全焊接板式換熱器設(shè)計(jì)時(shí)是如何考慮熱應(yīng)力的影響的？?

熱應(yīng)力是全焊接板式換熱器設(shè)計(jì)中的一個(gè)需要重要考慮的因素，熱應(yīng)力的本質(zhì)是設(shè)備各部件因溫度差異產(chǎn)生不均勻熱脹冷縮，進(jìn)而引發(fā)的內(nèi)應(yīng)力，在全焊接板式換熱器中，如果考慮不當(dāng)，設(shè)計(jì)就可能導(dǎo)致焊接縫開(kāi)裂、板片變形甚至設(shè)備失效。艾克森全焊接板式換熱器設(shè)計(jì)從熱脹冷縮適配、應(yīng)力分散優(yōu)化、材料與工藝匹配三個(gè)核心方向入手，通過(guò)多維度措施平衡熱應(yīng)力，確保每個(gè)全焊接板式換熱器穩(wěn)定運(yùn)行。

1.通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適配熱脹冷縮差異。全焊接板式換熱器的板片與殼體、板片與板片之間存在焊接連接，當(dāng)冷、熱介質(zhì)溫度差較大時(shí)，不同部件的熱膨脹量不同，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。設(shè)計(jì)時(shí)需采用柔性結(jié)構(gòu)：一是在板片邊緣設(shè)計(jì)弧形過(guò)渡段，避免直角結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的應(yīng)力集中，弧形半徑通常不小于5mm，可使熱應(yīng)力分散到更大區(qū)域；二是殼體與板片組件之間采用“膨脹節(jié)”連接，膨脹節(jié)選用彈性較好的金屬材質(zhì)，能通過(guò)自身變形吸收殼體與板片的熱膨脹差異，降低連接部位的應(yīng)力。此外，板片堆疊時(shí)需預(yù)留微小間隙，為板片熱膨脹提供空間，避免板片相互擠壓產(chǎn)生變形。

2.通過(guò)參數(shù)優(yōu)化降低熱應(yīng)力水平。設(shè)計(jì)階段需精準(zhǔn)計(jì)算熱應(yīng)力分布，常用有限元分析軟件模擬不同工況下的溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)，確定最大應(yīng)力位置。如果模擬顯示焊接縫處應(yīng)力超過(guò)材料許用應(yīng)力，需調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)：一是控制冷、熱介質(zhì)的進(jìn)出口溫度差，如果工藝允許，可通過(guò)增加導(dǎo)流板使介質(zhì)溫度梯度平緩，減少局部溫差；二是優(yōu)化介質(zhì)流動(dòng)路徑，避免高溫介質(zhì)直接沖擊低溫部件，例如艾克森將全焊接板式換熱器的高溫介質(zhì)進(jìn)口設(shè)置在板片組件中部，使熱量逐步傳遞到邊緣，降低局部溫度驟變；三是合理選擇板片厚度，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，適當(dāng)減薄板片厚度可提升板片的柔性，增強(qiáng)其抗熱應(yīng)力變形能力，但需通過(guò)強(qiáng)度驗(yàn)算確保滿足壓力要求。

3.通過(guò)材料選擇與工藝控制增強(qiáng)抗應(yīng)力能力。在材料方面，艾克森優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)相近的材質(zhì)組合，例如板片與焊接材料均選用316L不銹鋼，避免因材質(zhì)差異加劇熱脹冷縮矛盾；如果介質(zhì)溫度極高，可選用耐高溫且熱穩(wěn)定性好的合金材料，其抗熱疲勞性能優(yōu)于普通不銹鋼。工藝方面，焊接時(shí)采用“低熱輸入”工藝，減少焊接熱影響區(qū)的范圍，熱影響區(qū)越小，部件熱脹冷縮的不均勻性越低；焊后需進(jìn)行熱處理，將焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力降低30%-50%，例如不銹鋼焊接后在1050-1100℃下保溫1-2小時(shí)，可有效釋放內(nèi)應(yīng)力。

全焊接板式換熱器設(shè)計(jì)需將熱應(yīng)力考量貫穿始終，艾克森全焊接板式換熱器通過(guò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、材料與工藝的協(xié)同優(yōu)化，確保設(shè)備在全工況下的熱應(yīng)力均控制在安全范圍內(nèi)，保障長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。