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0～3 MPa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340 kW。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. 0 MPa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1000g NH3/ kW,而如果用板式换热器,其充注量可降低至29g NH3/ 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。
中国换热器网2009-12-3
