螺旋纏繞管殼換熱器在換熱機(jī)組中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

楊克素

摘 要：螺旋纏繞管式換熱器又稱螺紋管纏繞式換熱器、螺旋螺紋管換熱器，是一種新型高傳熱系數(shù)的換熱器，主要適用于介質(zhì)為汽液的換熱。螺旋纏繞管殼換熱器體積小、節(jié)能效果明顯，故障率低，維護(hù)保養(yǎng)工作量少，機(jī)組在運(yùn)行期間可以采用巡檢的方式，采用無人值守的方式進(jìn)行運(yùn)行；同時(shí)在故障時(shí)可以采用短信通知的模式及時(shí)通知維修人員進(jìn)行故障的排除，降低人工成本?；诖耍疚闹饕獙β菪p繞管殼換熱器在換熱機(jī)組中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：螺旋纏繞管殼換熱器；換熱機(jī)組；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1、前言

我國幅員遼闊、人口眾多，城鎮(zhèn)供暖雖然經(jīng)過多年的快速發(fā)展，但是集中供熱覆蓋率仍處于較低水平。目前僅在北方各省的主要城鎮(zhèn)建有集中供熱系統(tǒng)，且平均覆蓋率不到50%；未來隨著房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，城鎮(zhèn)化率的提高，區(qū)域小鍋爐的拆除和舊城區(qū)的管網(wǎng)建設(shè)改造等均為集中供熱市場創(chuàng)造了巨大而持續(xù)的需求，居民采暖的熱力消費(fèi)隨著經(jīng)濟(jì)收入的增加增速在不斷增長，集中供熱面積的快速增加給螺旋纏繞管殼換熱器提供了廣闊的應(yīng)用市場。

2、螺旋管纏繞式換熱器的換熱機(jī)理

螺旋纏繞管內(nèi)的流體在彎曲通道內(nèi)受到離心力的作用在流道的橫截面上形成二次流。螺旋管的幾何形狀產(chǎn)生的離心力在流動(dòng)截面上形成一對對稱的漩渦，與主流疊加流體在螺旋管內(nèi)形成螺旋運(yùn)動(dòng)，從而大大增加了換熱效果，同時(shí)，二次流的沖刷使污垢不易沉淀。

螺旋纏繞管式換熱器的殼側(cè)螺旋纏繞管纏繞方向逐層相反，纏繞角與縱向間距設(shè)計(jì)制造均勻，且管長相同。因此，隨著螺旋纏繞管纏繞直徑的增加，各層螺旋纏繞管的數(shù)量也相應(yīng)增加。這些螺旋纏繞管組成管芯，在殼側(cè)所形成的流道隨圓周方向位置的不同而變化，相鄰兩個(gè)盤管呈直列、錯(cuò)列的變化，則流道構(gòu)成變成為由螺旋纏繞管布置為直列、錯(cuò)列組合排列時(shí)的管外流動(dòng)。

3、螺旋管纏繞式換熱器的特點(diǎn)

（1）成套設(shè)備，安裝簡易，體積小，

（2）可直接利用高壓蒸汽換熱，無需二次減壓；

（3）無需密封墊，永不泄漏。

（4）換熱器采用螺旋纏繞管式換熱器，同等換熱量下，體積約為傳統(tǒng)換熱器的1/10，節(jié)省寶貴的空間資源；

（5）雜質(zhì)沉積幾率小，結(jié)垢率低；

（6）熱媒流經(jīng)管程，冷媒流經(jīng)殼程；

（7）螺旋纏繞管結(jié)構(gòu)，完全消除了換熱管與管板之間的拉脫力，提高使用壽命。

（8）換熱系數(shù)高：纏繞管換熱器管層之間的換熱管反向纏繞，這種特殊結(jié)構(gòu)極大地改變了流體流動(dòng)狀態(tài)，使殼程流體形成強(qiáng)烈的湍流；由于管內(nèi)螺旋流動(dòng)的強(qiáng)化作用，使得管程的傳熱膜系數(shù)也得到提高；另外還有隔條等部件對殼程的流動(dòng)不斷擾動(dòng)，這三個(gè)方面的共同作用，使得纏繞管換熱器的傳熱性能得以顯著提升。對于一般結(jié)構(gòu)的氣—?dú)鈸Q熱設(shè)備，普通管殼式換熱器的傳熱系數(shù)值約75～365W/（m2﹒K），但對于纏繞管換熱器，在某些特定條件下，總傳熱系數(shù)可以達(dá)到500W/（m2﹒K）以上。長度一直的螺旋換熱管以及管、層間距精準(zhǔn)的管芯，使得媒介流經(jīng)管程和殼程時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流效果，換熱效率得到極大提高，換熱能力是傳統(tǒng)換熱器的3-7倍，換熱系數(shù)最高可達(dá)14000W/㎡℃；

（9）經(jīng)濟(jì)節(jié)能，成本低廉：纏繞管換熱器可同時(shí)進(jìn)行多種介質(zhì)的充分傳熱，不僅可以節(jié)約能源而且可以優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)；再者，相比于管殼式換熱器，纏繞管換熱器的制造，避免了管箱等大部件的加工，減少了鋼材用量，節(jié)省了生產(chǎn)成本，特別適用于低溫氣體分離裝置，如空分離裝置、氫液化裝置、稀有氣體分離裝置、低溫甲醇洗裝置、液氮洗裝置等。

4、螺旋纏繞管殼換熱器在換熱機(jī)組中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

4.1機(jī)組組成

換熱機(jī)組主要由SECESPOL換熱器、循環(huán)泵組、定壓泵組、傳感儀表、控制閥門、智能控制系統(tǒng)、管道、閥門儀表等組成，具有換熱、循環(huán)、定壓補(bǔ)水等功能。

4.2換熱機(jī)組基本工作原理

來自熱源的蒸汽從機(jī)組的一次側(cè)供汽口經(jīng)過濾器進(jìn)入換熱器進(jìn)行熱交換后，變成凝結(jié)水從機(jī)組一次側(cè)回水口流出；二次側(cè)回水經(jīng)過濾器除去污垢后，通過二次循環(huán)水泵進(jìn)入換熱器進(jìn)行熱交換，生產(chǎn)出用于采暖、空調(diào)不同溫度的熱水，以滿足用戶的需求，二次側(cè)循環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)水定壓通過補(bǔ)水泵實(shí)現(xiàn)。

4.3SECESPOL螺旋纏繞管殼換熱器采暖（空調(diào)、采暖）換熱機(jī)組系統(tǒng)流程說明

（1）—SECESPOL換熱器是換熱機(jī)組的核心，其功能是利用一次側(cè)熱源將二次側(cè)系統(tǒng)循環(huán)水加熱到設(shè)計(jì)溫度。采暖系統(tǒng)的供回水設(shè)計(jì)溫度是95℃/70℃；空調(diào)、地暖系統(tǒng)的供回水設(shè)計(jì)溫度為60℃/50℃。

（2）循環(huán)水泵是為用系統(tǒng)循環(huán)水進(jìn)行閉路循環(huán)所提供動(dòng)力，以克服整個(gè)系統(tǒng)的阻力。

（3）補(bǔ)水泵是為系統(tǒng)補(bǔ)水，以補(bǔ)充系統(tǒng)的跑冒滴漏，保證系統(tǒng)循環(huán)量及最不利點(diǎn)的壓頭，補(bǔ)水泵一般是變頻調(diào)速自動(dòng)控制。

（4）溫控裝置，一般采用西門子溫控閥，它分為閥體、執(zhí)行器、傳感器、控制器四部分，其作為是為了控制出水溫度，節(jié)約能源。

（5）電控柜利用PLC編程實(shí)現(xiàn)對循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、溫控裝置的自動(dòng)控制，內(nèi)設(shè)根據(jù)室外溫度自動(dòng)補(bǔ)償裝置，有效降低能源的消耗。

（6）系統(tǒng)運(yùn)行之初的時(shí)候，將自來水或經(jīng)軟水裝置處理過的軟化水注入補(bǔ)水箱，由補(bǔ)水泵將水充滿整個(gè)系統(tǒng)，換熱器運(yùn)行產(chǎn)生的冷凝水排至補(bǔ)水箱，系統(tǒng)需要補(bǔ)水的時(shí)候直接補(bǔ)充到系統(tǒng)中去。

5、結(jié)語

螺旋纏繞管式換熱器具有換熱充分、冷熱端差小的特點(diǎn)，不僅可以節(jié)約能源，而且可以優(yōu)化系統(tǒng)和流程，具有良好的節(jié)能效果。在采暖換熱機(jī)組中使用，配套相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以做到無人值守，進(jìn)行定期巡檢，大大降低了系統(tǒng)運(yùn)行中的人工成本，同時(shí)螺旋纏繞管式換熱器可以長周期地安全運(yùn)行，比板式換熱器具有無以比擬的優(yōu)勢，為螺旋纏繞管式換熱器的應(yīng)用提供了廣闊的市場。

參考文獻(xiàn)：

[1]都躍良，陳永東，張賢安，等.大型多股流纏繞管式換熱器的制造[J].壓力容器，2004，21（6）：26-29.

[2]張賢安.高效纏繞管式換熱器的節(jié)能分析與工業(yè)應(yīng)用[J].壓力容器，2008，25（5）：54-58.

[3]王撫華.化學(xué)工程實(shí)用專題設(shè)計(jì)手冊（上冊）[M].北京：學(xué)苑出版社，2002.