石墨换热器在酸洗线中的应用【整理版】.doc

石墨换热器在酸洗线中的应用张安龙，揭乐标，彭建鄂，王飞朋，杨雯燕（武钢（集团）国际经济贸易总公司，湖北武汉，430081）摘要：介绍了石墨换热器的结构和工作原理，结合冷轧酸洗线工艺要求，对石墨换热器的换热面积进行了计算，介绍了石墨换热器在酸洗工艺中的应用效果，结合石墨换热器结构、原理及应用效果，总结了石墨换热器的优点。关键词：石墨；换热器；酸洗；传热；腐蚀The Application of Graphite Heat Exchanger on Pickling LineZHANG An-Long, JIE Le-Biao, Peng Jian-E, WANG Fei-Peng, YANG Wen-Yan(International Economic and Trading Corporation, WISCO，Wuhan,430081,China)Abstract: the structure and the function of graphite heat exchanger were introduced, the acreage of heat exchanger was calculated combined with the pickling technics, the application effect of the graphite heat exchanger on pickling line was introduced, the excellences of the graphite heat exchanger were summarized combined with the structure, the function and the effect of graphite heat exchanger.Keywords: graphite; heat exchanger; pickling; diathermancy; erode1 概述热轧厂生产的热轧带钢板卷表面带有氧化铁皮，若将这些带氧化铁皮的带钢直接送到冷轧机去轧制将会带来许多问题：1）将氧化铁皮压入带钢的基体，影响冷轧板的表面质量及加工性能；2）氧化铁皮破碎后进入冷却润滑轧辊的乳化液系统会损坏循环设备，缩短乳化液的使用寿命；3）是损坏了表面光洁度和加工精度都很高并且价格昂贵的冷轧辊。因此，带钢在冷轧之前，必须清除其表面氧化铁皮，以保证所生产的冷轧带钢的表面质量。酸洗是冷轧带钢生产过程中非常重要的一道工艺，其目的是去利用酸液与氧化铁皮之间的化学反应将其去除。化学反应需要一定温度进行活化，温度太低，反应就慢，除锈效果就差，不能满足生产要求，因此需不断对酸进行加热，使酸液温度保持在一定范围内，实践经验表明，将酸液温度保持在6595时，酸洗效果较好。以往通过酸液通高温蒸汽（该方法不但稀释了酸液浓度，降低酸洗效果，而且容易造成工业废水污染）以及电加热器和列管式换热器保证酸液温度（该方法成本高，设备腐蚀快1，且不便于维护），近来逐步被石墨换热器所取代。石墨换热器主要由不透性石墨制作而成，具备优良的耐腐蚀性和传热性能，现已被广泛应用于冷轧酸洗行业中腐蚀介质的传热工序。 2 石墨换热器的应用2.1 石墨换热器结构石墨换热器基体为圆柱体，中间有直径为350mm的孔，使圆柱体变为圆筒体（如图1）。圆柱体有较稳定的结构强度，易于密封，在结构中不用胶结剂，而且采用聚四氟乙烯O型圈密封介质，加装压力弹簧作热胀冷缩的自动补偿机构，下部有介质再分配室，增强紊流效应，结构强度高，耐热耐压性强，抗冲击性能好，体积利用率高，传热效率高，便于检修。图1 石墨换热器结构简图冷轧酸洗生产线巾的圆块孔式石墨换热器采用的都是气液换热形式，两种流体的流向为错流和简单折流。石墨块在纵横两个方向上均钻有直径为16mm的孔，其中纵向孔作为酸液通道，横向孔作为蒸汽通道，酸液沿纵向一个方向流动，而蒸汽先沿与纵向呈垂直的方向流动，然后折回向相反方向流动，如此反复地做折流运动。石墨块外观图如图2。图2 石墨块2.2 石墨换热器工作原理石墨不但具有耐酸腐蚀性，而且具有良好热传导性能，将石墨芯体做成垂直和水平互相分隔开的块孔式结构，当两种介质彼此通过时，高温介质不断地把热量传给石墨换热器，低温介质不断从换热器得到热量，从而实现了热交换。在冷轧酸洗工序中，石墨换热器通过酸泵从酸槽一端将酸抽出，泵入石墨换热器，经石墨换热器加热又排回酸槽的另一端，由于这一过程是连续进行的，故实现了石墨换热器对酸的加热，见图3。图3 石墨换热器工作原理简图2.3 石墨换热器换热面积计算某钢厂冷轧酸洗线所要求的工艺参数如下表1，酸液储备量为18m，循环量为110m/h，酸液初始温度为20，要求酸液在30分钟内由20升至85。表1 冷轧酸洗线酸洗工艺参数加热能力Kcal/h酸液出口最高温度酸液流量 m/h蒸汽温度工作压力MPa600000901101501700.40.7换热面积计算公式2 （1）式中，为换热量，即加热能力；为传热系数；为错流平均温差。传热系数的计算公式为3： （2）式中，为物料侧给热系数，为服务侧给热系数，为物料侧污垢热阻，为服务侧污垢热阻，为换热元件热阻。其中，为厚度、 为导热系数。错流平均温差计算公式2： （3）式中，为温差修正系数，为对数平均温差。酸循环石墨换热器工艺参数包括，物料侧介质为l8%20% 盐酸，服务侧介质为160饱和蒸汽，总物料体积为18m，30分钟由常温20加热到85，总传热量为600000kcal/h，对数平均温差为93.52，总传热系数为800w/m ，经计算换热面积为32。考虑热损失等其他因素，采用换热面积为38.4的圆块孔式石墨换热器。经综合分析，采用电碳浸渍酚醛树脂石墨能满足以上工艺要求，电碳浸渍酚醛树脂石墨即把细颗粒的石油焦(颗粒度为0.10.2 mm)与煤沥青混合，轻辊轧、磨粉、模压、焙烧、石墨化、浸渍树脂、机械加工以及装配而成。这种酚醛树脂浸渍而成的不透性石墨材料颗粒细微、致密度高、换热效率极好，高质量的石墨换热器一般用此材料，其物理性能如下表2。一块酚醛树脂浸渍的不透性石墨换热面积为1.6，共需24块不透性石墨，分装在4个筒体中。表2 酚醛树脂浸渍的不透性石墨性能密度g/cm使用温度工作压力MPa导热系数w(/K*m)抗压强度MPa抗拉强度MPa抗弯强度MPa1.851.922000.71207080253515202.4 石墨换热器应用效果石墨换热器改变了酸的受热方式，使酸提温均匀，缩短了提温时间，降低了蒸汽消耗，减少了能源浪费，提高了工作效率；石墨换热器增加了酸的流动性，对带钢表面产生了一定的冲刷效果，加速了去除氧化铁皮的进程。与直接通蒸汽加热酸液的加热方法相比较，由于受热方式的改变，酸的过热挥发以及冷凝水对酸的稀释明显减弱，酸耗从过去的单吨带钢耗酸54kg/t降为现在的42kg/t。该酸洗线年洗带钢100万吨，每吨酸市现价500元，每年降酸耗效益约600万元。3 结论结合石墨换热器结构及其工作原理，总结石墨换热器优点如下：1）采用单元石墨块叠加而成换热器主体，石墨块之间采用垫片隔开，不用粘接剂，拆装简单，互换性好，被损坏的块材能迅速得到更换，节约了维护成本和维修时间。2）不透性石墨是一种特殊的非金属材料，其导热系数高于许多金属，具有优良的耐腐蚀性和传热性能。3）石墨材料具有各向异性的特点，石墨块的纵横向孔是钻制而成，可通过机加工设备使热流方向和块体传热的最佳方向一致，从而提高紊流效应和传热效率，节约经济成本。基于以上优点，石墨换热器在冷轧酸洗线及化工、石油、农药等行业得到日益广泛的应用。参考文献：1程治方，单新华。近年来国内石墨换热设备发展概况J。石油与化工设备，2010,13（2）：52董永斌. 对外商石墨换热器设计选型的改进J。化工生产与技术，2002,9（2）：36-383