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石墨熱交換器的工作原理及使用操作

石墨熱交換器由于其體積較小、降溫效果顯著,在高溫廢氣、 廢液冷卻降溫領域有著廣泛的應用前景。由于對石墨熱交換器缺乏足夠的認識,因此在實際應用中容易忽視一些要點。本文結合實際設計、安裝實踐,詳細介紹石墨熱交換器的工作原理及內部構造,并且列舉出在實際使用中必須認真考慮的方面。

 石墨熱交換器的工作原理 高溫廢氣經過石墨熱交換器時,石墨噴嘴分兩 層噴出大量冷卻液,冷卻液通過蒸發作用帶走大量熱量,從而顯著降低廢氣的溫度,使其降低到FRP材質可以承受的溫度。在正常工作狀態下,冷卻液由循環泵提供。若發生緊急狀況循環泵不能提供足夠的冷卻液時,石墨熱交換器前端的熱氧化爐系統將自動停車,同時應急供水啟動,消除系統內部的殘余熱量,保護后端的設備。

 冷卻液在石墨熱交換器內部的供給分為三路。其中兩路冷卻液從噴嘴噴出直接接觸高溫氣體,通過蒸發作用降低廢氣溫度;另一路冷卻液循環流動于石墨熱交換器的內外壁之間,以降低熱交換器內外壁的溫度從而保護石墨熱交換器自身不會由于溫度過高而受損壞。

 2.1石墨熱交換器在使用中必須要注意的事項

 注意外力對石墨設備所造成的影響。石墨自 身的物理特性決定了其抗剪性能較差,特別是層與層之間極易受外力作用而出現破損,因此石墨熱交 換器在安裝和日常維護保養過程中要特別注意外力可能對其造成的破壞。在吊裝石墨設備時,一定要平穩起吊,保持設備受力均勻,提升并且選擇無風或微風時進行吊裝,切勿加速,盡可能減少外力對石墨熱交換器的作用。石墨熱交換器安裝就位后,需要進行配管和緊固的操作。在配管過程中,要盡可能減少裝配誤差,并且在與石墨熱交換器的接觸端安裝補償器,從而減少振動和熱脹冷縮所帶來的應力作用。緊固石墨熱交換器的法蘭時,一定要嚴格按照技術文件要求的扭矩大小使用扭力扳手對角進行緊固,防止受力過大或不均。

2.2石墨熱交換器所使用的冷卻液硬度要盡可能 低。石墨熱交換器由于其自身的特殊構造,對冷卻介質的要求較高。在冷卻介質經噴嘴噴出的過程中,石墨熱交換器通過蒸發作用從而帶走大量的熱量而起到冷卻作用。而蒸發必然導致冷卻介質過飽和,如果冷卻介質的硬度較高,必然導致大量鹽份析出。由于石墨熱交換器的噴嘴只有2mm大小,不斷析出的鹽份將堵塞噴嘴,降低并逐漸影響石墨熱江蘇建材交換器的工作效率,最終石墨熱交換器將因為出口溫度過高而停止工作,損壞石墨換熱器。在工業化工生產中,通常我們會選擇水作為冷卻介質,因此所使用的冷卻液的硬度必須要很低,特別是鈣鎂離子的濃度要盡可能的小。通過大量的實踐,我們最終選擇去礦物質水為熱交換器的冷卻介質,并且保持冷卻介質的弱酸性,這樣可以盡可能的延長清洗石墨熱交換器的周期。

 2.3盡可能減少去礦物質水的使用量。去礦物質水由于生產成本較高,在日常的使用中我們要想辦法盡可能減少其使用量。冷卻介質在作用過程中,其自身溫度會逐漸升高,熱處理效率會逐漸下降。為了彌補溫度升高對熱處理效率降低的影響,我們會一直讓冷卻液處于溢流的狀態。通過液位和補水的連鎖作用,可以通過補充溫度底的冷卻液而消除上述不利影響。由于整套系統包含冷卻裝置和氣體洗滌裝置,而氣體洗滌裝置對水質的要求不高,因此我們單獨設置冷卻液循環水罐,專門負責補給去礦物質冷卻液,這樣可以使經濟投入更優。

 2.4清洗石墨熱交換器的步驟和清洗液的選擇。 在長期使用石墨熱交換器后,會導致石墨熱交換器的噴嘴部分堵塞。因此應結合生產停車檢修的時機對其進行清洗。具體清洗方式必須結合配套的管路和設備的材料性能來決定。本套系統的儲水罐體的材料為玻璃鋼,泵為PVDF襯里,管路及閥門全部為PP材質,因此我們選擇5%濃度的鹽酸作為清洗液體。首先我們加入5%濃度的鹽酸液體至循環水罐中,保證鹽酸液體的液位高于泵的進口,同時解除低液位連鎖裝置。其次,排空緩沖罐并開啟循環泵約5min。鹽酸清洗的過程中,必須仔細觀察流量計的讀數,當流量計的讀數與設計流量吻合時即可停泵。然后,排空鹽酸液體,加入低硬度水進行反復清洗,直到pH值恢復到6左右。最后,恢復原連鎖信號,加入去礦物質水,重新使用設備。

 2.5針對突發情況應考慮應急措施。當整個廠區 出現突發狀況而停車時,必須有應急措施與石墨換熱器配套使用。由于石墨熱交換器的進口溫度為 600℃,而出口的溫度必須低于70℃。在突發狀態 下,前端的熱氧化爐會立即停車,但其殘余的熱量 還會釋放。為了保證整套設備的安全使用,我們應當配備一個應急水罐,并且儲存足夠消除殘余熱量的去礦物質水,再配合自備發電機共同作用,從而消除隱患。

2.6必須降低冷卻液初次進入石墨設備所產生的 沖擊力。石墨材質的抗沖擊性能較差,因此必須并聯緩沖罐一起工作,減少冷卻介質初次進入石墨熱交換器時對設備的沖擊力。

 2.7冷卻液循環泵要一用一備。循環冷卻的溫度 較高,一般維持在60℃左右。對泵的穩定性要求也很高,循環泵必須穩定地提供設計流量,保證熱交換器的正常工作。最后,為了后期的維護保養和快速應急響應,我們通常對泵設置一用一備,減少不必要的停車而對生產的損失。

 3結語

 石墨熱交換器應用于熱氧化爐系統時,由于熱 氧化爐出口的溫度很高(600℃左右),在確保系統正常降溫的前提下,必須有效地保護石墨熱交換器自身的安全。石墨材質比較容易受外力影響而造成破壞,因此在日常使用和維護方面應制定詳細的操作處理流程,從根源上盡量避免操作不當對設備的損傷;在冷卻介質的選擇上也應充分考慮到設備噴嘴的孔徑和溫度變化所造成堵塞等狀況的發生;對于系統在緊急狀態供水供電中斷時,要有充分的應急預案,以保護系統設備安全

 

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