空分系統換熱系統鋁板翅式換熱器介紹一、鋁板翅式換熱器的主要特點1、間壁式換熱器。介質之間相互不混合；2、緊湊式換熱器。單位價體積的換熱面積一般在900～2000m2以上；3、高效能換熱器。由于翅片的獨特結構，增強了流體的對流放熱系數；4、質量輕。換熱器用鋁合金構成，在相同工藝條件下，重量約為管式換熱器的1/10。5、小溫差。鋁板翅式換熱器流體間的最小溫差可以小到1℃，熱端溫差可到1～3℃。6、耐壓高。由于鋁板翅式換熱器采用釬焊工藝把翅片和隔板間緊緊地釬在一起，所以它承壓高。我們公司現在的大型板翅式換熱器可以到8MPa。7、多股流同時換熱。同一板翅式換熱器中可以多達13股流同時進行熱交換，并可以根據工藝的需要從不同的溫度點抽出。8、低溫裝置多用。鋁板翅式換熱器由鋁合金構成，多用于低溫，高溫用于200℃以下；9、不耐蝕。由于鋁合金不耐蝕，故對鋁合金有腐蝕的場合不能使用，主要是影響其使用壽命。10、易阻塞。由于翅片的節距多為1mm～4.2mm之間，所以介質中不能有固體雜質，包括分子篩、珠光砂、管道鐵銹等。二、鋁制板翅式換熱器的結構與組成流體的每一層通道由翅片、隔板、封條組成，每層通道在特定方位上都設有流體的進出口，并用該流體的進出口封頭分別包容該流體的每層進出口，焊上各自的接管而組成為一個鋁板翅式換熱器。鋁板翅式換熱器是由板束、封頭及支座等附件組成。下圖是多股流板翅式換熱器的結構示意圖：圖2-1多股流板翅式換熱器結構示意圖1、板束體板束體是熱交換的場所，是換熱器的主體部份。結構單位是層（通道）；每層由導流片、翅片、封條、隔板組成；根據傳熱的要求秩序疊置在一起就構成了板束體；板束體整體用真空釬焊，不可拆卸；層的結構如圖2-1所示。圖2-2板束體層的結構示意圖1—封條；2—隔板（或側板）；3—翅片（或導流片）（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。所以說翅片為流體熱交換提供擴展面積和支承強度；節距一般從1mm~4.2mm，故不清潔介質不能入內，以免堵塞，特別在試壓、管道吹掃時應特別注意；翅片分為鋸齒型、多孔型、平直型、波紋型等。具體結構如圖2-3所示。a：鋸齒型翅片b：多孔型翅片c：平直型翅片d：波紋型翅圖2-3主要翅片類型（2）導流片導流片在鋁板翅式換熱器中主要是起流體的進出口導向作用。根據板束的寬度及導流片在板束內的開口位置和開口方向，導流片一般有如圖1-4（a）-（h）所示等多種型式。 通道側面開口型導流片結構示意圖通道敞開導流片結構示意圖（a）（b）通道中間開口導流片結構示意圖通道端頭局部開口的導流片結構示意圖（c）（d）通道側面開口導流片結構示意圖通道側面開口導流片結構示意圖（e）（f）板束中部通道中流體導出導入時導流片結構示意圖板束中部通道流體導入或抽出時導流片結構示意圖（g）（h）圖2-4導流片結構示意圖（3）封條封條在每層的四周，把介質與外界隔開；在流體進、出口處開口；封條常用截面形式如圖2-5（a）所示。端部接口型式如圖2-5（b）常用封條的截面型式圖2-5（a）封條端部接口型式（以截面型式IV為例）（b）圖2-5常用封條結構示意圖（4）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釬料合金，在釬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；（5）工藝層工藝層是從強度、熱絕緣和制造工藝等要求出發，在板束的頂部和底部設置的與環境大氣相通，不進行熱交換的通道。浸浴式換熱器如主冷凝蒸發器不設置工藝層；2、封頭封頭通常由封頭體、接管、端板、法蘭等零件經焊接而成。封頭用于流體分布；接管材料通常是5A02或5083（1）封頭的接管與外部管道聯接時，采用焊接結構見圖2-6（a）；（2）封頭的接管與外部管道聯接時，采用法蘭聯接結構見圖2-6（b）；（3）封頭的接管與外部異種金屬管道（不銹鋼或銅）采用焊接結構見圖2-6（c）；1—悶蓋（工藝封頭）；2—接管；3—封頭體1—法蘭；2—接管；3—封頭體接管與外部鋁合金管道采用直接焊接的封頭結構接管與外部管道采用法蘭連接的封頭結構（a）（b）1—異種金屬接管；2—封頭體異種金屬接管與外部不銹鋼（或銅）管道連接的封頭結構（c）圖1-6封頭結構示意圖（5）封頭/接管的配置形式（典型的配置圖見圖2-7）（a）（b）（c）圖2-7典型的封頭/接管形式3、其它其它附屬裝置包括：支座、吊耳、隔熱等；（1）支座支承換熱器的重量，支架與支座相連；支座根據需要設計成不同形式；如果絕熱，支座要考慮隔熱；（2）吊耳為換熱器吊裝使用；（3）鋁板翅式換熱器外面一般都要考慮隔熱。通常采用干燥珠光砂、礦渣棉或硬性聚胺脂發泡等方法；4、多板束單元多板束單元是指由兩個或兩個以上的板束通過并聯焊接的方式連接成一體，組成的板束，以解決裝置需要與釬焊設備尺寸限制的矛盾；圖2-8為并聯焊接的方式連接為一體的板束。1—板束體1；2—板束體2圖1-8多板束組成的鋁板翅式換熱器單元結構圖4.鋁板翅式換熱器組板翅式換熱器可根據需要進行并聯或串聯，這樣就形成了換熱器組。鋁板翅式換熱器組是由兩臺或兩臺以上的鋁板翅式換熱器按不同的配管形式進行組合（并聯或串聯）而構成（見圖2-9）。并聯布置時應注意換熱器間流量分配的均勻度；1—鋁板翅式換熱器單元體；2—連接發蘭；3—連接接管；4—單元體間連接管道圖2-9鋁板翅式換熱器組的構成示意圖三、鋁板翅式換熱器制造過程鋁板翅式換熱器的制造主要分板束體的制造和封頭等附件的制造。如下圖所示。板束體的制造可分為四個部份：a.翅片、隔板和封條等的加工。翅片要采用專用機床沖制加工以保證其高精度的尺寸公差要求；b.翅片、封條隔板等的清洗。為保證釬焊質量，所有釬焊工的零件必須按規范進行清洗，并在清洗后保持其清潔度；c.清洗后的零件按圖樣和技術要求裝配好，并采用正確的裝夾方式裝夾；d.裝夾好的板束體在真空釬焊爐中進行真空狀態下的釬焊。也就是說板束體上所有零件都是釬焊在一起的。釬焊的熔化化溫主度約在570℃左右。在對釬焊部位進行熱工時（包括氬弧焊）要特別注意，以免損傷釬縫。封頭體、接管、支座等下料后按圖樣和技術要求進行加工。所有設計和探傷要求遵循JB4734《鋁制焊接容器》和JB4730的要求；所有附件用交流氬弧焊接在板束體上就形成了板翅式換熱器；焊完后的換熱器按圖樣和標準進行工藝試驗。主要進行如下工藝試驗：a.氣密性試驗。驗證所有釬焊縫和氬弧焊縫的致密性。氣密性一般在水中進行。b.強度試驗。驗證設備的強度性能。強度試驗多采用水壓。c.根據設備的要求進行其它試驗。試驗完工后的換熱器進行烘干后（露點低于-5℃）用干燥無油氮氣封存，經包裝后準務發運。四、鋁板翅式換熱器在空分設備中的分類空分設備中鋁板翅式換熱器可根據功能進行簡單分類。可分為氧氮系統和氬系統兩大類。氧氮系統換熱器主要包括：主換熱器、主冷凝蒸發器（簡稱主冷）、過冷器、膨脹后換熱器（根據流程需要設置）等。氬系統換熱器主要包括：粗氬冷凝蒸發器、精氬塔塔頂冷凝器、精氬塔塔底蒸發器、氬換熱器（根據流程需要設置）等。endAendAJobTitle:*MainHeatExchangerEffectiveLength=5400mm6000mmWidth=1200mmDepth=1528mm1122334455以下是主要換熱器的系統中的功用：a.主換熱器。位于冷箱中介質的出（產品介質）入（空氣）口，對出冷箱的介質進行冷量回收，回收冷量冷卻空氣進下塔和冷卻增壓空氣進膨脹機。主換根據流程的組織方式可采用分置式和合置式。分置式是返流產品介質分別設置單獨換熱器，如氧換熱器、氮換熱器等。而合置式在每只換熱器中均有所有介質。對內壓縮流程主換也可把高、低壓板式分開，形成高壓板式和低壓板式。下圖是一只典型的多股流主換熱器換熱流程示間圖：endAendAJobTitle:*MainHeatExchangerEffectiveLength=5400mm6000mmWidth=1200mmDepth=1241mm1122下圖是一只典型的二股流主換熱器換熱流程示間圖：b.過冷器。過冷器用上塔的氮和污氮氣過冷從下塔進入上塔的液空、液氮（污液氮），降低節流后的汽化率。液空過冷和液氮過冷一般在結構上作為一個整體，分上、下段。下圖是一只典型的過冷器換熱流程示間圖：endAendAJobTitle:*SubCoolerEffectiveLength=1260mm1650mmWidth=1200mmDepth=1336mm11223344c.主冷凝蒸發器。主冷位于上、下塔之間，為浸浴式換熱器。下塔頂的飽和氮氣經過主冷被液氧液化返流作下塔精餾回流液；上塔底液氧被氮氣加熱沸騰蒸發汽化向上作上塔精餾的上升汽。所以說主冷是聯接上下塔的鈕帶。下圖是浸浴式主冷的工作原理圖：對主冷的液氧浸浴高度一般為100%高，并要求對其中的碳氫化合物進行監測，根據流程確定是否采用定期排放液氧，以上措施均為保證主冷的安全運行，特別是在啟動或停車（包括臨時停車）。d.粗氬冷凝蒸發器。位于粗氬Ⅱ塔頂部，用下塔節流后的液空冷凝粗氬氣，為粗氬塔提供精餾回流液。粗氬冷凝蒸發器為浸浴式換熱。原理圖同上，液空浸浴高度可根據負荷調整。e.精氬塔塔頂冷凝器。位于精氬塔頂，用液氮冷凝飽和精氬汽，為精氬塔提供精餾回流液。精氬冷凝器為浸浴式換熱。原理圖同上，液氮浸浴高度可根據負荷調整。f.精氬塔塔底蒸發器。位于精氬塔底，用氣氮蒸發飽和液氬，為精氬塔提供精餾上升汽。精氬蒸發器為浸浴式換熱。原理圖同上，液氬浸浴高度可根據負荷調整g.膨脹后換熱器。用冷介質（如出上塔的氧氣等）進一步冷卻膨脹后的空氣進上塔，優化精餾。五、鋁板翅式換熱器使用說明鋁板翅式換熱器廣泛用于低溫精餾裝置，如空氣分離與液化設備、天然氣分離與液化、乙烯精餾；也用于化工處理、機車冷卻和其它領域；本使用說明為鋁板翅式換熱器安裝、使用、維護的一般知識，對文中黑體字部份應特別注意，以免對設備或人員造成傷害。在使用過程中對不清楚的地方應向制造廠家咨詢。鋁板翅式換熱器結構介紹1.1鋁板翅式換熱器屬間壁式緊湊換熱器；1.2鋁板翅式換熱器的材質為防銹鋁合金；換熱介質在工作溫度下不能對鋁合金產生腐蝕或與鋁合金有化學反應；這樣會降低換熱器的使用壽命；1.3板式由接管、板束體、其它附屬裝置組成；1.3.1接管連接換熱器與外部接管，可采用焊接、法蘭連接或雙金屬接頭連接；接管與板束體相連是封頭，封頭用于流體分布；接管材料通常是5A02或50831.3.2板束體板束體是熱交換的場所，結構單位是層；每層由導流片、翅片、封條、隔板組成；層組合為板束體高度（厚度）；整體為真空釬焊，不可拆卸；1.3.2.1導流片分進、出口導流片，引導流體進、出各層；1.3.2.2翅片為流體熱交換提供擴展面積和支承強度；節距一般從1mm~4.2mm，故不清潔介質不能入內，以免堵塞，特別在試壓、管道吹掃時應特別注意；1.3.2.3封條在每層的四周，把介質與外界隔開；在流體進、出口處開口；1.3.2.4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；1.3.3其它附屬裝置包括：支座、吊耳、保冷等；1.3.3.1支座支承換熱器，支架與支座相連；如果需要，支座要考慮隔熱；1.3.3.2吊耳為換熱器吊裝使用；1.3.3.3當換熱器工作溫度高于、低于環境溫度時換熱器應保溫以減少冷損。保冷通常采用聚胺脂發泡或干燥珠光砂保冷；1.4板式可根據需要進行并聯或串聯以解決裝置需要與釬焊設備尺寸限制的矛盾；并聯布置時應注意換熱器間流量分配的均勻度；2板式安裝1設備到達檢查板式運輸一般采用密封式包裝。設備運到后應立即檢查包裝箱在運輸過程中是否受損壞；如有損壞，應及時與制造商聯系；不采用密封包裝時應仔細檢查換熱器外表。2.2存放如果換熱器不能及時安裝，換熱器應注意保管。保管注意事項：2.2.1換熱器在出廠前對各通道已經干燥處理。當設備存放周期很短而貯于室外時，應注意以下各點：2.2.1.1建議遠離施工現場；不要拆開包裝箱；2.2.1.2存放地應避開車輛和震動；設備上面不得堆放設備；2.2.1.3存放地應避免汽、液對設備材料的腐蝕；特別是海洋地區；2.2.1.4避免溫度突然變化；2.2.1.5對敞口通道或敞開管道應特別注意，不能進水、沙或其它雜質；2.2.2如果存放周期較長，設備應貯于室內，且定期檢查換熱器內是否有正壓，并通過氮封氣門蕊定時補充0.02~0.05Mpa的干燥氮氣或干燥無油空氣（露點低于-5°C）；2.3板式安裝:2.3.1板式拆開包裝后，清點裝箱清單、文件資料等是否完整;應從圖紙和設備仔細了解換熱器的重量、尺寸、起吊位置、吊裝方式、吊裝設備的噸位和臺數。只有方案確定后才能開始吊裝換熱器。2.3.2在安裝前須檢查法蘭密封面，如有缺陷及時向制造廠家反映，以使之得以處理；2.3.3安裝前，有條件時最好對設備按規定壓力、用干燥、無油、清潔的氣體進行氣密性檢查。試壓時必須注意安全。注意：氮封法蘭或盲板不能用于試壓，當不能確認時，請與制造商聯系。2.3.4安裝2.3.4.1吊裝前，應仔細檢查吊裝設備和吊裝索及聯接處是否完好，確認安全。2.3.4.2換熱器為鋁質品，建議采用尼龍纖維帶或表面帶有纖維的鋼繩吊裝。在換熱器的棱角處用角鋁或角鐵保護。2.3.4.3換熱器從包裝箱中應水平吊出；對立式安裝的換熱器，再從水平位置轉為豎直位置。在搬運過程中，未經制造廠允許，嚴禁在接管、封頭、集合管等部位進行吊裝或承受載荷；起吊應平穩、緩慢，注意鋼架等聯接處是否異常，注意安全；嚴禁在吊運過程中對換熱器造成撞擊或迭落，否則會對換熱器內部造成損傷。2.3.4.4換熱器工作溫度低于環境溫度，換熱器支座應與支承隔熱；如果采用冷箱，冷箱底座與地基連接中間建議加隔熱墊塊；所有聯接的螺栓均應按規范擰緊。2.3.4.5管道與外部連結應考慮設備運行時冷收縮；換熱器上的管道均是鋁管，外部與它相聯的鋼管應加管架，避免在鋁管上外載荷過大。2.3.4.6如果采用冷箱保冷，冷箱安裝好后從冷箱頂部的人孔裝填補充滿珠光砂；裝完后應裝好人孔蓋；2.3.4.7外部管道與換熱器相連時應確保外部管道中清潔無雜質。換熱器管道與外部管道采用焊接時，應采用機械的方法去除悶蓋，注意不得有鋁屑等雜物進入換熱器中，以免堵塞換熱器；切割時管口可向下；焊接時應注意安全，附近如有易燃品時，必須移開。2.3.4.8法蘭安裝時，兩法蘭面必須平行。先清潔法蘭表面，擰緊法蘭螺栓時應對稱、均勻用力。提示：密封墊片不宜重復使用。3、操作3.1系統試壓換熱器連接好后，在系統開車前，換熱器應與系統一起用清潔、干燥、無油氣源試壓檢查，包括與外部管焊縫等部位；注意試壓壓力不得超過換熱器氣密性試驗壓力。對低溫運行或介質中不能有水的環境，試壓不得帶水入換熱器中。3.2熱交換介質的要求:3.2.1換熱器中的介質應該清潔、對鋁合金無腐蝕。未經許可，介質中不能含有雜質或易沉積的物質。3.2.2為防止板束體被固體、顆粒雜質堵塞，建議在介質進入換熱器前管口使用過濾器。在管道設計和安裝過濾器時應考慮過濾器的拆開清洗、更換。3.2.3換熱器被堵塞后，運行阻力會增大，換熱效果下降，溫差加大。3.3操作前應確認：3.3.1各管路口連接正確；3.3.2操作應注意：3.3.2.1介質為低溫工質時，板束體