全不锈钢钎焊换热器性能及应用
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全不锈钢钎焊换热器性能及应用
袁凌摘要得益于全新的AlfaFusion钎焊技术，全不锈钢钎焊板式换热器AlfaNova开创了板式换热器应用的新领域，在和传统换热器的竞争中占据了优势。AlfaNova在各行各业中有很大的发展潜力，在制冷应用上已建立了坚固的桥头堡。关键词热工学全不锈钢钎焊换热器氨制冷系统节能环保。&&& 1市场背景&&& 上世纪七十年代末期，阿法拉伐发明了铜钎焊板式换热器，为暖通空调及制冷的设计理念带来了一场革命，从此，铜钎焊板式换热器以其高效、紧凑和密封迅速占领了许多传统换热器的领地。但在很多不能使用铜材的换热器领域仍是铜钎焊板式换热器的使用禁区。&&& 作为替代物，镍钎焊板式换热器诞生了。但由于镍与不锈钢的亲和性远不如铜，因此镍钎焊板式换热器承压较低，在高压或温度波动时寿命较短，应用受到制约。且镍钎焊加工困难，成本居高不下，始终未成为主流。现有的激光焊接板式换热器有很好的性能(尤其是阿法拉伐的激光半焊式换热器优异的抗冻性能)，然而在小负荷的情况下，有大材小用的感觉。&&& 2制造工艺&&& 具有高度可靠性能的全不锈钢板式换热器(以下简称为AlfaNova)系基于一种全新的技术―――AlfaFusion(见图1)，该技术是在材料及焊接技术领域内多年研究的结晶，为了满足市场对于紧凑型热交换解决方案的需求―――更高的机械强度、更强的耐腐蚀性以及更高的卫生等级。&&& 3产品性能&&& 多年的研究与试验的结果就是AlfaNova的可靠性出色地通过AlfaFusion过程认证、爆裂检验认证、压力疲劳测试、温度疲劳测试、传热性能测试和腐蚀测试。(1)机械强度与传统的钎焊换热器相比，AlfaNova具有更高的设计压力、更强的机械及热疲劳耐受性，其与铜、镍钎焊换热器对比见图2、图3。在0～3MPa机械疲劳实验中，AlfaNova的寿命是铜钎焊换热器的10倍，更比镍钎焊换热器高2个数量级。Al2faNova能够耐受的温度可以达到550℃，而普通钎焊式换热器最高设计温度只有225℃。(2)耐腐蚀性&&& AlfaNova的100%不锈钢材质构造可确保其对于腐蚀具有高度的耐受能力。这样，对于需要使用诸如氨之类天然工质的制冷系统(如蒸发器、经济器、油冷却器等)或其他对铜材具有腐蚀性的介质系统来说，AlfaNova是一项重大的技术突破。&&& (3)紧凑的设计&&& 与传统的壳管式换热器相比，AlfaNova紧凑的构造使它具有高度的灵活性。在任何一种应用系统中，都可将其纳入并发挥整体效能。AlfaNova独到的通道能确保流体达到最佳的分配状态，经特别设计而成的波纹状板片可提供最佳的换热效果，且只需较少的充注量，这对氨等制冷剂来说有很重要的意义。例如按EN378标准，直接系统安装于厂房内时，所允许的NH3充注量最多不超过10公斤。如果采用AlfaNova，制冷量可达340kW。AlfaNova的性价比无与伦比，拥有足够的实力来替换其他体形庞大而笨重的热交换器。(4)更高的卫生等级&& 在许多国家，某些热交换器的卫生指标正在成为日趋严格的立法主题。这一类应用包括制冷系统中的洁净水冷却器、自来水加热系统以及其他各种卫生应用领域。针对诸如此类的实际应用，全不锈钢材质的AlfaNova结合其优良的机械强度，在挑战壳管式以及其他各种类型的热交换器时，无疑将成为未来的胜利者。(5)密封性&&& 尽管半焊板式换热器用激光焊接已减少了90%以上的橡胶密封，氨不易泄漏，但从微观上说，仅存的2个氨密封圈为橡胶制品，氨会通过分子运动向外渗透。表1是在1.0MPa压力下一个板片组上两个直径12厘米密封环每年渗透克数的测量结果。&&& 由此可见，虽然密封圈的密封性能在不断地改善，但仍有一定数量的氨在渗漏。如果换热器型号大或数量多，在日趋严格的环保要求下，AlfaNova的全焊接结构无疑是一个更好的选择。&&& 根据各种目前使用换热器设计应用情况，综合性能对比整理如表2，其中评价等级1为最差，5为最好，所列数据仅供参考。&&& 4应用(1)氨制冷系统应用在制冷系统中，钎焊式换热器的应用十分普遍。但以前绝大多数用于氟利昂系统，原因就是没有合适的钎焊式换热器能用于氨系统。由于天然工质不破坏自然平衡，氨开始重放光彩，AlfaNova正可大显身手，蒸发器、冷凝器、油冷却器、经济器……都能应用。正由于它的紧凑性，推动了机组的标准化、模块化。①蒸发器:以前重力供液满液式蒸发系统的工业冷却设备所需的充注量达1000gNH3/kW，而如果用板式换热器，其充注量可降低至29gNH3/kW。在相对小负荷的系统中，就制冷剂充注量而言，直接膨胀系统无疑是一个更佳选择。在这种情况下，除了加入分配器以确保两相的氨在每个流道间分布均匀外，更有创新的是Suction-X系统。以往在DX系统中，通常蒸发器的一部分为过热区以保证安全，但这造成了浪费。加入了Suction-X系统后，所有的板片都用于蒸发，提高了COP值。②冷凝器:如在缺水地区，可串联风冷式系统，使冷凝水走闭路循环;如有水源(如河水、湖水、地下水甚至海水)，则可串联一台普通的垫片板式换热器，就像大楼采暖系统中非常普遍的锅炉水系统。这样，即使再恶劣的水质，都有解决之道。&&& (2)其他应用&&& AlfaNova对于高温燃气应用以及其他各种高温作业、吸收式系统、工业冷却以及各种工业加热及冷却作业而言，同样也是一种理想的解决方案。参考文献&&& 1MatsStromblad，etc.半焊式板式换热器在制冷系统中的应用和发展.制冷学报，ThorstenBehnert，Holgerk&Enig.最低充注量的NH3标准-液体冷却机组的研制.空调制冷世界，2004，6。中国换热器网
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板翅式换热器的制造钎焊工艺有很多种，而且工艺要求也相当高。其中包括非焊接的粘接，有溶剂的盐溶钎焊，无溶剂的真空钎焊的气体保护钎焊，主要应用于工程机械，内燃机车，板翅式换热器被广泛应用于各种油水，气体冷却器还有用于汽车以及航空工业，目前了解到的焊接方面主要还是真空钎焊技术，这项技术已经延用了几十年了。它主要是从电子工业上的钎焊铜和不锈钢零件方面，转换到航空工业以及汽车工业。
利用真空钎焊有以下特点：
1.&真空钎焊，因不用钎剂，显著提高了产品的抗腐蚀性，免除了各种污染，无公害的处理设备费，有好的安全生产条件；
2．真空钎焊不仅节省大量价格昂贵的金属钎剂，而且又不需要复杂的焊剂清洗工序，降低了生产成本；
3．真空钎焊钎料的湿润性和流动性良好，可以焊更复杂和狭小通道的器件，真空钎焊提高了产品的成品率，获得坚固的清洁的工作面；
4．与其它方法相比，炉子的内部结构及夹具等寿命长，可降低炉子的维修费用；
5．适于真空钎焊的材料很多，如：铝、铝合金、铜、铜合金，不锈钢、合金钢、低碳钢、钛、镍、因康镍(Inconei)等都可以在真空电炉中钎焊，设计者根据钎焊器件的用途确定所需的材料，其中铝和铝合金应用得最广泛。&
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版权所有& 2010 八方营销学院镍基钎焊热管换热器的特点及其应用
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镍基钎焊热管换热器的特点及其应用
&1热管及热管换热器热管主要是由管壳与管内的工作介质所组成,首先要求这两种物质,必须是化学相容的,即不起化学反应,不得生成新的物质,这主要是由工作介质的性能指标保证。热管的工作介质一般要有十余项要求,其中化学相容是首要的性能,除此之外,热管的工作介质还必须具有安全方面的性能指标,即必须是无毒,不易燃和不易爆等的要求,这些都是热管工作寿命和安全的指标。　　另外,目前热管在传热性能方面的指标是够高的,对增能热管来说那就更高了。单管热管的传导速率是很高的,金属和非金属的导热速率取决于材料的导热系数、温度梯度、正交于温度梯度的截面积,以金属银为例,其值在415W/m2?Ｋ左右,“水钢热管”是银的几百倍到上千倍,而增能热管又是“水钢热管”的7倍左右。对单管热管要有这样高的传导速率,管壳外部结构设计很重要,即必须有足够的对流换热的流速和足够大的扩展面积,即有极高的传热系数,否则足够高的传导速率是很难实现的。具体来说是取决于管外的加热段与冷却段的热冷流体相对管外翅片的流速的大小和翅片表面积的大小,所以一般热管管外都采用翅化表面,即管外都采用翅片管形式,而且尽量采用大的翅化比来设计热管。热管换热器是上述所说的热管组成的,所以它也具有工作寿命长和传热量大的特点。　　2热管换热器的工作环境由于热管换热器与常规换热器相比较具有以下主要特点:(1)传热系数高;(2)传热量大或体积小,重量轻,结构紧凑;(3)热管的等温性好;(4)不易腐蚀,不易积灰和结垢;(5)可折卸、安装和更换维护方便;(6)每支热管在热管换热器中都是一个独立的小换热器,所以一两支热管坏了不影响整体热管换热器,更不会影响与热管换热器有关的系统。这一点对现场运行来说特别重要。　　由于热管换热器具有上述特点,在实践中应用非常广泛,用于石油、化工、天然气、冶金、电力和小氮肥厂等领域进行余热回收和热量转换。在上述领域中热管换热器工作的环境条件一般是很差的,如积灰、结垢、热阻大、影响传热;磨损大影响热管的工作寿命,接触热阻大影响传热,高温腐蚀和低温腐蚀影响热管工作安全和寿命等。如热管换热器不能适应条件差一些的工作环境,它的工作、安全和寿命都得不到保证,那对热管换热器是极大的浪费。制造热管及其换热器,要消耗大量的材料、设备、工时和能源等,如热管换热器的工作寿命减少了一倍,那么材料、工时、能源和成本等就要增加一倍,这就是极大的浪费。如果工作寿命增加一倍,上述各项均节省了一倍,那才是真正的高效节能产品。经过长时间工作实践和调查研究和实用的例子说明,能够在上述环境中长时间工作的热管换热器,只有镍基钎焊热管换热器。　　3镍基钎焊热管换热器能够加工镍基钎焊热管的镍基钎焊设备,是加工热管硬件中的硬件。镍基钎焊热管换热器是许多只镍基钎热管组成的热交换器,它的性能和特点,均取决于镍基钎焊热管,其管壳一般是碳钢管,管外为碳钢翅片,一般为螺旋绕片翅片,然后通过镍基钎焊设备高温烧结而成,具有很高的热传导速率和很高的工作寿命。　　4镍基钎焊热管及其特点对热管基管和外翅片进行镍基钎焊后:(1)基管和翅片的焊着率为100%;(2)焊接部位平滑;(3)焊接中无残渣;(4)该翅片管的热阻小;接触热阻为0,明显小于高频焊和铜合金焊翅片管的热阻;(5)其传热能力比高频焊翅片管高20%左右,与整体轧钢的翅片管相当。镍基钎焊管是用特种设备和工艺,将镍铬合金均匀喷涂于碳钢表面,经在保护气氛中使合金溶化,并渗入碳钢基体0.013～0.024mm,在基体表面沉积为0.025mm左右,总体形成厚度为0.05mm左右的镍铬合金层,其主要特点:(1)合金的渗入层均匀、光亮、致密;(2)与镀层、涂层有根本的区别,不存在起皮或脱落的可能;(3)表面硬度是普通钢管的4倍左右;(4)耐高温和低温露点腐蚀;(5)耐冲刷和磨损、不易积灰和结垢;(6)能在含酸碱、盐等腐蚀气氛环境中长期工作;(7)价格远远低于不锈钢管一般低于不锈钢管1/4左右。根据上述有关的特点,还可以提高对流换热的速度来提高传热系数,从而进一步提高换热能力或者减小结构尺寸。5镍基纤焊的特种设备和工艺的应用镍基钎焊设备及其工艺不仅适用于镍基钎焊热管,同样可以适用于钢和铜合金翅片管、不锈钢翅片管以及各种形式碳钢翅片管的钎焊,也适用于波纹管,以及特殊场合应用钢管等的镍基钎焊,渗入到碳钢基体和在基体表面沉积层以及总体形成厚度等,均能达到镍基钎焊热管的诸项特点。中国换热器网
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（）钎焊式换热器的工作原理和步骤要求
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&&& 一、简介 && 钎焊式板式换热器是一种非密封式板式换热器，其采用了一种特殊的焊接技术，将各板片相互嵌套焊接起来。使得其摆脱了普通板式换热器橡胶垫有限耐温、耐压的束缚，其耐温可达到250度，耐压可达到30Mpa.由于其采用了0.3-0.4mm薄板，所以更加提高了其换热效率。另外由于其是非可拆式的，所以一般用于高纯净介质和橡胶垫不可耐介质场合。由于其整体不像普通板式换热器那样由一框架固定并采用更薄的薄板，故其组装面积不可过大，以现行技术最大可达8平 ，但其换热效率约是普通板换的2-3倍。钎焊板式换热器所占的空间是目前各种换热器中较小的一种。在同样的换热条件下，板式换热器占地面积知识管壳式换热器的1/3-1/4，而且拆卸时不需占用额外的维修空间。&&& 钎焊板式换热器板片的设计使其无死角区域，所以不需拆卸就可在现场进行化学清洗。在大多数情况下，章程流道的排列可使换热电介质的进、出口都安排在固定板上，这样的设计可不必在清洗或检修板片时拆管道，大大缩短了维修工作时间。钎焊板式换热器非常适合于低位能热量的回收。一般来说板式换热器的回收率可以高达90%左右。板片可以组合成各种流程，板式换热器都能进行优化设计，并可灵活地适应热载荷的变化，只需怎家或减少板片数，不须更换框架，就能适应新的变化了的工艺条件。板片组中流动的介质在较低雷诺数时，就能形成端流，而且光滑的板片上不易生成污垢，因此有非常高的传热系数。其流道较小，滞流量很小，因此板式换热器具有良好的控制温度的能力，而且大大减轻了设备的重量，尤其在对热敏性物料的处理中，板式换热器更胜一筹。金属板片安装在一个侧面有固定板和活动板的框架内，并用夹紧螺旋夹紧。板片上装有密封垫片，将流体通道密封，并且引导流体交替的流至各自的通道内，形成热交换。流体的流量、物理性质、压力降和温度差决定了板片的数量和尺寸。&&& 钎焊板式换热器根据不同材质可以分为：铜钎焊板式换热器，镍钎焊板式换热器，铜钎焊板式换热器以其高效、紧凑和密封迅速占领了许多传统换热器的领地。但在很多不能使用铜材的换热器领域仍是铜钎焊板式换热器的使用禁区。作为替代物,镍钎焊板式换热器诞生了。但由于镍与不锈钢的亲和性远不如铜,因此镍钎焊板式换热器承压较低,在高压或温度波动时寿命 较短,应用受到制约。且镍钎焊加工困难,成本居高不下,始终未成为主流。现有的激光焊接板式换热器有很好的性能。&&& 二、工作原理 && 钎焊板式换热器设备串连到暖气管道上,不影响供暖的情况下,暖气的高温热水与自来水(绝对不混合)在本设备内部进行热量交换,自来水吸收热量,水温迅速提高变成热水.换句话说是利用暖气高温热水的热量将自来水加热.即开即热,不用等待.产热水多,达到每小时300公升.水温高,与暖气热水温 度的温差在5°C左右.暖气热水快速循环,提供源源不断的热量。&&& 钎焊板式换热器应用范围广泛是加热、冷却领域中最新型的设备之一，具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、操作维修方便等优点，并具有处理小温差的能力。作为一高效节能产品，已广泛应用于矿山、冶金、石油、化工、机械、电力、医药、食品、轻纺、造纸、船舶、海洋开发等各个工业领域。&&& 三、优势 & 钎焊板式换热器的优点：使用薄板片、隔热系数高、滞液量少；鱼骨形外形构造可获得最大的传热效果，重量轻；用水量少；承受高温（400℃）高压（45bar）；污垢系数低；钎焊式换热器既可以作为蒸发器也可以作为冷凝式使用。其中钎焊板式换热器的显著特点，为广大用户节省了投资和运费提供了保证。&&& 1）结构紧凑，易安装使用薄板片隔热系数高滞液量少2）用水量少钎焊式板式热交换器换热效率高，使其在同一冷却工况下只需要相当于管壳式换热器1/3的冷却水流量。&&& 3）重量轻仅相当于管壳式换热机的20%~30%。&&& 4）经久耐用能承受高温（250度）和高压（45bar）清除了腐蚀问题取消了垫片5）污垢系数低高湍流降低了污垢系数，从而减少了清洗次数。&&& 6）高品质多年来在传热领域的运行经验和精确的计算机辅助设计，使得板式热交换器具有国内同行业领先水准。&&& 四、清洗水垢的工艺要求1）酸洗温度：提升酸洗温度有利于提高除垢效果，如果温度过高就会加剧酸洗液对换热器板片的腐蚀，通过反复试验现，酸洗温度控制在60℃为宜。&&& 2）酸洗液浓度：根据反复试验得出，酸洗液应按甲酸81.0%、水17.0%、缓冲剂1.2%、表面活性剂0.8%的浓度配制，清洗效果极佳。&&& 3）酸洗方法及时间：酸洗方法应以静态浸泡和动态循环相结合的方法进行。酸洗时间为先静态浸泡2h，然后动态循环3￣4h。在酸洗过程中应经常取样化验酸洗浓度，当相邻两次化验浓度差值低于0.2%时，即可认为酸洗反应结束。&&& 4）钝化处理：酸洗结束后，板式换热器表面的水垢和金属氧化物绝大部分被溶解脱落，暴露出崭新的金属，极易腐蚀，因此在酸洗后，对换热器板片进行钝化处理。&&& 五、清洗水垢的具体步骤 &&&& 1）冲冼：酸洗前，先对换热器进行开式冲洗，使换热器内部没有泥、垢等杂质，这样既能提高酸洗的效果，也可降低酸洗的耗酸量。&&& 2）将清洗液倒入清洗设备，然后再注入换热器中。&&& 3）酸洗：将注满酸溶液的换热器静态浸泡2h，然后连续动态循环3￣4h，其间每隔0.5h进行正反交替清洗。酸洗结后，若酸液pH 值大于2，酸液可重复使用，否则，应将酸洗液稀释中和后排掉。&&& 4）碱洗：酸洗结束后，用NaOH，Na3PO4，软化水按一定的比例配制好，利用动态循环的方式对换热器进行碱洗，达到酸碱中和，使换热器板片不再腐蚀。&&& 5）水洗：碱洗结束后，用清洁的软化水，反复对换热器进行冲洗0．5h，将换热器内的残渣彻底冲洗干净。&&& 6）记录：清洗过程中，应严格记录各步骤的时间，以检查清洗效果。&&& 六、防止板式换热器结垢的措施 &&& 1）运行中严把水质关，必须对系统中的水和软化罐中的软化水进行严格的水质化验，合格后才能注入管网中。&&& 2）新的系统投运时，应将换热器与供热系统分开，进行一段时间的循环后，再将换热器并入系统中，以避免管网中杂质进入换热器。&&& 3）在供热系统中，除污器和过滤器应当进行不定期的清理外，还应当保持管网中的清洁，以防止换热器堵塞。 钎焊板式换热器
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