全焊接板式换热器的制造工艺和简介

板式换热器是1种高效而紧凑的换热设备。由于有传热系数高、压力损失小、结构紧凑、维修方便等诸多优点,并且随着结构的改进和大型化制造技术的提高,板式换热器的应用日益受到人们的重视。但是传统的散装式板式换热器(可拆卸式板式换热器),由于本身结构的局限性,使用压力不超过2.5MPa,使用温度不超过250℃,最大组装面积2000m3,另外还存在橡胶密封垫在高温下容易失效的缺陷以及在某些特定介质中的应用问题一直未能解决。因此,为了提高板式换热器的使用温度和压力,扩大其使用范围,国内外陆续开发、制造并使用了多种焊接板式换热器。这些焊接板式换热器已经越来越多地用于化工、石油、动力、冶金等领域的加热、冷却、冷凝、蒸发和热回收等过程中。

经应用证实全焊接板式换热器其有以下优点:

(1)适用温度为-200～900℃,压力变化范围为真空～6.0MPa,最大组装面积可达6000m2。

(2)传热效率高,板片表面几乎都参与了热交换。

(3)由于板片热交换充分、均匀,波纹深度变化范围大,不论流体在板间或管间流道,流动均顺畅,没有死区,阻力损失小。

(4)占地面积小,与可拆卸式相当。紧凑的结构可达到250m2/m3。

(5)重量轻,仅为相同换热面积管壳式换热器的1/5～1/4。

(6)同一种流体在列管式换热器内当雷诺数为4000～6000时,才能达到湍流状态,而在全焊接板式换热器内当雷诺数为100～300时,就可达到湍流状态。

(7)板片在四周交错焊接后,在运行过程中由于热胀冷缩现象,板片内应力释放,会使板片表面污垢自动脱落下来。通常污垢热阻仅为列管式换热器污垢热阻的1/5～1/4。

1全焊接板式换热器的主要制造工艺

1.1全焊接板式换热器的芯体结构制造

全焊接板式换热器的板片材料通常为奥氏体不锈钢:304,304L,306,316L,321等以及镍基合金、工业纯钛。材料只需具有基本的可焊性和冲压性能,都可以用来制作板片元件。板片厚度通常为0.4～1.0mm。

全焊接板式换热器的板片生产利用了板片成型自动化生产线。利用接刀、定位与找正技术,采用整板分次连续压制成型,其板片形式主要有水平平直波纹板片、窝形波纹板片、或平板板片等。通过改变换热板片的长度和叠加厚度来实现结构的变换。

单个板片两两正反通过翼边组焊成一束,板片四周交错焊接,这种独特的结构可以使传热板片通过翼边焊接形成另一流体的通道。因此多个板束通过焊接联系起来就形成了2个流体通道,即板间流道和管间流道(见图1,图2)[2]组成了全焊接板式换热器的芯体结构。

1.2全焊接板式换热器的连接板的设计

众所周知钢板越薄,传热效果就越好,但是钢板太薄会给制造加工带来很大的困难,尤其是在焊接时,薄板的对接焊缝易烧穿,无法成型。在全焊接板式换热器当中就存在这样的问题。

在全焊接板式换热器中由于管侧端板为δ=20mm的0Cr18Ni9的钢板,而换热器板片的板厚仅为0.4～1.0mm,因此管侧端板母材焊接加热温度达到熔化点时,传热板片已熔化掉了一大片,根本无法进行焊接。如果将传热板片的板厚加厚(如改为1.2mm以上),则不存在上述困难,但是为了获得良好的传热效果,决定不改变板厚,而是在管侧端板和板束之间加焊了1层δ=3～4mm的连接板解决了上述问题,具体实施方法:按板束翼端连接处实际形状制造1块δ=3～4mm的连接板。先将连接板与板束端部吻合部分用脉冲氩弧焊进行单面焊双面成形,并做煤油渗漏试验,以不渗漏为合格,然后用手弧焊直接将连接板搭焊于管侧端板之上,最后再将板侧端板焊接于管侧端 板上。接下来就是将管侧端板和板侧端板分别与管侧壳体和板侧壳体相焊接形成全焊接板式换热器的外壳。

1.3全焊接板式换热器的焊接工艺

全焊接板式换热器是将全部板片通过焊接联系起来,取代了传统板式换热器中的橡胶密封垫片,防止了在高温下垫片变形失效而造成介质的泄漏。因此焊接工艺在全焊接板式换热器当中是重点也是难点。

焊接δ<1.0mm的不锈钢薄板时,按常规可选用气焊、氩弧焊以及微束等离子焊等方法。其中气焊成本低,但由它焊出的焊缝,因耐腐蚀性能差而很难满足石化生产的要求,仅适用于无腐蚀的场合。