聚四氟乙烯换热器现状和应用

聚四氟乙烯换热器现状和应用

聚四氯乙烯换热器是一类重要的化工换热设备，它地开发、发展和实际应用经历了二十多年的演变历程，现已拥有许多不同结构，不同用途及性能的聚四氯乙烯制品。当前工业生产中使用较为普遍的是列管式和盘管式换热器。本文结合几年来它在化工生产中的应用，系统介绍一下其发展现状，工业应用，行业调研等方面，谈一谈一些看法及其今后的发展方向。，

1 据四氯乙烯换热器的发展

聚四氯乙烯换热器和国际上化工设备的新品种，由于聚四氯乙烯材质耐蚀性冠于多种合金，非金属甚至贵金属，如黄金、银、锆等，故此类设备多解决制药工业，石油化工等强腐蚀性流体物料的换热问题具有重要意义。据资料报道，已有美、英、法、德、意、日等国家，多家工厂企业广泛地使用了这种新设备，而我国此项设备的制造和应用尚没有全面铺开。1965年美国杜邦公司研制成功聚四氯乙烯盐酸冷凝吸收器，代替了传统的陶瓷盐酸冷凝吸收器、玻璃冷凝吸收器及石墨设备，极大地提高了热换设备的耐蚀性和换热介质的洁净率。在石油化工、硫酸、医药电镀、轻工等领域得到了广泛的应用。1983年郑州工学院开展了此种设备的研究工作。其目的旨在开发此类换热器的制造方法，并制出工业用制品，进行使用积累数据。取得了较多的成果，介绍如下。

1.1氯塑料换热器制造工艺

（1）自创了一种氯塑料换热器F-4管板限施压加热焊接性工艺，解决了管式聚四氯乙烯换热器制造的技术关键。目前此工艺已用于工业性生产。其技术为郑州工学院独创，其特点为所需设备简单，投资少，解决问题。

（2）郑州工学院与锦西化工总厂协作研究了F-46蜂状管板焊接法和F-46管板熔加热焊接法，后者已用来制造出工业用的F-46换热器制品。

1.2工业用的各种聚四氯乙烯换热器设计、试制

自1985年至今已设计试制了多种结构不用的氟塑料换热器，如管壳式、盘管侵入式和U型管侵入式，轻工业生产现场应用考试，认为其中有数种效果理想，在国内已开始生产供应工业需要。

设计、是指产品规格型号标记如下：

目前以生产试制并在工业上应用的聚四氯乙烯换热器最大换热面积达140平方米/台。管束换热器管根数1400根。

2我过聚四氯乙烯换热器的应用现状

2.1分类

目前聚四氯乙烯换热器的类型较多，性能各有特色，按不同的原则可以作出不同的分类，大体上可以分为以下几种：

(1) 管壳式：是应用领域最广，使用量最大的一类，目前单台最大面积达80平方米。

(2) 侵入式：有两类，一类是U型侵入式，一类为盘管侵入式。

由于采用的材质F4化学性能稳定，即使在能溶于黄金的水中煮沸亦不会发生反应，因此制品可用于强酸，强碱强氧化剂等流体物料的换热过程，例如用来作苛性溶液、氢氟酸、硝酸混合物、20%发烟硫酸、冷凝之用。由于F4表面的自由能很低，只有8×10-6N/cm2，加上其膨胀系数较一般污垢的大，所用管子具有扰性，易于震动，这就大大减少了结垢堵塞的机会。列管管束采用薄壁细管，单位体积内包容的换热面积比普通列管式增加了数倍，弥补了F4用做传热材料其导热系

数过低的缺点。在一般情况下，设备的总传热系数209.34～290.75W/m2 .k，同时由于采用了小口径换热管，设备在使用温度范围内，管程壳程均能承受介质的一定压力，需用使用温度范围：-50℃～150℃。需用使用压力范围：管程许用压力0.5MPa,壳程许用压力0.3 MPa。

2.2聚四氯乙烯换热器在工业中的实际应用

自1975年研制成功以来已制造了一大批不同类型的工业用F4换热器制品，这些制品已投入生产中应用，其中一些类型的制品在应用中由于各种因素效果不佳，绝大部分应用成功，其中摘取FHLK-6×0.5-325-10型在生产中取得的显著效果加以介绍：

（1）聚四氯乙烯FHLK-6×0.5-3-10型管壳式换热器应用情况：应用单位：北京第二制药厂；应用设备型号：FHLK- 6×0.5-325-10；应用工艺条件：维生素B6生产流程有机溶媒，盐酸，水蒸气混合工段冷凝，管程：有机溶媒，盐酸，水蒸汽温度100℃。压力，微负压。壳程：冷却水、常温。压力：0.2 MPa。测定数据：管程进口：有机溶媒，盐酸（冷凝液）平均温度45℃。操作时间：3小时左右。产量:有机溶媒，盐酸冷凝液150公斤左右（约 50Kg/h

).从1992年至今已正常运转十三年仍在继续使用。效果：(1)原钢制设备安装后使用一次就发现腐蚀，后改用石墨冷凝器，平均寿命一年，且安装维修易出现问题。换上F4换热器后已正常运转十几年，较前者寿命长十几倍，仍在继续使用，且穿热效率稳定。（2）安装简易，运输方便，制品有郑州用汽车运送北京，途中经受颠簸震动，安装使用均未发现由此造成的异常现象。

北京第二制药厂已作出这种聚四氯乙烯换热器的应用小结，认为实践证明使用的技术经济效果十分明显，这种设备真正做到小巧玲珑，高效耐用，深受车间操作同志欢迎。并认为聚四氯乙烯换热器在工业上的应用，是打破外国独有填补我国空白，为化学工业发展解决难题开辟了一条新的途径。

3存在的问题及发展方向

就目前来讲，聚四氯乙烯换热器管板焊接技术操作较难掌握，制作海达不到机械化和自动化，尚待进一步探索改进。氟塑料换热器与其它任何材质的换热器一样不是任何条件下都能使用的设备，应用时必须根据他的特性，合理使用才能收到预期技术经济效果。由于采用小口径薄聚四氯乙烯换热管，使其使用温度范围和耐压程度受到极大限制，也必须防机械性损伤。同时为预防较大介质克里产生堵塞，有必要再换热器入口处安装颗粒分离器。如果颗粒浓度不高，采用定期使流体反向通过也可以，这样从一定程度加强了设备的适用性。聚四氯乙烯的关板焊接工艺原理不同于钢制换热器管板焊接，加上其材质所限，就目前来讲无法进行，内部焊接质量检测，只能通过宏观检验手段如水压试验和气密性实验来确定含界面的牢固性。对含界面上存在的个别缺陷无法立即确定，只能在使用一段时间后定期检查弥补。

聚四氯乙烯换热器具有十分广阔的发展前景，加强对F4基材料研究以提高产品的应用范围是今后发展的主要方向，努力开发新品种，新系列以适应市场。我国市场广阔，硫酸，化肥，医药等行业设备也要更新换代，因而需大量的、先进的据四氯乙烯设备。

换热器家族中的一朵奇葩

一、换热器ABC

在工业生产中，为了工业流程的需要，往往需要进行各种不同方式的热量变换，如：加热、冷却、蒸发赫冷凝等，换热器就是用来实现上述热量交换与传递的设备。通过各种设备，一边使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足生产巩义的需要。换热器应用极为广泛，使实现化工生产必不可少的设备，它通常占化工厂总投资的10%--20%，在是由工业，换热器设备约占全部工艺设备投资的35%--40%。

在化工生产的热交换过程中，除了遇到高温高压、深冷等一些条件外，还常常伴随一些腐蚀性很强的无聊，这就不仅要求实现工艺流程需要的热交换，同事要求这些设备必须具有抗腐蚀性能。因而化工生产对制造换热器以及用不锈钢赫钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器就是噶怒防腐需要而生产的。

二、聚四氟乙烯换热器以其有一的性能独树一帜

用石墨、玻璃、陶瓷及钛、钽、锆等材料制成的换热器具有防腐性能，但仍存在很大的局限性。例如：用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的换热器尽管其防腐性较好，但有易碎、体积大、导热性能差、效率低等缺点。用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器，虽导热性好，但价格昂贵，一般用户难以承受，如：锆、钛换热器价格是不锈钢换热器价格的5倍。在我国目前国立情况下难以大面积推广。聚四氟乙烯又称泰佛隆，简称F—4，是工程塑料的一种，它具有优异的化学稳定性。已它为主要原料制成的换热器具有极耐腐蚀、极好的表面不沾性、较快的温度范围赫耐老化寿命长等优点。是解决强腐蚀、强氧化介质传热过程中的理想设备。

F—4换热器除了在高温下，元素氟、熔融状态金属及其铵溶液、三氟化氯、六氟化铀及全氟煤油能与其反应外，对于其它物质在其使用范围内均几乎不作用。如象：浓盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、草酸、苛性钠、次氯酸钠、偏硅酸钠、苯、二甲苯额、丙酮、乙醇、王水等百余种强腐蚀、强氧化性化学物质均不与其发生反应。

F—4换热器的使用温度范围较宽且耐老化寿命长。F—4制品可在-180--+250℃范围内长期使用，虽在换成换热器后，其使用范围略有缩小，但仍比一般工程塑料包括F—46制品的使用范围要宽的多。由于其分子中不含光敏基因及其管子有较好的挠性，因而长年在大气中曝露，表面无任何变化，当其管壁厚为0.4mm 时，其穹曲疲劳寿命为20万次。F—4换热器体积小，重量轻、结构紧凑抗污塞是其最大的优点。尽管氟塑料的传热系数较低，但因其表面光滑不结垢和采用小管径（通常φ3~6mm）薄壁管（一般壁厚在0.3~1.0mm）、排列密集换热面积大，从而弥补了其自身的不足，使F—4换热器能在相同体积内换热量达到碳钢换热器换热量的5%-8%，重量仅为铸铁换热器的1/10.由于其表面具有很强的不污性，加上换热过程中管子微震，凡直径小于管径长1/5的物料均可畅通无阻，不致污塞。价格与锈钢换热器持平，但寿命在强腐蚀介质中是不锈钢换热器的20~30倍。因而在生产工艺允许的范围内采用F —4换热器能产生巨大的经济效益。

三、郑州工学院（郑州喜临设备有限公司）研制的聚四氟乙烯热交换器不仅填补了国内的空白，且已在北京、上海、湖南、江苏、河南等省市使用，深受客户好评。

聚四氟乙烯热交换器1965年由美国杜邦（Du Pont）公司开始应用于工业生产。由于聚四氟乙烯工程塑料的焊接工艺条件非常苛刻，到目前为止世界上只有美国、日本等少数几个国家能够生产。

在我国，随着化学工业的发展，不少厂家寄科研院所对四氟换热器的研制表示出极大观注并积极进行探索。1983年郑州工学院化工厂研制组，在没有参考资料的情况下开始研制，经过数年探索，他采用管板限胀施压加热焊接工艺成功地解决了管式聚四氟乙烯换热器的管子赫管板焊接技术这一难题。该项技术 1988年获得河南省重点科技成果奖，并于1980年通过四氟换热器的产品鉴定，填补了我国F—4换热器的生产空白。还达到了下列技术参数：

① “焊缝”经常温下气密性试验不泄露，耐压＞4*105Pa

② “焊缝”在常温下剪切强度t≥4*105Pa（设计要求r=7*105 Pa）

③ 该换热器经工业生产试用，其焊缝在温度150℃、压力3~4*105Pa条件下性能可靠。

这项焊接工艺在世界上为我国首创，与美国杜邦公司的管束制造工艺比较，

具有工装简单、操作容易、工艺流程等优点。

由郑州工学院研制的聚四氟乙烯焊接工艺及聚四氟换热器的的制造技术多年来经不断探索，不仅积累了大量数据资料及一整套成熟技术还先后开发了 139、181、325、1200等多种产品，并根据用户要求，生产了不同规格的聚四氟乙烯换热器100多台，为我国化学工业的发展提供了良好的服务。如：北京第二制药厂至今已用了13台。他们说：在此之前，曾使用过聚丙烯、石墨赫紫铜、搪瓷及钛合金等换热器比较起来都不如F--4换热器，有的易漏，有的昂贵，从92年开始使用郑州工学院（郑州喜临设备有限公司）生产的四氟换热器至今10年有余。仍万户奥无损。几乎不用维修。上海新亚制药厂过去使用的玻璃换热器、其寿命仅一个月，使用郑州工学院（郑州喜临设备有限公司）的四氟换热器后两年来一切正常，去年他们在工厂扩建时，先后订购了40台。新乡755 厂，江阴农药厂，沈阳化肥总厂，浙江绍兴下方桥纺织三场等厂家在考察了用户反映后，也纷纷向郑州工学院（郑州喜临设备有限公司）订货。从上事实不难看出，

使用聚四氟乙烯换热器不仅使化工企业节省大量设备投资，而且还可以避免频繁更换设备而被迫停产给企业带来的经济损失。

我们相信，聚四氟乙烯换热器---换热器中的奇葩，必将放射出更加夺目的异彩。欢迎广大客户在技术交流协作中共同探讨，互惠互助。