螺旋纏繞管殼換熱器在換熱機組中的設計和應用

楊克素

摘 要：螺旋纏繞管式換熱器又稱螺紋管纏繞式換熱器、螺旋螺紋管換熱器，是一種新型高傳熱系數的換熱器，主要適用于介質為汽液的換熱。螺旋纏繞管殼換熱器體積小、節能效果明顯，故障率低，維護保養工作量少，機組在運行期間可以采用巡檢的方式，采用無人值守的方式進行運行；同時在故障時可以采用短信通知的模式及時通知維修人員進行故障的排除，降低人工成本。基于此，本文主要對螺旋纏繞管殼換熱器在換熱機組中的設計和應用進行分析探討。

關鍵詞：螺旋纏繞管殼換熱器；換熱機組；設計；應用

1、前言

我國幅員遼闊、人口眾多，城鎮供暖雖然經過多年的快速發展，但是集中供熱覆蓋率仍處于較低水平。目前僅在北方各省的主要城鎮建有集中供熱系統，且平均覆蓋率不到50%；未來隨著房地產業的蓬勃發展，城鎮化率的提高，區域小鍋爐的拆除和舊城區的管網建設改造等均為集中供熱市場創造了巨大而持續的需求，居民采暖的熱力消費隨著經濟收入的增加增速在不斷增長，集中供熱面積的快速增加給螺旋纏繞管殼換熱器提供了廣闊的應用市場。

2、螺旋管纏繞式換熱器的換熱機理

螺旋纏繞管內的流體在彎曲通道內受到離心力的作用在流道的橫截面上形成二次流。螺旋管的幾何形狀產生的離心力在流動截面上形成一對對稱的漩渦，與主流疊加流體在螺旋管內形成螺旋運動，從而大大增加了換熱效果，同時，二次流的沖刷使污垢不易沉淀。

螺旋纏繞管式換熱器的殼側螺旋纏繞管纏繞方向逐層相反，纏繞角與縱向間距設計制造均勻，且管長相同。因此，隨著螺旋纏繞管纏繞直徑的增加，各層螺旋纏繞管的數量也相應增加。這些螺旋纏繞管組成管芯，在殼側所形成的流道隨圓周方向位置的不同而變化，相鄰兩個盤管呈直列、錯列的變化，則流道構成變成為由螺旋纏繞管布置為直列、錯列組合排列時的管外流動。

3、螺旋管纏繞式換熱器的特點

（1）成套設備，安裝簡易，體積小，

（2）可直接利用高壓蒸汽換熱，無需二次減壓；

（3）無需密封墊，永不泄漏。

（4）換熱器采用螺旋纏繞管式換熱器，同等換熱量下，體積約為傳統換熱器的1/10，節省寶貴的空間資源；

（5）雜質沉積幾率小，結垢率低；

（6）熱媒流經管程，冷媒流經殼程；

（7）螺旋纏繞管結構，完全消除了換熱管與管板之間的拉脫力，提高使用壽命。

（8）換熱系數高：纏繞管換熱器管層之間的換熱管反向纏繞，這種特殊結構極大地改變了流體流動狀態，使殼程流體形成強烈的湍流；由于管內螺旋流動的強化作用，使得管程的傳熱膜系數也得到提高；另外還有隔條等部件對殼程的流動不斷擾動，這三個方面的共同作用，使得纏繞管換熱器的傳熱性能得以顯著提升。對于一般結構的氣—氣換熱設備，普通管殼式換熱器的傳熱系數值約75～365W/（m2﹒K），但對于纏繞管換熱器，在某些特定條件下，總傳熱系數可以達到500W/（m2﹒K）以上。長度一直的螺旋換熱管以及管、層間距精準的管芯，使得媒介流經管程和殼程時產生強烈的湍流效果，換熱效率得到極大提高，換熱能力是傳統換熱器的3-7倍，換熱系數最高可達14000W/㎡℃；

（9）經濟節能，成本低廉：纏繞管換熱器可同時進行多種介質的充分傳熱，不僅可以節約能源而且可以優化生產系統；再者，相比于管殼式換熱器，纏繞管換熱器的制造，避免了管箱等大部件的加工，減少了鋼材用量，節省了生產成本，特別適用于低溫氣體分離裝置，如空分離裝置、氫液化裝置、稀有氣體分離裝置、低溫甲醇洗裝置、液氮洗裝置等。

4、螺旋纏繞管殼換熱器在換熱機組中的設計和應用

4.1機組組成

換熱機組主要由SECESPOL換熱器、循環泵組、定壓泵組、傳感儀表、控制閥門、智能控制系統、管道、閥門儀表等組成，具有換熱、循環、定壓補水等功能。

4.2換熱機組基本工作原理

來自熱源的蒸汽從機組的一次側供汽口經過濾器進入換熱器進行熱交換后，變成凝結水從機組一次側回水口流出；二次側回水經過濾器除去污垢后，通過二次循環水泵進入換熱器進行熱交換，生產出用于采暖、空調不同溫度的熱水，以滿足用戶的需求，二次側循環系統的補水定壓通過補水泵實現。

4.3SECESPOL螺旋纏繞管殼換熱器采暖（空調、采暖）換熱機組系統流程說明

（1）—SECESPOL換熱器是換熱機組的核心，其功能是利用一次側熱源將二次側系統循環水加熱到設計溫度。采暖系統的供回水設計溫度是95℃/70℃；空調、地暖系統的供回水設計溫度為60℃/50℃。

（2）循環水泵是為用系統循環水進行閉路循環所提供動力，以克服整個系統的阻力。

（3）補水泵是為系統補水，以補充系統的跑冒滴漏，保證系統循環量及最不利點的壓頭，補水泵一般是變頻調速自動控制。

（4）溫控裝置，一般采用西門子溫控閥，它分為閥體、執行器、傳感器、控制器四部分，其作為是為了控制出水溫度，節約能源。

（5）電控柜利用PLC編程實現對循環水泵、補水泵、溫控裝置的自動控制，內設根據室外溫度自動補償裝置，有效降低能源的消耗。

（6）系統運行之初的時候，將自來水或經軟水裝置處理過的軟化水注入補水箱，由補水泵將水充滿整個系統，換熱器運行產生的冷凝水排至補水箱，系統需要補水的時候直接補充到系統中去。

5、結語

螺旋纏繞管式換熱器具有換熱充分、冷熱端差小的特點，不僅可以節約能源，而且可以優化系統和流程，具有良好的節能效果。在采暖換熱機組中使用，配套相應的自動控制系統，可以做到無人值守，進行定期巡檢，大大降低了系統運行中的人工成本，同時螺旋纏繞管式換熱器可以長周期地安全運行，比板式換熱器具有無以比擬的優勢，為螺旋纏繞管式換熱器的應用提供了廣闊的市場。

參考文獻：

[1]都躍良，陳永東，張賢安，等.大型多股流纏繞管式換熱器的制造[J].壓力容器，2004，21（6）：26-29.

[2]張賢安.高效纏繞管式換熱器的節能分析與工業應用[J].壓力容器，2008，25（5）：54-58.

[3]王撫華.化學工程實用專題設計手冊（上冊）[M].北京：學苑出版社，2002.