缠绕管式换热器的特点与发展.docx

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1、34四川化工第19卷2016年第1期缠绕管式换热器的特点与发展周松锐曹蕾王锦生(东方电气集团东方锅炉股份有限公司，四川成都，611731)摘要缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设备，具有管束补偿性好、管内的操作压力高、可同时实现多股流的热交换等优点，广泛应用于煤气化废热回收、空气分离、氢液化、稀有气体分离、低温甲醇洗、液氮洗等领域。本文着重介绍了缠绕管式换热器的结构、优点、缺点以及国内的发展情况。关键词：缠绕管式换热器缠绕管低温甲醇洗煤化工缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设备，其结构形式不同于传统的管壳式换热器，近年来已被广泛应用

2、于煤气化废热回收、空气分离、氢液化、稀有气体分离、低温甲醇洗、液氮洗等领域。1缠绕管式换热器结构[1]缠绕管式换热器的结构如图1所示，主要由芯筒、外壳、换热管、垫条、封头、管板等组成，换热管布置于芯筒与外壳之间的空间内，按螺旋线形状逐层交替缠绕而成，相邻两层换热管的缠绕方向相反，两层换热管之间用金属垫条隔开，形成壳程流道。换热管一般采用外径为96mm~915mm的细管，可承受较高压力，因此管内一般走高压流体。换热管的图1缠绕管式换热器结构缠绕角度为6。～2O。。垫条一般为1mm～5mm厚的带状金属条。缠绕管式换热器可分为单股流缠绕管式换热器

3、2缠绕管式换热器的优点[4]和多股流缠绕管式换热器，如图2、图3和图4所(1)结构紧凑，在单位容积内具有较多的换热面示r2]，其中图4中的多股流缠绕管式换热器带有若积，占地面积小，易实现大型化。干小管板。(2)可以实现多种介质同时传热。当需要同时缠绕管式换热器的结构发展主要体现在两个方加热或冷却几股流体时，采用图4所示的带有小管面。一是换热管的表面形态的改变，如光管、螺纹板的缠绕管式换热器可以很容易地实现多股流的热管、翅片管等；二是换热管缠绕方式的改变，如套管交换。式绕管、并管式绕管等。(3)换热系数高。缠绕管式换热器相邻两层换基金项目：四

4、川省科技厅青年基金项日(No．2o13JQOO47)第1期缠绕管式换热器的特点与发展35图2单股流缠绕管式换热器图3多股流缠绕管式换热器热管的缠绕方向相反，极大地改变了流体流动状态，使壳程流体形成强烈的湍流；由于换热管管内螺旋流动的强化作用，管程的传热膜系数也得到提高；另外还有垫条等部件对壳程的流动不断扰动，这三个方面的共同作用，使得缠绕管式换热器的传热性能得以显著提升。对于一般结构的气一气换热设备，其传热系数值约为75W／(m。·K)～365W／(mz·K)，但对于缠绕管式换热器，某些特定条件下，总传热系数可以达到500W／(m·K)以上

5、[。(4)传热温差小，换热效率高。流体在管、壳侧流动接近逆流流动换热，达到所需换热量的传热温图4带有小管板的多股流缠绕管式换热器差较小，端面换热温差仅2℃。(5)耐高压。由于管侧换热管直径较小，可承受较高压力，操作压力可以达到22MPa。(6)补偿性好。换热管端存在一定长度的自由弯曲段，换热管的热膨胀可部分自行补偿，大大减小了换热管和管板之间因膨胀差产生的应力，可减小管板的设计厚度，同时减少了换热管与管板的焊接接头泄漏的可能性。(7)不易结垢。换热管内流体呈螺旋流动，流道截面形成二次流。同时，壳程流体在各管层之间形成湍流，降低了流体对壁面

6、的附着，不易结垢。3缠绕管式换热器的缺点[，。](1)换热管易堵塞。换热管直径较小，易造成换热管堵塞，因而对管程介质应具有较高的的洁净度，介质在进入缠绕管式换热器前需经严格过滤。(2)结构复杂，制造、检修难度大，价格昂贵。(3)清洗困难。缠绕管式换热器的结构特点使得管程和壳程的清洗都比较困难，通常只能用化学方法清洗。4缠绕管式换热器在国内的发展近年来，随着国内煤化工行业的飞速发展，国内也开展了大量缠绕管式换热器的研究，例如：贾金才[1]用数值模拟方法研究了缠绕管式换热器壳程几36四JIl化工第19卷2016年第1期何结构对换热的影响，重点研

7、究了管径、径向比、缠绕角度、轴向比、盘绕圈数对传热性能的影响。李健伟等[9]利用ANSYS对实际缠绕管式换热器建立了管板结构分析有限元模型，分析了管板的应力场，明确了管板的应力分布及最大应力部位。根据应力分析结果对管板厚度进行了优化，达到了既减轻设备重量，又节约材料、降低成本的目的。尹接喜等L10]为了研究缠绕管式换热器中的并管结构的传热规律，对并管金属管壁的微元段建立热平衡方程，以管壁温度对称分布及通过两并管焊接结构的热量相等为边界条件，提出了并管传热模型。在以空气为工质的并管传热实验台上，测定了管壁温度，然后与模型计算管壁温度比较，验证

8、了该传热模型的有效性。张周卫等『】1]提出一种适用于双股流逆流型缠绕管式换热器的换热工艺计算方法，应用数值模拟方法确定双股流缠绕管束基本物理参数。按照双股流甲醇一甲醇缠绕管式换热