一种耐腐蚀换热管及其制备方法和应用与流程

本技术涉及换热和材料，尤其是涉及一种耐腐蚀换热管及其制备方法和应用。

背景技术：

1、炭黑和黄磷等企业因其生产工艺特异性，导致尾气中既含有大量硫、氟等腐蚀性元素，又含有大量的水分及颗粒物，其燃烧后的烟气有杂质多、露点高、腐蚀性极强的特性；另外，为了降低烟气的污染性复合排放标准，烟气经脱硫脱硝也会生成的硫铵，而硫铵的腐蚀性也极强。

2、为了提高锅炉的发电率或供汽率，通常会采用空气预热器降低锅炉排烟温度。现有的空预器换热管常见的为碳钢、搪瓷管、316l奥氏体材质的换热管，这些材质在运行一段时间后也难以抵抗炭黑尾气烟气中的硫、硫铵等复杂成分的腐蚀，烟气在对换热管腐蚀非常严重，经常要停炉更换换热管，严重影响锅炉的发电、供汽的经济性，因此，为了提升发电、供汽的生产效率，提升换热管的耐腐蚀性能，已成为换热管研究的重要方向。

3、现有的换热管较少采用非金属材质，相对于金属材质的换热管，非金属材质的换热管虽然耐腐蚀性能较好，然而导热率及韧性较差。

技术实现思路

1、为了解决现有换热管很难同时具有较高的耐腐蚀性能、导热率及韧性，本技术提供一种耐腐蚀换热管及其制备方法和应用。

2、第一方面，本技术提供一种耐腐蚀换热管：

3、一种耐腐蚀换热管，其特征在于，以重量份计，其原料包括80-100份的二氧化硅、3-10份的碳化硅、15-20份的氧化铝、3-6份的氧化镍、6-10份氧化铅、4-6份的四针状氧化锌晶须及1-4份的氧化钠。

4、通过采用上述技术方案，耐腐蚀换热管以氧化铝、碳化硅及耐腐蚀性能较好的二氧化硅为主要的基材的非金属材料，氧化铝提升非金属材料的韧性，碳化硅提升非金属材料的强度、耐腐蚀性能及导热性能。

5、四针状氧化锌晶须因其特殊的三维立体空间物理结构以及物性的各向同性特点而具有一般普通的一维晶须不具备的性能，四针状氧化锌晶须比较容易在基体中均匀分布，制备出来的复合材料的性能具有各向同性，采用四针状氧化锌晶须，同时提升耐腐蚀换热管的韧性及导热性能。

6、相对于其他金属氧化物，氧化镍同时具有较高的导热性能及耐腐蚀；氧化钠、氧化铅具有较高的导热性能，同时可作为助溶剂，降低耐腐蚀换热管的原料预混物的熔点及促进原料分散。

7、氧化镍、氧化铅、氧化钠及四针状氧化锌晶须与二氧化硅、氧化铝及碳化硅配伍使用，使得制备得到的耐腐蚀换热管同时具有较好的导热性能、耐腐蚀性能及韧性。

8、优选的，所述耐腐蚀换热管的原料还包括8-12重量份的增强物料，所述增强物料包括增强基料，所述增强基料为芳纶纤维、陶瓷粉及玻璃纤维中至少一种。

9、通过采用上述技术方案，晶体结构的陶瓷微粉、纤维束结构的芳纶纤维及玻璃纤维分布在非晶体结构的耐腐蚀换热管中，可以较好的吸收冲击能量及降低裂纹的扩散，进而提升了耐腐蚀换热管的抗冲击性能。

10、优选的，所述增强基料为重量比为（0.5-1.5）：1的陶瓷粉及玻璃纤维的组合物。

11、通过采用上述技术方案，优选增强基料的种类及重量，使得增强物料在耐腐蚀换热管中较好的形成导热网络及增韧网络，进而增强耐腐蚀换热管的韧性及导热性能。

12、优选的，所述增强物料还包括导热层，所述导热层在增强基料表面上。

13、通过采用上述技术方案，在陶瓷微粉、芳纶纤维及玻璃纤维的表面沉积的导热层，可改善陶瓷微粉、芳纶纤维及玻璃纤维的导热性能。

14、导热层中的金属可以是银、铜、金、铝、钼、钨、锌、镍、铁中的一种或几种。

15、导热层可以采用电镀、喷涂或者化学镀的方式。

16、优选的，所述增强物料的制备过程如下：

17、将增强基料置于酸性溶液中进行表面粗化；

18、聚多巴胺/增强基料复合物的制备：接着采用三羟甲基氨基甲烷调节粗化处理水溶液pｈ值为8-9，然后将粗化后的增强基料置于调节ph值后的粗化处理水溶液中，搅拌20-30h，经过滤、洗涤、烘干制备得到聚多巴胺/增强基料复合物；

19、增强物料的制备：调节镀铜水溶液的ph值为8-9，然后将聚多巴胺/增强基料复合物置于镀铜水溶液中，在30-50℃的条件下，施镀1-2h，过滤、清洗、干燥后制备得到增强物料；

20、所述粗化处理水溶液包括2-4g/l的多巴胺及1-1.5g/l的过硫酸铵；

21、所述镀铜水溶液由主盐16-25g/lcucl2，17-19g/l络合剂edta·2na，5-7g/l稳定剂硼酸及5-8g/l还原剂二甲基胺硼烷组成。

22、通过采用上述技术方案，多巴胺在增强基料表面沉积发生反应生成聚多巴胺；增强基料表面粗化处理，增多增强基料表面的活性基团，可提升增强基料与导热层中聚多巴胺之间的作用力。

23、聚多巴胺具有邻苯二酚、氨基等活性基团,不仅与增强基料表面的活性基团反应或形成较强的化学键，也可以与金属离子发生配位反应，提升增强物料的导热性能，同时聚多巴胺具有较高的耐腐蚀性能，使得采用增强物料的耐腐蚀换热管具有较好的导热、耐腐蚀性能及韧性。

24、优选的，所述粗化处理水溶液还包括0.5-2g/l的云母粉。

25、通过采用上述技术方案，在粗化处理水溶液中添加云母粉，提升导热层的耐热性能，且进一步提升导电层的耐腐性能及导热性能。

26、优选的，所述粗化处理水溶液还包括0.3-0.6g/l的硅烷偶联剂。

27、优选的，所述硅烷偶联剂为环氧型硅烷偶联剂。

28、通过采用上述技术方案，在粗化处理水溶液中采用硅烷偶联剂，进一步优选环氧型硅烷偶联剂，提升导热层的耐热性能，进一步增强导电层与增强基料之间的作用力，提升增强物料与耐腐蚀换热管其他组分之间的作用力，进而提升耐腐蚀换热管的韧性、强度及耐腐蚀性能。

29、第二方面，本技术提供一种耐腐蚀换热管的制备方法：

30、一种耐腐蚀换热管的制备方法，包括如下制备步骤：

31、预混物的制备：将二氧化硅、碳化硅、氧化铝、氧化镍、氧化钠、氧化铅及四针状氧化锌晶须，搅拌混合形成预混物；

32、坯件的制备：将预混物升温熔融形成熔融物，然后经铸造成型制备得到坯件；

33、钢化处理：将所述坯件置于熔盐中进行钢化处理，接着经冷却处理及清洗，制备得到耐腐蚀换热管；

34、所述熔盐的原料，以重量份计，包括2-3份的氢氧化钾、1-2份的氢氧化钙、0.4-3份的磷酸钾、0.4-1份的氧化铝、1-3重量份的硅酸及160-200份的硝酸钾。

35、通过采用上述技术方案，制备得到韧性和强度较好的耐腐蚀换热管。

36、优选的，所述熔盐温度为400℃-550℃，所述钢化处理时间为2-8h；所述冷却处理采用40-60℃的冷却水浸泡2-5h；

37、所述增强物料添加在熔融物中，搅拌3-10min后，进行铸造成型。

38、通过采用上述技术方案，优化钢化处理条件，进一步提升耐腐蚀换热管的强度、韧性及耐腐蚀性能。

39、将增强物料添加在熔融物中，搅3-10min后使得增强物料较均匀地、形态比较完整的分散在熔融物中，在耐腐蚀换热管中形成较好的导热及增韧网络，进而提升耐腐蚀换热管的导热性能及韧性。

40、第三方面，本技术提供一种耐腐蚀换热管的应用：

41、所述耐腐蚀换热管可应用于炭黑行业、焦化行业、兰炭行业、黄磷冶炼行业、垃圾焚烧行业、生物质燃烧、危废焚烧行业、化工等行业；将高温流体（气体或液体）的热量传递给低温流体，腐蚀性的流体可在管外流动，也可在管内流动。

42、通过采用上述技术方案，采用本技术的耐腐蚀换热管，将高温流体（气体或液体）的热量传递给低温流体，具有较高的热交换效率，同时该热交换管具有较高的耐腐蚀性能及韧性，明显延长了换热管的使用寿命，减少更换换热管的频率；如在锅炉的烟气处理中，本技术的耐腐蚀换热管连续使用1年后腐蚀轻微仍可正常运行使用，而普通碳钢的热交换管3个月，奥氏体钢316l六个月左右腐蚀就较严重需进行更换。

43、综上所述，本技术具有如下有益效果：

44、1、一种耐腐蚀换热管，以氧化铝、碳化硅及耐腐蚀性能较好的二氧化硅为主要的基材，氧化铝提升非金属材料的韧性，碳化硅提升非金属材料的强度、耐腐蚀性能及导热性能；并采用四针状氧化锌晶须可提升耐腐蚀换热管的韧性及导热性能，及采用氧化钠、氧化铅提升导热性能同时作为助溶剂降低熔点；氧化镍、氧化铅、氧化钠及四针状氧化锌晶须与二氧化硅、氧化铝及碳化硅配伍使用，使得制备得到的耐腐蚀换热管具有较好的导热性能、耐腐蚀性能及韧性。

45、2、进一步，耐腐蚀换热管的原料还包括述5-10重量份的增强物料，增强物料包括增强基料及在增强基料表面沉积的导热层，增强基料为芳纶纤维、陶瓷粉及玻璃纤维中至少一种；晶体结构的陶瓷微粉、纤维束结构的芳纶纤维和/或玻璃纤维分布在非晶体结构的耐腐蚀换热管中，可以较好的吸收冲击能量及降低裂纹的扩散，进而提升了耐腐蚀换热管的抗冲击性能。

46、3、进一步，增强物料的导热层的原料包括云母粉及硅烷偶联剂，云母粉及聚多巴胺配伍络合铜离子，提升导电性能；云母粉及硅烷偶联剂增强增强物料与耐腐蚀换热管中其他原料之间的作用力，进而进一步提升耐腐蚀换热管的导热、耐腐蚀性能及韧性。