之前曾經提到過，林德公司在開發冷凍甲醇法吸收脫硫工藝的時候，順道制造出了一種新型換熱設備——纏繞螺旋管換熱器。這幾年來，這項技術國內也有很多廠家在做，這幾次展會上都有看到，我們一度也有引進的打算，所以在這里給各位看官做一個介紹。

　　在介紹這種新型設備之前，首先還是給大家分析一下傳統換熱管殼式換熱器的結構。這就是傳統的管殼式換熱器，這種換熱器分為管程與殼程。管程是一束金屬管道，常見尺寸有19或25mm。把這些管子用兩塊固定的板管固定在一起形成管束，在管束的外面再包一個大的圓筒形成殼程。在換熱過程中一股流體從管程流過，另一種流體從殼層流通，兩種流體互相不接觸，通過換熱管的管壁進行換熱。

　　這種換熱器結構非常經典，是目前*常用的形式，甚至其規格尺寸均有標準可循。之所以管殼式換熱器如此常見，主要是這是一種性價比非常適中的換熱設備，各項性能指標非常均衡。

　　首先，管殼式換熱器的傳熱系數在400左右，雖然不是特別大但是比起夾套反應釜（100左右），套管換熱器（200）之流直流還是不知道高到哪里去了，在絕大多數情況下都可以滿足正常的使用。

　　其次，管殼式換熱結構更加緊湊，由于所有的管子共用一個殼層，所以管子可以盡可能精密地排布起來。不像蛇管換熱器，一根管子外面還要加上一個套管來作為殼層，這樣管子間距不可能變小，導致換熱器尺寸偏大。常見的套管型換熱器，由于每個管子單獨配一個套管作為殼程，導致管子無法密集布置，單位體積內可以容納的換熱面積有限。

　　管殼式換熱器的種種表現可以用“中庸”來形容了，但是在一些特殊情況下，管殼式反應器的弱點就暴露了出來。

　　首先，就是管殼式換熱器存在的溫差應力問題

　　傳統的管殼式熱器換熱溫差是不能太大的，比如說一個200度高溫流體是難以采用常溫冷卻水進行換熱的。具體原因就是如果溫度高的液體走管程，由于熱脹冷縮，管子會伸長。但這時殼層恰恰走冷流體。在冷流體作用下，殼程的溫度低于管程，伸長量比不上換熱管。而非常不巧的是用于固定的管束的管板是焊接在殼層外筒上的。這樣一來管子想要伸長，但是管板限制了管子伸長就會產生溫差應力。傳統的換熱器一般采用膨脹節或采用U型管結構來解決這個問題。但是治標不治本，仍然不能適用于溫差較大的換熱體系。

　　其次，傳統換熱器管程長度有限

　　由于傳統換熱器采用直管，管子的長度是有限的。換熱管自身有重量，管子越長越容易在重力作用下彎曲，雖然可以通過支撐板解決這個問題，但目前管殼式換熱器長度都不會長于12m。另外之前提到的溫差應力，也是在管子越長的情況下影響越大。

　　另外在管內壓力高的情況下，直管受到的應力也較大。導致直管換熱器耐壓很難提升。限制了傳統換熱器在高壓下的使用。目前隨著化工工藝的發展，我們發現各種極端流程越來越多，要求在高溫高壓條件下進行換熱的場合與日俱增。我認為目前換熱器的發展，主要就是為了提升它們的泛用性。

　　現在讓我們來看看纏繞螺旋管換熱器的結構纏繞螺旋管換熱器結構如圖，可以看到與傳統的管殼式換熱器相比，**做出的重大改進，就是將原來的直管變成了螺旋管。

　　纏繞螺旋管換熱器有什么好處呢？

　　首先，由于管程做成了螺旋管，各種溫差應力的問題就不存在了。

　　大家可以把螺旋管想象成彈簧，彈簧在兩端固定的情況下，受到應力的時候可以自動改變螺旋之間的距離或者螺旋的直徑，使應力受到補償。因此螺旋管換熱器兩側的溫差可以做到非常大。另外由于應力結構合理，即使管內壓力非常高，但是作用在管壁上的分量卻不高，導致反應器可以耐受更高的壓力。

　　其次，由于管子是螺旋管排布，因此這種結構非常緊湊，從圖中可以看到，整個換熱器內部密密麻麻的都是管子。這種換熱器每立方米的換熱面積可以達到100平方米以上。

　　另外就是流體在螺旋管內流動的時候，由于管子蜿蜒曲折，在管子內流體的方向時常發生變化，可以形成局部的湍流，進一步提高設備的傳熱系數。所以整體上，纏繞螺旋管換熱器還是一種傳熱強化設備，可以在更小的體積內達到非常高的換熱量。此外由于管子螺旋纏繞，管子長度可以到幾百米，可以使用更長的換熱器，同時有利于換熱器的大型化。

　　纏繞螺旋管換熱器的優點非常明顯，可以大大擴展換熱流程的使用范圍。**的缺點就是加工可能比較困難，導致加工成本偏高。另外就是換熱管的間距等幾何參數對內部流體流動的影響非常復雜，導致換熱過程的計算與設計無法參照傳統換熱器，這給業主方的選用帶來顧慮。當然*麻煩的還是管子的堵塞問題，由于管道特別長，結垢以后幾乎無法清洗，因此這種設備還是適用于原料純度較高的場合。

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