大温差工况下的换热器选型问题

A工况如下：热侧：280℃（需被冷却至0℃左右），气相，8Bar压力；冷侧：-65℃左右，液相，4Bar压力；目的是把热介质冷却至0℃，无相变发生

B客户考虑了多种方案：搪瓷冷凝器、衬氟换热器（没懂他的意思）、石墨换热器、特材换热器、碳化硅换热器
C方案排除：
1）搪瓷冷凝器：可以直接排除，搪瓷是两种材料的复合结构，瓷釉与本体钢材的热膨胀系数相差大，在高温差及压力作用下很容易爆瓷。此外这么高温度和压力，难找到对应的垫片实现密封
2）衬氟换热器（也可能是纯的四氟换热器）：这么高的温度，四氟的焊接接头扛得住吗？如何规避冷热两种因素？压力-温度组合吃得消？
3）石墨换热器：进出口温差达260℃，常见的石墨换热器进出口温差只允许几度而已，石墨为浸渍而成的混合材料，这么大的温差两种材料由于热膨胀系数的不同，剥离的可能性有多大？
4）特材换热器：首先不论防腐性能问题，如果传统的列管式焊接结构，这种高温差焊缝很容易被拉坏，U型管式和浮头式是否可行？
5）碳化硅换热器：耐高温肯定是没问题，耐温差也没问题，因为管子和管板是相对独立的，无约束力，问题在于管子材料本身是否能耐这么低的温度
这个案例有意思的，欢迎讨论

这种工况推荐使用石墨换热器，但并不是所有型号的石墨换热器都适用，例如GH型列管式石墨换热器不适用，因为管内压力较大，加之温度高，列管式石墨换热器容易损坏；而YK型圆块孔式石墨换热器完全可以胜任这种工况。圆块孔式石墨换热器用于石墨氯化氢合成炉气体冷却时气体温度为360度，冷却水冬天10度左右，夏天32度左右，长期使用无问题。

王根荣 发表于 2021-7-16 18:05
这种工况推荐使用石墨换热器，但并不是所有型号的石墨换热器都适用，例如GH型列管式石墨换热器不适用，因为 ...

-65℃工况，石墨能用？石墨浸渍这么低的温度复合材料不脱离？

LZD420983 发表于 2021-7-17 07:55
-65℃工况，石墨能用？石墨浸渍这么低的温度复合材料不脱离？

浸渍与涂刷是有实质性区别的。浸渍石墨的浸渍工艺是将具有孔隙的透性石墨充分干燥后置于浸渍釜内抽真空至极限负压（华东低海拔平原地区表压为-0.095MPa）并保持2小时，然后在负压条件下吸入树脂，确保树脂浸没石墨100mm以上，解除真空度，通入压缩空气至0.6～1.0MPa,保压2小时以上（通常是一夜），放出树脂，充分沥尽后保持浸渍釜内压力0.6MPa以上，按升温曲线加热升温，促使树脂聚合固化。照此步骤循环操作三遍，不透性石墨的浸渍工艺即宣告完成。浸渍石墨的树脂浸入深度必须达到50mm以上，通过解剖显微观察实际浸渍深度可达100mm以上。这种浸渍渗透到石墨组织内的树脂通过聚合固化处理已经与石墨体结合成一体了，在特殊情况下面层树脂是有可能出现脱离现象，但渗透到石墨组织内的树脂是不会像表面树脂那样从基体上剥离，也不会因此而改变不透性石墨的抗渗透性。

王根荣 发表于 2021-7-17 08:45
浸渍与涂刷是有实质性区别的。浸渍石墨的浸渍工艺是将具有孔隙的透性石墨充分干燥后置于浸渍釜内抽真空至 ...

是否考虑多个换热器？

可以考虑两台换热器串联使用。第一台用脱盐水冷却，水--气并流，副产蒸汽回收热能；第二台用冷媒冷却，水--气逆流。
这种配置不仅可以回收热能，而且还可以减少冷媒能源消耗。

晁广钦_Q3j23 发表于 2021-7-20 10:07
是否考虑多个换热器？

这个问题我问过客户，他们想用单台，具体啥原因还不晓得

王根荣 发表于 2021-7-21 09:49
可以考虑两台换热器串联使用。第一台用脱盐水冷却，水--气并流，副产蒸汽回收热能；第二台用冷媒冷却，水-- ...

采用多台，多级冷却肯定是更为合理些

从能耗及选材上，这么高温差多台换热器更优些！分段降温后选材应该就容易些了！

温差太大的话，最好还是采用二级甚至多级换热，一级换热，不论是设备的设计、材质的选择、直到后续工艺操作，都可能带来一些难以预料的问题和事故隐患。用户可以有美好的想法，但换热器和换热效果及换热器的制造，都是现实问题。

如果用户真的如上帝般神明，那就让上帝自己解决这种小问题好了。

qugd 发表于 2021-8-9 10:04
温差太大的话，最好还是采用二级甚至多级换热，一级换热，不论是设备的设计、材质的选择、直到后续工艺操作 ...

哈哈  用户的愿望很好，就是把我们折腾的死去活来