螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用

杨克素

摘 要：螺旋缠绕管式换热器又称螺纹管缠绕式换热器、螺旋螺纹管换热器，是一种新型高传热系数的换热器，主要适用于介质为汽液的换热。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。基于此，本文主要对螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用进行分析探讨。

关键词：螺旋缠绕管壳换热器；换热机组；设计；应用

1、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。

2、螺旋管缠绕式换热器的换热机理

螺旋缠绕管内的流体在弯曲通道内受到离心力的作用在流道的横截面上形成二次流。螺旋管的几何形状产生的离心力在流动截面上形成一对对称的漩涡，与主流叠加流体在螺旋管内形成螺旋运动，从而大大增加了换热效果，同时，二次流的冲刷使污垢不易沉淀。

螺旋缠绕管式换热器的壳侧螺旋缠绕管缠绕方向逐层相反，缠绕角与纵向间距设计制造均匀，且管长相同。因此，随着螺旋缠绕管缠绕直径的增加，各层螺旋缠绕管的数量也相应增加。这些螺旋缠绕管组成管芯，在壳侧所形成的流道随圆周方向位置的不同而变化，相邻两个盘管呈直列、错列的变化，则流道构成变成为由螺旋缠绕管布置为直列、错列组合排列时的管外流动。

3、螺旋管缠绕式换热器的特点

（1）成套设备，安装简易，体积小，

（2）可直接利用高压蒸汽换热，无需二次减压；

（3）无需密封垫，永不泄漏。

（4）换热器采用螺旋缠绕管式换热器，同等换热量下，体积约为传统换热器的1/10，节省宝贵的空间资源；

（5）杂质沉积几率小，结垢率低；

（6）热媒流经管程，冷媒流经壳程；

（7）螺旋缠绕管结构，完全消除了换热管与管板之间的拉脱力，提高使用寿命。

（8）换热系数高：缠绕管换热器管层之间的换热管反向缠绕，这种特殊结构极大地改变了流体流动状态，使壳程流体形成强烈的湍流；由于管内螺旋流动的强化作用，使得管程的传热膜系数也得到提高；另外还有隔条等部件对壳程的流动不断扰动，这三个方面的共同作用，使得缠绕管换热器的传热性能得以显著提升。对于一般结构的气—气换热设备，普通管壳式换热器的传热系数值约75～365W/（m2﹒K），但对于缠绕管换热器，在某些特定条件下，总传热系数可以达到500W/（m2﹒K）以上。长度一直的螺旋换热管以及管、层间距精准的管芯，使得媒介流经管程和壳程时产生强烈的湍流效果，换热效率得到极大提高，换热能力是传统换热器的3-7倍，换热系数最高可达14000W/㎡℃；

（9）经济节能，成本低廉：缠绕管换热器可同时进行多种介质的充分传热，不仅可以节约能源而且可以优化生产系统；再者，相比于管壳式换热器，缠绕管换热器的制造，避免了管箱等大部件的加工，减少了钢材用量，节省了生产成本，特别适用于低温气体分离装置，如空分离装置、氢液化装置、稀有气体分离装置、低温甲醇洗装置、液氮洗装置等。

4、螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用

4.1机组组成

換热机组主要由SECESPOL换热器、循环泵组、定压泵组、传感仪表、控制阀门、智能控制系统、管道、阀门仪表等组成，具有换热、循环、定压补水等功能。

4.2换热机组基本工作原理

来自热源的蒸汽从机组的一次侧供汽口经过滤器进入换热器进行热交换后，变成凝结水从机组一次侧回水口流出；二次侧回水经过滤器除去污垢后，通过二次循环水泵进入换热器进行热交换，生产出用于采暖、空调不同温度的热水，以满足用户的需求，二次侧循环系统的补水定压通过补水泵实现。

4.3SECESPOL螺旋缠绕管壳换热器采暖（空调、采暖）换热机组系统流程说明

（1）—SECESPOL换热器是换热机组的核心，其功能是利用一次侧热源将二次侧系统循环水加热到设计温度。采暖系统的供回水设计温度是95℃/70℃；空调、地暖系统的供回水设计温度为60℃/50℃。

（2）循环水泵是为用系统循环水进行闭路循环所提供动力，以克服整个系统的阻力。

（3）补水泵是为系统补水，以补充系统的跑冒滴漏，保证系统循环量及最不利点的压头，补水泵一般是变频调速自动控制。

（4）温控装置，一般采用西门子温控阀，它分为阀体、执行器、传感器、控制器四部分，其作为是为了控制出水温度，节约能源。

（5）电控柜利用PLC编程实现对循环水泵、补水泵、温控装置的自动控制，内设根据室外温度自动补偿装置，有效降低能源的消耗。

（6）系统运行之初的时候，将自来水或经软水装置处理过的软化水注入补水箱，由补水泵将水充满整个系统，换热器运行产生的冷凝水排至补水箱，系统需要补水的时候直接补充到系统中去。

5、结语

螺旋缠绕管式换热器具有换热充分、冷热端差小的特点，不仅可以节约能源，而且可以优化系统和流程，具有良好的节能效果。在采暖换热机组中使用，配套相应的自动控制系统，可以做到无人值守，进行定期巡检，大大降低了系统运行中的人工成本，同时螺旋缠绕管式换热器可以长周期地安全运行，比板式换热器具有无以比拟的优势，为螺旋缠绕管式换热器的应用提供了广阔的市场。

参考文献：

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[3]王抚华.化学工程实用专题设计手册（上册）[M].北京：学苑出版社，2002.