1 螺旋板式換熱器簡(jiǎn)介

螺旋板式換熱器是用薄金屬板壓制而制成的螺旋通 道，換熱板片是波紋形狀，在殼體上的接管形式采用切線 結(jié)構(gòu)，由于螺旋通道的曲率是均勻的，流體在設(shè)備內(nèi)部流 動(dòng)沒有太大的轉(zhuǎn)向阻力，總阻力小，因而可以提高流速使 之具備較高的傳熱能力?，F(xiàn)行制造標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4751—2003 《螺旋板式換熱器》。它是一種高效的換熱設(shè)備，主要適 用于汽-汽、液-液、汽-液的傳熱。冷熱流體是通過螺旋 板壁換熱。螺旋板式換熱器的型式主要分為可拆的和不可 拆的兩種型式。其換熱原理及結(jié)構(gòu)決定了它具有結(jié)構(gòu)緊 湊、占地面積小、操作靈活、熱損小、安裝方便等特點(diǎn)。 在相同的壓力損失下，螺旋板式換熱器的傳熱效率是列管 式換熱器的3～5倍，金屬耗材是其的三分之二，占地面積 只有其的三分之一。螺旋板式換熱器中的兩種介質(zhì)平均溫 差可以小到1℃，可熱回收率能達(dá)到99%以上。

2 螺旋板式換熱器換熱原理及特點(diǎn)

螺旋板式換熱器屬于間壁式換熱器。兩張卷制而成均 勻的螺旋通道，分別通過兩種不同溫度的流體時(shí)，溫度通 過螺旋板壁熱量傳遞，溫度較低的流體被加熱，溫度較高 的流體被冷卻，從而實(shí)現(xiàn)兩流體換熱的工藝目的。兩種傳 熱介質(zhì)可進(jìn)行全逆流流動(dòng)，大大增強(qiáng)了換熱效果，即使兩 種小溫差介質(zhì)，也能達(dá)到理想的換熱效果。并且流體沿螺 旋方向流動(dòng)，滯流層薄，故傳熱系數(shù)大，傳熱效率高，較 高總傳熱數(shù)3000kcal/（m 2 ·h℃）。其使用在溫度高，壓 力大，粘度大的場(chǎng)合。螺旋板式換熱器安裝時(shí)應(yīng)該注意要 水平、對(duì)正，不能產(chǎn)生附加的應(yīng)力，以免開車后對(duì)設(shè)備造 成損壞。連接的管道安裝時(shí)應(yīng)該利用走向來吸收熱膨脹， 以免對(duì)螺旋板換熱器管口的損壞。設(shè)備安裝完畢后還應(yīng)對(duì) 其進(jìn)行防腐處理，例如在金屬表面涂防腐漆、采用耐腐蝕 材料、在腐蝕性介質(zhì)中加入少量的緩蝕劑。

3 螺旋板式換熱器的基本參數(shù)

1 ） 螺 旋 板 式 換 熱 器 與 介 質(zhì) 接 觸 的 材 質(zhì) 為 碳 鋼 ： Q235A、Q235B；不銹鋼：S321、S304、S316

2）螺旋板式換熱器的工作壓力為：PN6、PN10、 PN16、PN25，試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.25倍。

3 ） 允 許 工 作 溫 度 ： 碳 鋼 T = 0 ～ 3 5 0 ℃ ， 不 銹 鋼 T=40～500℃。升溫降壓范圍按壓力容器的有關(guān)規(guī)定，選 用本設(shè)備時(shí)，應(yīng)通過恰當(dāng)?shù)墓に囉?jì)算，使設(shè)備通道內(nèi)的流 體達(dá)到湍流狀態(tài)。

4）設(shè)備可選用臥式或立式，但用于蒸汽冷凝時(shí)只能 選用立式。

5）選用設(shè)備時(shí)，應(yīng)通過適當(dāng)?shù)墓に囉?jì)算，使設(shè)備通 道內(nèi)的液體達(dá)到湍流狀態(tài)（一般液體速度≥0.5m/s；氣體 ≥10m/s）。

6）根據(jù)行業(yè)的具體要求，進(jìn)行整體熱處理，以消除應(yīng)力。

7）當(dāng)兩個(gè)通道中的流體流量差值比較大時(shí)，可采用 不等距的通道來優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)。

4 螺旋板換熱器不可拆式的結(jié)構(gòu)及性能

不可拆式螺旋板換熱器螺旋通道的端面采用焊接密封。 其制造標(biāo)準(zhǔn)為機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)JB/TQ724—1989，它的優(yōu)點(diǎn)為體積 小，制造工藝簡(jiǎn)單、成本低，密封性和傳熱性能好，缺點(diǎn)是 檢修困難，不能進(jìn)行機(jī)械清洗，根據(jù)工程的實(shí)際情況要求選 取較適合的結(jié)構(gòu)型式。具體說來，它有以下特點(diǎn)：

1）密封性能好，結(jié)構(gòu)可靠。適用于易燃、易爆、劇 毒或貴重流體的換熱。

2）阻力小。在殼體上的接管采用切向結(jié)構(gòu)。比較低 的壓力損失，處理大容量蒸汽或氣體；有自清刷能力，因 其介質(zhì)呈螺旋型流動(dòng)，污垢不易沉積；清洗容易，可用蒸 汽或堿液沖洗，簡(jiǎn)單易行，適合安裝清洗裝置；介質(zhì)走單 通道，允許流速比其他換熱器高。

3）運(yùn)行可靠性強(qiáng)。不可拆式螺旋通道的端面采用焊接 密封，因而具有較高的密封性，保證兩種工作介質(zhì)不混合。

5 可拆式螺旋板式換熱器結(jié)構(gòu)及性能

可拆式與不可拆式螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)原理基本相同， 但其通道是可拆可清洗的，密封為加法蘭封頭密封。主要 適用于粘性高、有沉淀顆粒液體的液與液交換。由于可拆 式螺旋板換熱器需封頭、法蘭、墊片及緊固件等部件，設(shè) 備的制造成本比不可拆式大。 具體說來，它有以下特點(diǎn)： 1）可拆卸清洗；2） 可多臺(tái)組合使用；3） 可拆卸的 封頭拆裝簡(jiǎn)易方便，便于螺旋板式換熱器的維修與保養(yǎng)， 提高了換熱效率；4） 無泄漏，降低工作危險(xiǎn)。

6 螺旋板式換熱器的應(yīng)用范圍

螺旋板式換熱器應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用于石油、化 學(xué)、醫(yī)藥、輕工、紡織、食品、冶金等行業(yè)，在這些行業(yè) 領(lǐng)域中可滿足各類加熱、冷卻、冷凝、余熱回收濃縮和消毒 等工藝的要求。在中國(guó)，燒堿廠中濃堿液的冷卻器與電解液 的加熱器采用的就是螺旋板式換熱器，其所用的設(shè)備經(jīng)費(fèi)是 管殼式的換熱器三分之一。合成氨廠中變換單元的熱交換器 與合成塔的熱交換器都用的是螺旋板式換熱器。 總之，螺旋板換熱器是一種較好的換熱器形式，結(jié)構(gòu) 緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定性高，傳熱效率好。

7 螺旋板式換熱器的創(chuàng)新技術(shù)

1）定距柱結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新改進(jìn)

傳統(tǒng)的螺旋板式換熱器制造工藝是先在兩 張長(zhǎng)卷板上焊有確定兩板間距的定距柱，然后進(jìn) 行卷制形成螺旋體。定距柱由圓鋼機(jī)械切割成圓 柱狀小顆粒，其結(jié)構(gòu)單一，制造便 捷。但在螺旋板布置定距柱擺放過程中，等徑的 定距柱由于重心偏高，不易豎直擺放，而且定距 柱的兩端銳角在卷制鋼板的時(shí)候易劃傷卷板，對(duì) 設(shè)備使用壽命產(chǎn)生影響，故需改進(jìn)定距柱結(jié)構(gòu)。 改良后的定距柱在原結(jié)構(gòu)上設(shè)有底部凸臺(tái)， 頂部倒有圓角。定距柱凸臺(tái)可以增加底部與 螺旋板接觸面積，降低定距柱的重心，方便直立布 置；圓角可以有效避免劃傷卷板，延長(zhǎng)設(shè)備使用年 限。定距柱底部凸臺(tái)可以在切割圓鋼后，用沖壓機(jī) 直接沖擊形成，加工便捷。針對(duì)采用電容儲(chǔ)能式螺 柱焊方法焊接定距柱時(shí)，可在定距柱的底端中心部 位再車加工一個(gè)凸出銳點(diǎn)，在焊機(jī)儲(chǔ)能放電時(shí)，熔 化定距柱的銳點(diǎn)及其與鋼板接觸部分，使定距柱底 部與鋼板融為一體，這樣可有效提升定距柱與鋼板 間的焊接質(zhì)量，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

2）設(shè)置螺旋板定距泡結(jié)構(gòu)

螺旋板式換熱器通道間距的支撐，除了有 設(shè)置定距柱結(jié)構(gòu)，還可以采用定距泡。螺旋板定距泡是在展開鋪平的螺旋板表面， 通過用模具機(jī)械壓制形成一定排列規(guī)則的凸臺(tái)， 再進(jìn)行卷制形成螺旋體。螺旋板定距泡結(jié)構(gòu)可以 直接省掉定距柱的制造、焊接，同時(shí)減輕了設(shè)備 的整體質(zhì)量。由于螺旋板內(nèi)部去掉了焊接工藝， 也就沒有了因焊接產(chǎn)生夾渣、飛濺物等對(duì)設(shè)備的 影響，同時(shí)縮減了螺旋板的清理工作，加快了設(shè) 備制造周期，降低人工制造成本，具有良好經(jīng)濟(jì) 效益。螺旋板中的定距泡是模壓形成的凸緣，表 面圓滑過渡無棱角，確保了物料的有效流動(dòng)，且 不宜附著結(jié)垢，可有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。 螺旋體通常采用碳鋼、不銹鋼、鈦等鋼板卷 制而成，由于這些鋼材自身塑性變形伸縮的限 制，模壓所形成定距泡的伸出高度通常為2mm一 14mm，即形成的螺旋通道間距范圍為2mm一 14mm，這樣對(duì)于要求大通道間距的螺旋體就不 能適用了，也不如定距柱形式能適用于各種大小 通道結(jié)構(gòu)。鋼材如果過度擠壓，就會(huì)由于拉伸變 形過大，引發(fā)鋼板裂紋，弄巧成拙。另外在設(shè)置 排列定距泡的時(shí)候，也需要注意兩螺旋板定距泡 的卷制的相互錯(cuò)位，避免前后面定距泡位置重疊 在一起，影響通道間距的形成。

3）無中心隔板式螺旋體結(jié)構(gòu)

螺旋板式換熱器中的螺旋體由中心隔板、 螺旋板、定距柱和支撐環(huán)等組成，其中分隔開冷 熱側(cè)流體的主要是中心隔板和螺旋板兩大部件。 為帶有中心隔板的螺旋體結(jié)構(gòu)。兩 塊螺旋板通過焊接在中心隔板左右兩端與其連為 一體，再進(jìn)行卷制形成螺旋體。這樣在制作螺旋 板式換熱器的過程中就會(huì)在螺旋體內(nèi)形成兩條 縱焊縫，由于設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，成型后的換熱 器難以對(duì)這兩條焊縫進(jìn)行檢查，更難以返修，且 此處是分隔換熱器介質(zhì)的重要焊縫，這就要求在 制造過程中對(duì)這兩條焊縫質(zhì)量的保證，而影 響該焊縫質(zhì)量的因素又復(fù)雜多樣，難以完全保 障，這樣的情況下就產(chǎn)生了無中心螺旋體結(jié)構(gòu)。 無中心隔板結(jié)構(gòu)的螺旋體是在 一張卷板中間的正反兩面設(shè)置兩塊小平板做中心 部位加強(qiáng)，起到類似中心隔板作用，然后用卷床 夾住卷板中間加厚部位開始卷制成型。這種結(jié)構(gòu) 就免除了中心隔板與螺旋板的連接焊縫，使中心 隔板與螺旋板自為一體，加強(qiáng)板也可提高中心處 的強(qiáng)度，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，故對(duì)螺旋板式熱交換 器的實(shí)際使用有良好的促進(jìn)作用。

4）螺旋體外圈不等定距條的結(jié)構(gòu)設(shè)置

螺旋板卷制成型后的柱體不是圓滑的整圓， 而且外殼部分為圓形，兩者裝配后會(huì)形成一個(gè)間 距不等的環(huán)形空間。為了保證螺旋板較外圈的強(qiáng) 度，需要在螺旋板較外圈與半圓筒體間距設(shè)置定 距柱進(jìn)行加強(qiáng)。螺旋體的外徑與材料厚度偏差、 卷制過程等都有很大關(guān)系，故螺旋板較外圈與半 圓筒體間距需根據(jù)螺旋體卷制成型后的實(shí)際尺寸 及半圓筒體內(nèi)徑來配制不等定距條。

在螺旋體和半圓筒體部件制造成型后，根據(jù) 實(shí)物測(cè)出兩者間的間距。按照定距柱的排布形式 (菱形排列、正方形排列、矩形排列)，然后可 按照NB／T 47048中的“6．2螺旋板式換熱器強(qiáng) 度設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性校核”內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，確定定距 柱間距。將設(shè)備實(shí)測(cè)的定距柱長(zhǎng)度、確定的排 列形式和算得的間距，布置定距柱在預(yù)先備好的 薄板條上焊接固定，其中薄板條通常為2mm一 4mm厚，寬20mm一25mm，長(zhǎng)低于螺旋板寬約 30mm，再將焊有定距柱的板條依次插入換熱器 內(nèi)，并點(diǎn)焊不等定距條兩端進(jìn)行固定，這樣就能 有效保證螺旋板外圈強(qiáng)度，防止由于承壓不夠引 起設(shè)備破壞。

5）螺旋體的檢漏口設(shè)計(jì)

在螺旋板式換熱器中，若冷熱側(cè)介質(zhì)混合 會(huì)使物料報(bào)廢或產(chǎn)生重大安全事故，就可采用螺 旋體的檢漏口設(shè)計(jì)。螺旋體中的連 接板是螺旋板與半圓筒體之間過渡段，除了有連 接作用，還能分隔開冷熱側(cè)流體，保障熱交換正 常進(jìn)行，因此連接板的可靠性至關(guān)重要。檢漏口的設(shè)計(jì)是為了檢測(cè)連接板處的密封性能，防止冷熱物料接觸，通過在連接板上設(shè)置檢漏口，再將卷制后的螺旋板與連接板焊接，然后在裝配半圓筒體，這樣就能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到設(shè)備連接板處的運(yùn)行狀態(tài)。 螺旋體的檢漏口結(jié)構(gòu)是先在連接板內(nèi)開一個(gè)管孔，接管貫穿連接板并焊接，然后將連接板裝配至卷制后的螺旋板末端，并在連接板的左右兩端與螺旋板密封焊接，較后裝配半圓筒體，將連接板、接管和半圓筒體焊為一體。這樣一旦連接板與螺旋板的連接焊縫有泄漏現(xiàn)象，就能及時(shí)從檢漏口檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，從而有效避免由于冷熱側(cè)介質(zhì)串聯(lián)引發(fā)事故。

8 螺旋板式換熱器漏點(diǎn)判斷及修復(fù)

1)如外部泄漏，可直接用同材質(zhì)板進(jìn)行貼補(bǔ)焊接消 除。

2)如內(nèi)部泄漏用單面水壓保持實(shí)驗(yàn)來判斷漏點(diǎn)位置，盡量在一次試壓過程中查找出所有漏點(diǎn)，在換熱器實(shí)施檢修前，要對(duì)腐蝕情況進(jìn)行評(píng)估，確定是否有檢修的必要。按照漏點(diǎn)的位置從換熱器較外層開始開孔，由于板間距離短，開孔時(shí)應(yīng)注意保護(hù)，開孔時(shí)盡量使用砂輪這類無熱飛濺的方式，盡量不使用氣刨、等離子等飛濺粘接性強(qiáng)的方式，以免清渣困難。制出的孔應(yīng)為橢圓形，且尺寸應(yīng)是外層較大，向里逐漸減小。在開孔完畢后，要對(duì)留在每層板上的開口進(jìn)行邊緣打磨，這是在對(duì)焊回補(bǔ)板時(shí)，回補(bǔ)板與每層螺旋板能否貼緊焊牢的關(guān)鍵，焊接時(shí)應(yīng)盡量使用無焊渣的氟弧焊接方式，如不具備條件，注意盡量將焊渣清出，不能殘留在換熱器內(nèi)。從換熱器上割下來的板料，不允許再次使用，應(yīng)使用新板，新板要與換熱器螺旋板相同的材料和厚度，且也為橢圓形，并做成和換熱器每層螺旋板弧度相一致的弧形，焊接完成后要進(jìn)行酸洗鈍化和無損檢測(cè)。

3)在漏點(diǎn)修復(fù)完成后，應(yīng)再次進(jìn)行單面水壓保持實(shí)驗(yàn)來判斷是否還有瀟點(diǎn)，確保修復(fù)完成后進(jìn)行換熱器清洗，消除檢修殘留物。