氟塑料换热器研究进展.pdf

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化工进展
211年第30卷增刊 CHEMICAI. INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
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进展与述评
氟塑料换热器硏究进展
戴传山,李彪,王秋香
天津大学机械工程学院,天津300072)
摘要:从腐蚀对金属換热器的危害出发,提出耐腐蚀性能优异的聚四負乙烯換热器(PTFE)有着广泛的应用
前景。详细阐述了国内外PTFE的研究进履?性能的忧缺点、工程应用,重点对聚四氟乙烯换热器用于涣化锂
吸收式制冷机、污水源热系系统等做了深入跟踪研究。
关键词:塑料換热器;腐蚀;聚乙
换热器是化工、石油等工业领域的主要设备。后,有待大力发展。虽然目前我国已经成为全球聚
但是仍占主导地位的金属换热器却常因为严重的腐四氟乙烯PTFE主要生产国,但是在技术、产品
蚀和污垢附着,导致换热性能急剧下降,寿命缩多样性与质量方面仍与国外有较大差距,特别是
短,严重影响工业的安全正常生产。金属换热器故PTFE改性研究和加工应用水平
障大部分是由腐蚀引起的,常见的腐蚀包括管束穿
图2表示近20年来我国塑料换热器专利申请
孔、断裂和壳体减薄等。其中仅换热管的腐蚀失效情况,从有统计的1984~2004年,专利数量增加
就占金属换热器总故障的50%以上。例如常用
美国
于海水中的含锡黄铜管在使用两年后便逐渐腐蚀穿
中国
欧盟
孔,用于乙酸冷凝的紫铜换热器不到六个月即报废
德国
日本
需要更新,电厂汽轮机的油冷却器则因腐蚀而大量
其它国家
漏油等。每年因腐蚀造成了严重的直接和间接经济
6237(921%)
损失,据世界各发达国家的统计,腐蚀造成的经济
171(2.5%)
损失为国民经济总值的3%~5%。因此,寻求耐
腐蚀性能优异的非金属材料取代金属材质,研制出
新型的换热设备具有非常重要的理论和现实意义。
1国内外研究进展
图1近五年各国塑料换热器专利申请比较
塑料换热器是一种新材料换热器,国内外应用
和研究只有短短的四五十年的历史,但是近年来发
o国内专利
展迅猛。
美国杜邦( Dupont)公司1966年首次获得专
利,随后率先研制出多种塑料换热器,并实现了商
品化生产。到1970年已经有15个国家二千多家工
厂在生产上采用了数千台氟塑料换热器,处理几十
种化工腐蚀性介质。从20世纪70年代开始,我国
198619891992199519982001200420072010
才对氟塑料换热器进行研究和试制。
年份
能查到的2005年至今国际上关于塑料换热的
图2历年我国塑料换热器专利申请情况
专利申请就有6773项。其中美国申请的专利最多,
约6237件,占所有申请专利的92.1%,中国在塑
料换热器方面申请的专利仅有171件,占国际申请系盒项目天市应用及前技术研究计划
(O8 JCZDJC20300)。
总数的2.5%。各大国塑料换热器专利申请情况见策ー作者。競传山(198-).明,博士,散授,主要从事传热传
图1,显然我国在塑料换热器的研究方面还比较落质研究,E-mailcsda(@gtju.edu.cn.
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化工进展
2011年第30卷
缓慢。从2005年起,数量逐年急刷增加,说明近同体积的金属换热器相比,该换热器总重量只占金
几年国内对塑料换热器的研究投入增大,有越来越属换热器的10%左右,换热面积却是金属换热器
多的人着手研究塑料换热器
的4倍以上
由于专利从申请到公开之间有较长一段审核时
王春江92007年研究了通过增强、填充、复
间,所以最近一半年申请的专利还査不到。即图2配和共混等多种手段对聚四氟乙烯进行改性。详细
中2010年的专利数量背定小于实际申请的数量。介绍了聚四氟乙烯表面活性,耐磨性、耐压性、冷
2011年的专利也还未见报道。总之,塑料换热器却性等以及各种新型共混物的力学性能的改性
在国内的研究已经升温,市场前景广泛
方法。
国外还先后开发了各种形式的氟塑料换热设
孙玉红[102008年全面介绍了聚四氟乙烯卓越
备,如美国的氟塑料涂层换热器,加拿大的氟塑的耐腐蚀和耐高低温特性,使之成为广泛应用的耐
料板式换热器,日本的电热管1、电热板等氟塑腐蚀材料。而对于聚四氟乙烯本身难熔融加工、难
料加热元件。
焊接等缺陷,作者认为随着材料应用技术的不断发
英国 Courtaulds公司1987年开发的蒸汽再展也将被逐渐克服,将会在更多领域得到更加广泛
压缩系统,与单效蒸发相比,每蒸发1m3水可节的应用
能640kWh。系统中采用塑料换热器作为蒸发换
从使用温度上看,聚四氟乙烯换热器既可用于
热器,这种塑料换热器,传热面积很大,温差小,蒸汽加热也可用于热水加热或冷水冷却。适用于电
压差小,可采用风机代替压缩机输送蒸汽。而且塑镀、电解、磷化、酸洗、铝抛光、除油、阳极氧化
料换热器与过程液流能很好的相容,其中一侧有很及其他表面处理工艺的加热、水冷却、制冷和蒸发
好的润滑性能能,便于保持降膜状态。此外,塑料浓缩以及海水冷却。
换热器还可以处理脏的和有腐蚀性的液体,以及很
多金属換热器不能处理的液体。1987年2氟塑料换热器的性能
courtaulds公司研制的塑枓换热器就广泛应用于大
氟塑料换热器与金属换热器相比,据有以下
型海水蒸发,且显示出塑料换热器在其他回收过程优点
和液流处理中具有很大应用潜力。
(1)很高的換热面积与体积比,比传统的换热
王立国62004年阐述了塑料换热器在海水淡器可以高出一个甚至几个数量级。典型的金属管売
化中应用的研究状况,分析了塑料换热器所具有的式换热器(换热管中25×3mm)换热器传热面积
优势,如成本更低、更好的防腐防垢性能,质量更为130m2/m3。用聚四氟乙烯管り.9×0.15mm
轻和能耗更低等,重点讨论了塑料换热器在露点蒸做换热管,管间距1.5倍管外径,单位体积换热面
发淡化技术中的应用和有利条件,并对塑料换热器积为1551m2/m3,是典型金属管壳式换热器的
在海水淡化中的应用前景作了进一步的展望
11倍。若用聚四氟乙烯0.5×0.15mm做换热
国外紧湊式的氟塑料换热器单位体积换热面积管,管间距1.5倍外径,单位体积换热面积为
可达到650m2/m,国内的一般均在200m2m
790m2
则是典型金属管売式换热器的
以下,甚至低到102m2/m3。
5倍
氟塑料换热器一般采用小直径薄壁管来间接地
(2)超强的抗腐蚀性,可用于各种严酷的腐蚀
提高传热面积和换热系数。美国杜邦公司曾用过最条件下,比如电镀槽液、高温高浓度酸碱液及有机
小外径2.5m,壁厚0.25m的塑料管子,管心溶剂等。
距4~6.4mm的管束来提高传热效率。园内制造
(3)防污塞,流动阻力小,摩擦系数小。聚四
的氧塑料换热器常采用的管柬是外径6mm,壁厚氟乙烯具有突出的低摩擦性能,特别是在低速、高
0.5mm的管子,管心距8.5mm;外径5mm,壁负荷时,他的摩擦系数可低到0.04,是目前为止
厚0.5mm,管心距7.5mm和外径3.6mm,壁厚所发现的摩