全焊接板式换热器产品特点及工艺浅析

陈静

摘要：全焊接板式换热器作为一种高效换热设备，在传热效率高、气-液及液-液换热场合得到广泛应用。本文通过阐述全焊接板式换热器的特点，对全焊接板式换热器制造工艺进行分析，同时提出相应的政策建议，进而为应用全焊接板式换热器提供参考依据。

关键词：换热器 焊接板 焊接工艺

全焊接板式换热器作为一种高效换热设备，融合了集板式换热器和管壳式换热器的优点，一方面保留了板式换热器高效、结构紧凑的特点，另一方面兼具管壳式换热器耐高温、高压的特点，是一些特殊热交换工艺中替代管壳式换热器的最理想的设备。化工、石油、动力、冶金等领域的加热、冷却、冷凝、蒸发等过程中，全焊接板式换热器得到广泛的应用。

1 产品特点

1.1 适用范围广。由于全焊接板式换热器不需要橡胶密封垫密封，可焊接和冲压的材料都可以制造，以及多样化的结构设计，在各种温度、压力物理特性，以及空间条件下，都可以运用。

1.2 传热效率高。在板片结构上，全焊接板式换热器采用了可拆卸式板式换热器，其复杂的流体流动形态，通过改变板片形状及间距就可以产生，进而在一定程度上发挥了其传热能力，雷诺数几百时即可达到湍流效果，得到较高的传热性能，与管壳式换热器相比，总传热系数为管壳式换热器的3-5倍；同样的工况条件，其面积仅为管壳式换热器面积的1/3-1/4；另外全焊接板式换热器的污垢系数最小仅为列管式换热器的1/5，因而其换热性能极佳。

1.3 压力损失小。独特的板片结构，可以使流体充满板片形成的流道，在这种情况下，所有的板片表面都参与了热交换，在流道中，介质可以实现无死区的流动，进而在一定程度上可以减少动能的消耗，进一步节省了运行成本。

1.4 不易结垢。压制为波纹形状的板片四周焊接后，在运行过程中，受热应力的影响和制约，导致板片内侧自由伸缩，进而不容易形成板片表面垢层。

1.5 结构紧凑、占地面积小。全焊接板式换热器结构紧凑，适用空间条件伸缩范围大，可自由交换。单位面积内的换热面积为管壳式换热器的2-5倍，也不需要预留抽出管束的维修空间，实现同样的换热任务时，全焊接板式换热器的占地面积约为管壳式换热器的1/6-1/10，可以大大减少基建投资费用。

1.6 结构形式多样化。根据用户安装空间以及具体工况参数的要求，通过计算软件进行优化设计、选型，改变流程组合，以及换热芯体和外壳结构的合理匹配，实现结构形式的多样化。

2 全焊接板式换热器制造工艺描述

2.1 板片设计：全焊接板式换热器构成换热芯体的板片是全焊接板式换热器的核心元件，冷热流体的换热发生在板片表面上，所以它是传热元件，此外板片还要承受两侧换热介质的压差，因此，设计把得到的传热效率高、流体阻力低、承受能力大的波纹形式的板片作为目标，确定了合理的波纹节距和高度，水平平直的分段波纹形成板片，使截止流动分配更加均匀，达到传热效率高承受能力大的目的。

板片组成的换热芯体结构对凝结传热更为有利，因为它的传热面是由多个段组成的，可以有效阻止凝结液膜的增长，而这更是凝结传热的关键，所以在换热器计算时的基本常数就较高，得到的传热系数也高。

2.2 板片压制及模具技术：板片的成型采用自动成型线实现，板长最大可达12m，根据设计工况可任意调整。在板片压制过程中使用了自动跟踪定位，使板片的压制精度进一步提高，因而提高了换热器的组装精度。

压制模具的加工采用了激光扫描和数控铣床仿形加工新工艺，使得模具的加工精度很高，避免了压制过程中板片开裂、拉伤、板片减薄量不一致、表面粗糙度差的技术难题，大大提高了板片的成型质量。

2.3 结构强度设计：全焊接板式换热器的主要承压件有压板、侧板、端板和两侧的盖板，依照GB150《钢制压力容器》、《材料力学》、《机械设计手册》等有关资料进行了强度和刚度计算，得到计算厚度。

2.4 焊接工艺：换热器的换热芯体所有焊缝均采用微机控制自动焊接新技术，计算机自动跟踪检测、自动调整焊接工艺，保证了焊接质量。自动氩弧焊机焊接：通过摄像电视监控系统，实现对焊缝的人为监控，通过显示器观察焊弧情况，并调整焊枪的位置，达到控制焊接质量的目的，同时可以间断自动存储瞬间焊接参数，根据需要随时调出，达到追踪目的。板片经过压型、焊缝、氩弧焊等多道工序的加工，焊缝密集，焊接存在残余应力，芯体组焊后，对芯体焊接部位采用时效、震动等热处理方法消除焊接应力。

2.5 设备组成：全焊接板式换热器由板片、压板、承压板、端板、盲板、设备法兰、半圆壳体、支架、夹紧螺栓、接管、平焊法兰等零部件组成。

3 结论

全焊接板式换热器的板型结构设计合理、传热效率高、综合性能好，在一定程度上彻底解决了管壳式换热器和可拆卸板式换热器存在的死区现象。与可拆卸板式换热器相比，通过采用周边组焊的板束形式，取消了密封垫片，所以耐热、耐压性能比较优越。对于板片系模块化结构，结合工艺要求，可以对流程形式、流道面积大小进行调整。

全焊接板式换热器作为新一代高效换热设备，融合了板式换热器和管壳式换热器的优点，适用于传热效率高、气-液及液-液换热场合，在一些特殊热交换工艺中，是替代管壳式换热器的理想设备。

参考文献：

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[3]李德举，何海澜，董强林，王新燕.全焊式板式换热器在热电联产供热系统应用[J].石油化工设备，2001（11）.