螺旋盘管换热器的设计
螺旋缠绕管式换热器的设计要点
工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications·87·第44卷第7期2018年7月1 螺旋缠绕管式换热器应用分析从装置应用实际情况来说，在煤化工和其他领域中，以不同的结构形式，被广泛的应用。
以LNG 系列螺旋缠绕管式换热器为例，其类型主要如下：①一级制冷四股流缠绕管式换热器；②二级制冷三股流缠绕管式换热器；③三级制冷两股流缠绕管式换热器等。
此类换热器的应用涉及到多个过程，比如低温混合制冷剂、多股流回热换热过程等，设计计算复杂，缺少通用技术标准以及换热工艺设计计算法等，受到工艺流程或者物性参数等因素的影响，因此难以标准化。
2 螺旋缠绕管式换热器的基本结构常规的单股流螺旋缠绕管的基本结构如图1所示，它主要由1-管程壳体；2-管板；3-壳程筒体；4-螺旋管束组成。
它的螺旋管束是由数根外径φ8mm~φ12mm 的换热管根据一定角度正向反向缠绕而成。
1234图1 螺旋缠绕管换热器的基本结构3 螺旋缠绕管式换热器设计要点3.1 做好力学分析在机械设计中，为保证其使用性能，必须要做好力学分析，包括刚性力学分析和弹性力学分析，进而优化设计。
在进行分析的过程中，主要采用的计算方法包括雷诺数计算法以及普朗特数计算等。
基于力学原理，采用对数平均值法以及体积分率法等进行力学分析。
采用单元模型流场数值模拟分析法可确定其在物理参数，简化计算过程获得管束模型以及结构参数。
采用迭代计算法，结合运用数值模拟计算结果，利用计算机进行设计结果优化，进而保证计算的准确性。
3.2 立足于实际在进行螺旋缠绕管式换热器设计时，要考虑到后期加工制作和使用需求。
多数螺旋缠绕管式换热器的换热管和管板的连接采用强度焊的方法。
因为焊接的质量直接影响着换热器使用性能和寿命，所以在设计和制造环节，需要做好壳程部分的优化设计，通过压力试验或者渗漏试验等，检查接头的致密性以及强度。
螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用
螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用【摘要】介绍了SECESPOL螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用，螺旋缠绕管壳换热器体积小、节能效果明显，故障率低，维护保养工作量少，机组在运行期间可以采用巡检的方式，采用无人值守的方式进行运行；同时在故障时可以采用短信通知的模式及时通知维修人员进行故障的排除，降低人工成本。
随着房地产面积的增加，采暖面积随之增加，为螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的应用提供了巨大的市场和广阔的应用前景。
【关键词】换热机组；螺旋缠绕管壳换热器；设计；应用0.前言我国幅员辽阔、人口众多，城镇供暖虽然经过多年的快速发展，但是集中供热覆盖率仍处于较低水平。
目前仅在北方各省的主要城镇建有集中供热系统，且平均覆盖率不到50%；未来随着房地产业的蓬勃发展，城镇化率的提高，区域小锅炉的拆除和旧城区的管网建设改造等均为集中供热市场创造了巨大而持续的需求，居民采暖的热力消费随着经济收入的增加增速在不断增长，集中供热面积的快速增加给螺旋缠绕管壳换热器提供了广阔的应用市场。
1.SECESPOL螺旋缠绕管壳换热器的优点（1）换热系数大，换热效率高，单位面积换热能力是传统管壳换热器3-7倍，螺旋螺纹管多层盘绕。
（2）耐高温、耐高压，运行安全可靠：耐高温400℃、耐高压：1.6Mpa，全不锈钢焊接结构，统一的膨胀系数；弹性管束结构自动消除各种应力破坏。
（3）体积小、重量轻、安装方便，是国产管壳式换热器的1/5左右，无需特制基础，只需和管道相连接；节省安装及基建费用，螺旋独特结构。
（4）运行噪音小：独特的100°连接，对流体起到缓冲作用，降低噪音。
（5）节能显著，蒸汽耗量少，换热更充分，运行费用低。
先进的弹性螺旋换热管束，强制湍流，换热充分；长换热管（为壳体高度的3至4倍）；物料停留时间长，换热充分；非对称流换热设计；逆流换热。
（6）后期维护费用低、使用寿命长，清洗方便，维护费用低。
在非化工工艺中使用，保修期为8年。
螺旋缠绕换热器
螺旋缠绕式换热器螺旋螺纹管式换热器是近年来推出的一种新型高效节能的换热设备，它在设计上完全突破了传统管壳式换热器的设计思路，从材料选择到结构形式、外形体积等方面与传统管壳式换热器相比均有大幅度变化，多项技术创新使该换热器从外观到性能等各方面明显超越了传统管壳式换热器，改变了传统换热器结构简单、体积庞大、外形粗糙、效率低下的特点，是传统换热器的更新换代产品。
中文名：螺旋螺纹管换热器性质：换热设备特点：新型高效节能优点：安装方便，占地面积小应用：汽-水换热领域组成：芯体和壳体1螺旋螺纹管式换热器的技术优势：螺旋螺纹管式换热器最大特点来自于它超高的换热系数，一般可为传统管壳式换热器的2-3倍，同时具备较好的节能效果，与传统管壳式换热器相比，可节能10%以上。
螺旋螺纹管式换热器的外面也一改传统换热器的粗放形象，外壳从筒体到法兰，全部选用不锈钢材料，换热器外表面做镜面抛光处理，美观性大大提高。
螺旋螺纹管式换热器的优势还来自于它体积和重量仅为传统管壳式换热器的几分之一，安装过程不再需要复杂的起重工具和设备，人工即可完成。
该换热器由于管程阻力较大不适合汽源压力较低及水/水换热工况。
螺旋螺纹管式换热器的结构螺旋螺纹管式换热器由芯体和壳体两部分组成，芯体主要由换热管组成，壳体由筒体和封头等组成，上下封头各设两个开口，同一封头上的开口中心呈90°角，使换热器全部参与换热，无死区。
螺旋螺纹管式换热器的应用领域螺旋螺纹管式换热器具有高效的换热性能,在汽-水换热领域表现极佳，广泛应用于暖通和生活热水方面，同时在深冷装置上也有优异表现，在化工和医药等方面取得了广泛应用。
螺旋螺纹管换热器优点（一）螺旋螺纹管换热器热效率高，更加节省能量（蒸汽）内部独特的反向缠绕、螺旋上升的盘管结构，以逆流方式换热，使蒸汽在换热管束中得以充分冷凝，无须经过二次换热，故可以节省大量蒸汽；（二）螺旋螺纹管换热器为全不锈钢焊接，耐高温高压由于螺旋螺纹管换热器的换热管束和壳体全部采用不锈钢材质，具有统一的膨胀系数，其最高承压1.6MPa，最高耐温400℃，不会由于压力和温度不稳定而引起换热器的变形；无需减温减压装置。
螺旋板式换热器
目录
• 螺旋板式换热器概述 • 螺旋板式换热器性能特点 • 螺旋板式换热器应用领域 • 螺旋板式换热器设计选型 • 螺旋板式换热器运行维护与保养 • 螺旋板式换热器发展趋势与展望
01 螺旋板式换热器概述
定义与的换热设备，由两张平行的金 属板卷制而成，形成两个均匀的 螺旋通道。
未来发展趋势预测
个性化定制
随着市场需求多样化，螺旋板式换热器将向个性 化定制方向发展。
绿色环保
环保意识的提高将推动螺旋板式换热器向更加环 保的方向发展。
智能化和网络化
随着工业4.0的推进和物联网技术的应用，螺旋板 式换热器将实现智能化和网络化运行。
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螺旋板式设计使得设备具有较高的承压能力，可适应较高的工
03
作压力和温度。
操作弹性大、适用范围广
螺旋板式换热器可处 理多种流体介质，包 括液体、气体以及蒸 汽等。
设备处理量可根据需 求进行调整，操作弹 性大。
操作温度范围宽，可 满足不同工艺要求。
易于维护和管理
设备结构简单，维护方便。
螺旋板式换热器具有较长的使用寿命和稳定的性 能，降低了维护成本。 设备运行过程中噪音低，对环境影响小。
02
原理：两种不同温度的流体在螺 旋通道内以逆流或顺流方式进行 热量交换，达到加热或冷却的目 的。
结构组成
螺旋体
由金属板材卷制而成的 螺旋通道，是热量交换
的主要场所。
端盖
密封装置
支承结构
位于螺旋体两端，用于 连接流体进出口管道。
确保流体在螺旋通道内 不泄漏，保证换热效率。
用于支撑螺旋体，保证 其稳定性和安全性。
螺旋螺纹换热器强化传热设计
螺旋螺纹换热器强化传热设计韩强SECESPOL国际集团山东鸿基换热技术有限公司摘要：本文对SECESPOL螺旋螺纹换热器其设计双面强化传热效果进行了分析，介绍了其在制药企业的应用点及节能减排中的应用。
SECESPOL换热器为欧盟EU原装进口产品，是SECESPOL国际集团结合波兰格坦斯克理工大学及多个研究院传热技术之精华，于1988年发明生产的一种螺旋螺纹管换热器。
产品严格按照美国机械工程师（ASME）标准制造，是目前世界上最先进的管壳式换热器之一。
综合其设计理论依据，结构特点，性能分析及客户案例，它同时具有安全、高效节能、体积小、表面光洁维护费用低、使用寿命长等特点，相对于传统换热器它是具有划时代意义的节能产品，通过国内上百家制药企业的应用，在节能减排中起到了重要的作用。
关键词：换热器螺旋缠绕安全节能一.设计依据：SECESPOL换热器较传统换热器，依据国际先进设计理论，计算准确，设计合理。
1.螺旋螺纹管设计，双侧强化传热设计。
2.利用欧文（OWEN）湍流抖振频率准则原理，消除换热器湍流抖振现象，热应力自消除。
3.利用声共鸣许用准则（Eisinger准则和Bevins准则），抑制声驻波，降低运行噪音。
4.利用CFD（计算流体力学技术），FEM（有限元技术），提高计算精度。
二.独特设计及机理：传热系数是传热设备的一个重要技术指标，强化换热表面对流传热是提高传热系数的有效措施。
SECESPOL换热器通过独特的结构设计，显著提高换热系数，实现高效节能。
1.材质：SECESPOL全不锈钢换热器，换热管为不锈钢316L材质，壳程为不锈钢316材质，以满足不同复杂物料的换热要求。
最高耐温400℃，最高耐压1.6Mpa。
换热管壁厚0.6mm。
2.螺纹管束：SECESPOL换热管采用高效不锈钢双螺纹管。
该管束表面设计周期变化的环形螺纹，当换热管内外物料流动时，由于流通截面和流动方向的不断变化，破坏层流底层，提高流体湍流强度和湍流的给热能力。
螺旋板式换热器的基本构造
螺旋板式换热器的基本构造螺旋板式换热器与其他种类换热器相比的特点是，传热流道长、流道间距大、耐热温、不易泄漏。
因此它换热效率较高，换热后冷介质的温度容易接近热介质的温度，适于粘稠性物料和含有颗粒性物料的加温或降温处理，但不适于含有纤维性物料换热。
螺旋板式换热器也适用于有机化合物蒸汽的冷凝加工。
二、螺旋板式换热器的基本构造和工作原理螺旋板式换热器是由两张较长的钢板叠放在一起卷制而成的，如图一，每张板上均布地焊有定距柱，它使两张板之间产生一定的间距，形成换热流道，定距柱起到支撑钢板抵抗流体压力的作用，也起到流体在换热流道中流动时增加湍流从而提高换热效率的作用。
相邻两流道流过的两种流体温度不同，它们通过螺旋钢板进行传热，达到换热的目的。
两流道的间距可以相同，也可不同。
流道间距不能太小，也不能太大，太小容易堵塞，太大不利于传热，在制造工艺结构上也难以实现，一般为8-30mm 较为适宜。
图一对于进行换热的两种介质，如果都是液体，在螺旋板式换热器的六道中是按螺旋方向流动的，如图二，并且按逆流的方式流动，所谓逆流是指相邻流道中两种液体流动的方向相反，这样能使两流体在相互传热的流程中始终保持一定的温差，从而可获得较好的效果。
对于换热的两种介质，一种是液体，另一种是汽（气）体，可按错流方式流动，所谓错流，是指液体按螺旋方向流动，汽（气）体按换热器的轴向直接通过，如图三，这主要是考虑到汽（气）体的特点，适于较大的流量，减少阻力，适用于有机蒸汽冷凝。
根据具体工况，蒸汽也可按螺旋方向流动，但气体由于热容量较小，一般那要按轴向直接通过。
图二图三三、螺旋板式换热器的类型1．不可拆式卷制后的螺旋板式换热器，其两端焊死，它不可拆卸，形成固定结构，流程内部不可触及。
它适用于不易堵塞的流体换热。
不可拆式又有卧式和立式的结构。
2．可拆式卷制后的螺旋板式换热器，每端只将一个流道焊死，而另一个流道开放，然后在端面上加端盖加以密封。
其端盖可以拆卸，从而清理流道内部。
螺旋盘管换热器计算1
热系数计算
计算结果
0.0043
hi0 (kcal / h m2oC)
0.0063
26840
Q (m2 ) U * tc
do(m)
L/N(m) De(m)
0.0063 0.605
0.0110
μ （Kg/m.h）
K (kcal / h mc)
2.88 0.532
Npr 5.40
cal / h m2oC)
1.46
0.999
hi (kcal / h m2oC) DH(m)
hic (kcal / h
2.537
36474
0.1926
Ra (kcal / h mc) x(m) 0.00015
1/U 0.001
U (kcal / h m2oC)
0.000595157
1680
tlm (0C) 49.7
计算结果
5363
26840
14
0.00015
确定传热 面积
对数平均 温差公式
tlm
[(管入 壳入) （管出 - 壳出）] ln（[ (管管入出- 壳壳出入）)]
对数平均 温差计算
管入T1（°C）
管出T2（°C） 壳入t1（°C） 壳出t2（°C）
计算结果
100
50
20
21.75
盘管所需
圈数
N
盘管所需
hi 0
Ke
Rt Ra
D(m) 0.0043
总传热系 数计算公
1 U
1 h0
1 hi 0
x Ke
Rt
Ra
式
总传热系 数计算
h0(kcal/ h m2oC)
hi0 (kcal / h m2oC) Ke (kcal / h mc) Ri (kcal / h mc) Ra (kcal / h m
螺旋板式换热器设计注意事项
２定距柱 分段 设置
如 前 文 所 述 ，对 具 有 腐 蚀 性 介 质 时 ， 应 选 用 耐腐 蚀 性 能好 的材 料 制造 ，例 如 有 色 金属 。 由 ＪＢ／Ｔ４７５１－２００３公 式３０可 知 ，定 距柱 的间距 与 螺旋 板 曲率 半径 有 关 ，螺 旋 板 曲率 半 径 越 大 ，定距 柱 间距越 小 。 因此 ，设 计 定距 柱 时 可 分 段 设置 ：靠 近 换 热器 中 心定 距 柱 间 距 大 ，远 离 换 热 器 中 心定 距 柱 间距 小 ，这 样 可 大 大减 少 定 距 柱 的焊接 工作 量 ，且减 少金 属 的用量 。
可 拆 式 螺 旋 板 式换 热器 平 盖 由于 需 要 与垫 片 紧密 贴 合 并 有 一 定 的压 紧 力 才 能保 证 换 热 器 内部 的密 封 ，因 此平 盖 除满 足 强 度要 求 外 ，还 应 限制 挠 度 。研 究表 明 ，倒 锥 平 盖 抗 变 形 性 能 最 优 ［４】。 ＧＢ／Ｔ２８７１２．５—２０１２ｔ 提供 了设 计压 力 １．０ＭＰａ的倒 锥 平 盖 推 荐 尺 寸 。 《换 热 器 设 计 手 册 》 【６］提 供 了 一 套 倒锥 平 盖 的设 计 、计 算 方 法 ，有 限 元分 析 表 明，该方 法是合 理 的【 】。
４ 圆 板开 设 流 道 孔 的结 构 作 为支 承 环 ，且 支 承环 与螺 旋 板 、 中 间 隔板 适 当 焊 接 ，结 构 参 见 图２所 示 。该结 构 （以下简 称 结构 一 ）的 优 点是 在 保 证 中心流 道 流 通 面 积 的前 提 下 ，支 承环 的惯性 矩调 节范 围大 ，缺点是 材料损 耗较 多 。
图 ２
图 ３
还 有 另 一 种 支 承 环 结 构 （以 下 简 称 结 构 二 ）， 支承 环 采 用 圆棒 或 方 钢 制 作 ，并通 过 连 接 筋做 成 一个 整体 ，如 图３在 螺旋 体卷 制 后放 入 ，不 需 与 螺 旋板 、 中间 隔 板焊 接 。该 结 构 制作 简 单 ， 用 料 节 约 ，但 支 承 环 的惯 性 矩 小 ，对 于 工作 压 力 大 的 场 合 ， 尤 其 是 试 压 时 或 在 操 作 中 冷 热 程 温 差 、 压 差过 大 时 ，容 易 引起 因材 料 热膨 胀 不 一 ， 局部 应力 增大 ，导致 支承环 失稳 。