螺旋板式換熱器

螺旋板式換熱器spiral plate heat exchanger

傳熱元件由螺旋形板組成的換熱器。

螺旋板式換熱器結構及性能

1、本設備由兩張卷制而成，形成了兩個均勻的螺旋通道，兩種傳熱介質可進行全逆流流動，大大增強了換熱效果，即使兩種小溫差介質，也能達到理想的換熱效果。

2、在殼體上的接管採用切向結構，局部阻力小，由於螺旋通道的曲率是均勻的，液體在設備內流動沒有大的轉向，總的阻力小，因而可提高設計流速使之具備較高的傳熱能力。

3、I型不可拆式螺旋板式換熱器螺旋通道的端面採用焊接密封，因而具有較高的密封性。

4、II型可拆式螺旋板換熱器結構原理與不可拆式換熱器基本相同，但其中一個通道可拆開清洗，特別適用有粘性、有沉澱液體的熱交換。

5、III型可拆式螺旋板換熱器結構原理與不可拆式換熱器基本相同，但其兩個通道可拆開清洗，適用範圍較廣。

6、單台設備不能滿足使用要求時，可以多台組合使用，但組合時必須符合下列規定：並聯組合、串聯組合、設備和通道間距相同。混合組合：一個通道並聯，一個通道串聯。

1、國內外板式螺旋板式換熱器發展現狀

最近幾十年來螺旋板式換熱器的發展很快，主要表現在：板式換熱器的種類越來越多，技術性能越來越好，應用範圍越來越廣。據統計，在現代化學工業中所用換熱器的投資大約佔設備總投資的30%,在煉油廠中換熱器佔全部工藝設備的40%左右。上個世紀70年代初發生的世界性能源危機，有力地促進了傳熱強化技術的發展。進入21世紀后，大量的強化傳熱技術應用於工業裝置，換熱器產業在技術水平上獲得了快速提升，板式換熱器日漸崛起。如蘭石換熱設備公司板式換熱器成功進入國內核電建設項目常規和核島領域，並陸續將板式換熱器用於大乙烯項目、鈦白粉生產線等領域。現在國際上應用較多的螺旋板式換熱器是一種高效節能的熱交換設備。具有佔地面積少、安裝方便、價格便宜、傳熱效率高的優點。廣泛應用於石油、化工、冶金、製藥、食品加工、城市採暖等各行業。

2、我國螺旋板式換熱器的發展趨勢及面臨的問題

在我國使用螺旋板式換熱器是從五十年代開始，當時主要用於燒鹼廠中的電解液加熱和濃鹼液冷卻。六十年代，我國機械製造部門設計、製造了卷制螺旋板的專用卷床，使卷制的工效提高了幾十倍，為推廣應用螺旋板式換熱器製造了良好的條件。自1968年第一機械工業部在蘇州召開的螺旋板式和固定管板式換熱器系列審查會議后，國內已有很多家製造廠生產了這種換熱器，在我國得到了迅速的推廣應用。

隨著全球能源形勢的日趨緊張，常規能源的日益減少，節能降耗越來越受到人們的重視。我國明確提出，在“十一五”期間單位GDP能源消耗要比“十五”期末降低20％，為此全國各行各業廣泛開展了“節能降耗”工作。螺旋板式換熱器在工業生產中是調節工藝介質溫度以滿足工藝需求以及回收餘熱以實現節能降耗的關鍵設備，其換熱性能和動力消耗關係到生產效率和節能降耗水平，其重量和造價決定了整個生產系統的投資。因此，換熱器的強化傳熱、降低流阻以及提高綜合性能一直是國內科研人員和工程技術人員研究的熱點，也取得了大量科研成果。目前，先進的熱交換技術已在能源、動力、化工、石油、冶金、核能、製藥、輕工、紡織及航空航天等領域得到廣泛應用。

我國目前的最好水平與國外的差距仍然很大。同時又面臨以下問題：

（1）如何進一步提高螺旋板式換熱器的承壓能力

如何進一步提高螺旋板式換熱器的承壓能力，以使應用範圍更為廣泛。提高承壓能力的途徑可採用增加螺旋板厚度、增加定距柱的數目或提高板材的強度（亦即選用質量較好有一定塑性且強度高的鋼材）。但如採用增加板厚的方法，則勢必要求提高卷板機的能力，這樣消耗的功率相應增加，還會給製造工藝帶來困難，並使成本提高。目前提高其承受能力的辦法主要以改進結構和選用較好的材料。

（2）螺旋板式換熱器的焊接問題

因為奧氏體不鏽鋼的導熱係數較小，而膨脹係數大，在焊接的過程中，如果工藝不當會產生較大的變形，引起較大的法蘭平面度，不是加工余量大就是余量不足造成報廢。因為焊接中焊縫較長，對焊接的工藝要求很高，否則會造成泄漏。

（3）不易檢修

螺旋板式換熱器不易檢修，尤其是內部板出現問題時極難修理。有些廠把設備兩端焊縫全部車掉。重新將板展平補焊后再卷制。這樣做消耗的工時太大。因選用螺旋板式換熱器防腐是十分重要的。這對螺旋板式換熱器的發展造成了很大的局限性。

（4）污垢對傳熱係數的影響

目前國內對螺旋板式換熱器的垢層熱阻還沒有成熟的計算公式，在設計計算時，需要先選一垢層熱阻（或選一污垢係數），需參照管殼式換熱器的污垢係數，選取略小於管殼式換熱器的污垢係數的數據，但這樣做無疑增大了螺旋板式換熱器的設計誤差，造成質量性能上的下降。

（5）螺旋板式換熱器質量亟待提高

根據國家對螺旋板式換熱器進行的統檢結果看，我國螺旋板式換熱器與當前國內實際需要和國外產品相比，差距不小，產品質量亟待提高。企業的產品質量意識淡薄，由於市場對螺旋板式換熱器的需求量增大，帶動了生產企業的發展，尤其是小型個體、私營企業數量猛增，這一供需的變化勢必使一些企業不能保證換熱器的質量問題。

1.螺旋板式換熱器的公稱壓力PN規定為0.6，1，1.6、2.5Mpa（即原6、10、16、25kg/cm）（系指單通道的最大工作壓力）試驗壓力為工作壓力的1.25倍。

2.螺旋板式換熱器與介質接觸部分的材質，碳素鋼為Q235A、Q235B、不鏽鋼酸港為SUS321、SUS304、3161。其它材質可根據用戶要求選定。

3.允許工作溫度：碳素鋼的t=0-+350℃。不鏽鋼酸鋼的t=-40-500℃。升溫降壓範圍按壓力容器的有關規定，選用本設備時，應通過恰當的工藝計算，使設備通道內的流體達到湍流狀態。（一般液體流速1m/Sec氣體流速10m/Sec）.設備可卧放或立放，但用於蒸氣冷凝時只能立放；用於燒鹼行業必須進行整體熱處理，以消除應力。

4.選用設備時，應通過適當的工藝計算，使設備通道內的液體達到湍流狀態（一般液體速度≥0.5m/s；氣體≥10m/s）。

5.設備可卧放或立放，但用於蒸汽冷凝時只能立放。

6. 用於燒鹼行業必須進行整體熱處理，以消除應力。

7.當通道兩側流量值差較大時，可採用不等間距通道來優化工藝設計。

螺旋板式換熱器與一般列管式換熱器相比是不容易堵塞的，尤其是泥沙、小貝殼等懸浮顆粒雜質不易在螺旋通道內沉積，主要體現在：

1.因為它是單通道雜質在通道內的沉積一形成周轉的流還就會提高至把它衝掉；

2.因為螺旋通道內沒有死角，雜質容易被衝出。

1、設備安裝，應請熟悉該系統工藝的工程技術人員指導，按照本說明書和產品質量證明書及其系統工藝特點，確定安裝工藝方案。在安裝中，應考慮盡量利用管道的走向吸收熱膨脹，並且安裝要水平、對正，不能產生附加應力，以免對設備造成不利影響。管道聯接應使兩流程完全逆流狀態，以提高傳熱效果。

2、安裝之前應清洗管道系統，不得有泥砂、雜物等存留其中；檢查換熱器在運輸中是否損壞，是否有大雜物落入管口中。

3、設備安裝完畢，設備與系統應進行水壓試驗。

4、水壓試驗完畢，應對設備進行保溫。

5、循環必須軟化或加藥處理。（按低壓鍋爐水質標準GB1576-96），由於水處理不當造成結垢，可用化學清洗除垢。

在生產過程中，由於螺旋管板式換熱器的管板受水分沖刷、氣蝕和微量化學介質的腐蝕，管板焊縫處經常出現滲漏，導致水和化工材料出現混合，生產工藝溫度難以控制，致使生成其它產品，嚴重影響產品質量，降低產品等級。冷凝器管板焊縫滲漏后，企業通常利用傳統補焊的方法進行修復，管板內部易產生內應力，且難以消除，致使其它換熱器出現滲漏，企業通過打壓，檢驗設備修復情況，反覆補焊、實驗，2～4人需要幾天時間才能修復完成，使用幾個月後管板焊縫再次出現腐蝕，給企業帶來人力、物力、財力的浪費，生產成本的增加。通過福世藍高分子複合材料的耐腐蝕性和抗沖刷性，通過提前對新換熱器的保護，這樣不僅有效治理了新換熱器存在的焊縫和砂眼問題，更避免了使用后化學物質腐蝕換熱器金屬表面和焊接點，在以後的定期維修時，也可以塗抹福世藍高分子複合材料來保護裸露的金屬；即使使用后出現了滲漏現象，也可以通過福世藍技術及時修復，避免了長時間的堆焊維修影響生產。正是由於此種精細化的管理，才使得換熱器滲漏問題出現的概率大大降低，不僅降低了換熱器的設備採購成本，更保證了產品質量、生產時間，提高了產品競爭力。

螺旋板式換熱器是由兩個封閉且獨立的螺旋通道構成，通道內出現了串漏則對於串漏點的確定比較困難。為了準確的查出漏點，採用了鑽孔的方法。鑽孔時，鑽孔位置應定在換熱器一端的同一個螺旋通道上，且為十字交叉形排列，在鑽孔時還應盡量保證不讓鐵屑掉進換熱器內，以使其通道暢通。

灌水打壓查漏

從未鑽孔的一個通道上，用壓力水泵向換熱器內灌水，並形成一定的壓力，這時換熱器串漏的位置就會竄出水來，流到另一通道(鑽過孔的通道),並從離漏點最近的那層鑽孔往下滴水,(這時換熱器鑽過孔的一端應是朝下放置),通過滴出水的位置，就能確定在第幾層有內泄漏，這時再將換熱器相同層未鑽孔的一側封頭割開一段作為觀察孔，從觀察孔處就能準確確定具體串漏點。

內漏處的修理

1、挖孔：在確定了內漏點的位置后，從換熱器最外層對應著漏點的地方，開始割孔，順序是由外向里，一直割到有內漏點的那一層為止。割出的孔應為橢圓形，且尺寸的大小是外層大，向里逐漸小，一般每層板上孔的大小相差40mm,如漏點位置較深，在外層割出的孔應較大。

2、清渣：在割完孔后，應對留在每層板上的氧化渣認真進行清理，這是在對焊回補板時，回補板與每層螺旋板能否貼緊焊牢的關鍵，可用鏨子和修整模具用的小手砂輪清理氧化渣，注意應盡量將清理的渣子清出，不讓其掉進換熱器內。

3、配回補板：為保證修理的質量，從換熱器上每層割下來的板料，不再使用，重新配回補板，另配的回補板要用與換熱器螺旋板相同的材料和板厚，其周邊應比換熱器上每層割出的孔分別大15mm?20mm,且也為橢圓形，並做成和換熱器每層螺旋板弧度相一致的弧形。

4、焊內漏點和回補板：

1)焊內漏點時要仔細檢查漏點是裂縫還是砂眼，有必要時可用手砂輪對漏處進行清理，磨出溝槽，以保證焊接質量。

2)焊補時採用J422焊條，焊條直徑是3.2mm,電流控制在100-120A之間，先焊漏點再焊每層回補板，順序從裡向外逐層焊接。

3)橢圓形回補板是緊貼在換熱器的內弧面來進行焊接的，其目的是“方便操作，保證焊接質量”。

4)為使橢圓形回補板順利裝進換熱器內，可在回補板上焊上一截圓鋼，點焊好橢圓形回補板后，再將其去掉。

5)每層回補板之間還焊有短圓鋼撐,(主要是為了增加橢圓形回補板相互的剛度)。每層回補板上焊短圓鋼撐的數量由回補板的大小而定，一般在靠外稍大的幾層回補板上焊23個，靠內層的回補板上焊1~2個。

6)最外層鋼板因有δ12mm厚，所以可將原割下的鋼板直接裝在原位置對齊焊接即可。

7)在焊接中應做到，焊完每層橢圓形回補板后，應仔細檢查焊接位置，如有砂眼要進行補焊，確保其每層的焊接質量。

試壓並封堵鑽孔

在內漏點和回補板焊接完后，用壓力水泵向末鑽過孔的通道灌水，並形成0.5?1.0MPa的壓力，並保持一定時間，應不出現泄壓現象。封堵鑽過的孔：用於鑽孔直徑相同的短圓鋼段，封堵、焊接鑽過的孔的位置和觀察孔，而後對該通道進行水壓試壓，壓力為0.51.0MPa,應不出現泄漏。試壓過程須注意事項:1)在對換熱器割孔前，應用蒸汽將殘留在換熱器內的化學物質吹凈，以免氣割時產生燃燒，發生安全事故。2)在對換熱器修理前，應對其是否腐蝕嚴重進行確認，決定其還有無修理的必要。

1.電化學保護法

電化學保護法分為陰極保護和陽極保護。陰極保護是利用外加直流電源，使金屬表面上的陽極變為陰極而受到保護。這種方法消耗電量大，費用高，採用極少。陽極保護法是把被保護的設備接以外加電源的陽極，使金屬表面生成鈍化膜，從而達到保護。碳鋼螺旋板式換熱器的造價低，但耐腐蝕性差。通過採用犧牲陽極保護技術可以提高螺旋板式換熱器的使用壽命，但這一技術的保護作用僅限於管子入口處的有限長度內, 管內深處難以實現陰極保護，所以犧牲陽極保護法在螺旋板式換熱器上的應用受到了很大限制。

2.耐腐蝕材料

採用耐蝕材料(如雙目不鏽鋼、哈氏合金、鈦、鈦合金、銅等)，這些材料耐腐蝕性強，可以提高螺旋板式換熱器的使用壽命，但這些高耐腐蝕性的材料價格昂貴，製造成本高，一次性投入的成本大，企業一般難以接受，推廣困難。

3.防腐蝕塗層法

在金屬表面，通過一定的塗復方法，復蓋一層耐腐蝕的塗料保護層，以避免金屬表面與腐蝕介質的直接接觸。這種技術方法最為經濟有效，最初用於防止氣體介質腐蝕，所用塗料大部分為有機高分子混合物溶液。人們逐漸向防油及防溶劑塗料、高溫塗料、重防腐塗料及特殊環境用塗料方向發展。

4.添加緩蝕劑法

在腐蝕性介質中，加入少量的某些物質，而這些物質能使金屬的腐蝕大大降低，甚至停止，這類物質稱為緩蝕劑。緩蝕劑的加入應以不影響生產工藝和產品質量為原則。

金屬侵蝕的現象與機理較複雜，涉及的範圍又十分廣泛。按反應機理，金屬侵蝕可分化學侵蝕和電化學侵蝕。而金屬表面與電解質溶液因發生電化學作用而產生的電化學侵蝕是最普遍、最常見的侵蝕。電化學侵蝕通常又以應力侵蝕破裂、點蝕(小孔侵蝕)、縫隙侵蝕等局部侵蝕的形式泛起。

侵蝕與防護的主要目的是為了增產節約。

優點：螺旋板式換熱器結構緊湊，單位體積提供的傳熱面很大，如直徑￠1500mm高1200mm的螺旋板換熱器的傳熱面可達130m2。流體在螺旋板內允許流速較高，並且流體沿螺旋方向流動，滯流層薄，故傳熱係數大，傳熱效率高。此外還因流速大，臟物不易滯留。

缺點：螺旋板式換熱器要求焊接質量高，檢修比較困難。重量大，剛性差，螺旋板式換熱器運輸和安裝時應特別注意。