板翅式換熱器，通常由隔板、翅片、封條、導流片組成。在相鄰兩隔板間放置翅片、導流片以及封條組成一夾層，稱為通道，將這樣的夾層根據流體的不同方式疊置起來，釺焊成一整體便組成板束，板束是板翅式換熱器的核心。
板翅式換熱器已廣泛套用於石油、化工、天然氣加工等行業。
基本介紹
- 中文名：板翅式換熱器
- 外文名：plate-fin heat exchanger
- 優點：傳熱效率高、緊湊
- 套用：石油、化工等
- 結構：隔板、封條、翅片等
- 製造工藝：非焊接的粘接等
簡介,發展概況,特點,結構,工作原理,製造與檢驗,套用,故障處理,
簡介
板翅式換熱器的出現把換熱器的換熱效率提高到了一個新的水平，同時板翅式換熱器具有體積小、重量輕、可處理兩種以上介質等優點。目前，板翅式換熱器已廣泛套用於石油、化工、天然氣加工等行業。
發展概況
二十世紀三十年代，板翅式換熱器首先在航空工業上被採用，它結構緊湊、輕巧、傳熱效率高等特點引起了研究人員和設計工作者的興趣。隨後在製冷、石油化工、空氣分離、航空航天、動力機械、超導等工業部門得到廣泛套用，被公認是高效新型換熱器之一。
1942年，美國的諾利斯首先進行了平直翅片、鋸齒翅片、波紋翅片、釘狀翅片的傳熱機理研究，找出幾種主要翅片的摩擦因子(f)，傳熱因子(j)與雷諾數(Re)的關係，為以後的研究與設計奠定了基礎。
1947年美國海軍研究署、船舶局、航空局合作在史丹福大學擬定了系統的研究計畫並擴大了研究範圍。
板翅式換熱器發展中另一方面是製造工藝，對於結構複雜、隔板和翅片又很薄的鋁合金釺焊工藝掌握是在經歷了一段相當漫長又曲折過程，在突破許多關鍵技術後才達到今天的水平。現在國外板翅式換熱器最高設計壓力可達10MPa以上，最大芯體尺寸（L×W×H）6000~7000×1200×1200mm，重達10噸以上，可以有十多種流體同時換熱。
我國是從20世紀60年代中期開始板翅式換熱器試驗研究，70年代初期自行開發成功，並首先在空分設備上得到套用。90年代初，杭氧廠引進美國S.W公司大型真空釺焊爐和板翅式換熱器製造技術，板翅式換熱器生產在我國得到飛速發展。現在已在空氣分離、石油化工（乙烯、合成氨、天然氣分離與液化）、動力機械及航天（神舟號飛船）等工業部門得到廣泛套用。並有部分出口國外（美國、加拿大等國）。
近十年來，我國板翅式換熱器生產發展很快，設計和製造技術也較成熟，已在空氣分離、石油化工、動力機械及航空航天等上業部門得到廣泛套用，並有部分出口國外。
特點
（1）傳熱效率高，由於翅片對流體的擾動使邊界層不斷破裂，因而具有較大的換熱係數；同時由於隔板、翅片很薄，具有高導熱性，所以使得板翅式換熱器可以達到很高的效率。
（2）緊湊，由於板翅式換熱器具有擴展的二次表面，使得它的比表面積可達到1000㎡/m3。
（3）輕巧，原因為緊湊且多為鋁合金製造，現在鋼製，銅製，複合材料等的也已經批量生產 。
（4）適應性強，板翅式換熱器可適用於：氣－氣、氣－液、液－液、各種流體之間的換熱以及發生集態變化的相變換熱。通過流道的布置和組合能夠適應：逆流、錯流、多股流、多程流等不同的換熱工況。通過單元間串聯、並聯、串並聯的組合可以滿足大型設備的換熱需要。工業上可以定型、批量生產以降低成本，通過積木式組合擴大互換性。
（5）製造工藝要求嚴格，工藝過程複雜。
（6）容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修很困難，故只能用於換熱介質乾淨、無腐蝕、不易結垢、不易沉積、不易堵塞的場合。
結構
通常由隔板、翅片、封條、導流片組成。在相鄰兩隔板間放置翅片、導流片以及封條組成一夾層，稱為通道，將這樣的夾層根據流體的不同方式疊置起來，釺焊成一整體便組成板束，板束是板翅式換熱器的核心，配以必要的封頭、接管、支撐等就組成了板翅式換熱器。
一台典型的板翅式換熱器主要組成元件有翅片、隔板、封條、導流片和封頭等。
1、翅片
翅片是鋁板翅式換熱器的基本元件，傳熱過程主要通過翅片熱傳導及翅片與流體之間的對流傳熱來完成。翅片的主要作用是擴大傳熱面積，
提高換熱器得緊湊性，提高傳熱效率，兼做隔板的支撐，提高換熱器的強度和承壓能力。翅片間的節距一般從1mm~4.2mm，翅片的種類和型式多種多樣，常用的形式有鋸齒型、多孔型、平直型、波紋型等，國外還有百葉窗式翅片、片條翅片、釘狀翅片等。
2、隔板
隔板是二層翅片之間的金屬平板，，它在母體金屬表面覆蓋有一層釺料合金，在釺焊時合金熔化而使翅片、封條與金屬平板焊接成一體。隔板把相鄰兩層隔開，熱交換通過隔板進行，常用隔板一般厚1mm~2mm。
3、封條
封條在每層的四周，其作用是把介質與外界隔開。封條按其截面形狀可分為燕尾槽形、槽鋼形和腰鼓形三種。一般，封條的上下兩個側面應具有0.3/10的斜度，以便在與隔板組合成板束時形成縫隙，利於溶劑的滲透和形成飽滿的焊縫。
4、導流片
導流片一般布置在翅片的兩端，在鋁板翅式
換熱器中主要是起流體的進出口導向作用，以利於流體在換熱器內的均勻分布，減少流動死區，提高換熱效率。
5、封頭
封頭也叫集流箱，通常由封頭體、接管、端板、法蘭等零件經焊接組合而成。封頭的作用是分布和集聚介質、連線板束與工藝管道。
另外，一台完整的板翅式換熱器還應包括支座、吊耳、隔熱層等附屬裝置。支座與支架相連用來支承換熱器的重量；吊耳為換熱器吊裝使用；鋁板翅式換熱器外面一般都要考慮隔熱。通常採用乾燥珠光砂、礦渣棉或硬性聚胺脂發泡等方法。
工作原理
從傳熱機理上看，板翅式換熱器仍然屬於肩臂式換熱器。其主要特點是，它具有擴展的二次傳熱表面（翅片），所以傳熱過程不僅是在一次傳熱表面（隔板）上進行，而且同時也在二次傳熱表面上進行。高溫側介質的熱量除了有一次表面倒入低溫側介質外，還沿翅片表面高度方向傳遞部分熱量，即沿翅片高度方向，有隔板倒入熱量，再將這些熱量對流傳遞給低溫側介質。由於翅片高度大大超過了翅片厚度，因此，沿翅片高度方向的導熱過程類似於均質細長導桿的導熱。此時，翅片的熱阻就不能被忽略。翅片兩端的溫度最高等於隔板溫度，隨著翅片和介質的對流放熱，溫度不斷降低，直至在翅片中部區域介質溫度。
製造與檢驗
1、製造工藝
板翅式換熱器的製造工藝有如下幾種：非焊接的粘接、有溶劑的鹽浴釺焊、無溶劑的真空釺焊和氣體保護釺焊。
2、製造材料
板翅式換熱器所用的材料，應根據換熱器不同的用途和操作條件選用，常用材料有鋁，鋁合金、銅、黃銅、鎳、欽、不鏽鋼、因科鎳合金等。其中因鋁和鋁合金有較好的釺焊性和成形性、較高的機械強度、良好的耐蝕性和導熱性以及延展性和杭拉強度隨溫度降低而提高的特性，所以在世界各國的板翅式換熱器中，特別是低溫的板翅式換熱器中，獲得最為廣泛的套用。
3、檢查與試驗
優秀的設計、精細的製作和完善的檢測是保證產品質量的三個方面。為提高我國板翅式換熱器產品質量，緊密貼近世界先進國家同類產品技術的進展，以強化檢測為手段、技術數據為依靠、提高產品質量為目的，制定了JB/T《鋁製板翅式換熱器技術條件》。此標準的試驗方法和檢驗規則從我國生產實際出發、既參考英、美、日等先進國家的技術標準，又融合美國鍋爐與壓力容器ASME規範內容，並包含我國技術進步和研究成果，使標準具有合理性、科學性和先進性，對換熱器質量的提高起了促進和推動作用。
板翅式換熱器的檢查和試驗，主要分零部件質量檢查和成品的性能檢查。
（1）零部件質量檢查主要是翅片幾何形狀和尺寸精度的檢查口成品性能檢查，主要是釺焊質量的外觀檢查和技術性能的試驗。
（2）外觀檢查是檢查焊後板束尺寸是否在規定容許範圍內，板束釺焊接頭有無釺料堆積、熔蝕及變形等缺陷。
（3）技術性能檢查需進行清潔度試驗、無損探傷檢查、耐壓及緻密性試驗、最終T-燥度檢查等。對於多個單元串聯或並聯組合的換熱器的流體流動性能試驗和介質為易燃易爆、對緻密性有特殊要求的換熱器。
此標準對通道阻力偏差允許值和真空檢漏、氦質譜檢漏漏率的規定與日本等國國際標準等同。標準對產品質量的控制，包含了原材料、設計、製造、性能檢測、裝運、儲存等全過程，通過這一系列檢查和試驗來保證和提高換熱器的質量。
4、換熱器的存放
對需存放的換熱器和備件，應存放在乾燥通風和無污染的地方，因設備多數在低溫下使用，因此必須嚴格防止水分和炔烴進入，以保證使用安全，否則會因溫度變化而冰凍脹裂以及炔烴在內部積聚而發生爆炸。
在安裝現場一般因存放時間較短而儲於室外時，存放地應平整，換熱器可置於枕木上，便於排水；上部應有適當遮蓋，有效防塵防水。當存放時間較長，如換熱器備件等，則應儲於室內，要求周圍環境乾燥、通風、無腐蝕性氣體，還應定期檢查氮封壓力並補充乾燥氮氣。
如換熱器在含有鹽分的水霧或含鹽大氣環境中(如海島、沿海地區或海上運輸等)則必須採取特殊的保護措施。
套用
板翅式換熱器由於其優越的性能和成熟的技術已在各工業部門得到越來越廣泛的套用。
1、空氣分離設備：空分設備的主換熱器、過冷器、冷凝蒸發器等低溫換熱器採用板翅式換熱器後可以節省設備投資和安裝費用，並降低單位能耗。
2、石油化工：板翅式換熱器具有處理量大、分離效果好、能耗低等優點，已被用於乙烯深冷分離、合成氨氮洗、天然氣、油田氣分離與液化等工藝過程。
3、工程機械：經過20多年的研究和實踐，世界各國已在汽車、機車散熱器、挖掘機油冷器、制冷機散熱器、大功率變壓器散熱器上成批生產和使用板翅式換熱器。
4、超導和宇宙空間技術：低溫超導和宇宙空間技術的發展，為板翅式換熱器的套用提供了新的途徑，板翅式換熱器在美國阿波羅飛船和中國神舟飛船上都有套用。
故障處理
在生產過程中，由於板翅式換熱器的管板受水分沖刷、氣蝕和微量化學介質的腐蝕，管板焊縫處經常出現滲漏，導致水和化工材料出現混合，生產工藝溫度難以控制，致使生成其它產品，嚴重影響產品質量，降低產品等級。
冷凝器管板焊縫滲漏後，企業通常利用傳統補焊的方法進行修復，管板內部易產生內應力，且難以消除，致使其它換熱器出現滲漏，企業通過打壓，檢驗設備修復情況，反覆補焊、實驗，2～4人需要幾天時間才能修復完成，使用幾個月後管板焊縫再次出現腐蝕，給企業帶來人力、物力、財力的浪費，生產成本的增加。
發生在板束內部深處的隔板裂紋或溶蝕產生的泄漏。修補困難，可採用堵塞通道來處。堵塞通道數在總數的5%~10%以內是設計所允許的。但必須注意，若換熱介質相變，則應在相鄰兩通道上打若干孔相通，以防止發生液體汽化而壓力升高的爆炸事故。此修補方法在空分設備冷凝蒸發器和化工設備熱虹吸蒸發器上用得較為普遍。當發生嚴重泄漏、修補十分困難或已無法滿足設計要求時，可調換整個.單元。為了提高設備的互換性，換熱器單元的標準化和系列化是設計中的一個重要方面。
