聚四氟乙烯換熱器研究進展及工程應用前景

孫雪振 李登輝 許誠塹

作者簡介：孫雪振，男，漢族，河南商丘人，出生于1993年10月，碩士研究生，學生，研究方向為強化傳熱及節能減排技術

摘 要： 扼要介紹了聚四氟乙烯換熱器的性能特點，重點分類敘述了聚四氟乙烯換熱器的技術進展和工程應用現狀，并對其工程應用前景進行展望。

關鍵詞： 聚四氟乙烯換熱器；技術進展；耐腐蝕；工程應用

【中圖分類號】 TQ325.4 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2018）11-0012-01

0引言

換熱器是石化行業的重要設備。如今對換熱設備的耐腐蝕性能要求越來越高，金屬換熱器往往易被腐蝕而失效，無法滿足生產需要。美、日、英等發達國家的統計數據顯示，每年因腐蝕而造成的經濟損失占國民經濟生產總值的4%左右。因此研制和推廣耐腐蝕性的聚四氟乙烯換熱器，具有十分重要的現實意義[1]。

1 聚四氟乙烯換熱器的性能特點

與金屬換熱器相比，聚四氟乙烯換熱器在性能方面擁有以下優點[2]：結構緊湊、換熱面積大、質量較輕；流動阻力小、不易發生堵塞；優良的耐腐蝕性。聚四氟乙烯換熱器也存在一些突出缺點。如換熱材質密度較小，管束在流體沖擊下易發生振動，導熱性能差，機械加工性能差等。

2 聚四氟乙烯換熱器的技術進展

2.1 換熱管研制。

聚四氟乙烯常簡寫為PTFE，由于表面活性低、導熱系數小，為減小熱阻、提高傳熱系數、增大傳熱面積，長期以來換熱管主要采用小直徑薄壁管。近年來，國內外的研究者對Ni-P-PTFE銅基管進行了大量研究，大幅度提高了導熱系數和耐腐蝕性[3]。

洪小月[4]發明了一種用于火電換熱器的高導熱PTFE管，PTFE管外徑為6.15～6.45mm，壁厚為0.6～0.8mm，試驗測得導熱系數在2～10，拉伸強度可大30MPa。高導熱PTFE管制作工藝簡單、成本低，具有耐腐蝕、抗結垢的性能，具有很好的應用前景。

2.2 管板制造方法。

聚四氟乙烯表面能較小，表面張力為0.019N/m2，很難用粘接劑進行粘結[5]。鄭州工學院（現鄭州大學）課題組研制了一種無粘結劑的熱粘結法——管板限脹試壓加熱焊接法。查閱近年來的文獻，聚四氟乙烯換熱器焊接工藝發明專利多，但實用性不強，并未得到推廣應用[6]。新型粘結劑的研制，也為解決此問題提供了新思路。黃展等[7]使用的以氟聚合物為主體材料的粘結劑，與不銹鋼的粘結強度達到了3.26MPa，而且耐熱性能可觀。

2.3 材料改性研究。

國內對聚四氟乙烯材料及其復合材料的改性進行了大量研究[8]，主要集中在利用高導熱性能的材料和高導熱系數結構的聚合物對聚四氟乙烯進行填充，常用的填充材料有石墨、鐵及其氧化物、銅及其氧化物和聚乙炔、聚苯酯、聚苯硫醚等無機材料。王春芬等[9]把改性材料用于換熱器，實驗發現力學性能、導熱性能、加工性能得到了很大的提高。王亮亮等[10]對高導熱的聚四氟乙烯復合材料進行研究，發現用石墨填充后的聚四氟乙烯可以大大提高其導熱率，但是力學性能下降明顯。

3 工程應用前景

隨著聚四氟乙烯及其改性復合材料在換熱器中的應用，其導熱性能、力學性能、耐腐蝕性能將更加優化。近年來，聚四氟乙烯換熱器在電廠、煙氣余熱回收、海水淡化、溴化鋰制冷以及污水源熱泵等多個領域的研究上取得重大突破[11-12]。同時，國內長期從事聚四氟乙烯換熱器研制的廠家較多，每年都有相關文獻公布。作為一種具有優良耐腐蝕性的換熱設備，隨著研究方向的深入和制作工藝水平的提高，聚四氟乙烯換熱器有望待到廣泛的應用。

參考文獻

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[3] 何凱龍，陳穎，鐘天明，莫松平.Ni-P-PTFE化學復合鍍層導熱性能的研究[J].制冷學報，2013，34（01）：84-88.

[4] 洪小月.一種用于火電換熱器的高導熱PTFE管[P].浙江：CN105086301A，2015-11-25.

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[7] 黃展，張曉麗，馬爽等.一種粘結性能優異的含氟聚合物粘結劑[J].中國膠黏劑.1998，8（1）：8-12.

[8] 江鎮海.聚四氟乙烯改性技術進展與評述[J].有機氟工業，2011，（01）：49-52.

[9] 王春芬，虞斌，涂善東.聚四氟乙烯及其改性復合材料在換熱器中應用[J].石油化工設備，2005，（03）：41-45.

[10] 王亮亮，陶國良.高導熱聚四氟乙烯復合材料的研究[J].中國塑料.2004，4（4）：26-28

[11] 曾坤.我國化工換熱器研究進展和應用狀況[J].山東化工，2013，42（11）：64-66.

[12] 滿曰南，王曉娟，王銀濤，房雅娟.海水淡化技術研究新進展和發展趨勢[J].工業水處理，2014，34（11）：8-12.