螺旋纏繞管式換熱器的應用

      眾所周知換熱器已經廣泛的應用于各行各業，它是決定企業能耗水平的主導性因素之一，也是行業節能挖潛的關鍵設備。

傳熱現象是由溫度差引起的能量轉移，即以溫度差為動力而產生的能量由高溫向低溫進行傳遞的過程。螺旋纏繞管式換熱器是管殼式換熱器之一。綜合其設計理論依據，結構特點，性能分析，它同時具有安全、高效節能、體積小、表面光潔維護費用低、使用壽命長等特點，相對于傳統換熱器它是具有劃時代意義的節能產品。本文將通過國內各行業的應用實例，來展現螺旋纏繞管式換熱器在節能減排中起到的重要作用。

一.設計依據：

螺旋纏繞管式換熱器較傳統換熱器，依據國際先進設計理論，計算準確，設計合理。

1. 螺旋螺紋管設計，雙側強化傳熱設計。

2. 利用歐文（OWEN）湍流抖振頻率準則原理，消除換熱器湍流抖振現象，熱應力自消除。

3. 利用聲共鳴許用準則（Eisinger準則和Bevins準則），抑制聲駐波，降低運行噪音。

4. 利用CFD（計算流體力學技術），FEM（有限元技術），提高計算精度。

二.獨特設計及機理：

傳熱系數是傳熱設備的一個重要技術指標，強化換熱表面對流傳熱是提高傳熱系數的有效措施。螺旋纏繞管式換熱器通過獨特的結構設計，顯著提高換熱系數，實現高效節能。

1.   材質：

   螺旋纏繞管式換熱器，換熱管為不銹鋼316L材質，殼程為不銹鋼304材質，以滿足不同復雜物料的換熱要求。耐溫300℃，耐壓1.6Mpa。

2.   螺紋管束：

螺旋纏繞管式換熱器采用高效不銹鋼雙螺紋管。該管束表面設計周期變化的環形螺紋，當換熱管內外物料流動時，由于流通截面和流動方向的不斷變化，破壞層流底層，提高流體湍流強度和湍流的給熱能力。

3.   換熱管螺旋纏繞結構：

換熱管束經特殊工藝加工成盤旋纏繞結構。換熱管束兩端通過先強度脹接后焊接的工藝固定在管板上，管束與管板封裝在換熱器殼體內，管板焊接在兩端封頭上。單位體積內增大換面積，經盤旋纏繞后的換熱管束拉伸后長度可達殼體長度的4-6倍，使熱媒體在換熱管內停留時間長，換熱更充分。雙側流體通過時，沿軸向運動，不斷改變流體運動方向。同時在螺紋管增加湍流強度的同時，再次強化傳熱，保持穩定連續的強化作用，使傳熱效果顯著提高。

4.   接管中心線間90°連接方式：

螺旋纏繞管式換熱器在接管連接方式上有一項與眾不同的設計，即在兩端封頭上的兩個接管中心線間的角度為90°。此設計對于提高換熱器的傳熱性能、降低結垢傾向都具有顯著的效果。

5.非對稱流設計：

  螺旋纏繞管式換熱器管程殼程容積不相同，殼程容積能達到管程容積的4.2倍，以滿足醫藥，化工等各種不同復雜工況要求。

三.性能分析：

1. 全不銹鋼材質，耐高溫、高壓

   螺旋纏繞管式換熱器的換熱管束和殼體采用不銹鋼304、316L材質，具有統一的膨脹系數，不會由于壓力和溫度變化而引起換熱器的變形。換熱器耐高溫、高壓，無需加裝減溫減壓裝置，耐溫300℃，耐壓1.6Mpa。

2. 高效節能

   螺旋纏繞管式換熱器，整體先進的設計，顯著提高換熱能力，尤其在有相變的換熱工況，較傳統換熱器有顯著性能優勢。在汽水交換如蒸汽加熱水的工況下，常規的管殼式換熱器換熱系數k值一般可達為6000 w/（㎡·℃），螺旋纏繞管式換熱器其換熱系數k值可高達14000w/（㎡·℃），是常規管殼式換熱器的3-7倍。實現熱量充分利用，節省能源。

3. 結構緊湊，體積小，重量輕，便于安裝

相對于傳統換熱器體積龐大，笨重，需要大型吊裝而言，螺旋纏繞管式換熱器螺旋纏繞方式，結構緊湊，滿足相同熱負荷的工況時，螺旋纏繞管式換熱器體積只有傳統管殼式換熱器的1/10左右，占地面積小，節省空間；同時也因為體積小、重量輕，更加便于安裝、拆卸，減少了安裝費用。

4.結垢傾向低，維護方便

換熱器結垢會直接降低換熱效果，進而達不到工藝要求，影響生產，增加維護費用，因此盡量降低結構傾向是換熱器設計重要因素。螺旋纏繞管式換熱器從以下方面來降低結垢傾向。

⑴換熱過程降低溫度梯度，減少設備內部結垢因素；螺旋纏繞管式換熱器獨特的螺旋螺紋管長度是殼體的4～6倍，有效的減小了溫度梯度。

⑵采用90度連接，可以使換熱器全部參與換熱，不留死角；使流體自動沖刷管路，降低結垢傾向；

⑶提高換熱管的表面光潔度，降低污垢系數；

⑷采用螺旋纏繞結構，極大的改變流體的流動狀態，形成了強烈的湍流效果；由于流體是螺旋流動的，流體在離心力的作用下對管壁有較強的沖刷作用，因此不易結垢.

⑸關鍵是提高流速為5.5m/s（傳統設計為1.2m/s）起到不易結垢并且可以沖刷污垢；是換熱器不易結垢的主要原因；

四、實例介紹

某藥業有限公司原料藥生產車間,按照原設計為四種物料的塔頂冷凝回流,根據原始設計，冷凝換熱量合計為10874KW,需要換熱面積總計1058.7平方米,設備占地面積為800平方米

    選用螺旋纏繞管式換熱器進行優化設計,在保證工藝需求的前提下,優化設計如下,取得較高的經濟效益:

（1）.換熱面積大大降低，使用螺旋纏繞管式換熱器換熱面積為297.7平方米，是原設計的1/3左右，大大節約設備投資；

（2）.占地面積減少，采用螺旋纏繞管式換熱器，占地面積不足400平方米，可以減少約400平方米的基建費用；

（3）. 螺旋纏繞管式換熱器體積小，安裝方便，安裝費用降低30%；

（4）.設備安裝方便，大大縮短了50%安裝工期。

通過上述數據分析可知，螺旋纏繞管式換熱器性價比高，在原料藥生產物料的冷凝回流應用有很大優勢。以上優勢是換熱器結構本身體現的特點，同時因螺旋纏繞管式換熱器全焊接耐高壓的特點，大大減少了設備的檢修費用和工時，又是制藥企業節能降耗的具體應用。

隨著節能減排工作的深入，目前像科倫藥業、齊魯制藥、石藥集團、華藥集團等企業都選用螺旋纏繞管式換熱器，都在節能減排工作發揮了積極作用。

綜上所述，螺旋纏繞管式換熱器實現了雙面強化傳熱的高效換熱器，它同時具有安全、高效節能、體積小、表面光潔維護費用低、使用壽命長等特點，在原料藥生產車間的設計中合理選用高效換熱器，不僅在平面布局的設計、管道的布置中具有相應的優勢，而且在實際安裝和生產中便捷、高效。