国家标准计划《不透性石墨材料试验方法 第12部分:导热系数》由 TC162(全国非金属化工设备标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国石油和化学工业联合会。
主要起草单位 南通山剑石墨设备有限公司 、南通三圣石墨设备科技股份有限公司 、南通星球石墨股份有限公司 、江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院 、南通京通石墨设备有限公司 、西格里石墨技术(上海)有限公司 、上海贤达美尔森过程设备有限公司 、化学工业非金属材料和设备质量监督检验中心 。
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不透性石墨材料具有三大优良特性,一是优良的导热性能,其导热系数是碳钢的3—5倍(据国外技术资料报道);二是优良的耐腐蚀性能,可耐全浓度盐酸、浓硫酸、浓磷酸、氢氟酸、氯气等强酸性和弱酸性介质的腐蚀;三是优良的耐温性能,普通材料耐温204℃,优质特殊材料耐温可达400℃,由于不透性石墨材料具有非常突出的、其它材料无法相比的导热、耐腐蚀、耐温性能,因此,由其制造的石墨换热器在石化、化工、冶金、钢铁、制药、农药、染料、化肥、建材等等领域使用范围非常广,近几年,在废酸处理、余热回收利用领域用量大幅增加,是一种不可缺少的、重要的防腐换热器。
其中,部分设计压力和设计温度高、介质危害性大的石墨设备是受国家特种设备监管的压力容器。
我国石墨设备制造企业约100多家,其中有规模的50—60家,年产石墨设备约1万多台套,其中,95%是换热器,还有少部分是石墨塔器和容器。
导热系数是不透性石墨材料最重要的性能参数之一,是评价石墨换热器用石墨材料性能优劣、计算石墨换热器换热面积的必不可少的性能参数,但是,目前,我国还没有适合不透性石墨材料导热系数测定的方法标准,我国石墨设备设计、制造企业大多以石墨材料生产商提供的透性石墨材料的比电阻值来参比不透性石墨材料的热传导性能,这种方法推算出来的不透性石墨材料的导热系数很不准确、误差较大,由此导致我国石墨换热器普遍存在换热面积计算不正确,不能很好的满足化工工艺要求的情况,有时,换热面积过剩,造成能源浪费;有时,换热面积不够,影响工艺和产品质量,这种现状,严重影响了我国石墨设备质量的提升和国际竞争力。
石墨换热器的原材料是不透性石墨材料,不透性石墨材料的原料是透性石墨块材,透性石墨块材的微观结构是多孔状的,存在大量的通透性的孔、和空隙。
通过压力将有机树脂扩散渗透到透性石墨材料的空隙、缝隙里,经加热固化后就形成不透性石墨材料,不透性石墨材料主要用于生产石墨换热器。
不透性石墨材料的主要组成是导热性能良好的石墨材料,还有少部分为导热性能差的有机树脂和没有完全填充的空隙。
不透性石墨材料中树脂和空隙的分布是非常随机的,因此,不透性石墨材料是不均质的、各项异性的。
树脂和空隙的随机、无序分布,对热流的传导速度、传导方向影响很大,正是因为不透性石墨材料特殊的性能和组成,现有的导热系数测试方法标准都不适用。
为了准确测定不透性石墨材料的导热性能,准确计算不透性石墨换热器的换热面积,制订适用于不透性石墨材料的导热系数测试方法标准是非常必要的,这对提高石墨换热器换热效率,提高能源的有效利用,节约能源,促进我国石墨设备制造行业高质量发展,赶超国外先进产品,提高国际竞争力具有非常重要的意义。
本标准将参照采用国外先进标准——德国DIN51935—2006《石墨材料测试——通过比较方法测定室温下的导热系数》进行制订,并在DIN51935规定的测试原理和方法的基础上,通过科学研究,进一步提高测试水平,扩展测试温度范围,以满足我国石墨设备制造行业目前发展水平的需求。
本标准适用于石墨设备用不透性石墨材料导热系数的测定。 本标准规定了石墨设备用不透性石墨材料导热系数测试的试验原理、测量仪器和试验装置、样品制作要求及形状和尺寸、试验方法、数据处理、误差分析、结果表示、试验报告等要求。