全焊接板式換熱器的熱阻主要來自哪些部分？

全焊接板式換熱器的總傳熱熱阻是一個串聯(lián)的、多部分組成的復(fù)雜體系，它決定了最終的傳熱系數(shù)（K值）和換熱效率。與可拆卸板式換熱器類似，全焊接板式換熱器的熱阻主要來源于五個部分，但由于全焊接的結(jié)構(gòu)特性，某些部分的影響權(quán)重和特性存在差異。理解這些熱阻構(gòu)成是進行優(yōu)化設(shè)計、選型和故障診斷的基礎(chǔ)。

1. 對流換熱熱阻

這是最主要的熱阻組成部分之一，取決于流體的性質(zhì)、流動狀態(tài)和板片表面的幾何結(jié)構(gòu)。熱阻R_conv = 1 / (h * A)，其中h為對流換熱系數(shù)，A為面積。h值與流體的導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、密度、流速以及板片波紋的湍流促進能力密切相關(guān)。全焊板換通常采用更深的波紋和更復(fù)雜的板型來破壞邊界層，誘導(dǎo)湍流，從而能夠明顯的提高h值，降低此項熱阻。對于高粘度流體或低流速層流工況，此項熱阻會急劇增大。

2. 板片導(dǎo)熱熱阻

熱阻R_plate =δ/ (λ_plate * A)，其中δ為板片厚度，λ_plate為板片材料的導(dǎo)熱系數(shù)。為了承受更高的壓力，全焊接板式換熱器的板片厚度通常略厚于可拆卸板換，這會在一定程度上增加導(dǎo)熱熱阻。然而，由于現(xiàn)代板換大量使用導(dǎo)熱性能良好的不銹鋼或鈦材，且板片厚度通常在0.5-1.0mm的精細范圍，此項熱阻在總熱阻中的占比通常很小。但在處理極高傳熱系數(shù)的相變換熱時，它的影響會相對凸顯。

3. 污垢熱阻

這是運行中最具不確定性且影響巨大的熱阻項。污垢層在板片表面沉積，形成一層低導(dǎo)熱系數(shù)的固體覆蓋層。由于全焊接板式換熱器無法像可拆卸板換那樣進行物理打開和機械清洗，對介質(zhì)的潔凈度要求更高，或者必須設(shè)計有效的在線化學清洗（CIP）系統(tǒng)。污垢熱阻會隨時間動態(tài)增長，嚴重時可能成為主導(dǎo)熱阻。因此，在設(shè)計和選型時，必須根據(jù)介質(zhì)特性預(yù)留足夠的污垢余量，或者采用抗結(jié)垢設(shè)計的板片表面處理技術(shù)。

4. 接觸熱阻

這是一個在全焊接結(jié)構(gòu)中特別值得關(guān)注但常被忽視的隱性熱阻。在可拆卸板換中，板片通過墊片和壓緊力保持點接觸，接觸點存在微小的傳熱阻力。在艾克森全焊接板式換熱器中，板片組在焊接后形成一個整體，其內(nèi)部板片與板片之間的接觸方式與焊接工藝質(zhì)量直接相關(guān)。理想的焊接應(yīng)確保板片間在設(shè)計的接觸點處實現(xiàn)完全的金屬熔合，從而將接觸熱阻降至近乎為零。但如果焊接不充分，存在未熔合或虛焊，會在接觸點處形成極薄的空氣隙，其導(dǎo)熱系數(shù)極低，導(dǎo)致局部熱阻劇增，影響整體性能的均勻性和穩(wěn)定性。頂級制造商通過先進的激光焊接技術(shù)和嚴格的過程控制來最小化此部分熱阻。

5. 全焊接結(jié)構(gòu)帶來的附加熱阻

在某些全焊接板換的設(shè)計中，流體流道可能因焊接結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)局部的死區(qū)或流動分配不均區(qū)域。這些區(qū)域的流體相對滯止，對流換熱系數(shù)h極低，等效于在局部產(chǎn)生了很大的熱阻。這屬于設(shè)計缺陷導(dǎo)致的不良熱阻，需要通過優(yōu)化的流道和焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計來避免。艾克森等公司在設(shè)計階段即通過流場仿真軟件來優(yōu)化流道，確保流體均勻分布，消除此類性能短板。

全焊接板式換熱器的總熱阻是上述各部分串聯(lián)疊加的結(jié)果。在艾克森全焊接板式換熱器的實際工程中，兩側(cè)流體的對流換熱熱阻和污垢熱阻通常是重要因素。優(yōu)化的重點在于：通過板片波紋設(shè)計最大化湍流以減小對流熱阻；通過材料與介質(zhì)匹配、運行維護策略控制污垢熱阻；通過頂級的焊接工藝消除不良的接觸熱阻。最終目標是實現(xiàn)高效、緊湊且長期穩(wěn)定運行的熱交換設(shè)備。