列管式石墨换热器凭借其 的耐腐蚀性和导热性，在化工、石油、环保等领域的强腐蚀介质换热场景中具有不可替代的作用。尽管存在力学性能和耐高压性的局限，但其在特定工况下的可靠性和稳定性使其成为工业生产中重要的换热设备。在实际应用中，需根据介质特性和工艺要求合理选型，并做好维护保养，以充分发挥其性能优势。

一、‍ 结构组成

• 主体结构：与普通列管式换热器类似，主要由壳体、管束、管板、封头、折流板（或支撑板）等部分组成。

• 核心部件：

• 换热管：采用石墨材料制成，通常为石墨管，具有良好的导热性和耐腐蚀性。石墨管的规格（如直径、长度）可根据换热需求定制。

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• 管板：用于固定石墨管两端，确保管程和壳程的流体隔离，一般采用石墨或其他耐腐蚀材料（如金属衬里石墨）制作。

• 壳体：容纳管束，提供壳程流体的流通空间，材质多为金属（如碳钢、不锈钢），内部可能根据介质特性进行防腐处理（如衬胶、衬氟等）。

• 封头：安装在换热器两端，与管板配合形成管程流体的进出口，结构形式有椭圆形、球形等。

二、工作原理

• 换热过程：两种不同温度的流体分别在管程和壳程内流动，通过石墨管的管壁进行热量传递。

• 管程流体：通常为需要加热或冷却的介质，在石墨管内部流动。

• 壳程流体：另一种介质在管束外侧的壳程内流动，与管程流体形成逆流、并流或错流等流动方式，以提高换热效率。

• 耐腐蚀机制：利用石墨材料对多种腐蚀性介质（如酸、碱、盐溶液等）的耐蚀性，确保在强腐蚀环境下长期稳定运行。

三、特点

优势

• 优异的耐腐蚀性：

• 石墨对大多数无机酸（如硫酸、盐酸、硝酸等）、有机酸、盐溶液及部分腐蚀性气体（如氯气、氯化氢等）具有良好的耐蚀性，尤其适合处理强腐蚀介质。

• 例如，在湿氯气、盐水、浓盐酸等介质的换热场景中，能有效抵抗介质的腐蚀，避免普通金属换热器出现的腐蚀泄漏问题。

• 良好的导热性：石墨的导热系数较高（约为 100-150 W/(m・K)），虽低于金属（如铜、铝），但在非金属材料中属于导热性能较好的，能满足多数中低温换热场景的需求。

• 耐高温性：石墨具有较高的熔点（约 3652℃），在高温环境下仍能保持稳定的物理化学性质，可用于高温介质的换热（需注意氧化性气氛对石墨的影响）。

• 不易结垢：石墨表面光滑，流体流动时不易沉积杂质和结垢，可减少清洗维护频率，延长设备使用寿命。

• 结构灵活：可根据换热需求调整管束排列方式、管径、管长等参数，适应不同的工况条件。

局限性

• 力学性能较差：石墨材质较脆，抗冲击和抗振动能力弱，在安装和使用过程中需避免剧烈碰撞和振动，以免造成石墨管破裂。

• 耐高压性不足：通常适用于低压或中压工况（设计压力一般不超过 1.0 MPa），高压环境下可能因石墨管承受压力过大而损坏。

• 成本较高：石墨材料加工难度大，且优质石墨原料价格较高，导致列管式石墨换热器的初始投资成本高于普通金属换热器。

• 适用温度范围受限：在强氧化性介质（如浓硝酸、浓硫酸在高温下）中，石墨可能发生氧化腐蚀，使用时需控制介质温度和氧化性。

四、应用领域

• 化工行业：

• 用于冷却或加热各种腐蚀性介质，如硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、烧碱溶液等。

• 在氯碱工业中，可作为湿氯气盐水换热器，处理湿氯气和盐水的换热过程，抵抗氯气和盐水的腐蚀。

• 用于有机合成反应中的物料换热，如苯酐、顺酐生产过程中的介质冷却。

• 石油化工：处理含酸、含硫等腐蚀性介质的换热，如酸性气体的冷却、石油产品的酸洗过程换热。

• 制药行业：用于腐蚀性药液的加热、冷却或冷凝，满足制药工艺对设备耐蚀性和清洁度的要求。

• 环保领域：处理工业废水、废气中的腐蚀性介质，如含酸废水的降温处理、废气吸收过程中的热量交换。

• 其他领域：在食品加工（如酸性食品原料换热）、冶金（如酸洗工艺）等行业中也有应用。

五、选型与维护要点

选型注意事项

• 介质特性：明确介质的腐蚀性、温度、压力、流量等参数，确保石墨材料对介质的耐蚀性，同时根据压力和温度选择合适的结构形式和密封方式。

• 换热需求：计算所需的换热面积，确定管束排列、管径、管长等参数，确保换热效率满足工艺要求。

• 操作条件：考虑设备的安装空间、操作压力波动、温度变化等因素，选择具有足够强度和稳定性的结构设计。

维护要点

• 避免机械损伤：安装和检修时轻拿轻放，防止石墨管受到撞击或挤压；运行过程中控制流体流速，避免因流速过高导致振动损坏。

• 定期检查：检查壳体、管板、封头连接处的密封性能，防止介质泄漏；观察石墨管是否有裂纹、破损等情况，可通过水压试验或气密性试验检测设备的密封性。

• 清洗处理：若出现轻微结垢，可采用化学清洗（使用与介质兼容的清洗剂）或机械清洗（软质工具），避免使用硬质工具刮擦石墨表面。

• 防止氧化：在氧化性介质环境中，控制介质温度和氧含量，必要时采取惰性气体保护措施，减缓石墨的氧化速度。

六、与其他换热器的对比