中高压板翅式换热器的设计与开发

职称论文

题目：中高压板翅式换热器的设计与开发单位：XXXXXXXXXXX

姓名：XXX

二零一五年六月

中高压板翅式换热器的设计与开发

XXX

（X X X X X X X X X）

【论文摘要】本文提出了低、中、高压板翅式换热器分类意见，介绍了中高压板翅式换热器设计特点，阐述了采用真空钎焊制造中、高压板翅式换热器工艺的特殊措施。并以低压板式换热器制造成功实践说明采用特殊工艺措施是正确的、可行的。同时介绍了中高压换热器的应用前景。

关键词：中高压板翅式换热器真空钎焊翅片封条流道空分装夹

一、板翅式换热器的发展现状

随着空分技术和机械行业的不断发展，板翅式换热器的应用也越来越广泛，要求板翅式换热器的设计压力也越来越高。尤其进入20世纪80年代以来，随着我国内地和沿海油田的不断开发和石油化工行业的快速发展，承受中、高压的板翅式换热器应用日趋广泛，由于国内无法制造中、高压力的板翅式换热器，当时我国用于大型空分设备和石油化工设备中的中、高压板翅式换热器全部依赖进口。

板翅式换热器根据设计压力不同分为低压（3.0MPa以下），中压（3.0-6.4MPa）和高压（6.4-9.6MPa）。低压板翅式换热器大多用于空分设备。中、高压板翅式换热器用于空分液化设备，天燃气液化及分离设备，石油、天燃气化工设备及乙烯冷箱。近年来随着真空钎焊技术的发展，相关的工艺也相对成熟起来，我公司又有多年低压板翅式换热器的设计和生产的成功经验，为开发中、高压板翅式换热器奠定了物质技术基础。我公司生产的常规的板翅式换热器均能达到3.0Mpa以上的压力，且产品的使用状况良好。

二、高压板翅式换热器整体结构

高压板翅式换热器芯体由隔板、翅片和封条3部分组成。在相邻两隔板之间放置翅片及封条，组成一夹层，称之为通道。对于高压板翅式换热器，由于承受的压力较高，隔板与翅片、封条的钎焊要求也比较高，隔板的复合层要比低压换热器隔板的复合层厚，封条的宽度也需相应增加。由于板翅式换热器芯体结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能进行无损检测和其他检查，也无法做强度核算，所以只能通过试样的爆破试验来确定产品的耐压强度。按ASME规范规定，试样的爆破试验压力应是最大许用工作应力的3～5倍，且以翅片母材拉伸断裂为合格标准。对于高压板翅式换热器，其翅片的最大许用工作压力相应提高。为了达到这一要求，应选择性能较好的翅片材料，同时增加翅片的厚度。我公司现有翅片型式有锯齿型、平直型和波纹型。在中高压板翅式换热器翅片的选用时，应尽量避免采用锯齿型翅片。因为锯齿型翅片是切开的，削弱了承压能力，同时小节距厚翅片的锯齿型很难生产制造。选用翅片规格的原则是压力越高节距越小，当节距小到工艺无法生产时，再用增加翅片厚度（节距放大）来满足设计压力的要求，即小节距厚翅片。我公司常用的中压翅片特性参数见下表1：

表1

注：表中，h为翅片高；p为节距；t为翅片厚度。

我公司为三一重工多种机型上供应的板翅式散热器，经过主机厂验证其爆破压力均在5Mpa以上，属于中压板翅式换热器，所用的翅片即为序号1、2类型的翅片。我公司为外贸产品制作的翅片承压能力更是达到了7Mpa，所用的翅片为序号3、4类型的翅片。

三、制造工艺

制造工艺的完善和可靠性是中、高板翅式换热器获得成功的关键所在。首先要解决小节距厚翅片成型加工问题。这就涉及冲模设计和如何考虑回弹率问题，对于不同规格的翅片回弹率各不一样，一般在5～10%范围内。同时刀片的材质，热处理、尺寸精度都必须填重考虑才能制造出符合要求的翅片。其次是钎焊夹具设计及正确使用。钎焊夹具分两类---刚性夹具（大夹具）和柔性夹具（小夹具）。我公司采用刚性夹具。刚性夹具对生产中高压板翅式换热器有很大的适用性。压紧力稍大不会引起板束体变形，有利于封条和隔板的钎接。封头与芯体的焊接采用TIG手工氩弧焊。该焊接方式焊缝金属纯度高，焊接性能好，有足够熔深能使根部和层间焊透，在中高压板翅式换热器生产中具有明显的优势。同时对于强度层设置和通道排列也应认真考虑，对于中、高压板翅式的芯体的强度层（工艺层）上、下两方面

各设两层，将压力高的通道尽量做到越往中间排列越好利用承受较高的压力。实践证明以上工艺措施是正确可行的。

四、高压板翅式换热器的特点

1、传热效率高

由于翅片对流体的扰动,使边界层不断破裂，从而具有很大的表面传热系数；同时由于铝具有很强的导热性、高密度翅片具有更小的当量直径，使得高压板翅式换热器具有很高的传热效率。

2、承受压力高，降低能耗。

以往高压换热器大多采用绕管式换热器，因绕管式换热器的单位体积传热面积小，换热器的温差较大，使小温差换热难以实现。空分设备是耗能较大的设备，对于大型钢铁企业而言每年的耗电量很可观，一般占其总耗电量的12 % ，而换热器的温差每减小1℃，能耗可降低约2 %。而高压板翅式换热器由于可以承受8MPa以上的压力，且传热效果好，热端温差甚至可以小于2℃，其节能效果十分明显。

3、结构紧凑

由于翅片具有扩展的二次表面，使得板翅式换热器的比表面积可达1000～2500m2/ m3。

4、设备轻巧，适应性大。

五、应用前景

应用前景近年来铝制板翅式换热器在我国发展很快，在不断吸取国外先进技术的条件下，生产工艺更趋成熟，产品质量显著提高，检验手段更加完善。经济发展推动着空分行业和机械行业的进步，也推

动着高压铝制板翅式换热器的发展和前进，随着科学技术的不断进步和高压板翅式换热器翅片形式及翅片材料的不断开发，高压板翅式换热器将在更多行业中发挥更大的作用。

参考文献

［1］张祉祐，石秉三制冷与低温技术北京：机械工业出版社 1981 ［2］化学工业部第四设计院主编深冷手册下册化学工业出版社1979

［3］N B/T 47006-2009《铝制板翅式热交换器》

［4］嵇训达 8.0Mpa高压铝制板翅式换热器的开发杭州机械 1996