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湿法炼锌生产工艺中换热器使用效果对比 青岛渤化石墨设备有限公司 宋涛 程佩玉 宋大海 [关键词]螺旋板式换热器；石墨换热器 [摘要]本文阐述了湿法炼锌生产工艺中螺旋板式金属换热器与孔道式石墨换热器结构及应用，进行分析比较，得出结论：石墨换热器必将代替特种金属板式换热器得到更广泛应用。 前言 湿法炼锌生产工艺高、低酸浸出工段中螺旋板式金属换热器使用寿命短，故障率高，能耗高，投入成本高。青岛渤化石墨设备厂2006年联合湖南某冶炼厂对该工艺进行专题研究，共同开发并于2008年应用至今的流道互换孔道式节能型石墨换热器成功取代了价格昂贵进口金属换热器，为国产石墨设备在湿法炼锌领域推广打下基础，为低碳经济节能降耗树立了典范。 一、工况条件及参数 湿法炼锌传统工艺中硫酸锌液通常采用换热器对80～95℃低酸和32～80℃高酸溶液采用温度135～130℃压力3bar左右的饱和蒸汽进行加热，介质中含H2SO4,Zn2+，C1-,F-并含有一定程度的颗粒状物质。 二、原螺旋板式金属换热器结构及应用情况 螺旋板式换热器主要的传热元件─板片由金属薄板卷制制成，两板片间保持一定的间隙作为介质通道，板片外周边采用橡胶垫或焊接密封，冷、热介质在相隔的流道中流过达到换热的目的。 板式换热器主材板片的选择应满足：1.较好的深冲性能；2.耐应力腐蚀、缝隙腐蚀和磨损腐蚀。3.在含硫酸的介质条件下，温度和流速增高，会使稀酸和浓酸的腐蚀加剧。 该工况条件下金属板片的温度约为110～115℃，要求耐H2SO4,Zn2+，C1-,F-腐蚀和颗粒状物质冲刷。Hastelloy C-276，Hastelloy G-30在硫酸中的腐蚀分别为＞1.27mm/a，＞1.5mm/a，哈氏合金在内的金属其安全腐蚀速率只能在90℃以下的硫酸溶液中，若溶液中增加了F-、Cl-，则耐温极限只能达到70～80℃。 904L(00Cr20Ni25Mo4.5CuN)具有较高的铬含量和足够的镍含量，铜的加入使它具有很强的抗硫酸能力，尤其对氯化物间隙腐蚀和应力腐蚀崩裂有高度抗性，抗点蚀能力略优于其它奥氏体不锈钢钢种。 湖南某冶炼厂2007年初从OUTOTEC公司引进了直接浸出湿法炼锌成套系统，该系统中采用904L螺旋板式换热器为例，并在金属表面喷涂一种稀有金属锆来满足工艺需求，然而由于溶液介质流速较大，并含有部分固体颗粒，对设备有一定的冲刷磨损，因此要求涂层达到一定厚度，设备的投资造价高达几百万元人民币。 ? 实践证明工艺中配套金属板式换热器不理想，投产半年报废。主要原因如下：1.涂层厚度虽达到要求，但因固体颗粒冲刷磨损掉部分涂层，造成局部耐腐蚀能力下降。2.板间密封采用法兰焊接，引起焊接部位金相组织改变，应力集中，局部腐蚀破坏。3.904L因含碳量极低＜0.01%，在制作过程中含碳量可能超标，降低了板材耐腐蚀性能。 三、新式孔道式节能型石墨换热器结构及应用 石墨换热块为换热器的主要构件，与物料接触的换热块与进、出口封头均为耐腐蚀的浸渍不透性石墨材料。换热块与封头间采用聚四氟乙烯密封介质，上部设有压缩弹簧提供石墨块材与壳体热涨冷缩自动补偿，壳体与上封头间采用o形圈密封结构。 石墨换热器国内虽早已生产，因石墨换热块材质的选择和特殊处理是关系整台设备的使用效果和能耗及使用寿命的关键所在。针对该工艺的特性，青岛渤化石墨设备厂避开选用国产料的设计误区，选择了日本某公司优质材料做主机换热块，加以特殊处理和独特的流道设计成功应用于产业化生产中。 石墨材料指标如下： 性能 STT-D石墨 改性树脂浸渍石墨 体积密度Kg/m3 1720 1860-1920 热导率w/m·k 150.00 ＞120 电阻率μΩ·m 8.50 — 抗压强度MPa 30 80-90 抗弯强度MPa 13.50 31.5-40 抗拉强度MPa — 31-50 热膨胀系数1/℃ 2.50×10-6 5.50×10-6 允许使用温度℃ — 200 浸渍增重率 — ＜10% 2007年末湖南某冶炼厂从OUTOTEC公司引进了湿法炼锌成套系统中唯一国产设备选择了两台孔道式节能型石墨换热器是成功的，其规格分别是QMZ-150,QMZ-90。设计时主要考虑以下三个方面：1.虽操作压力3bar左右（低压蒸汽节能），但按设备承受0.8 MPaG蒸汽压力进行设计，并能承受短时间的水锤现象。2.壳体上下部材质不同，上部为16MnR+下部1m316L。避免凝水中含酸对壳体腐蚀。3.物料进出口设计膨胀节，避免管道等额外附加应力作用在设备之上。 经过近两年运行石墨换热器完全满足工艺要求，由于石墨材质经特殊工艺处理，换热系数高达K=600～1500w/m·k，产能超出原设计产能1.5倍，在例行检修时换热块表面树脂光泽接近于初装