板翅式换热器
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。
- 中文名:板翅式换热器
- 外文名:plate-fin heat exchanger
- 优 点:传热效率高、紧凑
- 应 用:石油、化工等
- 结 构:隔板、封条、翅片等
- 制造工艺:非焊接的粘接等
目录
简介
板翅式换热器的出现把换热器的换热效率提高到了一个新的水平，同时板翅式换热器具有体积小、重量轻、可处理两种以上介质等优点。目前，板翅式换热器已广泛应用于石油、化工、天然气加工等行业。
发展概况
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）。
近十年来，我国板翅式换热器生产发展很快，设计和制造技术也较成熟，已在空气分离、石油化工、动力机械及航空航天等上业部门得到广泛应用，并有部分出口国外。
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，因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性，所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。
（2）紧凑，由于板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积可达到1000㎡/m3。
（3）轻巧，原因为紧凑且多为铝合金制造，现在钢制，铜制，复合材料等的也已经批量生产 。
（4）适应性强，板翅式换热器可适用于：气－气、气－液、液－液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互换性。
（5）制造工艺要求严格，工艺过程复杂。
（6）容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修很困难，故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。
结构
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，配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。
一台典型的板翅式换热器主要组成元件有翅片、隔板、封条、导流片和封头等。
1、翅片
翅片是铝板翅式换热器的基本元件，传热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间的对流传热来完成。翅片的主要作用是扩大传热面积，
提高换热器得紧凑性，提高传热效率，兼做隔板的支撑，提高换热器的强度和承压能力。翅片间的节距一般从1mm~4.2mm，翅片的种类和型式多种多样，常用的形式有锯齿型、多孔型、平直型、波纹型等，国外还有百叶窗式翅片、片条翅片、钉状翅片等。
2、隔板
隔板是二层翅片之间的金属平板，，它在母体金属表面覆盖有一层钎料合金，在钎焊时合金熔化而使翅片、封条与金属平板焊接成一体。隔板把相邻两层隔开，热交换通过隔板进行，常用隔板一般厚1mm~2mm。
3、封条
封条在每层的四周，其作用是把介质与外界隔开。封条按其截面形状可分为燕尾槽形、槽钢形和腰鼓形三种。一般，封条的上下两个侧面应具有0.3/10的斜度，以便在与隔板组合成板束时形成缝隙，利于溶剂的渗透和形成饱满的焊缝。
4、导流片
导流片一般布置在翅片的两端，在铝板翅式换热器中主要是起流体的进出口导向作用，以利于流体在换热器内的均匀分布，减少流动死区，提高换热效率。
5、封头
封头也叫集流箱，通常由封头体、接管、端板、法兰等零件经焊接组合而成。封头的作用是分布和集聚介质、连接板束与工艺管道。
另外，一台完整的板翅式换热器还应包括支座、吊耳、隔热层等附属装置。支座与支架相连用来支承换热器的重量；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方法。
工作原理
从传热机理上看，板翅式换热器仍然属于肩臂式换热器。其主要特点是，它具有扩展的二次传热表面（翅片），所以传热过程不仅是在一次传热表面（隔板）上进行，而且同时也在二次传热表面上进行。高温侧介质的热量除了有一次表面倒入低温侧介质外，还沿翅片表面高度方向传递部分热量，即沿翅片高度方向，有隔板倒入热量，再将这些热量对流传递给低温侧介质。由于翅片高度大大超过了翅片厚度，因此，沿翅片高度方向的导热过程类似于均质细长导杆的导热。此时，翅片的热阻就不能被忽略。翅片两端的温度最高等于隔板温度，随着翅片和介质的对流放热，温度不断降低，直至在翅片中部区域介质温度。 [1]
制造与检验
1、制造工艺
板翅式换热器的制造工艺有如下几种：非焊接的粘接、有溶剂的盐浴钎焊、无溶剂的真空钎焊和气体保护钎焊。
2、制造材料
板翅式换热器所用的材料，应根据换热器不同的用途和操作条件选用，常用材料有铝，铝合金、铜、黄铜、镍、钦、不锈钢、因科镍合金等。其中因铝和铝合金有较好的钎焊性和成形性、较高的机械强度、良好的耐蚀性和导热性以及延展性和杭拉强度随温度降低而提高的特性，所以在世界各国的板翅式换热器中，特别是低温的板翅式换热器中，获得最为广泛的应用。
适宜干钎焊的铝合金很多，制造板翅式换热器板束本体(翅片、封条、隔板)的常用材料是铝锰合金(3003)。封头与接管的常用材料是铝镁合金（5083）。
3、检查与试验
优秀的设计、精细的制作和完善的检测是保证产品质量的三个方面。为提高我国板翅式换热器产品质量，紧密贴近世界先进国家同类产品技术的进展，以强化检测为手段、技术数据为依靠、提高产品质量为目的，制定了JB/T《铝制板翅式换热器技术条件》。此标准的试验方法和检验规则从我国生产实际出发、既参考英、美、日等先进国家的技术标准，又融合美国锅炉与压力容器ASME规范内容，并包含我国技术进步和研究成果，使标准具有合理性、科学性和先进 性，对换热器质量的提高起了促进和推动作用。
板翅式换热器的检查和试验，主要分零部件质量检查和成品的性能检查。
（1）零部件质量检查主要是翅片几何形状和尺寸精度的检查口成品性能检查，主要是钎焊质量的外观检查和技术性能的试验。
（2）外观检查是检查焊后板束尺寸是否在规定容许范围内，板束钎焊接头有无钎料堆积、熔蚀及变形等缺陷。
（3）技术性能检查需进行清洁度试验、无损探伤检查、耐压及致密性试验、最终T-燥度检查等。对于多个单元串联或并联组合的换热器的流体流动性能试验和介质为易燃易爆、对致密性有特殊要求的换热器。
此标准对通道阻力偏差允许值和真空检漏、氦质谱检漏漏率的规定与日本等国国际标准等同。标准对产品质量的控制，包含了原材料、设计、制造、性能检测、装运、储存等全过程，通过这一系列检查和试验来保证和提高换热器的质量。[2]
4、换热器的存放
对需存放的换热器和备件，应存放在干燥通风和无污染的地方，因设备多数在低温下使用，因此必须严格防止水分和炔烃进入，以保证使用安全，否则会因温度变化而冰冻胀裂以及炔烃在内部积聚而发生爆炸。
在安装现场一般因存放时间较短而储于室外时，存放地应平整，换热器可置于枕木上，便于排水；上部应有适当遮盖，有效防尘防水。当存放时间较长，如换热器备件等，则应储于室内，要求周围环境干燥、通风、无腐蚀性气体，还应定期检查氮封压力并补充干燥氮气。
如换热器在含有盐分的水雾或含盐大气环境中(如海岛、沿海地区或海上运输等)则必须采取特殊的保护措施。
应用
板翅式换热器由于其优越的性能和成熟的技术已在各工业部门得到越来越广泛的应用。
1、空气分离设备：空分设备的主换热器、过冷器、冷凝蒸发器等低温换热器采用板翅式换热器后可以节省设备投资和安装费用，并降低单位能耗。
2、石油化工：板翅式换热器具有处理量大、分离效果好、能耗低等优点，已被用于乙烯深冷分离、合成氨氮洗、天然气、油田气分离与液化等工艺过程。
3、工程机械：经过20多年的研究和实践，世界各国已在汽车、机车散热器、挖掘机油冷器、制冷机散热器、大功率变压器散热器上成批生产和使用板翅式换热器。
4、超导和宇宙空间技术：低温超导和宇宙空间技术的发展，为板翅式换热器的应用提供了新的途径，板翅式换热器在美国阿波罗飞船和中国神舟飞船上都有应用。
故障处理
在生产过程中，由于板翅式换热器的管板受水分冲刷、气蚀和微量化学介质的腐蚀，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。
发生在板束内部深处的隔板裂纹或溶蚀产生的泄漏。修补困难，可采用堵塞通道来处。堵塞通道数在总数的5%~10%以内是设计所允许的。但必须注意，若换热介质相变，则应在相邻两通道上打若干孔相通，以防止发生液体汽化而压力升高的爆炸事故。此修补方法在空分设备冷凝蒸发器和化工设备热虹吸蒸发器上用得较为普遍。当发生严重泄漏、修补十分困难或已无法满足设计要求时，可调换整个.单元。为了提高设备的互换性，换热器单元的标准化和系列化是设计中的一个重要方面。[3]