石墨换热器如何选型

石墨换热器的选型是一个技术性很强的工作，需要综合考虑工艺条件、物料特性、设备形式和经济性。选型不当会导致效率低下、频繁损坏甚至安全事故。

以下是石墨换热器选型的核心步骤和注意事项，您可以参照这个流程进行。

一、核心原则：明确工艺需求与物料特性

这是选型的基础，必须首先厘清。

    1、工艺参数（热计算基础）：

• 介质与流向： 明确管程和壳程分别是什么介质？是液-液、汽-液还是汽-汽换热？流向是逆流、并流还是错流？（逆流换热效率最高）

• 流量： 壳程和管程介质的体积流量或质量流量（m³/h, kg/h）。

• 温度： 介质的进口和出口温度（T1 in, T1 out; T2 in, T2 out）。这是计算对数平均温差（LMTD） 的关键。

• 热负荷： 需要交换的总热量（kW 或 kcal/h）。可以通过流量、比热容和温差计算得出。

• 压力： 管程和壳程的工作压力和设计压力。石墨设备的承压能力有限，通常低于金属设备。

    2、物料特性（决定材料相容性与结构）：

• 腐蚀性： 这是选择石墨的首要原因。明确介质的成分、浓度、pH值。特别是是否含有强氧化性介质（如浓硫酸、硝酸、次氯酸盐等），它们会腐蚀不透性石墨。

• 结垢倾向： 介质是否易结晶、结垢或含有固体颗粒？这会影响换热器形式和清洗方式的选择。

• 悬浮物与粘度： 高粘度或含悬浮物的介质应流经壳程，以避免在细小的换热管内堵塞。

• 热物性参数： 介质的比热容、导热系数、密度、汽化潜热等。

二、石墨换热器类型的选择

根据以上信息，选择合适的结构形式。

初步选择指南：

• 不确定时，优先考虑圆块孔式，因其综合性能最好。

• 介质很脏、需要频繁清洗 → 考虑管壳式，并让脏介质走壳程。

• 工艺非常复杂，需多股物料换热 → 考虑矩形块孔式。

三、材料与浸渍剂的选择

不透性石墨是由人造石墨经树脂浸渍固化而成的，浸渍剂的选择直接决定了耐腐蚀性。

• 酚醛树脂浸渍：

• 最常用。耐大多数无机酸、有机酸、醇类、烃类溶剂。

• 不耐：强氧化性酸（如浓硝酸、铬酸）、强碱、溴、碘等。

• 呋喃树脂浸渍：

• 耐酸性和耐碱性均优于酚醛树脂。

• 不耐：强氧化性介质。

• 聚四氟乙烯（PTFE）浸渍：

• 耐腐蚀性最广，几乎能耐所有化学介质，包括强氧化性酸和碱。

• 价格极其昂贵，耐温性能受PTFE限制。

• 水玻璃（硅酸盐）浸渍：

• 主要用于耐氟化氢（HF）的场合。

选择依据： 根据介质的腐蚀性，对照浸渍剂的耐腐蚀性能表进行选择。酚醛树脂是默认选项，遇强氧化剂考虑PTFE，遇氟氢酸考虑水玻璃。

四、关键设计参数的确定

与制造商的技术人员共同确认以下细节：

   1、换热面积：

• 根据热负荷、对数平均温差和总传热系数（K值）计算得出。

• K值 是关键且经验性的参数，需由制造商根据介质、流速、结构形式等确定。通常范围在 300 - 2000 W/m²·K。

• 必须留有裕量，通常增加10%~20%的安全系数，以应对结垢和计算误差。

2、流速与压降：

• 流速影响传热效率和压降。流速太低易结垢，太高则压降过大。

• 需在传热效率和允许压降之间取得平衡。

3、结构与接口：

• 安装方式：立式还是卧式？（立式利于排气，卧式利于排液）

• 接口法兰的标准、规格和方位。