化工石墨设备生产技术状况和进展探究.pdf

全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月77经验交流Experience Exchange技术化工石墨设备生产技术状况和进展探究王晓梁1刘仍礼2缪世阳2（1.江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 南通 226011；2.南通星球石墨股份有限公司，江苏 南通 226541）摘 要：化工石墨是一种比较特殊化非金属材料。在化工行业当中，石墨有着非常良好的物理机械性能以及加工性能，同时具备非常优质、难得的耐腐蚀性，是集较高导热率于一体的特殊材料。如今，石墨已成为化工防腐设备制造中非常理想化的材料，化工石墨设备也成为各种类型的化学设备中非常关键的化学处理设备。在以前的五十年当中，我们可以从石墨化工产生品当中的结构、用途以及功能来进行分析，其在各个性能方面都是存在着一定的差异化。如今在市场当中，化工石墨设备生产使用最为广泛、最为重要的要属那种循环孔热交换器和管热交换器。为此，本篇文章主要针对石墨设备生产技术的相关状况以及进展情况展开了相应了论述，以供相关工作人员作重要参考。关键词：化工石墨设备生产技术状况进展中图分类号：TE973 文献标识码：A DOI：10.13726/ki.11-2706/tq.2023.06.077.03Research on the Construction Technology Status and Progress of Imperviousgraphite EquipmentWANG Xiao-Liang1,LIU Reng-Li2,MIAO Shi-Yang2 (1.Special Equipment Safety Supervison Inspecttion Institute of Jiangsu Province Nantong,Nantong 226011,China;2.Nantong Xingqiu Graphite Equipment Co.,Ltd.Nantong 226541,China)Abstract:Chemical graphite is a kind of specialized nonmetallic material.In the chemical industry,graphite has well physical and mechanical properties and processing properties,at the same time has very high quality,rare corrosion resistance,is a special material with high thermal conductivity.Nowadays,graphite has become a very ideal material in the manufacture of chemical anti-corrosion equipment,and chemical graphite equipment has also become a very key chemical processing equipment in various types of chemical equipment.In the previous fifty years,the structure,use and function of chemical graphite products in various performance aspects are differentiated.Now in the market,the production of chemical graphite equipment is the most widely used,the most important is the circulation hole heat exchange equipment and tube heat exchange equipment.Therefore,this article mainly introduces the graphite equipment production technology related status and progress,as an important reference for the relevant staff.Key words:chemical graphite equipment;construction technology;status;progress作者简介：王晓梁(1982)，男，江苏南通人，高级工程师，硕士，主要研究方向为焊接，无损，特种设备检验检测。TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.07 JUL.202378经验交流Experience Exchange技术0 引言在化工石墨当中，浸渍石墨是一种耐腐蚀非常高的非金属热导体材料，我们从它所具备的热传导率来看，其热传导率主要是在110W/（M.K.）（130W/）（M.K.）左右。通常情况下，在化工行业当中，市场当中比较常应用到的金属以及非金属结构材料当中，如果从石墨的导热率来看，石墨的导热率仅仅是低于银的导热率。如今，在现代工业发展当中，铜铝现代工业技术的快速发展帮助我国的科学技术的高速发展以及石墨材料的生产力做出非常大的贡献。1 关于石墨设备技术的类型以及应用 在当今市场当中，化工石墨设备技术类型多种多样。对于不一样的化工石墨，其所应用的石墨设备技术也都存在差异。为此，在实际作业当中，相关工作人员可以依据化工石墨性质的不同，针对不同设备技术作出不一样的分类。1.1 关于换热器类的石墨设备技术 在化工行业当中，我们比较熟悉的石墨设备技术就是石墨热交换器，在行业当中的应用非常广泛，是化工生产过程当中应用于腐蚀性介质热交换最为常用的一种热交换器。依据其结构来进行分类，可以分成以下几种类型：圆块孔式类型、矩形块孔式类型，以及管壳式类型等，其种类非常 丰富。1.2 关于降膜式吸收器系列的石墨设备技术 对于这一种降膜式吸收器系列的石墨设备技术来讲，其主要是应用到对盐酸物质的生产上，以及应用在硫化氢，五氧化二磷等一些具有可溶性气体吸收的功能上。关于这种降膜式吸收器系列的石墨设备技术，在吸收性能方面的效率上，比塔式绝热吸收设备要高一些，如对HCL的吸收可达99.9%。如果我们依据其结构特点来进行分类，又可以分成两种类型，即管壳式类型以及块孔式类型这两种的。这两种形式的降膜吸收器类似于相应的换热器，有各自的特点。列管式降膜式吸收器，结构简单，制造方便，材料利用率高，成本较低，可制成较大规格，用于处理量较大的吸收过程。但是，当管子、管板为粘接连接时，在较高温度下使用将产生温差应力易引起粘接缝损坏，影响设备的寿命；块孔式膜式吸收器虽然造价较高，但由于浸渍石墨的导热系数为压型管材的23倍，其传热效果好，且块与块之间有再分布湍流室，又进一步强化了传热传质过程，使得吸收效率较高1。块孔式膜式吸收器耐温、耐冲击振动的性能好，使用寿命长。1.3 关于合成炉化工石墨设备技术 合成炉化工石墨设备技术主要是应用于一些燃烧和合成易燃的介质。比如氯与氢的合成，通过“燃烧”之后就会形成一种氯化氢的物质；而黄磷的这种，在经过相应的燃烧之后，则会形成一种新的化学物质，也就是五氧化磷。在现实当中，石墨氯化氢合成炉在国外应用更加广泛，并且得到了长期使用。而对于我们国内来讲，在这一方面的经验将近有着三十年的时间，在市场当中其应用比较普遍的就是氯化氢合成炉这种。在近二十年左右的时间当中，合成炉设备技术发展更加快速，我们依据合成炉的相关结构制造可以分成几种结构，即二合一的结构、三合一结构以及四合一结构；依据合成炉的点火方式可以分成二种形式，即上点火形式和下点火形式。而对于不同的结构制造来讲，基本上都能是采用一种特殊的设计方法，针对氯化氢合成炉的燃烧反应热实施一种余热回收副产蒸汽的效果。关于二合一、三合一石墨盐酸合成炉设备技术也已经列入了我国化工行业标准当中，这对于我国整个化工行业来讲，作出了非常巨大的贡献。全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月79经验交流Experience Exchange技术1.4 关于塔类石墨设备技术我们从塔类石墨设备技术来进行分析，其所包含的类型主要有石墨填料塔设备技术、筛板塔设备技术以及泡罩塔设备技术等。关于这些塔类石墨设备技术，大部分都是应用在一些尾气净化装置上，有的也会应用在氯化氢合成装置上。2 目前我国化工石墨设备技术的生产现状分析 2.1 关于石墨坯材的现状分析以及差距 从我国目前化工石墨设备技术的生产现状来进行分析，石墨材料制造商按照原材料的温度以及最终的模塑两个因素来制作原材料。从石墨坯材的材料类型来进行划分，又可以分成石墨材料（这一种材料的温度大约是要保持在2500当中）以及半石墨材料这两种。之前在冶金工业当中所应用的石墨电极材料，随着时代的发展，科学技术的进步，在石墨设备制造行业当中的应用不断地减少。国内大部分电炭厂所应用的生产石墨设备装置，所采用的合成材料，基本上都是专门针对化工设备专用的一些基体材料，这些碳素材料其主要的区分在于石墨材料当中的粒径。从如今的生产现状来看，化工石墨应用比较广泛的石墨材料粒径基本上都是采用2mm颗粒以及0.8mm颗粒。2.2 关于浸渍剂材料 对于石墨设备所使用的原材料来讲，它是采用一种已经裂化的碳氢化合物所形成的粘结剂，然后把一些颗粒都固结在一起的。通过烧结工艺所形成，然而在进行烧结的过程当中，会具备相应的气孔渗透性。而浸渍作为石墨制品当中唯一的一项加工作业工艺，是为了能够让这种石墨制品成为一种不透性的石墨，就必须要应用浸渍剂采用浸渍工艺来实现。浸渍剂的类型也是多种多样的，比较常见的类型主要有酚醛树脂类型、呋喃树脂类型以及四氟类型等。如今，普遍应用的浸渍剂材料类型当中，当属酚醛树脂应用最为广泛，由于其用量使用较多，目前已经远远不能够满足于日常的生产需求。由于树脂的膨胀系数相对比石墨来讲，远远要高得多，因此，树脂可以在一种比较低的温度环境下，维持非常良好的长期塑料性，伴随着温度与时间的不断增加，浸渍剂也会慢慢地形成一种固化的作用。而对于树脂来讲，它自身所具备的高膨胀作用也会使得石墨产生一种内部应力，从而造成石墨当中的“地震”，强度面临着一定的损失性。2.3 目前石墨设备技术制造质量仍然有待提升 如今，在化工领域当中，应用比较常见的，就是酚醛树脂浸渍石墨设备技术，这一项技术在国内也比较成熟，大部分石墨设备制造商们都可以依据工艺操作规范进行严格制造。但是也仍然有少数的石墨设备制造商，由于他们对于石墨设备技术的了解程度以及使用状况不是特别全面，造成了设备的使用情况不是特别理想化。由此可见，作为石墨化工设备技术领域来讲，目前极需要解决以下相关的问题点：第一，由于浸渍剂渗透深度的温度以及树脂碳化的温度不足够，使得制造设备出现了早期的腐蚀以及泄漏情况；第二，在应用到某一种介质当中时，石墨在酚醛树脂当中进行浸渍的时候，操作要更加谨慎，如高的真空度、合适的压力等。第三，在某种特定的情形之下，应用半石墨化材料进行制作时，在操作相关装置的过程当中，要特别 小心。3 关于未来的发展方向 伴随着新时代快速发展，社会经济不断进步，石墨化工设备技术在未来有着非常广阔的发展前景。我们从未来的发展趋势来进行分析，化工石墨（下转第83页）全面腐蚀控制第37卷第07期 2023年07月83经验交流Experience Exchange技术两大类，其中补板、堆焊、B型套筒和换管属于焊接修复技术，选用焊接修复技术主要考虑管材钢级，特别是X60以上钢级应按照在线焊接工艺评定规程进行操作。A型套筒、钢制环氧套筒、复合材料和机械夹具属于非焊接修复技术，不适用环向裂纹和环焊缝缺陷；选用复合材料修复技术，主要考虑管道输送温度波动范围、材料性能老化和树脂固化条件等因素可能影响管体修复质量。长输管道管体缺陷修复技术各有优缺点和适用条件，应根据管道缺陷类型及严重程度，结合管道环境条件、运行工况和经济性因素，选择适用的修复技术，例如针对管道腐蚀为主要缺陷类型，堆焊适用深度不大的点蚀；补板适用小面积、多点腐蚀情形，A/B型套筒适用大面积腐蚀。B型套筒相对于A型套筒优势在于可修复泄漏缺陷和补强内腐蚀缺陷，可用于较大面积的腐蚀区域。钢制环氧套筒最大承压能力为10MPa，施工简便、不需焊接，对管道运行无影响，对于较长缺陷是一种有效方法。需解决瓶颈问题是高寒地区天然气管道缺陷修复中，填充树脂存在低温固化时间长、强度低、热膨胀系数与管材匹配性不佳等。复合材料不受管径、压力和介质限制，缺点是不适用连续长距离管道缺陷修复，需解决瓶颈问题是保证管道压力/温度波动、土体移动、弯曲应力等条件下的可靠性。参考文献1 邓霄,白天阳,崔宇翔.含腐蚀缺陷管道剩余寿命预测方法评述J.油气与新能源,2021,33(4):28-32.2 马伟平,张帆,房伟.高钢级管道切割技术现状综述.油气与新能源,2022,34(6):77-81.设备技术在未来的发展道路当中，其主要的方向就是需要不断地开发出各种新产品，以便可以快速的适应新时代的发展需求。同时，也要不断地强化对基本材料的探索与研究，积极提升石墨产品的品质，从而帮助现代化工领域、化肥行业以及冶金等领域的发展打下坚实的基础，为各种基础设施的建设与发展作出巨大贡献。如今在国内，氯碱、硫酸以及化肥等其他一些行业，甚至以前那种传统式的热交换设备，都需要应用于现代化石墨技术，为此，在未来的时代发展当中，特别需要大量的现代化、先进的石墨设备。为了进一步的提升国内石墨品质以及石墨工艺标准，突出其品质的重要性，作为相关技术人员来讲，要不断地开发出耐高温以及高效的热转移石墨热交换器设备。同时可以通过碳纤维卷绕不断地强化石墨材料的研究以及应用，以便可以快速的开发出新的化工石墨设备。4 结语综上所述，我们了解到关于石墨设备技术的类型以及应用，以及针对目前我国化工石墨设备技术的生产现状展开一系列的分析，从而对未来的发展方向进行相应的探讨，如果从种类来看，其实我国所拥有的石墨设备种类与国外相对比起来，并低于国外种类。在未来的时代发展当中，需要的对石墨设备制造过程中的基体材料进行持续性的研究，同时研究适合的浸渍剂和浸渍工艺，那么，对于石墨设备技术的品质来讲，也将有着更进一步的提升。参考文献1 专著：（京）新登字039号 许志远.石墨制化工设备M.北京:化学工业出版社,2003:001-254.（上接第79页）