眾所周知換熱器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，它是決定企業(yè)能耗水平的主導(dǎo)性因素之一，也是行業(yè)節(jié)能挖潛的關(guān)鍵設(shè)備。

傳熱現(xiàn)象是由溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，即以溫度差為動(dòng)力而產(chǎn)生的能量由高溫向低溫進(jìn)行傳遞的過(guò)程。螺旋纏繞管式換熱器是管殼式換熱器之一。綜合其設(shè)計(jì)理論依據(jù)，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，性能分析，它同時(shí)具有安全、高效節(jié)能、體積小、表面光潔維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)換熱器它是具有劃時(shí)代意義的節(jié)能產(chǎn)品。本文將通過(guò)國(guó)內(nèi)各行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例，來(lái)展現(xiàn)螺旋纏繞管式換熱器在節(jié)能減排中起到的重要作用。

一.設(shè)計(jì)依據(jù)：

螺旋纏繞管式換熱器較傳統(tǒng)換熱器，依據(jù)國(guó)際先進(jìn)設(shè)計(jì)理論，計(jì)算準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)合理。

1. 螺旋螺紋管設(shè)計(jì)，雙側(cè)強(qiáng)化傳熱設(shè)計(jì)。

2. 利用歐文（OWEN）湍流抖振頻率準(zhǔn)則原理，消除換熱器湍流抖振現(xiàn)象，熱應(yīng)力自消除。

3. 利用聲共鳴許用準(zhǔn)則（Eisinger準(zhǔn)則和Bevins準(zhǔn)則），抑制聲駐波，降低運(yùn)行噪音。

4. 利用CFD（計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)），F(xiàn)EM（有限元技術(shù)），提高計(jì)算精度。

二.獨(dú)特設(shè)計(jì)及機(jī)理：

傳熱系數(shù)是傳熱設(shè)備的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，強(qiáng)化換熱表面對(duì)流傳熱是提高傳熱系數(shù)的有效措施。螺旋纏繞管式換熱器通過(guò)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯著提高換熱系數(shù)，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。

1.   材質(zhì)：

   螺旋纏繞管式換熱器，換熱管為不銹鋼316L材質(zhì)，殼程為不銹鋼304材質(zhì)，以滿足不同復(fù)雜物料的換熱要求。耐溫300℃，耐壓1.6Mpa。

2.   螺紋管束：

螺旋纏繞管式換熱器采用高效不銹鋼雙螺紋管。該管束表面設(shè)計(jì)周期變化的環(huán)形螺紋，當(dāng)換熱管內(nèi)外物料流動(dòng)時(shí)，由于流通截面和流動(dòng)方向的不斷變化，破壞層流底層，提高流體湍流強(qiáng)度和湍流的給熱能力。

3.   換熱管螺旋纏繞結(jié)構(gòu)：

換熱管束經(jīng)特殊工藝加工成盤旋纏繞結(jié)構(gòu)。換熱管束兩端通過(guò)先強(qiáng)度脹接后焊接的工藝固定在管板上，管束與管板封裝在換熱器殼體內(nèi)，管板焊接在兩端封頭上。單位體積內(nèi)增大換面積，經(jīng)盤旋纏繞后的換熱管束拉伸后長(zhǎng)度可達(dá)殼體長(zhǎng)度的4-6倍，使熱媒體在換熱管內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，換熱更充分。雙側(cè)流體通過(guò)時(shí)，沿軸向運(yùn)動(dòng)，不斷改變流體運(yùn)動(dòng)方向。同時(shí)在螺紋管增加湍流強(qiáng)度的同時(shí)，再次強(qiáng)化傳熱，保持穩(wěn)定連續(xù)的強(qiáng)化作用，使傳熱效果顯著提高。

4.   接管中心線間90°連接方式：

螺旋纏繞管式換熱器在接管連接方式上有一項(xiàng)與眾不同的設(shè)計(jì)，即在兩端封頭上的兩個(gè)接管中心線間的角度為90°。此設(shè)計(jì)對(duì)于提高換熱器的傳熱性能、降低結(jié)垢傾向都具有顯著的效果。

5.非對(duì)稱流設(shè)計(jì)：

  螺旋纏繞管式換熱器管程殼程容積不相同，殼程容積能達(dá)到管程容積的4.2倍，以滿足醫(yī)藥，化工等各種不同復(fù)雜工況要求。

三.性能分析：

1. 全不銹鋼材質(zhì)，耐高溫、高壓

   螺旋纏繞管式換熱器的換熱管束和殼體采用不銹鋼304、316L材質(zhì)，具有統(tǒng)一的膨脹系數(shù)，不會(huì)由于壓力和溫度變化而引起換熱器的變形。換熱器耐高溫、高壓，無(wú)需加裝減溫減壓裝置，耐溫300℃，耐壓1.6Mpa。

2. 高效節(jié)能

   螺旋纏繞管式換熱器，整體先進(jìn)的設(shè)計(jì)，顯著提高換熱能力，尤其在有相變的換熱工況，較傳統(tǒng)換熱器有顯著性能優(yōu)勢(shì)。在汽水交換如蒸汽加熱水的工況下，常規(guī)的管殼式換熱器換熱系數(shù)k值一般可達(dá)為6000 w/（㎡·℃），螺旋纏繞管式換熱器其換熱系數(shù)k值可高達(dá)14000w/（㎡·℃），是常規(guī)管殼式換熱器的3-7倍。實(shí)現(xiàn)熱量充分利用，節(jié)省能源。

3. 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于安裝

相對(duì)于傳統(tǒng)換熱器體積龐大，笨重，需要大型吊裝而言，螺旋纏繞管式換熱器螺旋纏繞方式，結(jié)構(gòu)緊湊，滿足相同熱負(fù)荷的工況時(shí)，螺旋纏繞管式換熱器體積只有傳統(tǒng)管殼式換熱器的1/10左右，占地面積小，節(jié)省空間；同時(shí)也因?yàn)轶w積小、重量輕，更加便于安裝、拆卸，減少了安裝費(fèi)用。

4.結(jié)垢傾向低，維護(hù)方便

換熱器結(jié)垢會(huì)直接降低換熱效果，進(jìn)而達(dá)不到工藝要求，影響生產(chǎn)，增加維護(hù)費(fèi)用，因此盡量降低結(jié)構(gòu)傾向是換熱器設(shè)計(jì)重要因素。螺旋纏繞管式換熱器從以下方面來(lái)降低結(jié)垢傾向。

⑴換熱過(guò)程降低溫度梯度，減少設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢因素；螺旋纏繞管式換熱器獨(dú)特的螺旋螺紋管長(zhǎng)度是殼體的4～6倍，有效的減小了溫度梯度。

⑵采用90度連接，可以使換熱器全部參與換熱，不留死角；使流體自動(dòng)沖刷管路，降低結(jié)垢傾向；

⑶提高換熱管的表面光潔度，降低污垢系數(shù)；

⑷采用螺旋纏繞結(jié)構(gòu)，極大的改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，形成了強(qiáng)烈的湍流效果；由于流體是螺旋流動(dòng)的，流體在離心力的作用下對(duì)管壁有較強(qiáng)的沖刷作用，因此不易結(jié)垢.

⑸關(guān)鍵是提高流速為5.5m/s（傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為1.2m/s）起到不易結(jié)垢并且可以沖刷污垢；是換熱器不易結(jié)垢的主要原因；

四、實(shí)例介紹

某藥業(yè)有限公司原料藥生產(chǎn)車間,按照原設(shè)計(jì)為四種物料的塔頂冷凝回流,根據(jù)原始設(shè)計(jì)，冷凝換熱量合計(jì)為10874KW,需要換熱面積總計(jì)1058.7平方米,設(shè)備占地面積為800平方米

    選用螺旋纏繞管式換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在保證工藝需求的前提下,優(yōu)化設(shè)計(jì)如下,取得較高的經(jīng)濟(jì)效益:

（1）.換熱面積大大降低，使用螺旋纏繞管式換熱器換熱面積為297.7平方米，是原設(shè)計(jì)的1/3左右，大大節(jié)約設(shè)備投資；

（2）.占地面積減少，采用螺旋纏繞管式換熱器，占地面積不足400平方米，可以減少約400平方米的基建費(fèi)用；

（3）. 螺旋纏繞管式換熱器體積小，安裝方便，安裝費(fèi)用降低30%；

（4）.設(shè)備安裝方便，大大縮短了50%安裝工期。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析可知，螺旋纏繞管式換熱器性價(jià)比高，在原料藥生產(chǎn)物料的冷凝回流應(yīng)用有很大優(yōu)勢(shì)。以上優(yōu)勢(shì)是換熱器結(jié)構(gòu)本身體現(xiàn)的特點(diǎn)，同時(shí)因螺旋纏繞管式換熱器全焊接耐高壓的特點(diǎn)，大大減少了設(shè)備的檢修費(fèi)用和工時(shí)，又是制藥企業(yè)節(jié)能降耗的具體應(yīng)用。

隨著節(jié)能減排工作的深入，目前像科倫藥業(yè)、齊魯制藥、石藥集團(tuán)、華藥集團(tuán)等企業(yè)都選用螺旋纏繞管式換熱器，都在節(jié)能減排工作發(fā)揮了積極作用。

綜上所述，螺旋纏繞管式換熱器實(shí)現(xiàn)了雙面強(qiáng)化傳熱的高效換熱器，它同時(shí)具有安全、高效節(jié)能、體積小、表面光潔維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在原料藥生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)中合理選用高效換熱器，不僅在平面布局的設(shè)計(jì)、管道的布置中具有相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，而且在實(shí)際安裝和生產(chǎn)中便捷、高效。