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稀黑液是制漿造紙工業(yè)中產(chǎn)生的一種高濃度有機廢水，具有高黏度、易結(jié)垢和腐蝕性強的特點。稀黑液列管換熱器作為其熱回收和預(yù)處理的核心設(shè)備，需具備高效傳熱、抗腐蝕和易維護等特性。以下從核心結(jié)構(gòu)、材料選擇及優(yōu)化設(shè)計三個方面解析其結(jié)構(gòu)特點。

一、核心結(jié)構(gòu)設(shè)計

管束與管板連接

管束布局：換熱管通常采用正三角形或正方形排列，以傳熱面積。正三角形排列緊湊，傳熱效率高，但管外機械清洗較難；正方形排列便于機械清洗，適合易結(jié)垢的稀黑液工況。

管板設(shè)計：管板作為固定換熱管的關(guān)鍵部件，需具備高強度和耐腐蝕性。通常采用厚鋼板或不銹鋼材質(zhì)，并通過脹接或焊接工藝與換熱管連接。對于高溫高壓工況，常采用焊接加脹接的復(fù)合工藝，以提高接頭的抗疲勞性能，消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕。

殼程與折流板

殼程結(jié)構(gòu)：殼體作為外部容器，需承受稀黑液的高溫高壓和腐蝕性。通常采用不銹鋼或碳鋼內(nèi)襯防腐材料制成，確保設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。

折流板設(shè)計：為提高殼程流體的湍流程度，殼體內(nèi)設(shè)置折流板。折流板通常為弓形，缺口大小根據(jù)流體性質(zhì)調(diào)整，一般為20%-25%。對于易結(jié)垢的稀黑液，可采用垂直缺口的折流板，防止臟物沉積。

封頭與管箱

封頭結(jié)構(gòu)：封頭位于殼體兩端，用于控制和分配流體流向。對于小直徑殼體，常采用封頭結(jié)構(gòu)，便于制造但維修時需卸下；對于大直徑殼體，則采用管箱結(jié)構(gòu)，具有可卸蓋板，便于檢查和清洗。

管箱設(shè)計：管箱上的接管可不受干擾，便于維修。同時，管箱材料需與管內(nèi)流體特性相匹配，如腐蝕性流體需確保管箱材料與管子和管板相容。

二、材料選擇與防腐處理

換熱管材料

不銹鋼與鈦材：針對稀黑液的腐蝕性，換熱管常采用不銹鋼（如316L）或鈦材制成。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和機械強度，適用于一般工況；鈦材則具有更高的耐腐蝕性，適用于強腐蝕性工況。

表面處理：為進一步提高耐腐蝕性，換熱管表面可進行拋光、噴涂防腐涂層或電化學(xué)處理。

殼體與密封材料

殼體材料：殼體通常采用不銹鋼或碳鋼內(nèi)襯防腐材料制成。對于高溫高壓工況，還可采用鈦合金或哈氏合金等高性能材料。

密封材料：為防止稀黑液泄漏，換熱器采用雙端面機械密封或填料密封。密封材料需具備良好的耐腐蝕性和耐高溫性，如氟橡膠或聚四氟乙烯。

三、優(yōu)化設(shè)計與特殊結(jié)構(gòu)

多管程與分程隔板

多管程設(shè)計：為提高傳熱效率，換熱器常采用多管程設(shè)計。通過在管箱中安裝分程隔板，使流體在管內(nèi)多次折流，增加流速和湍流程度。

分程隔板形式：分程隔板形式要簡單，密封長度要短，便于制造、維修和操作。一般采用偶數(shù)管程，如2程、4程等。

防垢與自清潔設(shè)計

防垢措施：針對稀黑液易結(jié)垢的特點，換熱器可采用防垢涂層、超聲波防垢或化學(xué)清洗等方法。同時，優(yōu)化流體流速和湍流程度，也可減少結(jié)垢。

自清潔結(jié)構(gòu)：部分換熱器設(shè)計有自清潔結(jié)構(gòu)，如可拆卸管束或旋轉(zhuǎn)刮板等，便于定期清洗和除垢。

熱應(yīng)力補償與膨脹節(jié)

熱應(yīng)力補償：由于稀黑液溫度較高，換熱器在運行過程中會產(chǎn)生熱應(yīng)力。為補償熱應(yīng)力，換熱器常采用浮頭式或U型管式結(jié)構(gòu)。浮頭式換熱器的一端管板不與殼體相連，可自由浮動；U型管式換熱器的換熱管呈U型，兩端固定在同一塊管板上，均可自由伸縮。

膨脹節(jié)設(shè)計：對于固定管板式換熱器，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以補償熱應(yīng)力。但膨脹節(jié)只能用于殼壁與管壁溫差較低和殼程流體壓強不高的情況。