1 螺旋板式換熱器簡介

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 結構，由于螺旋通道的曲率是均勻的，流體在設備內部流 動沒有太大的轉向阻力，總阻力小，因而可以提高流速使 之具備較高的傳熱能力。現行制造標準為JB/T4751—2003 《螺旋板式換熱器》。它是一種高效的換熱設備，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。其換熱原理及結構決定了它具有結構緊 湊、占地面積小、操作靈活、熱損小、安裝方便等特點。 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平均溫 差可以小到1℃，可熱回收率能達到99%以上。

2 螺旋板式換熱器換熱原理及特點

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，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，從而實現兩流體換熱的工藝目的。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。并且流體沿螺 旋方向流動，滯流層薄，故傳熱系數大，傳熱效率高，較 高總傳熱數3000kcal/（m 2 ·h℃）。其使用在溫度高，壓 力大，粘度大的場合。螺旋板式換熱器安裝時應該注意要 水平、對正，不能產生附加的應力，以免開車后對設備造 成損壞。連接的管道安裝時應該利用走向來吸收熱膨脹， 以免對螺旋板換熱器管口的損壞。設備安裝完畢后還應對 其進行防腐處理，例如在金屬表面涂防腐漆、采用耐腐蝕 材料、在腐蝕性介質中加入少量的緩蝕劑。

3 螺旋板式換熱器的基本參數

1 ） 螺 旋 板 式 換 熱 器 與 介 質 接 觸 的 材 質 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。

4）設備可選用臥式或立式，但用于蒸汽冷凝時只能 選用立式。

5）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）。

6）根據行業的具體要求，進行整體熱處理，以消除應力。

7）當兩個通道中的流體流量差值比較大時，可采用 不等距的通道來優化工藝設計。

4 螺旋板換熱器不可拆式的結構及性能

不可拆式螺旋板換熱器螺旋通道的端面采用焊接密封。 其制造標準為機械部標準JB/TQ724—1989，它的優點為體積 小，制造工藝簡單、成本低，密封性和傳熱性能好，缺點是 檢修困難，不能進行機械清洗，根據工程的實際情況要求選 取較適合的結構型式。具體說來，它有以下特點：

1）密封性能好，結構可靠。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構。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 其介質呈螺旋型流動，污垢不易沉積；清洗容易，可用蒸 汽或堿液沖洗，簡單易行，適合安裝清洗裝置；介質走單 通道，允許流速比其他換熱器高。

3）運行可靠性強。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，保證兩種工作介質不混合。

5 可拆式螺旋板式換熱器結構及性能

可拆式與不可拆式螺旋板換熱器結構原理基本相同， 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 備的制造成本比不可拆式大。 具體說來，它有以下特點： 1）可拆卸清洗；2） 可多臺組合使用；3） 可拆卸的 封頭拆裝簡易方便，便于螺旋板式換熱器的維修與保養， 提高了換熱效率；4） 無泄漏，降低工作危險。

6 螺旋板式換熱器的應用范圍

螺旋板式換熱器應用非常廣泛，主要應用于石油、化 學、醫藥、輕工、紡織、食品、冶金等行業，在這些行業 領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，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，其所用的設備經費是 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，結構 緊湊，運行穩定性高，傳熱效率好。

7 螺旋板式換熱器的創新技術

1）定距柱結構的創新改進

傳統的螺旋板式換熱器制造工藝是先在兩 張長卷板上焊有確定兩板間距的定距柱，然后進 行卷制形成螺旋體。定距柱由圓鋼機械切割成圓 柱狀小顆粒，其結構單一，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候易劃傷卷板，對 設備使用壽命產生影響，故需改進定距柱結構。 改良后的定距柱在原結構上設有底部凸臺， 頂部倒有圓角。定距柱凸臺可以增加底部與 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，延長設備使用年 限。定距柱底部凸臺可以在切割圓鋼后，用沖壓機 直接沖擊形成，加工便捷。針對采用電容儲能式螺 柱焊方法焊接定距柱時，可在定距柱的底端中心部 位再車加工一個凸出銳點，在焊機儲能放電時，熔 化定距柱的銳點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 間的焊接質量，具有很高的實用價值。

2）設置螺旋板定距泡結構

螺旋板式換熱器通道間距的支撐，除了有 設置定距柱結構，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， 通過用模具機械壓制形成一定排列規則的凸臺， 再進行卷制形成螺旋體。螺旋板定距泡結構可以 直接省掉定距柱的制造、焊接，同時減輕了設備 的整體質量。由于螺旋板內部去掉了焊接工藝， 也就沒有了因焊接產生夾渣、飛濺物等對設備的 影響，同時縮減了螺旋板的清理工作，加快了設 備制造周期，降低人工制造成本，具有良好經濟 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，且 不宜附著結垢，可有效延長設備的使用壽命。 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 通道結構。鋼材如果過度擠壓，就會由于拉伸變 形過大，引發鋼板裂紋，弄巧成拙。另外在設置 排列定距泡的時候，也需要注意兩螺旋板定距泡 的卷制的相互錯位，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構

螺旋板式換熱器中的螺旋體由中心隔板、 螺旋板、定距柱和支撐環等組成，其中分隔開冷 熱側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構。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在螺旋體內形成兩條 縱焊縫，由于設備內部結構緊湊，成型后的換熱 器難以對這兩條焊縫進行檢查，更難以返修，且 此處是分隔換熱器介質的重要焊縫，這就要求在 制造過程中對這兩條焊縫質量的保證，而影 響該焊縫質量的因素又復雜多樣，難以完全保 障，這樣的情況下就產生了無中心螺旋體結構。 無中心隔板結構的螺旋體是在 一張卷板中間的正反兩面設置兩塊小平板做中心 部位加強，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。這種結構 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，加強板也可提高中心處 的強度，提升了產品質量，故對螺旋板式熱交換 器的實際使用有良好的促進作用。

4）螺旋體外圈不等定距條的結構設置

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，兩者裝配后會形成一個間 距不等的環形空間。為了保證螺旋板較外圈的強 度，需要在螺旋板較外圈與半圓筒體間距設置定 距柱進行加強。螺旋體的外徑與材料厚度偏差、 卷制過程等都有很大關系，故螺旋板較外圈與半 圓筒體間距需根據螺旋體卷制成型后的實際尺寸 及半圓筒體內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 實物測出兩者間的間距。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 度設計和穩定性校核”內容進行計算，確定定距 柱間距。將設備實測的定距柱長度、確定的排 列形式和算得的間距，布置定距柱在預先備好的 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，并點焊不等定距條兩端進行固定，這樣就能 有效保證螺旋板外圈強度，防止由于承壓不夠引 起設備破壞。

5）螺旋體的檢漏口設計

在螺旋板式換熱器中，若冷熱側介質混合 會使物料報廢或產生重大安全事故，就可采用螺 旋體的檢漏口設計。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，還能分隔開冷熱側流體，保障熱交換正 常進行，因此連接板的可靠性至關重要。檢漏口的設計是為了檢測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，這樣就能實時監測到設備連接板處的運行狀態。 螺旋體的檢漏口結構是先在連接板內開一個管孔，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象，就能及時從檢漏口檢測發現，從而有效避免由于冷熱側介質串聯引發事故。

8 螺旋板式換熱器漏點判斷及修復

1)如外部泄漏，可直接用同材質板進行貼補焊接消 除。

2)如內部泄漏用單面水壓保持實驗來判斷漏點位置，盡量在一次試壓過程中查找出所有漏點，在換熱器實施檢修前，要對腐蝕情況進行評估，確定是否有檢修的必要。按照漏點的位置從換熱器較外層開始開孔，由于板間距離短，開孔時應注意保護，開孔時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的方式，以免清渣困難。制出的孔應為橢圓形，且尺寸應是外層較大，向里逐漸減小。在開孔完畢后，要對留在每層板上的開口進行邊緣打磨，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，焊接時應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。從換熱器上割下來的板料，不允許再次使用，應使用新板，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，焊接完成后要進行酸洗鈍化和無損檢測。

3)在漏點修復完成后，應再次進行單面水壓保持實驗來判斷是否還有瀟點，確保修復完成后進行換熱器清洗，消除檢修殘留物。