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应用领域

2023-10-19 16:53:43

未来换热器应用领域，氟树脂材料大有可为

从抗菌防护服、电线电缆，到汽车燃料管、航空航天发动机……氟树脂材料广泛应用于现代工业以及尖端科学技术之中，是人民生活和国民经济中不可缺少的重要材料。近年来，随着人们对高效利用及节约能源的呼声日益高涨，以氟树脂制成的氟塑料为传热组件的换热器迎来广阔市场，逐渐成为业界焦点。

1. 换热器的概念及应用场景

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器，使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，回收热能从而起到节省能源的作用。

得益于国家倡导工业生产节能、减排、降耗的政策号召，我国换热器行业市场规模不断增长。作为工业中的关键设备之一，换热器在未来仍将有广阔的市场潜能，存在较大的增长空间和升级改造需求。根据中商产业研究院发布的《中国换热器产业市场前景及投资机会研究报告》显示，我国换热器行业市场规模由2019年的810.5亿元增至2022年的868.9亿元。预计2023年中国换热器市场规模将达900.2亿元。而根据美国市场研究公司 Grand View Research最新发布的研究报告表示，换热器的全球市场规模将于2030年达到262.6亿美元，折合超过1800亿元人民币。

作为一种重要的传热设备，换热器能够帮助满足工艺过程中对介质所要求的特定温度，是热回收系统中不可或缺的一环，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可以是某一工艺设备的组成部分，也可以是一种单独的设备，如加热器、冷却器、凝汽器等，在电力、钢铁冶金，石油化工，垃圾焚烧，危废处理、制药、食品等多个行业中都能见到它的身影，不同行业需要的换热器类型和材质也有所不同。

图1：换热器的应用范围十分广泛

2.换热器的种类

按照管材材质，换热器可以分为金属材料换热器和非金属材料换热器。金属换热器以金属管作为传热组件，常用的材料由ND钢、316L、2205不锈钢等。非金属材料换热器常用材料有石墨、玻璃、塑料以及陶瓷，其中氟塑料换热器是以氟塑料软管作为传热组件，常用的氟塑料有聚四氟乙烯（PTFE）和可溶性聚四氟乙烯（PFA）。

3.金属换热器存在的弊端

虽然金属换热器目前占换热器市场的绝大多数份额，但随着市场需求逐渐多元、能源需求增加以及社会对烟气排放质量要求的提高，金属换热器存在的弊端也逐渐显现：

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图2：金属换热器易积灰、易腐蚀

4.氟塑料换热器产品优势：一高二低二抗三耐

氟塑料的主要原料是萤石和硫酸反应生成的氟化氢，1938年由美国合成聚四氟乙烯（PTFE），并于上世纪50年代实现工业化。以氟塑料软管作为传热组件的换热器，常采用PTFE和PFA两种原料，适用于200℃以下的各种强腐蚀性介质的换热，如硫酸、腐蚀性极强的氯化物溶液等酸性介质的冷却或加热。其优异性能可由“一高二低二抗三耐”八字诀进行简要概括。

【一高：经济效益高】

基于氟塑料管材在120℃附近连续工作15年的要求，对其进行热空气加速老化试验，根据阿累尼乌斯公式计算出加速测试条件为：220℃连续用热空气老化70小时（测试标准： GB/T 7142 和IEC 216 ），测试前后机械能性能无明显变化。按照满负荷运行，氟塑料换热管设备3-5年可进行投资回收，投资收益期大于10年，具备很高的投资收益价值。总结而言，氟换热器耐老化性能，使用寿命长，减少更换频次，有效降低成本。

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图3：大金社内测试数据，仅供参考

【二低：积灰性低、能耗低】

积灰性低：氟塑料具有较大的水接触角，积灰后易滑落，摩擦系数很低。其具备的不粘性具有自清洁效果，能大大减少维修费用。尤其像PTFE、PFA等分子中氟含量高，表面光滑、不易积灰、防粘黏易清洗。

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图4：相比其他材料，氟材料积污后更易滑落

能耗低：如采用氟塑料换热器的超低温省煤器系统可安装于脱硫之前的烟气管道上，其回收的热可用于加热凝结水、加热空预器进风和热网水。相较市面上的金属换热器，氟塑料换热器的电力耗损更小，极大程度提高了相关产业的节水节电水平。

【二抗：抗振动疲劳性能、抗高温蠕变】

抗振动疲劳性能：氟塑料换热器在运行过程中，不可避免会产生震动，大金氟化工产品PTFE-F302的拉伸强度MPa为24.6，处于市场较高水准，效果较好。

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图5：大金社内测试数据，仅供参考

抗高温蠕变：氟具有难燃性，PTFE和PFA的连续使用温度可达260°，短期内可达300°。换热器运行时，管材会承受一定的应力而产生形变。大金氟化工产品PTFE-F302的拉伸强度为25.2，表现优异。

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图6：大金社内测试数据，仅供参考

【三耐：耐候性、耐化学性、耐压性】

耐候性：优异的耐候性使氟塑料产品在苛刻的温度下长期暴晒，各性能都没有明显变化。

耐化学性：氟塑料属于化学惰性材料，具有卓越的耐药品性、耐溶剂性和耐腐蚀性，几乎能在各种介质中工作，亦能抗高温烟尘冲蚀。

耐压（静压，爆破压）：氟塑料产品性能稳定，管材不会发生应力裂缝，无泄漏风险，系统闭合性好，抗冲击力高。

图7：大金社内测试数据，仅供参考

5.大金氟化工提供的氟塑料换热器解决方案

大金自1933年开始研发氟化学气体以来，大金化学事业已拥有90年“氟”专业研发经验，是全球氟化工市场的开拓者，也是较早实现氟塑料投产的企业之一。在氟塑料换热器应用中，大金氟化工产品PTFE-M、PTFE-F和PFA成为优质选择。

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图8：氟塑料软管

PTFE-M：POLYFLON PTFE M系列树脂也被称为悬浮树脂，是专为压缩成型设计的粒状成型粉末聚四氟乙烯树脂。该系列主要应用于密封材料、耐腐蚀衬板、绝缘套筒、脱模片、自润滑轴承、滑动垫片等用途。

图9：POLYFLON PTFE M系列树脂应用

PTFE-F：POLYFLON PTFE F系列树脂也被称为分散树脂，是专为糊状挤出设计的聚四氟乙烯树脂细粉。该系列应用于密封带、电线（粗电线、同轴电缆）、耐腐蚀内衬软管、脱模片、拉伸多孔膜、纤维、空气过滤器等用途。

图10：POLYFLON PTFE F系列树脂应用

PFA：NEOFLON PFA AP系列树脂与PTFE相同，具有优良的耐热性、耐化学性、耐候性，是一种可熔融成型的树脂。该系列主要应用于化工管道内衬、化学药品输送管路、电线等用途。其中，高纯度的SH系列，以氟离子、微粒溶出少等特点，广泛应用于半导体清洗、蚀刻设备中的化学品输送。

图11：NEOFLON PFA AP系列树脂应用

氟树脂有很多品种，即使是同类树脂，牌号不同，熔融流动性、机械强度等特性也会不同。通过选择合适的性能和加工方法，可以设计开发出适合应用的零部件。

在深入了解氟领域的市场发展与应用潜能的过程中，大金氟化工不断以发掘客户的“下一个需求”为使命，利用作为核心技术的氟聚合物设计与聚合技术，为客户提供丰富的产品种类（聚合物成分×改性型）和完善的用户支持，在未来也将持续为行业及社会的高质量发展提供更多专业而可靠的解决方案。