高压板翅式换热器的设计开发与应运柳红霞毛央平(杭州杭氧股份有限公司设计院，浙江省杭州市东新路388号310004)摘要：随着空分行业和石油化工行业的快速发展，中、高压板翅式换热器需求日趋增多，应用范围日趋广泛。文章主要就高压板翅式换热器的发展、结构、设计计算方法、特点及应用前景作了简单介绍。关键词：高压板翅式换热器；芯体；翅片；流道中图分类号：TB657．5文献标识码：A1板翅式换热器的发展现状板翅式换热器首先应用于汽车和航空工业，20世纪50年代开始在空分设备中应用。冶金、化学工业对空分设备的大量需求，有力推动了板翅式换热器的技术进步。在我国，铝制板翅式换热器由杭州制氧机集团公司(以下简称：杭氧)等在20世纪60年代中期开发成功，使我国成为继英国、美国和日本之后第四个能够生产这种换热器的国家。但杭氧当时设计生产的铝制板翅式换热器多以低压换热器为主(<2．0MPa)。随着空分技术的不断发展，尤其是内压缩流程的不断成熟和应用，要求板翅式换热器的设计压力提高。尤其进入20世纪80年代以来，随着我国内地和沿海油田的不断开发和石油化工行业的快速发展，承受中、高压的板翅式换热器应用日趋广泛，由于国内无法制造中、高压力的板翅式换热器，当时我国用于大型空分设备和石油化工设备中的中、高压板翅式换热器全部依赖进口。1992年杭氧从美国S．w公司引进大型真空钎焊炉的同时，引进了该公司的设计程序和工艺文件。通过技术引进，使杭氧在板翅式换热器制造技术上不仅能生产低压换热器，而且还能生产高压换热器，为我国产品进入国际市场提供了技术保证。同时，经过设计人员的努力研发，杭氧中、高压板翅式换热器的设计和制造技术有了很大的发展和完善，技术更加成熟，制造工艺更加完善。到目前为止，杭氧生产的中、高压板翅式换热器(3．8MPa以上)已有200多台，且运行情况良好，从未发生过安全事故。2高压板翅式换热器整体结构高压板翅式换热器芯体由隔板、翅片和封条3部分组成。在相邻两隔板之间放置翅片及封条，组成一夹层，称之为通道。对于高压板翅式换热器，由于承受的压力较高，隔板与翅片、封条的钎焊要求也比较高，隔板的复合层要比低压换热器隔板的复合层厚，封条的宽度也需相应增加。按，ASME规范第Ⅷ卷第一分册uG一101的规定，凡容器或容器部件的强度难以准确计算时，其最大许用工作压力可按试样爆破压力来确定。板翅式换热器芯体由于结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能进行无损检测和其他检查，也无法做强度核算，所以只能通过试样的爆破试验来确定。按ASME规范规定，试样的爆破试验压力应是最大许用工作应力的3～5倍，且以翅片母材拉伸断裂为合格标准。对于高压板翅式换热器，其翅片的最大许用工作压力相应提高。为了达到这一要求，应选择性能较好的翅片材料，同时增加翅片的厚度。杭氧最常用的两种高压翅片特性参数见表1。3设计计算3．1高压翅片的选择高压板翅式换热器由于流体的压力很高，杭氧在设计时一般都选用多孔形翅片。随着空分设备设计水平的不断提高及内压缩流程和高压板翅式换热器在石油化工行业中的普遍应用，高压板翅式换热器的设计越来越复杂，流体之间的压力等级往往差别很大，这给翅片的选择造成了一定的难度。某一内压缩流程空分设备主换热器的运行参数见表2。从表2可知高压流体的工作压力很高，而低压流体的工作压力又很低。显然对于高压流体只能选择多孔形翅片(到目前为止，国内还生产不出最大许用工作压力在8．0MPa以上的铝制锯齿形翅片)；而对于低压流体，从翅片的传热面积及翅片的传热因子(．)方面考虑，多数情况下会选择锯齿形翅片，这样在流体传热计算中就很难设计板式的外形尺寸(计算长度不匹配)，同时翅片选择不当也给制造带来很多问题。经过杭氧技术人员的努力研究，终于克服了这一设计上的难关。对于高压流道采用最先进的高密度多孔形翅片，以增加其传热面积并尽量增大其传热因子；对于低压流道采用节距较大的锯齿形翅片以降低其阻力损失，同时适当增加低压翅片的翅片厚度，以提高整个芯体的刚性，提高钎焊的成功率。3．2流道布置板翅式换热器可以通过流道的不同组合，布置成逆流、错流、顺流和多程...