐蝕換熱器，縮短換熱器的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服已有技術(shù)存在的一些不足而提出了一種能在苛刻的溫度、壓力和介質(zhì)等條件下運行的聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器，本發(fā)明的另一目的是該換熱器在強酸、強堿、鹽水和煙氣脫硫等強腐蝕介質(zhì)換熱裝置中的應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種全焊式換熱器，其特征在于換熱器由標準換熱單元按需要通過串并聯(lián)的搭積木方式構(gòu)成，換熱單元之間用板或管連接，形成換熱流體進出口連接通道，其中標準換熱單元由聚四氟乙烯基復(fù)合材料按不同要求通過機械加工成形后再用粘合和焊接連接方式組成。
其中組成全焊式換熱器的標準換熱單元為列管式、板式、板翅式或螺旋板式。而且串并聯(lián)的標準換熱單元之間用由同種材料即聚四氟乙烯基復(fù)合材料做成的型材予以支撐。
其中，為了提高連接的性能，標準換熱單元本身和標準換熱單元之間的兩個制件的表面加工成相互嚙合的凹凸面或榫合面后再行粘合連接；換熱器的零部件粘合連接采用粘合劑和/或焊接。其中粘合劑為有機硅、環(huán)氧樹脂或聚氨脂；焊接方式為熱壓焊或熱風焊，其中熱風焊是用可熔性聚四氟乙烯作為焊條進行焊接。
這種全焊式換熱器在強酸、強堿、鹽水和煙氣脫硫工藝過程的換熱中的應(yīng)用。
上述聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器的制造工藝包括1、聚四氟乙烯材料的改性和表面進行活化處理，該方法已在《石油化工設(shè)備 第34卷第三期聚四氟乙烯及其改性復(fù)合材料在換熱器應(yīng)用》中公開。
這里通過采用碳纖維、石墨等材料填充改性聚四氟乙烯來顯著提高聚四氟乙烯基復(fù)合材料的綜合機械強度和導熱能力，使其適用于換熱器制作的要求。
聚四氟乙烯因表面對液體的接觸角大，粘附能小，它的臨界表面張力為1.85×10-2N/m，具有很高的不粘性，很難用普通粘接劑進行直接粘合，為了對聚四氟乙烯基復(fù)合材料進行表面粘合，必須對聚四氟乙烯基復(fù)合材料表面進行有效的活化處理，這里采用化學處理，即用鈉—氨溶液或鈉絡(luò)合物進行處理(濕法處理)。聚四氟乙烯基復(fù)合材料表面經(jīng)化學活化處理后應(yīng)防止光照，因為紫外線會降低表面處理層的粘接效果，使粘接強度降低。
2、標準換熱單元制作過程的粘接和焊接標準換熱單元制作時，為達到理想的粘接效果，選擇粘接劑和連接接頭形式很重要，這里對于聚四氟乙烯基復(fù)合材料選用環(huán)氧樹脂，有機硅和聚氨脂三類。對要求高的場合用FS203A有機硅壓敏型粘合劑，它能在-190～+250℃的溫度范圍內(nèi)不變脆。在這里為了將兩個要粘合的制件更好的粘接，在粘接前根據(jù)換熱器各部件的不同位置進行相應(yīng)的表面機械加工處理，將兩個制件的表面加工成相互嚙合的凹凸面或榫合面后再行粘接。如圖1所示，圖中為幾種相互嚙合的凹凸面或榫合面結(jié)構(gòu)形式的示例，如球頭圓柱式、板條式、梯形頭式或鋸齒形式。相互嚙合的凹凸面結(jié)構(gòu)形式并不局限于這些。
聚四氟乙烯基復(fù)合材料的焊接。將聚四氟乙烯基復(fù)合材料制件與聚四氟乙烯基復(fù)合材料制件接合最理想的方法就是焊接。這里采用兩種焊接方式熱壓焊或熱風焊。熱壓焊是通過電熱絲加熱的焊刀把要焊接的聚四氟乙烯基復(fù)合材料制件加熱到熔點以上(380～480℃)，然后施加適當?shù)膲毫?0.9～2.0Mpa)，使其焊接，為了使焊接件易于粘接，在兩焊接件之間放一層可熔性氟樹脂膜，即將焊接和粘接相結(jié)合為焊粘接，這樣可得到焊縫強度為基材強度90％左右，在室溫條件下剝離力在1.4Mpa以上的焊逢。熱風焊是用可熔性聚四氟乙烯(PFA)作為焊條進行焊接，由于焊條在軟化溫度附近，表面張力很小，可以將不易熔融的聚四氟乙烯基復(fù)合材料表面浸潤，起到良好的粘合作用。
3、聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器的結(jié)構(gòu)由于聚四氟乙烯基復(fù)合材料換熱器主要用于強腐蝕條件下，要求其工作安全可靠，不能泄漏，所以將這種換熱器做成全焊式不可拆形式，根據(jù)換熱器處理介質(zhì)換熱負荷的大小，即流量和溫度差的不同，采用標準換熱單元的串并聯(lián)組合搭積木式結(jié)構(gòu)，即溫差一定，流量不同時，將換熱單元并聯(lián)組合；流量一定，溫差不同時，將換熱器單元串聯(lián)組合；流量、溫差都變化較大時，采用標準換熱器單元串并聯(lián)組合。這樣就可以將換熱器做成標準化換熱單元，可以進行互換。如圖2所示。如果換熱介質(zhì)A的流量大，進出口溫差也大，換熱器的換熱單元的列、行數(shù)都多；如果換熱介質(zhì)A的流量大，進出口溫差小，換熱器的換熱單元的列就多、行就少；如果換熱介質(zhì)A的流量小，進出口溫差大，換熱器的換熱單元的列就少、行就多。同樣的道理適用于介質(zhì)B。這樣就可以組合成各種不同規(guī)格的換熱器。對單個換熱單元來講不大，但可以做成處理量大的換熱器，這就解決了聚四氟乙烯基復(fù)合材料抗腐蝕性強，而結(jié)構(gòu)強度小，換熱器不能做大的問題。
標準換熱單元的結(jié)構(gòu)形式可以是已有換熱器結(jié)構(gòu)形式中的一種，如列管式，板式，板翅式，螺旋板式等，這可根據(jù)換熱介質(zhì)的性質(zhì)和具體要求來選擇。標準換熱單元本身的結(jié)構(gòu)強度可以優(yōu)化設(shè)計，而不受總裝換熱器大小的影響。
聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器就是換熱器的所有部件都用聚四氟乙烯基復(fù)合材料的板材、管材等型材按不同要求通過機械加工成形后再用上述的焊接、粘接以及焊、粘接相結(jié)合的方法組成換熱器標準換熱單元，換熱單元之間用板或管連接，形成換熱流體進出口連接通道。針對不同的用途和換熱負荷進行串并聯(lián)搭積木式組合，而不用金屬材料外襯的耐腐蝕換熱器。
有益效果這種聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器除了一般聚四氟乙烯基復(fù)合材料換熱器的優(yōu)點耐腐蝕性好，抗污能力強，重量輕外，還具有以下特點(1)互換性好，標準換熱單元可以替換；(2)整體結(jié)構(gòu)強度高，可靠性好；(3)制造成本低，特別對于大換熱負荷時，相同換熱量，換熱器制造成本可降低20％左右；(4)可以做成大型換熱器，滿足大換熱負荷的需要，而不受材料本身結(jié)構(gòu)強度小的限制；(5)維護檢修方便；(6)換熱器布置靈活，制造方便。


圖1為凹凸嚙合面的結(jié)構(gòu)形式圖。其中(a)為球頭圓柱式，(b)為板條式，(c)為梯形頭式，(d)為鋸齒形式。
圖2為搭積木全焊式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。其中11、12、……44為換熱單元，A1、A2……為換熱介質(zhì)A的不同股，B1、B2……為換熱介質(zhì)B的不同股。
圖3為換熱單元(列管式)的布置結(jié)構(gòu)圖。
圖4為換熱單元(螺旋板式)的結(jié)構(gòu)圖。1-螺旋板、2-端蓋板、3-管道，E-熱介質(zhì)，F(xiàn)-冷介質(zhì)。
圖5為圖4中螺旋板與端蓋板嵌合面結(jié)構(gòu)形式g局部放大及剖視圖。
圖6為圖4中連接管與端蓋板嵌合面結(jié)構(gòu)形式h局部放大及剖視圖。
圖7為煙氣脫硫裝置工藝流程A圖。G-來自鍋爐的煙氣，H-凈化的煙氣。
圖8為煙氣脫硫裝置工藝流程B圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合一些典型應(yīng)用對本發(fā)明作進一步說明1煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用將這種聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器用于鍋爐煙氣脫硫裝置。其工藝流程圖如圖7，8所示，圖7中流程A煙氣噴淋水的溫度可達50～80℃，通過泵5送入換熱器6，然后在煙囪4的下部噴淋，雖然噴淋水溫度不太高，但水流量比較大，而且流量和溫度均比較穩(wěn)定。圖8中流程B中未凈化熱煙氣溫度140～160℃，進入換熱器6，從脫硫塔7出來的凈化煙氣溫度40～60℃，進入換熱器6，要求加熱到80～100℃，煙氣流量570000Nm3/h，總換熱量9870kW時，采用每標準換熱單元(列管式)換熱面積102m2，20個換熱單元并聯(lián)，同時沿煙氣流動方向5個換熱單元串聯(lián)的積木式結(jié)構(gòu)，如圖3所示。這種換熱器與常用的金屬材料鍍搪瓷換熱器相比，投入成本減少四分之一，壽命延長3倍。由于這種形式的全焊式換熱器可以做成大型換熱器，特別適合于大中型電廠脫硫裝置的需要。
2制酸(硫酸、鹽酸、檸檬酸)工業(yè)中的應(yīng)用將這種聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器用于制酸生產(chǎn)過程中的酸冷卻。將從吸收塔出來的酸液進行冷卻，然后進入循環(huán)酸槽。對20萬噸/年硫酸裝置，采用每標準換熱單元(螺旋板式)換熱面積200m2，3個換熱單元并聯(lián)，3個換熱單元串聯(lián)的積木式結(jié)構(gòu)。這種換熱器與原不銹鋼酸冷器相比，相同工藝參數(shù)，投資節(jié)省約20％，壽命延長2倍，圖4為標準換熱單元(螺旋板式)的結(jié)構(gòu)圖，圖5、6分別為螺旋板1與端蓋板2、管子3與端蓋板2的嵌合面結(jié)構(gòu)形式。
權(quán)利要求
1.一種全焊式換熱器，其特征在于換熱器由標準換熱單元按需要通過串并聯(lián)的搭積木方式構(gòu)成，換熱單元之間用板或管粘合連接，形成換熱流體進出口連接通道，其中標準換熱單元由聚四氟乙烯基復(fù)合材料按不同要求通過機械加工成形后用粘合連接方式組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全焊式換熱器，其特征是標準換熱單元為列管式、板式、板翅式或螺旋板式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全焊式換熱器，其特征在于串并聯(lián)的標準換熱單元之間用由同種材料即聚四氟乙烯基復(fù)合材料做成的型材予以支撐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全焊式換熱器，其特征在于標準換熱單元本身和標準換熱單元之間的兩個制件的相互嚙合連接表面為凹凸面或榫合面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的全焊式換熱器，其特征在于換熱器的零部件粘合連接采用粘合劑和/或焊接方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全焊式換熱器，其特征在于粘合劑為有機硅、環(huán)氧樹脂或聚氨脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全焊式換熱器，其特征在于焊接方式為熱壓焊或熱風焊，其中熱風焊是用可熔性聚四氟乙烯作為焊條進行焊接。
8一種如權(quán)利要求1所述的全焊式換熱器在強酸、強堿、鹽水和煙氣脫硫工藝過程的換熱中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全焊式換熱器及其應(yīng)用，尤其涉及一種聚四氟乙烯基復(fù)合材料全焊式換熱器及其在強酸、強堿、鹽水和煙氣脫硫等強腐蝕介質(zhì)換熱裝置中的應(yīng)用。其特征在于換熱器由標準換熱單元按需要通過串并聯(lián)的搭積木方式構(gòu)成，換熱單元之間用板或管連接，形成換熱流體進出口連接通道，其中標準換熱單元由聚四氟乙烯基復(fù)合材料按不同要求通過機械加工成形后再用粘合和焊接連接方式組成。具有互換性好、整體結(jié)構(gòu)強度高，可靠性好；制造成本低，維護檢修方便等優(yōu)點。
文檔編號F28F21/00GK1760625SQ20051009545
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者虞斌, 涂善東, 王春芬, 鞏建鳴, 凌祥, 陶國良 申請人:南京工業(yè)大學