板翅式换热器介绍剖析

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其他应用场合
天然气处理装置 天然气液化装置 石化产品（例如乙烯装置） 致冷系统（如氟里昂冷却器、空调的油散热器） 工程设备（油散热器）
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石 油 天 然 气 领 域
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冷 箱
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成型后的翅片
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四、生产设备
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成型后的导流片
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四、生产设备
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清洗流水线（1）
四、生产设备
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清洗流水线（2）
四、生产设备
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封闭的无尘装配车间
四、生产设备
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大型真空炉钎焊炉（1）
四、生产设备
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大型真空炉钎焊炉（2）
二、结构及特点
封头
1—闷盖（工艺封头）2—接管；3—封头体 接管与外部铝合金管道采用直接焊接的封头结构
1—法兰；2—接管；3—封头体 接管与外部管道采用法兰连接的封头结构
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1—异种金属接管； 2—封头体 异种金属接管与外部不锈钢（或铜）管道连接的封头结构
（c）
二、结构及特点
封头
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真空氦检漏 压力试验
ASME
其它试验
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三、设计、制造过程
钎焊
隔板与翅 片钎焊前 (红色为 隔板两侧 的钎料)
隔板与翅片钎料熔化后 (翅片与隔板钎焊在一起)
钎焊后两层结构示意图
三、设计、制造过程
钎焊原理（扩散过程）
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三、设计、制造过程
真空铝钎焊机理
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二、结构与特点
板翅式换热器组
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1—铝板翅式换热器单元体； 2—连接发兰；
3—连接接管；
4—单元体间连接管道
铝板翅式换热器组的构成示意图
二、结构与特点
板翅式换热器特点总结
间壁式换热器。介质之间相互不混合
紧凑式换热器。单位体积的换热面积一般在900～2000m2 以上
低温装置多用。铝板翅式换热器由铝合金构成，多用 于低温，高温用于200℃以下；
不耐蚀。由于铝合金不耐蚀，故对铝合金有腐蚀的场 合不能使用，主要是影响其使用寿命。
易阻塞。由于翅片的节距多为1mm～4.2mm之间，所 以介质中不能有固体杂质，包括分子筛、珠光砂、管 道铁锈等。
耐压高。由于铝板翅式换热器采用钎焊工艺把翅片和 隔板间紧紧地钎在一起，所以它承压高。我们公司现 在的大型板翅式换热器可以到10MPa。
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二、结构及特点
传热翅片
平直型翅片 ( PZ )
多孔型翅 ( DK )
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锯齿型翅 ( JC )
波纹型翅片 ( BW )
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二、结构及特点
各类翅片特点
齿型 平直型 多孔型
锯齿型
人字型或 波纹型
特征 适用范围
直式 一般用途
直式有 小孔
各种用途
特别是有 相变、导
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四、生产设备
换热器车间主要设备 翅片成型设备 翅片高度检验设备 清洗流水线 封闭的无尘装配车间 大型真空钎焊炉
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四、生产设备
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自动高精度翅片成型设备
四、生产设备
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翅片高度检测设备
四、生产设备
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• 铝的化学性能较活泼，与氧的亲和力很强。常温空气中， 铝与氧结合会生成致密的AL2O3薄膜，厚度可达0.1μm。该 氧化膜非常致密，其熔点也高达2050℃，远远超过了铝合 金的熔化温度；同时，它还会阻碍金属之间的良好结合， 易形成夹渣和气孔，因此铝合金的焊前处理和在加热状态 下防止或减少氧化膜的形成非常重要。所以在钎焊过程重 尤其在钎料熔化的工艺段保持炉内较高的真空度，以及采 取工艺措施在钎焊过程中减少氧化膜的形成或去除氧化膜 就非常必要。
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1—板束体1
2—板束体2
多板束组成的铝板翅式换热器单元结构图
二、结构及特点
板翅式换热器组
板翅式换热器可根据需要进行并联或串联 形成换热器组。 铝板翅式换热器组是由两台或两台以上的铝 板翅式换热器按不同的配管形式进行组合 （并联或串联）而构成。并联布置时应注意 换热器间流量分配的均匀度。
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二、结构及特点
特点： 1、多流股 2、可中间抽出（温度不一） 2020/1/21 3、四面都可以布置流道进出口
二、结构及特点
封头 1、组成 通常由封头体、接管、端板、法兰等零件 经焊接而成。 2、作用：与外部管道连接，用于流体分布； 3、连接方式：焊接、法兰连接
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也有特殊情况 根据板束的宽度及导流片在板束内的开口位置 和开口方向，导流片一般有如下图所示等多种 型式。
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二、结构及特点
导流片
通道侧面开口型导流片 结构示意图
通道敞开导流片 结构示意图
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通道中间开口导流片 结构示意图
通道端头局部开口的导流片 结构示意图
二、结构及特点
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三、设计、制造过程
铝合金钎焊工艺的特点和难点
• 由于铝基钎料的熔化温度与主体铝合金的熔点只相差50～ 80℃，操作空间较小，合理选择钎料和确定钎料的熔化区 间，同时钎料与基体金属要有良好的湿润性
• 正确选择钎焊温度和保温时间对于形成良好的钎焊接头、 提高接头强度非常重要
• 钎焊元件尺寸精度要求高：如翅片加工尺寸公差根据我们 经验就控制在±0.03mm、装配质量/间隙同时也要得到严格 的控制。
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三、设计、制造过程
1、设计
软件：hysys（热力计算）

muse（设计出结构尺寸）

ansys（结构的强度校核）
2、制造
零件制作、钎焊、总装焊
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三、设计、制造过程
Hysys流程设计
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三、设计、制造过程
Hysys流程设计
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安装中的散热器
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ห้องสมุดไป่ตู้
工程机械领域
油散热器
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冷 箱 现 场
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云南CO-CH4分离装置冷箱
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冷 箱 现 场
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宁夏LNG冷箱
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五、使用场合、国内外产品简单情况
国内外公司
国内主要制造商： 杭氧 四川空分 开封空分公司
四川空分设备(集团)有限责任公司
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主要内容
板翅式换热器的原理
结构和特点
设计、制造过程
生产设备
使用场合、国内外产品简单情况
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一、原理
名称:（铝制）板翅式换热器 或 铝制板 翅式热交换器（NB/T47006-2009)
作用：为冷、热流体的换热提供场所。 常用于空分装置中，现在也多用于液 化装置等其他场合。
三、设计、制造过程
Muse模拟设计
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三、设计、制造过程
Ansys应力校核
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三、设计、制造过程
隔
板
原材料
铝制板翅式换热器工艺流程
翅
片
封
条
原材料
原材料
测量，剪断
翅片冲压成型
测量，剪断
清洗
清洗
清洗
板束体装配 真空炉
真空钎焊
封头，接管
换热器 试验与检验
射线探伤 渗透探伤
真空铝钎焊技术是采用比铝材熔点低的铝合金作钎料，将 焊件和钎料加热到高于钎料熔点，但低于母材熔化温度， 液态钎料靠毛细管浸润作用在两工件间微小间隙填充，与 母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。
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真空钎焊的优点：
①加热温度低，因此基体金属的物理化学性能不发生影响或影响 很小
典型的封头/接管形式
二、结构及特点
封头
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零件-封头
二、结构及特点
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二、结构及特点
板束体与封头连接后
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二、结构及特点
附属部件
附属部件包括：支座、吊耳、隔热等。 支座支承换热器的重量，支架与支座相连；支座 根据需要设计成不同形式；如果绝热，支座要考 虑隔热。 吊耳为换热器吊装使用。 铝板翅式换热器外面一般都要考虑隔热。通常采 用干燥珠光砂、矿渣棉或硬性聚胺脂发泡等法。
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二、结构及特点
基本结构(实物)
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二、结构及特点
多板束体单元 多板束单元是指由两个或两个以上的板束通 过并联焊接的方式连接成一体，组成的板束， 以解决装置需要与钎焊设备尺寸限制的矛盾。 下图为并联焊接的方式连接为一体的板束。
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二、结构及特点
多板束体单元
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翅 高
翅 翅翅打 片 距厚孔
类
率
型
切 开 长 度
基本特点：薄（传热好）、高（二次表面积） 节距小（紧凑、承压、易堵）
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二、结构及特点
封条 封条在每层的四周，把介质与外界隔开；
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二、结构及特点
封条
Ⅰ
Ⅰ Ⅰ
Ⅲ
Ⅳ
常用封条的截面型式
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二、结构及特点
封条
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国外PFHE的主要制造商有美国CHART公司、 法国NORDON公司、日本神钢、日本住友和 德国Linde公司。
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五、使用场合、国内外产品简单情况
我公司产品情况
我公司已制造的最大尺寸为 8800×1300×1105mm。已投产的换热 器设计压力已达到7.7Mpa 继续研究的方向 高压、两相流等
流片
直齿间距 3~4mm
常用型
特别是空 分设备的 低压通道
平滑齿间 粘度较大
距10mm 的油类
或者锯齿 （扰动）、
长
含尘多的
气体（自
洁）
压损 最低 低
最高
高
热效率 最低 低
最高
高
二、结构及特点
传热翅片
翅片是基本元件 （传热过程：翅片热传导及翅片与流体之间的 对流传热来完成。）
示例：50DK1002/5 95JC1403/3
封条端部接口型式（纵向）
二、结构及特点
隔板
1、组成：金属复合板 2、作用： （1）分隔流体 （2）复合钎料 它在母体金属表面覆盖有一层钎料合金（Al-SiMg），在钎焊时合金熔化而使翅片、封条与金属 平板焊接成一体。 3、常用隔板一般厚1mm~2mm；
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二、结构及特点
导流片
1、作用：流体的进出口导向。 2、用翅片切割形成 3、一般用大节距 （导流） 如4.2mm 4、一般用较大厚度 （承压） 如 0.55mm 5、一般用多孔型（导流）
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一、原理
板 翅 式 换 热 器 总 体 结 构
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一、原理
板 翅 式 换 热 器 总 体 结 构
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一、原理
板 翅 式 换 热 器 小 单 元
1—封条；2—隔板（或侧板）；3—翅片（或导流片）
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一、原理
翅片增强传热： 1、增加扰动 2、 二次表面积（可占90%）
主要生产设备
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四、生产设备
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钎焊控制室
五、使用场合、国内外产品简单情况
常规空分装置
主换热器 过冷器 主冷 膨胀后换热器 提氩系统的冷凝蒸发器
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主 换 热 器
过 冷 器
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氧氮液化装置
氧液化器 氮液化器 过冷器
高效能换热器。由于翅片的独特结构，增强了流体的对流 放热系数；
质量轻。换热器用铝合金构成，在相同工艺条件下，重量 约为管式换热器的1/10
小温差。铝板翅式换热器流体间的最小温差可以小到1℃， 热端温差可到1～3℃。
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多股流同时换热。同一板翅式换热器中可以多达13股 流同时进行热交换，并可以根据工艺的需要从不同的 温度点抽出。
导流片
通道侧面开口导流片 结构示意图
道侧面开口导流片 结构示意图
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板束中部通道中流体导出导入时导流片
结构示意图
板束中部通道流体导入或抽出时导流片
结构示意图
二、结构及特点
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板束体（1）
二、结构及特点
板束体
板束体是热交换的场所，是换热器的主体部 份。结构单位是层（通道）；每层由导流片、 翅片、封条、隔板组成；根据传热的要求秩 序叠置在一起就构成了板束体；板束体整体 用真空钎焊，不可拆卸；层的结构如下图所 示。
②可将复杂零件的千万条焊缝一次焊成 ③零件变形小，容易保证组合件的尺寸 ④真空环境下加热有利于去除工件表面的油脂及氧化膜，焊后零 件表面光亮度高
⑤无需钎剂，焊后无需清洗
⑥钎焊和淬火（或某些热处理）可同时进行
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三、设计、制造过程
铝合金钎焊工艺的特点和难点
由于铝合金具有独特的物理化学性能，在钎焊过程中会产 生一系列困难和特点：