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稀黑液是制浆造纸工业中产生的一种高浓度有机废水,具有高黏度、易结垢和腐蚀性强的特点。稀黑液列管换热器作为其热回收和预处理的核心设备,需具备高效传热、抗腐蚀和易维护等特性。以下从核心结构、材料选择及优化设计三个方面解析其结构特点。
一、核心结构设计
管束与管板连接
管束布局:换热管通常采用正三角形或正方形排列,以传热面积。正三角形排列紧凑,传热效率高,但管外机械清洗较难;正方形排列便于机械清洗,适合易结垢的稀黑液工况。
管板设计:管板作为固定换热管的关键部件,需具备高强度和耐腐蚀性。通常采用厚钢板或不锈钢材质,并通过胀接或焊接工艺与换热管连接。对于高温高压工况,常采用焊接加胀接的复合工艺,以提高接头的抗疲劳性能,消除应力腐蚀和间隙腐蚀。
壳程与折流板
壳程结构:壳体作为外部容器,需承受稀黑液的高温高压和腐蚀性。通常采用不锈钢或碳钢内衬防腐材料制成,确保设备的长期稳定运行。
折流板设计:为提高壳程流体的湍流程度,壳体内设置折流板。折流板通常为弓形,缺口大小根据流体性质调整,一般为20%-25%。对于易结垢的稀黑液,可采用垂直缺口的折流板,防止脏物沉积。
封头与管箱
封头结构:封头位于壳体两端,用于控制和分配流体流向。对于小直径壳体,常采用封头结构,便于制造但维修时需卸下;对于大直径壳体,则采用管箱结构,具有可卸盖板,便于检查和清洗。
管箱设计:管箱上的接管可不受干扰,便于维修。同时,管箱材料需与管内流体特性相匹配,如腐蚀性流体需确保管箱材料与管子和管板相容。
二、材料选择与防腐处理
换热管材料
不锈钢与钛材:针对稀黑液的腐蚀性,换热管常采用不锈钢(如316L)或钛材制成。不锈钢具有良好的耐腐蚀性和机械强度,适用于一般工况;钛材则具有更高的耐腐蚀性,适用于强腐蚀性工况。
表面处理:为进一步提高耐腐蚀性,换热管表面可进行抛光、喷涂防腐涂层或电化学处理。
壳体与密封材料
壳体材料:壳体通常采用不锈钢或碳钢内衬防腐材料制成。对于高温高压工况,还可采用钛合金或哈氏合金等高性能材料。
密封材料:为防止稀黑液泄漏,换热器采用双端面机械密封或填料密封。密封材料需具备良好的耐腐蚀性和耐高温性,如氟橡胶或聚四氟乙烯。