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1、 四川空分设备(集团)有限责任公司 *1 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 *2 主要内容主要内容 *3 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。 *4 板翅式换热器总体结构 一、原理 *5 板翅式换热器总体结构 一、原理 1封条；2隔板（或侧板）；3翅片（或导流片） *6 板翅式换热器小单元 一、原理 *7 翅片增强传热： 1、增加扰动 2、 二次表面积（可占90%） 一、原理 传热翅片传热翅片
2、 锯齿型翅 ( JC ) 多孔型翅 ( DK ) 平直型翅片 ( PZ ) 波纹型翅片 ( BW ) 二、结构及特点 * 各类翅片特点各类翅片特点 二、结构及特点 齿型特征适用范围压损热效率 平直型直式一般用途最低最低 多孔型直式有 小孔 各种用途 特别是有 相变、导 流片 低低 锯齿型直齿间距 34mm 常用型 特别是空 分设备的 低压通道 最高最高 人字型或 波纹型 平滑齿间 距10mm 或者锯齿 长 粘度较大 的油类（ 扰动）、 含尘多的 气体（自 洁） 高高 * 传热翅片传热翅片 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
3、95JC1403/3 基本特点：薄（传热好）、高（二次表面积）基本特点：薄（传热好）、高（二次表面积） 节距小（紧凑、承压、易堵）节距小（紧凑、承压、易堵） 二、结构及特点 * 切开长度 翅高 翅厚 打孔率 翅距 翅片类型 封条封条 封条在每层的四周，把介质与外界隔开； 二、结构及特点 * 封条封条 常用封条的截面型式 二、结构及特点 * 封条封条 封条端部接口型式（纵向） 二、结构及特点 * 隔隔 板板 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-Si- Mg），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
4、板一般厚1mm2mm； 二、结构及特点 * 导流片导流片 1 1、作用：流体的进出口导向。、作用：流体的进出口导向。 2 2、用翅片切割形成、用翅片切割形成 3 3、一般用大节距、一般用大节距 （导流）（导流） 如如4.2mm4.2mm 4 4、一般用较大厚度、一般用较大厚度 （承压）（承压） 如如 0.55mm0.55mm 5 5、一般用多孔型（导流）、一般用多孔型（导流） 也有特殊情况也有特殊情况 n n 根据板束的宽度及导流片在板束内的开口位置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和开口方向，导流片一般有如下图所示等多种 型式。型式。 二、结构
5、及特点 * 通道侧面开口型导流片 结构示意图 通道中间开口导流片 结构示意图 通道敞开导流片 结构示意图 通道端头局部开口的导流片 结构示意图 导流片导流片 二、结构及特点 * 通道侧侧面开口导导流片 结结构示意图图 板束中部通道中流体导导出导导入时导时导 流片 结结构示意图图 道侧侧面开口导导流片 结结构示意图图 板束中部通道流体导导入或抽出时导时导 流片 结结构示意图图 导流片导流片 二、结构及特点 * 板束体（1） 二、结构及特点 * 板束体板束体 板束体是热交换的场所，是换热器的主体部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）；每层由导流片份。结构单位是层（通道）
6、；每层由导流片 、翅片、封条、隔板组成；根据传热的要求、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；板束体整秩序叠置在一起就构成了板束体；板束体整 体用真空钎焊，体用真空钎焊，不可拆卸不可拆卸；层的结构如下图；层的结构如下图 所示。所示。 二、结构及特点 * 特点： 1、多流股 2、可中间抽出（温度不一） 3、四面都可以布置流道进出口 二、结构及特点 * 封封 头头 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 二、结构及特点 * 1闷盖（工艺封头）2接管；3封头体 接管与外部铝合
7、金管道采用直接焊接的封头结构 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） 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 封封 头头 二、结构及特点 * 典型的封头/接管形式 封封 头头 二、结构及特点 * 零件-封头 封封 头头 二、结构及特点 * 25 二、结构及特点 * 26 板束体与封头连接后板束体与封头连接后 二、结构及特点 * 附属部件附属部件 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
8、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。 二、结构及特点 * 基本结构基本结构( (实物实物) ) 二、结构及特点 * 多板束体单元多板束体单元 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。 二、结构及特点 * 多板束体单元多板束体单元 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
9、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。 二、结构及特点 * 板翅式换热器组板翅式换热器组 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 * 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9002000m2 以上 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13。 *33 二、结构与特点
10、 板翅式换热器特点总结板翅式换热器特点总结 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。 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1mm4.2mm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。 *34 *35 1、设计 软件：h
11、ysys（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 三、设计、制造过程 HysysHysys流程设计流程设计 三、设计、制造过程 * HysysHysys流程设计流程设计 三、设计、制造过程 * MuseMuse模拟设计模拟设计 三、设计、制造过程 * AnsysAnsys应力校核应力校核 三、设计、制造过程 * *40 三、设计、制造过程 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 钎焊钎焊 三、设计、制造过程 * 钎焊原理（扩散过程）钎焊原理（扩散过程）
12、 三、设计、制造过程 * 真空铝钎焊机理 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。 三、设计、制造过程 * *44 真空钎焊的优点： 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 可将复杂零件的千万条焊缝一次焊成 零件变形小，容易保证组合件的尺寸 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 无需钎剂，焊后无需清洗 钎焊和淬火（或某些热处理）可同时进行 铝合金钎焊工艺的特点和难点 由于铝合金具有独
13、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： 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0.1m。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。 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
14、 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。 三、设计、制造过程 * 换热器车间主要设备换热器车间主要设备 翅片成型设备翅片成型设备 翅片高度检验设备翅片高度检验设备 清洗流水线清洗流水线 封闭的无尘装配车间封闭的无尘装配车间 大型真空钎焊炉大型真空钎焊炉 四、生产设备 * 自动高精度翅片成型设备 四、生产设备 * 翅片高度检测设备 四、生产设备 * *5
15、0 四、生产设备 * 成型后的翅片 *51 四、生产设备 成型后的导流片 清洗流水线（1） 四、生产设备 * 清洗流水线（2） 四、生产设备 * 封闭的无尘装配车间 四、生产设备 * 大型真空炉钎焊炉（1） 四、生产设备 * 大型真空炉钎焊炉（2） 四、生产设备 * 主要生产设备 *57 钎焊控制室 四、生产设备 * 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 59 五、使用场合、国内外产品简单情况 常规空分装置 * 60 主 换 热 器 过 冷 器 * 氧液化器 氮液化器 过冷器 61 氧氮液化装置 * *62 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
16、统（如氟里昂冷却器、空调的油散热器） 工程设备（油散热器） *63 其他应用场合 *64 石油天然气领域 *65 冷 箱 安装中的散热器 *66 工程机械领域 油散热器 *67 * *68 冷箱现场 云南CO-CH4分离装置冷箱 *69 冷箱现场 宁夏LNG冷箱 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。 国内主要制造商： 杭氧 四川空分 开封空分公司 五、使用场合、国内外产品简单情况 国内外公司 * 我公司已制造的最大尺寸为 880013001105mm。已投产的换热器 设计压力已达到7.7Mpa 我公司产品情况 继续研究的方向 高压、两相流等 五、使用场合、国内外产品简单情况 * *
