1、螺旋板式换热器的结构
螺旋板式换热器结构设计
螺旋板式换热器结构设计螺旋板式换热器是一种高效的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等领域。
其具有换热效率高、能耗低、结构紧凑、占地面积小等优势。
本文将从螺旋板式换热器的结构设计方面进行探讨。
一、基本结构螺旋板式换热器主要由两个纵向平行的金属板组成，它们呈轴线对称排列并向相反方向旋转。
在两个金属板之间，通过搭接或焊接形成交错的通道，形成流体的热交换通道。
1.板式尺寸：板式尺寸的设计应综合考虑流体的流量、压力损失、热传导和换热面积等因素。
对于对称的螺旋板式换热器，一般采用相同的板式，但对小流量、大面积换热器，可采用不同的板式。
2.板式形状：板式的形状直接影响流体的流动状态和热传导效率，在设计中应选用合适的板式形状。
一般采用折弯或贴合成型的方法将金属板加工成波形或直线形态，以减少流体流动的阻力，提高换热效率。
3.板式厚度和材料：板式的厚度和材料确定了板式的刚度和耐腐蚀性。
板式厚度应保证足够的强度和稳定性，一般选择0.4-1.2mm的厚度。
板式材料要选用高强度、优良的耐腐蚀性金属材料，例如不锈钢、钛等。
三、堆叠式结构设计在堆叠式螺旋板式换热器中，多个板式交错组合形成流体的换热通道，其结构设计包括以下几个方面：1.通道宽度：通道宽度的设计应综合考虑换热效率、压力损失和流体的流量大小。
通道宽度越小，换热效率越高，但压力损失也越大。
一般通道宽度为10-15mm。
2.板式堆叠方式：板式堆叠方式有单侧进出口和双侧进出口两种。
单侧进出口适用于流量较大、压力损失小的情况；双侧进出口适用于流量较小、压力损失大的情况。
3.渗漏损失：渗漏损失是指流体在换热通道之间泄漏导致的能量损失。
设计时应注意减小通道之间的渗漏损失，采取相应的措施，如板式之间采用密封条，增加密封面积等。
容积设计是指为螺旋板式换热器设计合理的壳体容积和板式堆叠数目。
在容积设计中，应考虑以下几个方面：1.壳体容积：为保证换热器的性能和运行效率，在设计时应尽量减少壳体的容积，以减少流体的停留时间和热损失。
板式换热器的种类
板式换热器的种类用板材构成传热面的间壁式板式换热器。
这类换热器结构紧凑，单位体积的传热面积较大。
其主要类型有：1.螺旋板式换热器结构如图所示。
其特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向自由伸缩。
这种结构不但完全消除了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。
浮头式换热式应用较为普遍，但结构复杂，造价较高。
螺旋板换热器的直径一般在1.6m以内，板宽200～1200mm，板厚2～4mm。
两板间的距离由预先焊在板上的定距撑控制，相邻板间的距离为5～25mm。
常用材料为碳钢和不锈钢。
螺旋板换热器的优点是：①传热系数高：螺旋流道中的流体由于离心惯性力的作用，在较低雷诺数下即可达到湍流（一般在Re=1400～1800时即为湍流），并且允许采用较高流速010（液体2m/s，气体20m/s），所以传热系数较大。
如水与水之间的换热，其传热系数可达2000～3000W/(m2.℃），而列管式换热器一般为1000～2000W/(m2.℃）。
②不易结垢和堵塞：由于对每种流体流动都是单通道，流体的速度较高，又有离心惯性力的作用，湍流程度高，流体中悬浮的颗粒不易沉积，故螺旋板换热器不易结垢和堵塞，宜处理悬浮液及粘度较大的流体。
③能利用低温热源：由于流体流动的流道长和两流体可完全逆流，故可在较小的温差下操作，充分回收低温热源。
据有的资料介绍，若流体出口端热、冷流体温差可小至3℃。
④结构紧凑：单位体积的传热面积约为列管式的3倍。
螺旋板式换热器的主要缺点是：①操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过20at，温度在400℃以下。
②不易检修：因常用的螺旋板换热器被焊成一体，一旦损坏，修理很困难。
2.平板式换热器平板式换热器（通常为板式换热器）主要由一组冲压出一定凹凸波纹的长方形薄金属板平行排列，以密封及夹紧装置组装于支架上构成。
两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后可以达到对外密封的目的。
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。
螺旋板式换热器原理
螺旋板式换热器原理
螺旋板式换热器通过将两种介质分别通过螺旋形的流道的板壁来实现换热的过程。
螺旋板式换热器的核心部件是由一对平行的金属板组成的，上下板之间形成螺旋状的流道。
其中一个介质通过螺旋流道的内侧流动，而另一个介质则通过螺旋流道的外侧流动。
当两种介质在流道中同时流动时，由于螺旋形流道的存在，它们会发生相互碰撞和交换热量。
具体来说，当热的介质从内侧流道中向外侧流动时，它会通过板壁与冷的介质发生热量的传递。
这样，在螺旋板式换热器中，热的介质会通过板壁的传热将热量传递给冷的介质，从而实现热量的交换。
螺旋板式换热器具有以下优点：
1. 效率高：螺旋板式换热器采用螺旋形的流道设计，可以增加热量交换的表面积，进而提高换热效率。
2. 紧凑型：螺旋板式换热器的结构紧凑，占地面积小，适用于空间受限的场合。
3. 适用范围广：螺旋板式换热器可用于不同的工况和介质，具有较好的适应性。
4. 温差大：由于螺旋板式换热器的结构特点，它们可以承受较大的温度差，适用于高温或低温换热的场合。
总之，螺旋板式换热器通过螺旋形的流道设计，实现了两种介质之间的热量交换。
它具有效率高、紧凑型、适用范围广和温差大的优点，因此在许多工业领域得到广泛应用。
螺旋板换热器的结构及作用
螺旋板换热器的结构及作用
螺旋板换热器是由一组相紧邻的螺旋板组成的一种换热器，它的结构
由内、外壳、螺旋板和锥形中心组成。
其中最重要的是螺旋板，内、外壳
只是它的外部结构，螺旋板的密度和螺距决定了换热效率、流动特性、结
构限制，以及安装在外壳上的锥形中心，消除螺旋板在入口和出口处的速
率变化。
螺旋板换热器用于汽液两相流中的热传递，还可以用于特殊流体的热
传递。
它采用独特的结构设计，从而可以在有限的空间和体积内获得最大
的热传递效率。
它可以更有效地提供更大空间，使得热传递过程更为紧凑。
因此，螺旋板换热器的作用是在液体或汽气流体传递过程中，能够有
效地传递热能，改善换热效率，防止易燃、易爆等物质积聚，减少换热器
大小，优化换热器体积，从而有效降低系统能耗。
螺旋板式换热器
2）偏心距
e1
b1
2
e2
b2
2
3）螺旋体的有效圈数
NY
b1
2
b2
d1
d1
b1
b2 2
2
4 LY 1
b1
b2
2
b1 b2 2
d1-卷辊的直径，LY1-螺旋板有效长度
4）螺旋体的圈数 无外圈板，无半圆筒体 有半圆筒体 有外圈板
螺旋板式换热器
管壳式换热器结构简单，适应性广，但传热效果欠佳，体积大。 从工程应用来看，在某些场合需要高传热效率，紧凑性（超过 700m2/m3）好的换热器，尤其在气—气换热器中，同等传热量和 功率消耗的条件下，其传热面积约为液—液换热器的10倍以上。
高效间壁式换热器：螺旋板式、板式、板翅式、翅片管以及热管 式换热器。
有相变，
p
2G2
2
0.046
deG
0.2
H de
1
3.结构设计
1）中心隔板宽度
W d1 b1 , 或W d2 b2 b-螺旋通道间距，-螺旋板厚度
W d1 b1 , 或W d2 b2
III型 螺旋通道由四张金属板卷制而成，一通道两端全部焊牢， 一侧流体由外缘旋转至中心，然后再由中心旋转至外缘排出；另 一侧流体仅作轴向流动。轴向流动通道截面积较螺旋通道大得多， 适用于流量相差较大的场合（如：气—液换热）。
结构特点及高效换热的原因
传热性能好 流体在螺旋通道内流动产生离心力使通道内外侧流体 之间形成二次流，增加了扰动，在较低的Re数下，流体仍可以处于 湍流状态。其次，等截面通道不存在流动死区，螺旋板片间的定距 柱也可增加流体的扰动。传热系数可达3000W/（m.°C）
螺旋板式换热器结构与性能
螺旋板式换热器结构及性能1、本设备由两张卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。
2、在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。
3、I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。
4、II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。
5、III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。
6、单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定：并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。
混合组合：一个通道并联，一个通道串联。
螺旋板式换热器的基本参数：1.螺旋板式换热器的公称压力PN规定为0.6，1，1.6、2.5Mpa（即原6、10、16、25kg/cm）（系指单通道的最大工作压力）试验压力为工作压力的1.25倍。
2.螺旋板式换热器与介质接触部分的材质，碳素钢为Q235A、Q235B、不锈钢酸港为SUS321、SUS304、3161。
其它材质可根据用户要求选定。
3.允许工作温度：碳素钢的t=0-+350℃。
不锈钢酸钢的t=-40-500℃。
升温降压范围按压力容器的有关规定，选用本设备时，应通过恰当的工艺计算，使设备通道内的流体达到湍流状态。
（一般液体流速1m/Sec气体流速10m/Sec）.设备可卧放或立放，但用于蒸气冷凝时只能立放；用于烧碱行业必须进行整体热处理，以消除应力。
螺旋板式换热器防堵塞原理螺旋板式换热器与一般列管式换热器相比是不容易堵塞的，尤其是泥沙、小贝壳等悬浮颗粒杂质不易在螺旋通道内沉积，主要体现在：1.因为它是单通道杂质在通道内的沉积一形成周转的流还就会提高至把它冲掉；2.因为螺旋通道内没有死角，杂质容易被冲出。
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。
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间壁式换热器按结构分类： 间壁式换热器按结构不同可分为管 式和板面式。 其中管式又分为列管式（包括：固 定管板式、浮头式、U形管式等）、套 管式、盘管式等。 板面式可分为板式、螺旋板式、板 翅式、板壳式、伞板式、夹套式等结构 形式。
问题 问题1：通过前面的学习，你认为管式换热 器普遍存在哪些缺陷？ 一般管式换热器的占地面积都较大；金 属耗量也很高；体积较大但单位体积的换热 面积不是很高；列管式换热器维修、清洗工 作量较大。 问题2：在生产或生活中，你知到哪些场合 运用了板面式换热器？ 如工业中的热量交换和余热回收；集中 供热系统；制冷系统等场合都使用了板面式 换热器。
一、板式换热器的种类
板面式换热器按传统板面的结构型式
可分为以下五种： 1、螺旋板式换热器 2、板式换热器 3、板翅式换热器 4、板壳式换热器 5、伞板式换热器。 从换热面结构形式来看，目前也有人 将夹套式换热器也归入板面式换热器
二、螺旋板式换热器
Ⅰ型不可拆式螺旋板换热器
课堂巩固
2、板式换热器是由一系列具有一定
形 状的金属片 而成的一种高效换热器。 3、板片是板式换热器的核心部件。为使流 体 ，增加 ，并促使 ， 常将板面冲压成凹凸的波纹状，常用的波 纹形状有 、 和 等。
Ⅱ型可拆式螺旋板换热器
Ⅲ型可拆式螺旋板换热器
1、螺旋板式换热器的结构
螺旋板式换热器由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成 的。两张薄金属板形成两个同心的螺旋型通道，两板之间 焊有定距柱以维持通道间距，在螺旋板两侧焊有盖板。
2、螺旋板式换热器的特点及应用
优点：（1）螺旋板式换热器的结构简单，制造方便。 （2）材料利用率高，结构紧凑，单位体积内的传热面积 约 为管壳式换热器的2~3倍。 （3）传热系数大，传热效率比管壳式高50%~100%左右。 （4）流体做螺旋湍动，有自冲刷作用，换热器不易结垢和 堵塞。 （5）能进行全逆流操作，可实现较小温差下的热交换，能 充分利用低温热源。 缺点:（1）操作温度和压力不宜太高，目前最高操作压力 为2MPa，温度在400℃以下。 （2）整个换热器为卷制而成，如发现泄漏，维修困难。 螺旋板式换热器的应用 螺旋板式换热器是一种高效换热器设备,广泛适用于石 油、化工、冶金等行业的气相与气相、气相与液相、液相 与液相的传热中。对于高粘度流体或含有固体颗粒的悬浮 液的换热，尤为适合。
课堂巩固
1、螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平
行薄金属板卷制而成的。两张薄金属板形 成 个同心的 。 分 别通过两条通道，通过 进行换 热。
三、板式换热器
板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而 成的一种高效换热器。 常见的板式换热器
板式换热器的工作过程
板式换热器的各板片之间具有一定的间隙，板片与板片之 间形成一个薄矩形通道。每个板片两侧的薄矩形通道分别 与冷、热流体的流道相连，冷、热流体分别在每块板片两 侧的窄小通道中流过。通过间隔的板片进行热量交换。
2、板式换热器的特点及应用
优点：（1）传热系数高。 （2）制作方便、金属耗量少、结构紧凑、占地面积小。板式换热 器 单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍。 （3）温度精确控制、末端温差小、热损失小、传热效率高。两种 介质的平均温差可以小至1℃，热回收效率可达99%以上。 （4）拆装方便，利于调节传热面积或流程组合，便于维修和清洗 缺点：（1）流道狭窄，处理量小，流动阻力大。 （2）操作温度受密封垫片材料性能限制而不宜过高。 （3）密封面太多太长，密封任务大，渗漏的可能性也大。 （4）承压能力低。 板式换热器应用 板式换热器广泛应用于化工、冶金、制冷、热回收及自然能源利 用等行业。介质可以是大多数液体、气体以及含固体小颗粒或少量纤 维的物料或具有腐蚀性的流体均能处理。常用在经常需要清洗、工作 环境要求十分紧凑，工作压力在2.5 MPa以下，温度在 -35℃~200℃ 场合。
板式换热器的工作过程示意图
1、板式换热器的基本结构
板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。各长方形的 薄金属板片组合部分平行排列，夹紧、组装在框架上面。
板式换热器的结构图
板片的结构
ห้องสมุดไป่ตู้
板片由金属薄板用磨具压出不同波纹形状的通道，在板片的四个 角上各开一个圆孔，其中有两个圆孔和板面上的流道相通，另两 个圆孔则不相通。与板面流道相通的园孔在相邻板上是错开的， 以分别形成两流体的通道。常用的波纹形状有水平波纹、人字形 波纹和圆弧形波纹