摘要：相对于常规的壳管式换热器，铝板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高、适应性强的特点。目前国外主要冷干机厂家的产品都已经采用铝板翅式换热器，国内也有部分厂家产品采用这一结构。现我公司也决定从小立方设备开始，采用铝板翅式换热器来取代传统的壳管式换热器。本文研究主要是介绍板翅式换热器的结构，分析影响其换热效果的因素，并通过测试理论设计的铝板翅式换热器的换热效果，然后根据测试效果对换热器进行改进，从而达到预期的设计效果，以实现公司设备的完美改型。
关键词：板翅式换热器；流道布置；样机制作；测试；整改前后对比
引言
二十世纪三十年代，英国的马尔斯顿•艾克歇尔瑟（Marston Excelsior）公司首次开发出铜及铜合金制板翅式换热器，并将其用作航空发动机散热器，并且使用热能与钢铁厂回收余热以及原材料节省，从而迫使降低成本等一系列上取得显著经济效益。然而板翅式换热器比以往的管壳式热器传输效率要高于20％～30％，所以成本也降低于50%。此后，各种金属材料的板翅式换热器相继出现在工程应用中，唯以铝合金材料为主。我国是从60年代初期开始试制的。首先用于空分制氧，制成了第一套板翅式空分设备。本文主要介绍板翅式换热器的结构，分析影响其换热效果的因素，并通过测试理论设计的铝板翅式换热器的换热效果，然后根据测试效果对换热器进行改进，在产品结构、翅片规格、生产工艺和设计、科研方面都有较大发展，应用范围也日趋广泛。
1、板翅式换热器结构分析
板翅式换热器主要由板束、封头、接管及支撑等组成，其中热交换由板束来完成，所以板束为板翅式换热器的核心部件，它由隔板、翅片、封条及导流片组成。翅片是板翅式换热器的基本元件，板翅式换热器中的传热过程主要是通过翅片的热传导以及翅片与流体之间的对流换热来完成的。翅片的主要作用有：扩大传热面积，提高换热器的紧凑性；提高传热效率；提高换热器的强度和承受能力。常用的几种翅片形式有平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片及波纹翅片。
1）平直翅片由金属片冲压而成，具有较高的强度，其特点是换热系数、流动阻力系数都比较小。一般用在要求比较小的流动阻力而其自身的换热系数又比较大的传热场合。平直翅片相对于其他形式的翅片，具有较高的强度，因此在高压板翅式换热器中多有采用。平直翅片一般用PZ表示。
2）锯齿翅片属于高效能翅片，对促进流体的扰动，破坏热阻边界层十分有效。其换热与流动特性随切开长度而改变，切开长度越短，传热性能越好，但流动阻力也相应增大。它是目前应用最广泛的翅片。特别是用在需要强化传热（尤其是气侧）的场合。我们用到的三合一铝板翅式换热器中，预冷回热器就采用锯齿型翅片。锯齿翅片一般用JC表示。
3）多孔翅片是在薄金属片上打孔，然后再冲压成型。提高了换热性能且有利于流体均布，但冲孔的同时减小了换热面积且降低了翅片强度。一般用于导流片及流体中夹杂着颗粒或相变换热的场合。我们使用的蒸发器就是采用多孔型翅片。多孔翅片一般用DK表示。
4）波纹翅片是将金属片冲压或滚轧成一定的波形，形成弯曲流道，使流体在其中不断改变流动方向，以促进流体扰动，强化传热。波纹越密，波幅越大，其换热性能越好。波纹翅片一般用BW表示。
2、流道布置
板翅式换热器可通过流道的不同组合，布置成逆流、错流、多股流及多程流等，以适应各种不同的工况。逆流用的最普遍也是最基本的流道布置形式。错流一般用在其有效温差并不明显低于逆流，或一侧流体的温差变化不大于冷、热流体最大温差的一半的场合。多股流用于多种流体同时进行换热，由于板翅式换热器的特点，石化、气体分离设备中大量的采用多股流。多程流用于压力相差悬殊的两种流体之间的换热，高压侧布置成多回路、小截面以保持较高流速。
3、样机制作及测试
3.1样机选型
前期冷干机改型主要准备采用三合一铝板翅式换热器，同时备用选择为二合一板式换热器，气液分离器单独配置。通过制作样机测试它们的性能，并考虑成本等因素，选择最合理的换热器形式。考虑到方便测试的情况，第一批次样机选择了SLAD-3NF-C、SLAD-6NF-C及SLAD-10NF- C三种规格的冷干机，全部采用三合一铝板翅式换热器。第二批次样机选择了SLAD-4.5NF-C、SLAD-6HTF-C、SLAD-8NF-C及SLAD-15NF-C三种规格的冷干机，也全部采用三合一铝板翅式换热器。由于板翅式换热器有换热效率高的优点，在采用铝板翅式换热器后，冷干机进出口温差比采用壳管式换热器时要小。预冷回热器的负荷增大，蒸发器入口温度降低，相应的蒸发器负荷减小，因此，C型冷干机较Ｂ型冷干机来说选择的压缩机制冷量更小，从而起到节能并降低成本的效果。在样机的测试过程中，需要根据实际测试结果对样机进行改进，包括制冷系统、换热器等，以使设备能达到预期的效果。
3.2样机测试
所有样机做好后均在测试房进行性能测试，在此只分享SLAD-4.5NF-C的测试结果及改进过程。SLAD-4.5NF-C样机于7月份制作完成并开始测试，先期通过理论计算，压缩机选用日立SD145UV，较常规B1型冷干机小了一档。风冷凝器换热面积及风机均有减小，C型样机与常规B1型冷干机主要配置参数对比如下表1所示：
图1 板翅式换热器整改前后对比
整改完成后，重新再测试房进行性能测试，以下是测试过程中几次记录的参数：
整改完成的测试结果可以看出，样机的蒸发器出口温度及露点温度均比较稳定，露点也能达到我们的测试指标。
4、结论
本文依据板翅式换热器换热效果对比为研究对象，分析影响其换热效果的因素，并通过测试理论设计的铝板翅式换热器的换热效果，通过前后对比测试结果得出问题，进行增加压缩机制冷不理想，由原来SD145UV改为了SG184SV，从而达到制冷量，从而达到预期的设计效果。
参考文献
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论文作者:黄琴琴,张礼祥
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/15
标签：换热器论文; 换热论文; 翅片论文; 样机论文; 测试论文; 流体论文; 效果论文; 《基层建设》2017年5期论文;