不透性石墨制化工設備工業研究發展

在化工、醫藥、石油、冶金、輕工、食物、紡織以及國防、電子、三廢治理等國民經濟很多領域，因為介質的強腐蝕性，要求諸多制作設備的資料，既要能防腐蝕，又要有杰出的傳熱功能，而石墨資料就成為理想的設備結構資料。

石墨分為天然石墨和人工石墨兩種。人工石墨在焙燒過程中，因為有機物質分解成氣體逸出，使石墨資料形成多孔性。為了擴大其在工業中的運用范圍，采取一定措施,填塞石墨的空地，使其成為不透性石墨資料，之后在化工生產中得以廣泛運用和開展。

1.國內外開展現狀

英國的艾奇遜電極公司 (British Acheson Electrodes Ltd)早在1936年就成功研發了不透性石墨列管式換熱器，在1947年成功研發了塊孔式石墨換熱器;日本碳素股份有限公司在二戰后成功研發了壓型不透性石墨換熱器。從不透性石墨面世以來，國外運用的石墨換熱器中，列管式換熱器占絕大多數，并最先向規范化、系列化、大型化開展。

我國在20世紀50年代末期開始不透性石墨的運用研究，雖然起步較晚，但在石墨新設備的運用研究方面取得了可喜的成果。到現在為止我國的不透性石墨制列管式矩型塊孔式、圓塊孔式以及膜式吸收器、鹽酸合成爐等都有系列化產品。別的，石墨制泵、閥門、管道、管件等已在化工生產中得到推廣運用。

2.不透性石墨長處

①杰出的耐腐蝕性。例如由酚醛樹脂浸漬的石墨，除強氧化性酸和強堿外，對大部分酸類都是穩定的;呋喃樹脂浸漬的石墨有優良的耐酸性和耐堿性。

②優良的導熱性，其導熱系數比一般碳鋼大兩倍多。

③線脹系數小，耐溫度急變性好。

④不污染介質，能確保產品純潔度，無結垢現象。

⑤機械加工功能杰出，易于制成各種結構形狀的設備及零部件口

⑥耐磨耗性好，質量輕。

⑦隨工作溫度的升高，它不變形，強度也不降低。

3.設備典型結構

石墨制化工設備的類型較多，功能各有特色，按不同的準則能夠作出不同的分類，大體能夠分為以下幾類：換熱器類、反響設備、吸收設備、塔器、泵、旋轉機械、襯里設備等等。

注：a-石墨翅片管列管式換熱器； b-圓塊孔式石墨換熱器； c-圓塊式S形石墨換熱器；d-小蓋板塊孔式石墨換熱器。

注：e-列管式石墨降膜吸收器； f-石墨泡罩塔； g-規范型石墨填料塔；h-塊孔式“三合一”石墨合成爐。

注：i-石墨液下泵；j-石墨噴射泵；

k-刮板式石墨薄膜干燥機。

4.設備設計特色

依據石墨資料的功能特色,在進行不透性石墨制化工設備(以下簡稱石墨設備)設計時，應注意以下幾方面的特色:

①應盡量發揮石墨資料抗壓強度高的特色。使石墨制元件處于承受壓應力狀況而防止或減小承受拉應力和彎曲應力;

②換熱器的通道走向有必要契合石墨各向異性所帶來的最佳導熱方向。因為石墨制品垂直于擠壓軸線方向的導熱系數比平行于軸線方向小25%，所以設計傳熱元件時，應盡量使傳熱暖流的方向沿石墨擠壓的軸線方向;

③作為加熱設備，在選用樹脂浸漬石墨、壓型石墨及其膠結劑等與金屬資料或其他資料相組合制作加熱設備時，因為熱膨脹系數的差異，引起過大的溫度應力，應盡量減少用粘接結構。在進行列管式換熱器的設計時，尤其要合理地選擇資料和結構方式;

④設備的主要石墨零件，相同應盡量防止用帶粘接縫的結構。因膠結劑與石墨資料的熱膨脹系數不同，粘接縫在較高操作溫度下，將產生溫度應力，并且它在介質溫度及時效的作用下，可能引起脆化，使零件斷裂�，F在，我國用于制作設備的人工石墨毛坯的最大尺度:方形截面為400mm X 400mm,圓柱截面一般為φ60Omm ,最大到達φ1800mm，而所需要的石墨零件往往超越石墨毛坯的最大尺度。這時，不可防止地需選用粘接結構。此時，石墨零件的膠合縫應緊密均勻，縫寬度一般不大于1mm;

⑤金屬資料的連接件，如螺栓、雙頭螺栓，不宜直接擰在石墨元件上;

⑥零件的幾許形狀和設備結構不宜過于雜亂;

⑦石墨接收伸出設備外壁不宜太長，避免運輸或運用中碰壞;

⑧應考慮設備吊裝部位，一般不宜直接在不透性石墨構件上吊裝；

⑨因為石墨資料的不均質性，強度核算時選用較大的安全系數，一般取9～10(前西德AD規范N2取9，日本一般取10,在基礎資料及工藝確保條件均很好時，能夠考慮選用n=9）。

5.加工制作工藝

不透性石墨設備及其元件的加工制作工藝，隨設備的結構不同而異。不透性石墨的機械加工功能與鑄鐵相似，它比鑄鐵硬度小，一般選用金屬切削工具或木匠工具就能進行加上。如進行車、刨、銑、鉆、鋸、磨等加工。因為石墨本身的強度較差、性脆。一般選用兩次浸漬和兩次加的方法，以進步其強度，確保加工精度。

不透性石墨設備的加工、制作，應履行《石墨制化工技術條件》（HG 2370）等相關規范，嚴格控制各施工環節，確保施工質量。

圖一 不透性石墨零部件制作工藝流程

石墨資料質硬但性脆，極易碎裂。因而，石墨資料及其任何元件和制品，在任何搬運過程中，要做到輕搬輕放，嚴禁亂扔亂捧。在機械加工過程中，需要夾緊時，用力要均勻。防止部分受力過大。在機械加工和安裝過程中。嚴禁用金錘敲打，在有必要敲打的場合，應選用包有橡皮的木槌敲打。

6.定論

盡管如此，我國石墨設備行業的總體水平還不高，因為當前制作石墨設備的主體資料絕大部分仍以電極石墨為主，浸演劑的品種亦不多。電極石墨內部組織顆粒粗大(粒徑在6～10mm左右)�？盏芈矢�(一般在20%左右)，機械功能差，導致石墨設備的功能和質量低下。因而，怎么開展化工專用石墨，進步石墨資料的機械物理功能，開發高功能浸漬劑新品種，改善石墨設備的加工制作工藝，然后進步石墨設備的功能和質量，是我們今后工作的方針和重點。

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