之前曾經(jīng)提到過，林德公司在開發(fā)冷凍甲醇法吸收脫硫工藝的時(shí)候，順道制造出了一種新型換熱設(shè)備——纏繞螺旋管換熱器。這幾年來，這項(xiàng)技術(shù)國內(nèi)也有很多廠家在做，這幾次展會上都有看到，我們一度也有引進(jìn)的打算，所以在這里給各位看官做一個(gè)介紹。

　　在介紹這種新型設(shè)備之前，首先還是給大家分析一下傳統(tǒng)換熱管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)。這就是傳統(tǒng)的管殼式換熱器，這種換熱器分為管程與殼程。管程是一束金屬管道，常見尺寸有19或25mm。把這些管子用兩塊固定的板管固定在一起形成管束，在管束的外面再包一個(gè)大的圓筒形成殼程。在換熱過程中一股流體從管程流過，另一種流體從殼層流通，兩種流體互相不接觸，通過換熱管的管壁進(jìn)行換熱。

　　這種換熱器結(jié)構(gòu)非常經(jīng)典，是目前*常用的形式，甚至其規(guī)格尺寸均有標(biāo)準(zhǔn)可循。之所以管殼式換熱器如此常見，主要是這是一種性價(jià)比非常適中的換熱設(shè)備，各項(xiàng)性能指標(biāo)非常均衡。

　　首先，管殼式換熱器的傳熱系數(shù)在400左右，雖然不是特別大但是比起夾套反應(yīng)釜（100左右），套管換熱器（200）之流直流還是不知道高到哪里去了，在絕大多數(shù)情況下都可以滿足正常的使用。

　　其次，管殼式換熱結(jié)構(gòu)更加緊湊，由于所有的管子共用一個(gè)殼層，所以管子可以盡可能精密地排布起來。不像蛇管換熱器，一根管子外面還要加上一個(gè)套管來作為殼層，這樣管子間距不可能變小，導(dǎo)致?lián)Q熱器尺寸偏大。常見的套管型換熱器，由于每個(gè)管子單獨(dú)配一個(gè)套管作為殼程，導(dǎo)致管子無法密集布置，單位體積內(nèi)可以容納的換熱面積有限。

　　管殼式換熱器的種種表現(xiàn)可以用“中庸”來形容了，但是在一些特殊情況下，管殼式反應(yīng)器的弱點(diǎn)就暴露了出來。

　　首先，就是管殼式換熱器存在的溫差應(yīng)力問題

　　傳統(tǒng)的管殼式熱器換熱溫差是不能太大的，比如說一個(gè)200度高溫流體是難以采用常溫冷卻水進(jìn)行換熱的。具體原因就是如果溫度高的液體走管程，由于熱脹冷縮，管子會伸長。但這時(shí)殼層恰恰走冷流體。在冷流體作用下，殼程的溫度低于管程，伸長量比不上換熱管。而非常不巧的是用于固定的管束的管板是焊接在殼層外筒上的。這樣一來管子想要伸長，但是管板限制了管子伸長就會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。傳統(tǒng)的換熱器一般采用膨脹節(jié)或采用U型管結(jié)構(gòu)來解決這個(gè)問題。但是治標(biāo)不治本，仍然不能適用于溫差較大的換熱體系。

　　其次，傳統(tǒng)換熱器管程長度有限

　　由于傳統(tǒng)換熱器采用直管，管子的長度是有限的。換熱管自身有重量，管子越長越容易在重力作用下彎曲，雖然可以通過支撐板解決這個(gè)問題，但目前管殼式換熱器長度都不會長于12m。另外之前提到的溫差應(yīng)力，也是在管子越長的情況下影響越大。

　　另外在管內(nèi)壓力高的情況下，直管受到的應(yīng)力也較大。導(dǎo)致直管換熱器耐壓很難提升。限制了傳統(tǒng)換熱器在高壓下的使用。目前隨著化工工藝的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)各種極端流程越來越多，要求在高溫高壓條件下進(jìn)行換熱的場合與日俱增。我認(rèn)為目前換熱器的發(fā)展，主要就是為了提升它們的泛用性。

　　現(xiàn)在讓我們來看看纏繞螺旋管換熱器的結(jié)構(gòu)纏繞螺旋管換熱器結(jié)構(gòu)如圖，可以看到與傳統(tǒng)的管殼式換熱器相比，**做出的重大改進(jìn)，就是將原來的直管變成了螺旋管。

　　纏繞螺旋管換熱器有什么好處呢？

　　首先，由于管程做成了螺旋管，各種溫差應(yīng)力的問題就不存在了。

　　大家可以把螺旋管想象成彈簧，彈簧在兩端固定的情況下，受到應(yīng)力的時(shí)候可以自動改變螺旋之間的距離或者螺旋的直徑，使應(yīng)力受到補(bǔ)償。因此螺旋管換熱器兩側(cè)的溫差可以做到非常大。另外由于應(yīng)力結(jié)構(gòu)合理，即使管內(nèi)壓力非常高，但是作用在管壁上的分量卻不高，導(dǎo)致反應(yīng)器可以耐受更高的壓力。

　　其次，由于管子是螺旋管排布，因此這種結(jié)構(gòu)非常緊湊，從圖中可以看到，整個(gè)換熱器內(nèi)部密密麻麻的都是管子。這種換熱器每立方米的換熱面積可以達(dá)到100平方米以上。

　　另外就是流體在螺旋管內(nèi)流動的時(shí)候，由于管子蜿蜒曲折，在管子內(nèi)流體的方向時(shí)常發(fā)生變化，可以形成局部的湍流，進(jìn)一步提高設(shè)備的傳熱系數(shù)。所以整體上，纏繞螺旋管換熱器還是一種傳熱強(qiáng)化設(shè)備，可以在更小的體積內(nèi)達(dá)到非常高的換熱量。此外由于管子螺旋纏繞，管子長度可以到幾百米，可以使用更長的換熱器，同時(shí)有利于換熱器的大型化。

　　纏繞螺旋管換熱器的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，可以大大擴(kuò)展換熱流程的使用范圍。**的缺點(diǎn)就是加工可能比較困難，導(dǎo)致加工成本偏高。另外就是換熱管的間距等幾何參數(shù)對內(nèi)部流體流動的影響非常復(fù)雜，導(dǎo)致?lián)Q熱過程的計(jì)算與設(shè)計(jì)無法參照傳統(tǒng)換熱器，這給業(yè)主方的選用帶來顧慮。當(dāng)然*麻煩的還是管子的堵塞問題，由于管道特別長，結(jié)垢以后幾乎無法清洗，因此這種設(shè)備還是適用于原料純度較高的場合。

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