板翅式换热器开发

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1、1　设计1.1　热力计算　　板翅式换热器设计，主要包括设计计算和性能校核。设计计算是在一定的工艺参数条件下，计算换热器所需传热面积(或有效长度)。性能校核是在原设计工艺条件发生变化情况下，确定流体出口温度是否满足工艺要求。　　多股流板翅式换热器传热计算是将几股热流体和冷液体分别拟合成相当的2股液体，把多股流换热简化成2股流换热，并按逐步热平衡法进行热力计算。为使换热器同一横截面壁温尽可能接近，防止可能产生的温度交叉和热量内部损耗，在计算中必须对每一条通道作周密考虑。若通道排列不当，易造成局部热量不平衡及换热器效率下降，将无法用纯粹增加换热面积

2、的方法来补偿，这已被实践证明。所以在设计过程中，通过对不同流道排列情况下传热计算，以局部热平衡偏差、允许阻力值和流道计算长度偏差为主要控制指标，达到优化设计目的。1.2　强度设计　　由于板翅式换热器芯体结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能采用X射线无损检查，也不可能作强度核算。美国锅炉及压力容器规范ASME第Ⅷ卷第一分册规定，凡容器或容器部件的强度难以准确计算以保证安全时，其最大许用工作压力可采用试件的爆破压力来确定。我公司采用美国ASENSE软件包，通过有限元应力分析，确定以翅片、封条、隔板全尺寸的300mm×300mm3层流道的模拟

3、试样爆破压力来决定最大许用工作压力。规定试样爆破压力值应不低于设计压力的5倍，且以翅片拉伸断裂为合格。其最大许用工作压力(设计压力)按下式确定：　　可见翅片材料实测拉伸强度越高，所得的最大许用工作压力则越低。为得到翅片最大许用工作压力，翅片材料作退火处理，使拉伸强度达到或接近最小值。不同材料翅片最大许用工作压力值见表1，翅片规格说明见图1。表1　翅片最大许用工作压力值　　　翅片规格翅片拉伸强度额定值/MPa翅片拉伸强度实测值/MPa翅片爆破压力值/MPa最大允许工作压力值/MPa翅片材质63.5D1505/5.75137.9145.039.5

4、7.513004+110063.5D1705/5.75137.9145.036.06.843004+110063.5J1604/32137.9141.028.55.573004+110063.5J1404/60137.9144.533.06.303004+110063.5D1505/5.7596.598.025.04.92300363.5D1705/5.7596.5101.624.04.56300350D1002/5.7596.5123.018.02.86300350J14025/3296.5123.014.02.203003图1　翅片规格说

5、明1.3　结构设计　　石油化工板翅式换热器多数是多股流多组分流体换热，流体在板束流道中的均匀分配是结构设计中1个重要问题，它直接影响换热器性能。特别是对多组分两相流混合物，如果流体在流道中分布不均匀，使沸腾、冷凝在不同的气液平衡条件下进行，放热系数就会大不相同。若严重偏离设计工况，将会使传热性能大为恶化，所以在两相流换热器结构设计中，对此必须引起足够重视。　　流体进口中液体的体积百分率在总量的5%～95%时，为使气液两相流体在流道中充分混合并均布，必须将气液两相先分离后，再分别送入换热器进行热交换，并可根据不同工况和操作特牲，选择不同的均布结

6、构形式。最常用的结构形式有：①在板束通道内布置一穿过封条的多孔喷射管，液体直接喷入通道，随气相均匀进入板束。②在板束中设一流向与气流方向相垂直的横流翅片。③封头中加一多孔网板。④封头中设喷管，液体从喷管喷出，并随气相带走。　　为使液体在气相中得到均布，使气液两相均匀进入换热器换热，结构设计上必须满足气流速度大于气液夹带速度最小值，即vg＞vs。式中，vs为横截面上的蒸汽速度，m/s；ρL为液体密度，ρv为蒸汽密度,kg/m3；k为气液夹带值，最小值为0.6，安全值1.0。2　材料与制造　　乙烯冷箱、合成氨氮洗设备和油田气回收装置等石化行业中的

7、板翅式换热器，工作压力和温度都高，对铝材选用提出了新的要求。2.1　材料　　板翅式换热器所能承受的最大许用工作压力取决于板束的设计和选用的材料。一般来说，板翅式换热器常用材料为3003，隔板为厚0.8～1.2mm的3003，且包复厚度为8%～12%的4004钎料复合板。对于高压换热器，在设计压力高于5.0MPa时，翅片选用0.5mm的3004及包复厚度10%的1100的复合铝箔，抗拉强度可比3003提高40%～50%，达到140MPa左右，隔板也增厚到1.6～2.0mm，为提高钎缝强度，考虑到较高压力通道所需的钎料合金比低压通道要多，除隔板本

8、身10%钎料包复层外，还需再敷设0.05～0.08mm的4047共晶钎料薄片，较多的合金钎料有利于形成良好的焊角。　　必须指出的是，当用户要求产品应符合ASME规范