钎焊板式换热器与蛇管式换热器的比较分析

摘 要：在现代石油化工企业中，对物料的热交换是必不可少的工序，常用的热交换设备是板式换热器和管壳式换热器。本文主要对钎焊板式换热器和蛇管式换热器从五方面进行比较，为换热器选型提供参考。

关键词：钎焊板式换热器 蛇管式换热器 性能比较

一、换热器的工作原理

1.钎焊板式换热器的工作原理

钎焊板式换热器由带高效传热表面的不锈钢板片组成，不锈钢板片在高温下用纯度为99%铜钎焊，得到紧密不漏和坚固的换热器。换热面积由冲压成波纹状的这种薄金属板构成，流体经过精心布置的角边接口流经板片之间的通道，冷媒和热媒总是在相邻的通道内逆向流动进行换热。由于钎焊板式换热器板片边缘采用焊接，因此介质不会从设备中流出，而各板片的接触点也是焊接点，以便承受介质的压力。

2.蛇管式换热器的工作原理

蛇管式换热器[1]是由肘管连接的直管或由盘成螺旋形的蛇管构成，将其安装在容器内的流体中，容器内的两种流体分别在管内、外流动进行热交换。当蛇管内是液体时，为使整个管中经常充满液体，液体应从蛇管的下端送入，至上端流出；当蛇管内通入蒸汽时，为了避免因管内积存冷夜而产生水击与阻塞，蒸汽应从上部进入，冷凝液则从下端排出。

二、钎焊板式与蛇管式换热器的比较

1.占地面积及重量

钎焊板式换热器的结构紧凑，单位体积内的换热面积为蛇管式换热器的2～5倍，也不需要预留抽出蛇管的检修场地，可比相同容量的蛇管式换热器节省 85-90% 的空间和重量，同时降低了安装成本。

2.热学性能

由于钎焊板式换热器中可形成高度湍流，因而可在很小的温差下工作，甚至在温差低至 1K 时仍能有效工作。但在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动。总体上是错流的流动方式，降低了对数平均温差。而且由于冷热流体在传热板狭窄的间隔内流动，不产生短路，压力损失全部用于有效流动上，因而与蛇管式相比在同样压差下具有较高的传热效率，一般其传热系数要比蛇管式高2～4倍。

3.结构设计

钎焊板式换热器是密封垫板式换热器的升级。它是由首、尾挡板及人字形波纹状板片组合而成，相邻板片的波纹板角朝向相反，板组件间的波峰彼此交叉形成大量的接触点。通过真空钎焊，将焊接材料溶化与基材形成合金，使板片间的每一个接触点都变成焊接点，这样既增强了换热器的强度，又提高了换热器的换热效率。因为蛇管式换热器中的蛇管不能太长，否则管内流阻大，耗能多；管径也不宜过大，因为管径大加工困难，通常取76毫米以下管径弯制成。蛇管外的流体几乎不动，流速很小。管外流体中的传热以自然对流方式进行，给热系数很低，因此这种换热器只适用于小容量换热。

4.污垢系数

钎焊板式换热器的污垢系数比蛇管式换热器的污垢系数小得多。其原因是板间流体的剧烈湍动，杂质不易沉积；板间流道死区少；不锈钢换热面光滑，附着物少；清洗容易等，因此维修检查工作量也大大减少。

5.系统成本

钎焊板式换热器的传热系数更高，可以获得更好的温差，也就意味着更低的介质质量流量。这样，所需的部件（例如泵）可以更小、更便宜，同时降低了能耗。自然而然，整个系统的成本得以降低。

三、两种换热器在海南汉地阳光石油化工有限公司中的应用情况

海南汉地阳光石油化工有限公司新增氮气加热设备，由于业主提出的要求是：设备的高度不能超过三米，占地面积小、费用少、密封性能好等。所以考虑选用钎焊板式换热器，并与蛇管式换热器进行比较，见表1。

表1 钎焊板式换热器与蛇管式换热器的工艺性能参数对比

参 数 钎焊板式

换热器 蛇管式

换热器 参 数 钎焊板式

换热器 蛇管式

换热器

设备规格mm 196×620×60 Φ273×2475 设计压力 3.0 MPa 2.0 MPa

蒸汽入口温度 175℃ 175℃ 设计温度 -160℃

～225℃ 200℃

/150℃

蒸汽出口温度 100℃ 90℃ 换热面积 1.7 m2 4 m2

氮气入口温度 20℃ 20℃ 蒸汽侧压力降 0.01 MPa 0.05KPa

氮气出口温度 120℃ 120℃ 氮气侧压力降 0.01 MPa 0.1 KPa

蒸汽

流量 3Kg/h 8Kg/h 受压元件材质 AISI316不锈钢 Q235B/20

氮气

流量 35m?/h 35m?/h

四、结论

综上所述，钎焊板式换热器常用于空间有限、传热效率高、污垢系数低、要求不泄漏等的场合；而蛇管式换热器适用于换热面要求不大，且能承受高温、高压的场合。但因钎焊板式换热器自身特点的进一步发展，为其在许多应用领域取代蛇管式换热器创造了条件。

参考文献：

[1]秦叔经叶文邦.化工设备设计全书――换热器[M].北京：化学工业出版社，2003.5

[2]钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.8

[3]王松汉.石油化工设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.1