聚四氟乙烯换热器研究进展及工程应用前景

孙雪振 李登辉 许诚堑

作者简介：孙雪振，男，汉族，河南商丘人，出生于1993年10月，硕士研究生，学生，研究方向为强化传热及节能减排技术

摘 要： 扼要介绍了聚四氟乙烯换热器的性能特点，重点分类叙述了聚四氟乙烯换热器的技术进展和工程应用现状，并对其工程应用前景进行展望。

关键词： 聚四氟乙烯换热器；技术进展；耐腐蚀；工程应用

【中图分类号】 TQ325.4 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）11-0012-01

0引言

换热器是石化行业的重要设备。如今对换热设备的耐腐蚀性能要求越来越高，金属换热器往往易被腐蚀而失效，无法满足生产需要。美、日、英等发达国家的统计数据显示，每年因腐蚀而造成的经济损失占国民经济生产总值的4%左右。因此研制和推广耐腐蚀性的聚四氟乙烯换热器，具有十分重要的现实意义[1]。

1 聚四氟乙烯换热器的性能特点

与金属换热器相比，聚四氟乙烯换热器在性能方面拥有以下优点[2]：结构紧凑、换热面积大、质量较轻；流动阻力小、不易发生堵塞；优良的耐腐蚀性。聚四氟乙烯换热器也存在一些突出缺点。如换热材质密度较小，管束在流体冲击下易发生振动，导热性能差，机械加工性能差等。

2 聚四氟乙烯换热器的技术进展

2.1 换热管研制。

聚四氟乙烯常简写为PTFE，由于表面活性低、导热系数小，为减小热阻、提高传热系数、增大传热面积，长期以来换热管主要采用小直径薄壁管。近年来，国内外的研究者对Ni-P-PTFE铜基管进行了大量研究，大幅度提高了导热系数和耐腐蚀性[3]。

洪小月[4]发明了一种用于火电换热器的高导热PTFE管，PTFE管外径为6.15～6.45mm，壁厚为0.6～0.8mm，试验测得导热系数在2～10，拉伸强度可大30MPa。高导热PTFE管制作工艺简单、成本低，具有耐腐蚀、抗结垢的性能，具有很好的应用前景。

2.2 管板制造方法。

聚四氟乙烯表面能较小，表面张力为0.019N/m2，很难用粘接剂进行粘结[5]。郑州工学院（现郑州大学）课题组研制了一种无粘结剂的热粘结法——管板限胀试压加热焊接法。查阅近年来的文献，聚四氟乙烯换热器焊接工艺发明专利多，但实用性不强，并未得到推广应用[6]。新型粘结剂的研制，也为解决此问题提供了新思路。黄展等[7]使用的以氟聚合物为主体材料的粘结剂，与不锈钢的粘结强度达到了3.26MPa，而且耐热性能可观。

2.3 材料改性研究。

国内对聚四氟乙烯材料及其復合材料的改性进行了大量研究[8]，主要集中在利用高导热性能的材料和高导热系数结构的聚合物对聚四氟乙烯进行填充，常用的填充材料有石墨、铁及其氧化物、铜及其氧化物和聚乙炔、聚苯酯、聚苯硫醚等无机材料。王春芬等[9]把改性材料用于换热器，实验发现力学性能、导热性能、加工性能得到了很大的提高。王亮亮等[10]对高导热的聚四氟乙烯复合材料进行研究，发现用石墨填充后的聚四氟乙烯可以大大提高其导热率，但是力学性能下降明显。

3 工程应用前景

随着聚四氟乙烯及其改性复合材料在换热器中的应用，其导热性能、力学性能、耐腐蚀性能将更加优化。近年来，聚四氟乙烯换热器在电厂、烟气余热回收、海水淡化、溴化锂制冷以及污水源热泵等多个领域的研究上取得重大突破[11-12]。同时，国内长期从事聚四氟乙烯换热器研制的厂家较多，每年都有相关文献公布。作为一种具有优良耐腐蚀性的换热设备，随着研究方向的深入和制作工艺水平的提高，聚四氟乙烯换热器有望待到广泛的应用。

参考文献

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[2] 陈林，杜小泽，林俊，杨立军，梁江涛，孙颖颖.导热塑料在换热器中的应用[J].塑料，2013，42（06）：28-30.

[3] 何凯龙，陈颖，钟天明，莫松平.Ni-P-PTFE化学复合镀层导热性能的研究[J].制冷学报，2013，34（01）：84-88.

[4] 洪小月.一种用于火电换热器的高导热PTFE管[P].浙江：CN105086301A，2015-11-25.

[5] 孙爱芳，刘敏珊，董其伍.耐腐蚀换热器用聚四氟乙烯的改性与应用现状[J].机械工程材料，2007，（03）：1-3.

[6] 庞香达.氟塑换热器F-4管板限胀施压加热焊接法工艺原理及有关计算探讨[J].河南化工，1980，64-71.

[7] 黄展，张晓丽，马爽等.一种粘结性能优异的含氟聚合物粘结剂[J].中国胶黏剂.1998，8（1）：8-12.

[8] 江镇海.聚四氟乙烯改性技术进展与评述[J].有机氟工业，2011，（01）：49-52.

[9] 王春芬，虞斌，涂善东.聚四氟乙烯及其改性复合材料在换热器中应用[J].石油化工设备，2005，（03）：41-45.

[10] 王亮亮，陶国良.高导热聚四氟乙烯复合材料的研究[J].中国塑料.2004，4（4）：26-28

[11] 曾坤.我国化工换热器研究进展和应用状况[J].山东化工，2013，42（11）：64-66.

[12] 满曰南，王晓娟，王银涛，房雅娟.海水淡化技术研究新进展和发展趋势[J].工业水处理，2014，34（11）：8-12.