1.5.5 螺旋板式换热器
(1) 基本概念
螺旋板式换热器是一种高效换热器设备,适用汽-汽、汽-液、液-液,对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按结构形式可分为 不可拆式(Ⅰ型)及可拆式(Ⅱ型、Ⅲ型)。
I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封,因而具有较高的密封性。
II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同,但其中一个通道可拆开清洗,特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。
III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同,但其两个通道可拆开清洗,适用范围较广[6]。
(2) 优缺点
优点:1、传热效率高(性能好):一般认为螺旋板式换热器的传热效率为列管式换热器的1-3倍。等截面单通道不存在流动死区,定距柱及螺旋通道对流动的扰动降低了流体的临界雷诺数,水水换热时螺旋板式换热器的传热系数最大可达3000W/(㎡.K)。
2、有效回收低温热能:螺旋板式换热器由两张卷制而成,形成了两个均匀的螺旋通道,两种传热介质可进行全逆流流动,大大增强了换热效果,即使两种小温差介质,也能达到理想的换热效果,进行余热回收,充分利用低温热能。
3、运行可靠性强:不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封,因而具有较高的密封性,保证两种工作介质不混合。
4、阻力小:在壳体上的接管采用切向结构,局部阻力小,由于螺旋通道的曲率是均匀的,液体在设备内流动没有大的转向,总的阻力小,因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。
5、自清洁作用、不易堵塞:比较低的压力损失,处理大容量蒸汽或气体;有自清刷能力,因其介质呈螺旋型流动,污垢不易沉积;清洗容易,可用蒸汽或碱液冲洗,简单易行,适合安装清洗装置;介质走单通道,允许流速比其他换热器高[6]。
6、可多台组合使用:单台设备不能满足使用要求时,可以多台组合使用,但组合时必须符合下列规定:并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合:一个通道并联,一个通道串联。
7、温差应力小:当螺旋体受热或冷却是,可像钟表内的发条一样伸长或收缩,而螺旋体各圈之间都是一侧热流体,另一侧冷流体,且最外圈与大气接触,螺旋体之间的温差不向管壳式那么明显,因此不会产生大的温差应力。
8、可耐高温差。
9、热量损失小:外表面较小。
10、回收地位热量:允许的最小温差是最低的。
11、有效利用流体压头损失:定距柱可使传热强化,在低流速下就达到湍流。
12、制造简单,价格低廉:省材料,机加工量少,制造工时少。
缺点:1、不能承受太高压力:由于螺旋板式换热器的直径较大,且厚度较小,因此刚度差,每一圈螺旋板都承受介质两侧的压力,当介质压力差达到一定程度,螺旋板就会失稳而出现压瘪现象;还因端部结构的特殊性。
2、适用介质有限:不适合于含有固体颗粒或黏性大的介质。
3、修理困难:虽然不易泄露,但一旦泄露,修复困难[5]。
(3) 适用场合
1、在粗苯生产及烧碱行业的应用——太原化工厂烧碱是我国最早应用螺旋板的行业,从1955年开始应用至今。国内曾采HT18—36铸铁制作螺旋板式换热器用于98%硫酸冷却。采用铸铁因其抗99%浓硫酸的耐腐蚀性能好,铸件表面粗糙对传热有利,酸速水速较高,因此传热系数相对较大。
2、在煤焦化工程上的应用——煤焦化工程上应用的螺旋板,国外采用的结构型式为两通道交错焊接密封的可拆式,冷热介质在全逆流状态下进行换热。国内除采用可拆式以外,尚有部分采用两通道交错焊接密封的不可拆式。
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