聚四氟乙烯換熱器研究進(jìn)展及工程應(yīng)用前景

孫雪振 李登輝 許誠(chéng)塹

作者簡(jiǎn)介：孫雪振，男，漢族，河南商丘人，出生于1993年10月，碩士研究生，學(xué)生，研究方向?yàn)閺?qiáng)化傳熱及節(jié)能減排技術(shù)

摘 要： 扼要介紹了聚四氟乙烯換熱器的性能特點(diǎn)，重點(diǎn)分類(lèi)敘述了聚四氟乙烯換熱器的技術(shù)進(jìn)展和工程應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)其工程應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞： 聚四氟乙烯換熱器；技術(shù)進(jìn)展；耐腐蝕；工程應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TQ325.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2236-1879（2018）11-0012-01

0引言

換熱器是石化行業(yè)的重要設(shè)備。如今對(duì)換熱設(shè)備的耐腐蝕性能要求越來(lái)越高，金屬換熱器往往易被腐蝕而失效，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。美、日、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每年因腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的4%左右。因此研制和推廣耐腐蝕性的聚四氟乙烯換熱器，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 聚四氟乙烯換熱器的性能特點(diǎn)

與金屬換熱器相比，聚四氟乙烯換熱器在性能方面擁有以下優(yōu)點(diǎn)[2]：結(jié)構(gòu)緊湊、換熱面積大、質(zhì)量較輕；流動(dòng)阻力小、不易發(fā)生堵塞；優(yōu)良的耐腐蝕性。聚四氟乙烯換熱器也存在一些突出缺點(diǎn)。如換熱材質(zhì)密度較小，管束在流體沖擊下易發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)熱性能差，機(jī)械加工性能差等。

2 聚四氟乙烯換熱器的技術(shù)進(jìn)展

2.1 換熱管研制。

聚四氟乙烯常簡(jiǎn)寫(xiě)為PTFE，由于表面活性低、導(dǎo)熱系數(shù)小，為減小熱阻、提高傳熱系數(shù)、增大傳熱面積，長(zhǎng)期以來(lái)?yè)Q熱管主要采用小直徑薄壁管。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究者對(duì)Ni-P-PTFE銅基管進(jìn)行了大量研究，大幅度提高了導(dǎo)熱系數(shù)和耐腐蝕性[3]。

洪小月[4]發(fā)明了一種用于火電換熱器的高導(dǎo)熱PTFE管，PTFE管外徑為6.15～6.45mm，壁厚為0.6～0.8mm，試驗(yàn)測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)在2～10，拉伸強(qiáng)度可大30MPa。高導(dǎo)熱PTFE管制作工藝簡(jiǎn)單、成本低，具有耐腐蝕、抗結(jié)垢的性能，具有很好的應(yīng)用前景。

2.2 管板制造方法。

聚四氟乙烯表面能較小，表面張力為0.019N/m2，很難用粘接劑進(jìn)行粘結(jié)[5]。鄭州工學(xué)院（現(xiàn)鄭州大學(xué)）課題組研制了一種無(wú)粘結(jié)劑的熱粘結(jié)法——管板限脹試壓加熱焊接法。查閱近年來(lái)的文獻(xiàn)，聚四氟乙烯換熱器焊接工藝發(fā)明專(zhuān)利多，但實(shí)用性不強(qiáng)，并未得到推廣應(yīng)用[6]。新型粘結(jié)劑的研制，也為解決此問(wèn)題提供了新思路。黃展等[7]使用的以氟聚合物為主體材料的粘結(jié)劑，與不銹鋼的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到了3.26MPa，而且耐熱性能可觀。

2.3 材料改性研究。

國(guó)內(nèi)對(duì)聚四氟乙烯材料及其復(fù)合材料的改性進(jìn)行了大量研究[8]，主要集中在利用高導(dǎo)熱性能的材料和高導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)構(gòu)的聚合物對(duì)聚四氟乙烯進(jìn)行填充，常用的填充材料有石墨、鐵及其氧化物、銅及其氧化物和聚乙炔、聚苯酯、聚苯硫醚等無(wú)機(jī)材料。王春芬等[9]把改性材料用于換熱器，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能、加工性能得到了很大的提高。王亮亮等[10]對(duì)高導(dǎo)熱的聚四氟乙烯復(fù)合材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)用石墨填充后的聚四氟乙烯可以大大提高其導(dǎo)熱率，但是力學(xué)性能下降明顯。

3 工程應(yīng)用前景

隨著聚四氟乙烯及其改性復(fù)合材料在換熱器中的應(yīng)用，其導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性能將更加優(yōu)化。近年來(lái)，聚四氟乙烯換熱器在電廠、煙氣余熱回收、海水淡化、溴化鋰制冷以及污水源熱泵等多個(gè)領(lǐng)域的研究上取得重大突破[11-12]。同時(shí)，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期從事聚四氟乙烯換熱器研制的廠家較多，每年都有相關(guān)文獻(xiàn)公布。作為一種具有優(yōu)良耐腐蝕性的換熱設(shè)備，隨著研究方向的深入和制作工藝水平的提高，聚四氟乙烯換熱器有望待到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴傳山，李彪，王秋香.氟塑料換熱器研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展.2011，30：633-636.

[2] 陳林，杜小澤，林俊，楊立軍，梁江濤，孫穎穎.導(dǎo)熱塑料在換熱器中的應(yīng)用[J].塑料，2013，42（06）：28-30.

[3] 何凱龍，陳穎，鐘天明，莫松平.Ni-P-PTFE化學(xué)復(fù)合鍍層導(dǎo)熱性能的研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2013，34（01）：84-88.

[4] 洪小月.一種用于火電換熱器的高導(dǎo)熱PTFE管[P].浙江：CN105086301A，2015-11-25.

[5] 孫愛(ài)芳，劉敏珊，董其伍.耐腐蝕換熱器用聚四氟乙烯的改性與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].機(jī)械工程材料，2007，（03）：1-3.

[6] 龐香達(dá).氟塑換熱器F-4管板限脹施壓加熱焊接法工藝原理及有關(guān)計(jì)算探討[J].河南化工，1980，64-71.

[7] 黃展，張曉麗，馬爽等.一種粘結(jié)性能優(yōu)異的含氟聚合物粘結(jié)劑[J].中國(guó)膠黏劑.1998，8（1）：8-12.

[8] 江鎮(zhèn)海.聚四氟乙烯改性技術(shù)進(jìn)展與評(píng)述[J].有機(jī)氟工業(yè)，2011，（01）：49-52.

[9] 王春芬，虞斌，涂善東.聚四氟乙烯及其改性復(fù)合材料在換熱器中應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備，2005，（03）：41-45.

[10] 王亮亮，陶國(guó)良.高導(dǎo)熱聚四氟乙烯復(fù)合材料的研究[J].中國(guó)塑料.2004，4（4）：26-28

[11] 曾坤.我國(guó)化工換熱器研究進(jìn)展和應(yīng)用狀況[J].山東化工，2013，42（11）：64-66.

[12] 滿(mǎn)曰南，王曉娟，王銀濤，房雅娟.海水淡化技術(shù)研究新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[J].工業(yè)水處理，2014，34（11）：8-12.