板式换热器螺旋板换热器
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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感谢您的观看
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。
列管式、板式、螺旋板式换热器操作实训结果
列管式、板式、螺旋板式换热器操作实训结果操作实训结果是指针对列管式、板式和螺旋板式换热器进行操作实践后所得到的结果和观察。
以下是针对这三种换热器操作实训的结果解释：列管式换热器操作实训结果：在列管式换热器的操作实训中，我们观察到换热器内部的管道布局紧凑，可以有效地实现热量的传递。
通过实践操作，我们了解到列管式换热器的运行原理，并学会了正确的操作步骤。
我们发现，调整流体的流量和温度可以影响换热效果，合理地控制这些参数可以提高换热器的效率。
此外，我们还学会了换热器的维护和清洁，以确保其正常运行和延长使用寿命。
板式换热器操作实训结果：在板式换热器的操作实训中，我们发现该换热器的结构由多个平行的金属板组成，板之间形成了狭窄的通道。
通过实际操作，我们了解到板式换热器在传热过程中的优势，如大换热面积、高传热效率和紧凑的设计。
我们还通过调整板间的距离和流体的流量来观察和控制换热过程。
此外，我们还注意到在使用板式换热器时需要特别注意清洁和防止堵塞，以维持其正常运行。
螺旋板式换热器操作实训结果：在螺旋板式换热器的操作实训中，我们发现该换热器的结构由一对螺旋形的金属板组成，形成了多个螺旋通道。
通过实际操作，我们了解到螺旋板式换热器具有高效的传热性能和较小的体积。
我们发现调整流体的流量和温度可以影响换热器的换热效果，合理地控制这些参数可以提高换热器的效率。
我们还学会了螺旋板式换热器的维护和清洁，以确保其正常运行和延长使用寿命。
总结：通过列管式、板式和螺旋板式换热器的操作实训，我们获得了关于这些换热器的操作经验和实践技巧。
我们明白了不同类型换热器的结构特点和工作原理，并学会了调整流体参数以优化换热效果。
我们还了解到换热器的维护和清洁对其性能和寿命的重要性。
这些实训结果将有助于我们在实际工作中正确选择和操作换热器，以满足不同的传热需求。
螺旋板式换热器原理
螺旋板式换热器原理
螺旋板式换热器是一种常用的换热设备，其原理基于热传递和流体力学。
螺旋板式换热器通过将热传递表面进行螺旋排列，从而实现高效的换热。
首先，让我们从结构原理方面来解释螺旋板式换热器的工作原理。
螺旋板式换热器由两个平行的金属板组成，它们通过一系列螺旋形的金属带连接在一起。
这种结构可以形成一系列通道，热交换的两种流体分别通过这些通道流动。
其中一种流体通过螺旋通道的中心，而另一种流体则通过相邻的螺旋通道。
这种设计增加了热交换表面积，提高了换热效率。
其次，从传热原理来看，螺旋板式换热器利用了流体间的对流和传导来实现热量的传递。
当两种流体在螺旋通道中流动时，它们之间会发生热量的传递。
热量会从温度较高的流体传递到温度较低的流体，直到两种流体达到热平衡。
这种热传递过程可以实现高效的换热，使得螺旋板式换热器在许多工业领域得到广泛应用。
此外，螺旋板式换热器还可以根据具体的工艺要求进行优化设计，包括通道的宽窄、螺旋角度、板材材质等。
这些设计参数会直
接影响换热器的换热效率和传热能力。
总的来说，螺旋板式换热器的原理基于结构设计和热传递原理，通过优化设计和流体力学原理实现高效的热量传递和换热，广泛应
用于化工、石油、食品等工业领域。
希望这个回答能够全面地解释
螺旋板式换热器的工作原理。
常见换热器的种类及特点
常见换热器的种类及特点换热器是将热量从一个物质传递到另一个物质的设备，常见的换热器种类包括壳管式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器、换热管束和换热器组件等。
每种换热器都有其独特的特点和适用场景。
1. 壳管式换热器壳管式换热器是最常见的一种换热器，由一个外壳和多个内置管子组成。
热传导通过管壁实现，热量从热源通过管内流体流向冷却介质。
壳管式换热器具有结构简单、适用性广、换热效率高的特点。
常见的壳管式换热器有固定式和浮动式两种，固定式适用于高温高压场合，浮动式适用于温差较大的情况。
2. 板式换热器板式换热器由多个金属板组成，热传导通过板之间的薄层流体实现。
板式换热器具有体积小、传热效率高、清洗方便等特点。
板式换热器适用于低温低压场合，如冷却水、空调系统等。
3. 螺旋板式换热器螺旋板式换热器是将螺旋板组装在两个端盖上形成的，通过螺旋板的旋转实现热传导。
螺旋板式换热器具有体积小、传热效率高、清洗方便等特点。
螺旋板式换热器适用于高温高压场合。
4. 换热管束换热管束是将多根直径较小的管子束缚在一起，通过管壁实现热传导。
换热管束具有结构紧凑、传热效率高、适用性广的特点。
换热管束适用于高温高压场合。
5. 换热器组件换热器组件是由多个换热器组成的系统，可以根据不同的需求组合和调整。
换热器组件具有灵活性高、适应性强的特点。
换热器组件适用于需要灵活配置和调整的场合。
以上是常见的换热器种类及其特点。
根据不同的工作条件和需求，选择适合的换热器可以提高换热效率，降低能耗，实现更加有效的热量传递。
常见传热装置构型
常见传热装置构型有以下几种：
1.管式换热器：由一系列的管道组成，管内流体与管外流体通过管
壁进行热交换。
2.板式换热器：由一组平行的金属板组成，流体在板间流动，通过
板片进行热交换。
3.螺旋板式换热器：由两个相互嵌套的螺旋板组成，流体在螺旋板
之间流动，通过板壁进行热交换。
4.热管换热器：由一系列的热管组成，热管内的工质在蒸发端吸收
热量后汽化，在冷凝端释放热量后凝结，通过工质的相变进行热交换。
5.壳管式换热器：由一个圆柱形的外壳和内部的管束组成，管内流
体与壳侧流体通过管壁进行热交换。
6.空气冷却器：通过空气与流体进行热交换，通常用于冷却流体。
7.冷却塔：通过水与空气进行热交换，通常用于冷却水。
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。
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T1
T2
T1
T2
t2
套管式
套管换热器的优点是构造简单，内 管能耐高压，适用于流量不大、 传热面积要求不大但压强要求较 高的场合
3
t2
列管式
（稍后介绍）
浙江工业大学
T1
P222
T2
夹套式
夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。这种换热器主要用于反应过程 的加热或冷却。结构简单 、传热面较小，且传热系数不高
浙江工业大学
折流板型式（弓形折流板、圆环形折流板、螺旋折流板等）
P226
18
浙江工业大学
19
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20
浙江工业大学
折流杆换热器
P234
21
浙江工业大学
P234
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浙江工业大学
折流板的布置原则
1、折流板一般应等距布置，尽量靠近壳程进出口接管。 2、折流板最小间距应不小于壳体内直径的1/5，且不小于 50mm，最大间距应不大于壳体内直径。 3、折流板管孔与换热管间隙、折流板与壳体内壁间隙不能太 大或太小。 4、弓形折流板缺口弦高一般取（0.20-0.45）Di，通常取 0.25Di。 5、支持板形状与尺寸 按折流板设计。
结构简单紧凑,往往是管板兼法兰。适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差大,但 压力不高,壳程介质干净或虽结垢,但通过化学清洗能清除的场合
14
浙江工业大学
浮头式换热器
浮头式换热器的一端管板与壳体固定 ，而另一端的管板可在壳体内自由浮 动，壳体和管束对膨胀是自由的，故 当两张介质的温差较大时，管束和壳 体之间不产生温差应力
U——总传热系数， W/m2-K
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浙江工业大学
几点讨论
热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器 使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。
两个膜系数＋污垢系数如何取？（经验值/典型值/估计值） ——膜系数取决于流体流速、物性、换热器几何结构； ——结垢与时间、流速、温度、及其他因素有关。
26
浙江工业大学
壳管式换热器传热系数
27
浙江工业大学
壳管式换热器传热系数
1.管外膜换热系数
2.管外污垢系数
Q hS AOTS
Q——单位时间内的传热量，W hS ——管外膜系数，W/m2-K AO ——管外侧传热面积，m2 TS——管外液膜两侧的传热温差，C
Q hSF AOTSF
Q——单位时间内的传热量，W hSF ——管外污垢系数，W/m2-K AO ——管外侧传热面积，m2 TSF——管外污垢层两侧的传热温差，C
◆ 板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换 热器、板壳式换热器和伞板换热器等；
◆ 其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转 盘式换热器和空气LENGQUEQI等。
2
浙江工业大学
间壁式换热器
套管式
P223
间壁式换热器
列管式 夹套式
t1
蛇管式
t1
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浙江工业大学
壳管式换热器传热系数
将上述5个热阻相加，即为总传热热阻；将5层的传热温差相加即为总传热温差：
T TS TSF TW TTF TT
T
Q AO
1
hS
1 hSF
dO 2k
ln( dO dI
)
dO dI
1 hTF
dO dI
1 hT
Q T Q AOU
1 1 1 dO ln(dO ) dO 1 dO 1 U hS hSF 2k d I d I hTF d I hT
3.管壁换热系数
Q kA dT (傅立叶定律) dr
Q——单位时间内的传热量，W
k ——管壁导热系数，W/m-K
r——管径，m A ——半径r处的传热面积，m2，A＝2rL
L——管长，m
Q rO dr TO dT
2 kL rI r TI
Q
2 kL
ln(dO )
TW
dI
rO / dO 、rI / dI ——管外半/直径、管内半/直径，m TO 、TI——管壁外侧、管壁内侧温度， C TW——管壁两侧的传热温差，C
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浙江工业大学
防短路结构
DN≤500mm时，设一对旁路挡板。 DN=500mm~1000时，设两对旁路挡板。
DN≥1000mm时，设三对旁路挡板。
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挡管管
每隔3~4排换热管设置一根挡管， 折流板缺口处不设挡管。
25
浙江工业大学
中间挡板一般与折流板点焊固定， 其数量不宜多于4块。
消除热应力、便于清洗和检修
结构复杂，内浮头密封困难,锻件多, 造价较高
适用于管、壳程温差大但工作压力不 超过10ＭＰａ的工况
P224
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浙江工业大学
U型管式
P225
适用于高温和高压场合，其主要不足之处是管内清洗不易，制造困难
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浙江工业大学
壳管式换热器壳程流动情况
理想错流+理想平行流
17
泄漏（管-折流板间隙）+短路（管束-壳体） 降低传热速率、压降
浙江工业大学
换热设备
(heat transfer equipment)
直接接触式
分类
间壁式
按冷热流体间热量交换方式 蓄热式
P171,172
t
T 直接接触式
（混合式）
1
T
t
间壁式
冷流体
热流体
蓄热式
浙江工业大学
间壁式换热器
P222
根据传热面的结构不同可分为：管式、板面式和其他型式。
◆ 管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳 式换热器等；
4
浙江工业大学
P222
蛇管式换热器：以蛇形管作为传热元件的换热器，分为沉浸式、喷淋式
沉浸式蛇管换热器
5
浙江工业大学
喷淋式蛇管换热器
P223
便于检修，传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀
6
浙江工业大学
壳管式换热器
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浙江工业大学
壳管式换热器
8
浙江工业大学
管束
P223,224
9
浙江工业大学
管束
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浙江工业大学
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浙江工业大学
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浙江工业大学
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固定管板式换热器 P224
Hale Waihona Puke 固定管板式换热器：管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上 ，管束、管板与 壳体成为一个不可拆的整体（清洗问题），管壁与壳壁温度不同，二者线膨胀不同，又 因整体是固定结构，必产生热应力，常用“膨胀节”结构进行热补偿
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浙江工业大学
壳管式换热器传热系数
4.管内污垢系数
Q hTF AI TTF
Q——单位时间内的传热量，W hTF ——管内污垢系数，W/m2-K AI ——管内侧传热面积，m2 TTF——管内污垢层两侧的传热温差，C
5.管内膜换热系数
Q hT AI TT
Q——单位时间内的传热量，W hT ——管内膜系数，W/m2-K AI ——管内侧传热面积，m2 TT——管内液膜两侧的传热温差，C