1、 四川空分设备(集团)有限责任公司2023-1-21板翅式换热器的原理板翅式换热器的原理结构和特点结构和特点设计、制造过程设计、制造过程生产设备生产设备使用场合、国内外产品简单情况使用场合、国内外产品简单情况2023-1-222023-1-23一、原理一、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。2023-1-24板翅式换热器总体结构板翅式换热器总体结构一、原理一、原理2023-1-25板翅式换热器总体结构板翅式换热器总体结构一、原理一、原理1封条；封条；2隔板（或侧
2、板）；隔板（或侧板）；3翅片（或导流片）翅片（或导流片）2023-1-26板翅式换热器小单元板翅式换热器小单元一、原理一、原理2023-1-27翅片增强传热：翅片增强传热：1、增加扰动、增加扰动 2、二次表面积（可占二次表面积（可占90%）一、原理一、原理 锯齿型翅锯齿型翅 (JC)(JC)多孔型翅多孔型翅 (DK)(DK)平直型翅片平直型翅片 (PZ)(PZ)波纹型翅片波纹型翅片 (BW)(BW)二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2二、结构及特点二、结构及特点齿型齿型特征特征适用范围适用范围压损压损热效率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
3、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2023-1-2 翅片是基本元件翅片是基本元件（传热过程：翅片热传导及翅片与流体之间的（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。）对流传热来完成。）示例：示例：50DK1002/5 95JC1403/3 二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2切开长度翅高翅厚打孔率翅距翅片类型封条在每层的四周，把介质与外界隔开；封条在每层的四周，把介质与外界隔开；二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2 常用封条的截面型式常用封条的截面型式
4、二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2封条端部接口型式（纵向）封条端部接口型式（纵向）二、结构及特点二、结构及特点2023-1-21、组成：金属复合板、组成：金属复合板2、作用：、作用：（1）分隔流体）分隔流体（2）复合钎料）复合钎料 它在母体金属表面覆盖有一层钎料合金（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），在钎焊时合金熔化而使翅片、封条与金属平板焊接成一体。板焊接成一体。3、常用隔板一般厚、常用隔板一般厚1mm2mm；二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2通道侧面开口型导流片通
5、道侧面开口型导流片 结构示意图结构示意图 通道中间开口导流片 结构示意图 通道敞开导流片通道敞开导流片 结构示意图结构示意图 通道端头局部开口的导流片通道端头局部开口的导流片 结构示意图结构示意图 二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2通道侧面开口导流片通道侧面开口导流片 结构示意图结构示意图 板束中部通道中流体导出导入时导流片板束中部通道中流体导出导入时导流片 结构示意图结构示意图道侧面开口导流片道侧面开口导流片 结构示意图结构示意图 板束中部通道流体导入或抽出时导流片板束中部通道流体导入或抽出时导流片 结构示意图结构示意图 二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2板束体（板束体（
6、1）二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2特点：特点：1、多流股、多流股2、可中间抽出（温度不一）、可中间抽出（温度不一）3、四面都可以布置流道进出口、四面都可以布置流道进出口二、结构及特点二、结构及特点2023-1-21、组成、组成通常由封头体、接管、端板、法兰等零件通常由封头体、接管、端板、法兰等零件经焊接而成。经焊接而成。2、作用：与外部管道连接，用于流体分布；、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、连接方式：焊接、法兰连接二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2 1 1闷盖（工艺封头）闷盖（工艺封头）2
7、2接管；接管；3 3封头体封头体 接管与外部铝合金管道采用直接焊接的封头结接管与外部铝合金管道采用直接焊接的封头结构构1 1异种金属接管；异种金属接管；2 2封头体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异种金属接管与外部不锈钢（或铜）管道连接的封头结构（c c）1 1法兰；法兰；2 2接管；接管；3 3封头体封头体 接管与外部管道采用法兰连接的封头结构接管与外部管道采用法兰连接的封头结构 二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2典型的封头典型的封头/接管形式接管形式二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2零件零件-封头封头二、结构及特点二、结构及特点2023-1-22
8、5二、结构及特点二、结构及特点2023-1-226二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2附属部件包括：支座、吊耳、隔热等。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，支座要考根据需要设计成不同形式；如果绝热，支座要考虑隔热。虑隔热。吊耳为换热器吊装使用。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。通常采铝板翅式换热器外面一般都要考虑隔热。通常采用用干燥珠光砂、矿渣棉或硬性聚胺脂发泡等法。珠光砂、矿渣棉或硬性聚胺脂发泡等法。二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2
9、二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2多板束单元是指由两个或两个以上的板束通过并联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。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。下图为并联焊接的方式连接为一体的板束。二、结构及特点二、结构及特点2023-1-21 1板束体板束体1 1 2 2板束体板束体2 2多板束组成的铝板翅式换热器单元结构图多板束组成的铝板翅式换热器单元结构图二、结构及特点二、结构及特点2023-1-2 板翅式换热器可根据需要进行并联或
10、串联板翅式换热器可根据需要进行并联或串联 形成换热器组。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（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。换热器间流量分配的均匀度。二、结构及特点二、结构及特点2023-1-21 1铝板翅式换热器单元体；铝板翅式换热器单元体；2 2连接发兰；连接发兰；3 3连接接管；连接接管；4 4单元体间连接管道单元体间连接管道铝板翅式换热器组的构成示意图铝板翅式换热器组的构成示意图二、结构与特点
11、二、结构与特点2023-1-2间壁式换热器。介质之间相互不混合间壁式换热器。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紧凑式换热器。单位体积的换热面积一般在9002000m2以上以上 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；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，热端温差可到热端温差可到13。2023-1
12、-233二、结构与特点二、结构与特点多股流同时换热。同一板翅式换热器中可以多达多股流同时换热。同一板翅式换热器中可以多达13股股流同时进行热交换，并可以根据工艺的需要从不同的流同时进行热交换，并可以根据工艺的需要从不同的温度点抽出。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，高温用于于低温，高温用于200以下；以下；不耐蚀。由于铝合金不耐蚀，故对铝合金有腐蚀的场不耐蚀。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。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易阻塞。由于翅片的节距多为1
13、mm4.2mm之间，所之间，所以介质中不能有固体杂质，包括分子筛、珠光砂、管以介质中不能有固体杂质，包括分子筛、珠光砂、管道铁锈等。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在的大型板翅式换热器可以到10MPa。2023-1-2342023-1-2351、设计、设计 软件：软件：hysys（热力计算）（热力计算）muse（设计出结构尺寸）（设计出结构尺寸）ansys（结构的强度校核）（结构的强度校核）2、制造、制造 零
14、件零件制作、钎焊、总装焊制作、钎焊、总装焊三、设计、制造过程三、设计、制造过程三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-2三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-2三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-2三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-22023-1-240隔 板翅 片封 条封 头，接 管测 量，剪 断清 洗原 材 料原 材 料翅 片 冲 压 成 型原 材 料清 洗清 洗测 量，剪 断板 束 体 装 配真 空 钎 焊换 热 器试 验 与 检 验射 线 探 伤 渗 透 探 伤真 空 氦 检 漏 压 力 试 验A S M E其 它 试 验真 空 炉铝
15、 制 板 翅 式 换 热 器 工 艺 流 程三、设计、制造过程三、设计、制造过程隔板与翅隔板与翅片钎焊前片钎焊前(红色为红色为隔板两侧隔板两侧的钎料的钎料)隔板与翅片钎料熔化后隔板与翅片钎料熔化后(翅片与隔板钎焊在一起翅片与隔板钎焊在一起)钎焊后两层结构示意图钎焊后两层结构示意图三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-2三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-2真空铝钎焊机理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，焊件和钎料加热到高于钎料熔点，但低于母
16、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。母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-22023-1-244真空钎焊的优点真空钎焊的优点：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很小可将复杂零件的千万条焊缝一次焊成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，焊后零真空环境
17、下加热有利于去除工件表面的油脂及氧化膜，焊后零 件表面光亮度高件表面光亮度高无需钎剂，焊后无需清洗无需钎剂，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特的物理化学性能，在钎焊过程中会产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：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铝与氧结合会生成致密的AL2O3AL2O3薄膜，厚度可达薄膜，厚度可达0.1m0.1m。该。该氧化膜非常致密，其熔点也高
18、达氧化膜非常致密，其熔点也高达20502050，远远超过了铝合，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，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。就非常必要
19、。三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-2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由于铝基钎料的熔化温度与主体铝合金的熔点只相差50508080，操作空间较小，合理选择钎料和确定钎料的熔化区，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、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
20、就控制在经验就控制在0.03mm0.03mm、装配质量、装配质量/间隙同时也要得到严格间隙同时也要得到严格的控制。的控制。三、设计、制造过程三、设计、制造过程2023-1-2四、生产设备四、生产设备2023-1-2自动高精度翅片成型设备自动高精度翅片成型设备四、生产设备四、生产设备2023-1-2翅片高度检测设备翅片高度检测设备四、生产设备四、生产设备2023-1-22023-1-250四、生产设备四、生产设备2023-1-2成型后的翅片成型后的翅片2023-1-251四、生产设备四、生产设备成型后的导流片成型后的导流片清洗流水线（清洗流水线（1）四、生产设备四、生产设备2023-1-2清洗流
21、水线（清洗流水线（2）四、生产设备四、生产设备2023-1-2封闭的无尘装配车间封闭的无尘装配车间四、生产设备四、生产设备2023-1-2大型真空炉钎焊炉（大型真空炉钎焊炉（1）四、生产设备四、生产设备2023-1-2大型真空炉钎焊炉（大型真空炉钎焊炉（2）四、生产设备四、生产设备2023-1-2主要生产设备2023-1-257钎焊控制室钎焊控制室四、生产设备四、生产设备2023-1-2主换热器主换热器过冷器过冷器主冷主冷膨胀后换热器膨胀后换热器提氩系统的冷凝蒸发器提氩系统的冷凝蒸发器59五、五、使用场合、国内外产品简单情况常规空分装置2023-1-260主换热器过冷器2023-1-2氧液化器
22、氧液化器氮液化器氮液化器过冷器过冷器61氧氮液化装置2023-1-22023-1-262天然气处理装置天然气处理装置天然气液化装置天然气液化装置石化产品（例如乙烯装置）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）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）工程设备（油散热器）2023-1-263其他应用场合2023-1-264石油天然气领域2023-1-265冷 箱安装中的散热器2023-1-266工程机械领域油散热器2023-1-2672023-1-22023-1-268冷箱现场云南云南CO-CH4分离装置冷箱分离装置冷箱2023-1-269冷箱现场宁
23、夏宁夏LNG冷箱冷箱国外国外PFHE的主要制造商有美国的主要制造商有美国CHART公司、公司、法国法国NORDON公司、日本神钢、日本住友和公司、日本神钢、日本住友和德国德国Linde公司。公司。国内主要制造商：国内主要制造商：杭氧杭氧四川空分四川空分开封空分公司开封空分公司五、五、使用场合、国内外产品简单情况国内外公司2023-1-2我公司已制造的最大尺寸为我公司已制造的最大尺寸为880013001105mm。已投产的换热。已投产的换热器设计压力已达到器设计压力已达到7.7Mpa我公司产品情况我公司产品情况继续研究的方向继续研究的方向高压、两相流等高压、两相流等五、五、使用场合、国内外产品简单情况2023-1-22023-1-2
