板翅式换热器

板翅式换热器

同组人：张弘达18、张来超14

薛业成06、张太平02

引言：

板翅式换热器：通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心。

--------张弘达

一、板翅式换热器的发展

二十世纪三十年代，板翅式换热器首先在航空工业上被采用，它结构紧凑、轻巧、传热效率高等特点引起了研究人员和设计工作者的兴趣。随后在制冷、石油化工、空气分离、航空航天、动力机械、超导等工业部门得到广泛应用，被公认是高效新型换热器之一。

1942年，美国的诺利斯首先进行了平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片、钉状翅片的传热机理研究，找出几种主要翅片的摩擦因子(f)，传热因子(j)与雷诺数(Re)的关系，为以后的研究与设计奠定了基础。1947年美国海军研究署、船舶局、航空局合作在斯坦福大学拟定了系统的研究计划并扩大了研究范围。

板翅式换热器发展中另一方面是制造工艺，对于结构复杂、隔板和翅片又很薄的铝合金钎焊工艺掌握是在经历了一段相当漫长又曲折过程，在突破许多关键技术后才达到今天的水平。

现在国外板翅式换热器最高设计压力可达10MPa以上，最大

芯体尺寸（L×W×H）6000~7000×1200×1200mm，重达10吨以上，可以有十多种流体同时换热。我国是从20世纪60年代中期开始板翅式换热器试验研究，70年代初期自行开发成功，并首先在空分设备上得到应用。90年代初，杭氧厂引进美国S.W公司大型真空钎焊炉和板翅式换热器制造技术，板翅式换热器生产在我国得到飞速发展。现在已在空气分离、石油化工（乙烯、合成氨、天然气分离与液化）、动力机械及航天（神舟号飞船）等工业部门得到广泛应用。并有部分出口国外（美国、加拿大等国）。

我国板翅式换热器目前的生产水平相当于国际上20世纪90年代中期水平。杭氧现已开发有近50种不同型式和尺寸规格的翅片，可满足各种换热要求。

二、板翅式换热器特点

（1）传热效率高。

（2）结构紧凑，单位体积换热面积为管壳式换热器5倍以上，最大可达几十倍。管壳式换热器一般为150~200m2/m3，而板翅式换热器因翅片具有扩展二次表面，使传热面积可达到1500~2500 m2/m3。

（3）轻巧、牢固。铝材密度ρ为2.7g/cm3，而钢材为7.8g/cm3，铜材为8.9g/cm3。

（4）适应性大，可适用多种介质热交换。在同一设备内可允许多达十多种介质之间热交换，可作气—气、气—液、液—液之间换热，亦可作冷凝和蒸发。

（5）经济性好。由于结构紧凑、铝材又轻，降低了设备投资费。

（6）流道易堵塞，维修困难，所以介质要求清洁、干净。

三、板翅式换热器结构

（1）换热器基本元件

板翅式换热器的结构形式很多，但单元体结构基本相同，板式芯体由翅片、导流片、封条、隔板和侧板组成，在相邻两隔板之间放置翅片、导流片和封条，组成一通道，按设计要求对各通道进行不同叠积和适当排列，在600℃左右温度下经钎焊成一整体。

隔板主要用于传递热量和把介质分隔开来，也是承压主要元件。压力越高，隔板越厚，厚度一般在0.8~2mm。材料为3003 +Al-Si 合金。

封条在四周起密封和支撑作用，其高度与翅片等同，宽度按其承受压力有15、25、40mm等几种不同规格。材料为3003 －H112。

导流片起流体的分配与汇集作用，常用于流体进出口，为多孔型且节距较大的翅片。厚度一般为0.4~0.6mm，材料3003 -O。

侧板是换热器最外侧平板，主要起保护作用和便于换热器支架焊接，厚度一般在5~6mm，材料3003 -O。

翅片是换热器最基本元件，传热过程主要依靠翅片来完成，同时承担两隔板之间支撑作用。尽管翅片很薄只有0.15~0.5mm，却能承受较高压力。材料为3003-O。

翅片型式

翅片选择根据工作压力、流体特性、换热要求等因素来考虑。一般放热系数大的场合（液体之间，相变）选用低而厚翅片，发挥翅片作用，有较高翅片效率；放热系数小场合（气体与气体）选用高而薄翅片，以增加传热面积来弥补放热系数不足。常用翅片有平直、多孔、锯齿和波纹四种型式。每种型式的翅片高度和节距不同，每一种形式又有多种规格。

平直翅片—放热系数和压力损失小，放热和流动摩擦特性与圆管相似。

多孔翅片—孔洞使热阻边界层不断发生断裂，提高传热性能，也有利于流体分配。

锯齿翅片—翅片间隔一定距离屡次被切断，并使之向流道突出，对促进湍流和破坏热阻十分有效，放热系数比平直翅片高30%以上。又称高效翅片。

波纹翅片—增加流体扰动来提高传热性能，有较高承压能力。

（1）导流片的布置形式

导流片一般布置在翅片两端，使流体均匀分配和便于封头布置，导流片布置形式有以下类型，如下图所示。

（2）流道布置

板翅式换热器流道布置形式，根据不同操作条件可布置成顺流、逆流、错流、错逆流等多种形式。逆流应用最普遍，顺流应用较少。常用流道布置形式见上图。

四、换热器组合

由于工艺条件和设备限制，板翅式换热器的单元尺寸受到限制，所以在大型空分设备中换热器需要通过多个单元的串联或并联加以组合。多个单元组合的时候，很重要的一个问题，就是要使流体在各

个单元中能够均匀分配，减小和防止偏流。

单元组合时，基本上有三种方式：对称形、对流形、并流形。从均布观点尽量采用对称形，避免并流形。同时由于各单元流体阻力可能不相等，组合时应注意阻力的匹配，工艺管道布置也需注意这点。

量化学介质的腐蚀，管板焊缝处经常出现渗漏，导致水和化工材料出现混合，生产工艺温度难以控制，致使生成其它产品，严重影响产品质量，降低产品等级。冷凝器管板焊缝渗漏后，企业通常利用传统补焊的方法进行修复，管板内部易产生内应力，且难以消除，致使其它换热器出现渗漏，企业通过打压，检验设备修复情况，反复补焊、实验，2～4人需要几天时间才能修复完成，使用几个月后管板焊缝再次出现腐蚀，给企业带来人力、物力、财力的浪费，生产成本的增加。通过福世蓝高分子复合材料的耐腐蚀性和抗冲刷性，通过提前对新换热器的保护，这样不仅有效治理了新换热器存在的焊缝和砂眼问题，更避免了使用后化学物质腐蚀换热器金属表面和焊接点，在以后的定期维修时，也可以涂抹福世蓝高分子复合材料来保护裸露的金属；即