螺旋板式換熱器

螺旋板式換熱器是一種新型換熱器，傳熱效率好，運行穩定性高，可多台共同工作。螺旋板式換熱器是一種高效換熱器設備,適用汽－汽、汽－液、液－液，對液傳熱。

它適用於化學、石油、溶劑、醫藥、食品、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業。按 結構形式可分為 不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋 板式換熱器。現行標準為JB/T4751-2003《螺旋板式換熱器》。

基本介紹

• 中文名：螺旋板式換熱器
• 外文名：spiral plate heat exchanger
• 優點：傳熱效率好
• 適用：汽－汽、汽－液
• 標準：為JB/T4751-2003
• 適用：多個行業

結構性能

1、本設備由兩張卷制而成，形成了兩個均勻的螺旋通道，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。2、在殼體上的接管採用切向結構，局部阻力小，由於螺旋通道的曲率是均勻的，液體在設備內流動沒有大的轉向，總的阻力小，因而可提高設計流速使之具備較高的傳熱能力。

螺旋板式換熱器

3、I型不可拆式螺旋板式換熱器螺旋通道的端面採用焊接密封，因而具有較高的密封性。

結構原理圖

4、II型可拆式螺旋板換熱器結構原理與不可拆式換熱器基本相同，但其中一個通道可拆開清洗，特別適用有粘性、有沉澱液體的熱交換。

5、III型可拆式螺旋板換熱器結構原理與不可拆式換熱器基本相同，但其兩個通道可拆開清洗，適用範圍較廣。

基本參數

1.螺旋板式換熱器的公稱壓力PN規定為0.6，1，1.6、2.5Mpa（即原6、10、16、25kg/cm）（系指單通道的最大工作壓力）試驗壓力為工作壓力的1.25倍。

2.螺旋板式換熱器與介質接觸部分的材質，碳素鋼為Q235A、Q235B、不鏽鋼酸港為SUS321、SUS304、3161。其它材質可根據用戶要求選定。

3.允許工作溫度：碳素鋼的t=0-+350℃。不鏽鋼酸鋼的t=-40-500℃。升溫降壓範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。（一般液體流速1m/Sec氣體流速10m/Sec）.設備可臥放或立放，但用於蒸氣冷凝時只能立放；用於燒鹼行業必須進行整體熱處理，以消除應力。

4.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）。

5.設備可臥放或立放，但用於蒸汽冷凝時只能立放。

6. 用於燒鹼行業必須進行整體熱處理，以消除應力。

7.當通道兩側流量值差較大時，可採用不等間距通道來最佳化工藝設計。

防堵塞原理

螺旋板式換熱器與一般列管式換熱器相比是不容易堵塞的，尤其是泥沙、小貝殼等懸浮顆粒雜質不易在螺旋通道內沉積，主要體現在：

1.因為它是單通道雜質在通道內的沉積一形成周轉的流還就會提高至把它衝掉；

2.因為螺旋通道內沒有死角，雜質容易被衝出。

特點

1、傳熱效率高（性能好）

一般認為螺旋板式換熱器的傳熱效率為列管式換熱器的1-3倍。等截面單通道不存在流動死區，定距柱及螺旋通道對流動的擾動降低了流體的臨界雷諾數，水水換熱時螺旋板式換熱器的傳熱係數最大可達3000W/（㎡.K）。

2、有效回收低溫熱能

螺旋板式換熱器由兩張卷制而成，進行餘熱回收，充分利用低溫熱能。

3、運行可靠性強

不可拆式螺旋板式換熱器螺旋通道的端面採用焊接密封，因而具有較高的密封性，保證兩種工作介質不混合。

4、阻力小

在殼體上的接管採用切向結構。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，可用蒸汽或鹼液沖洗，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。

5、可多台組合使用

單台設備不能滿足使用要求時，可以多台組合使用，但組合時必須符合下列規定：並聯組合、串聯組合、設備和通道間距相同。混合組合：一個通道並聯，一個通道串聯。

使用說明

1、 設備安裝，應請熟悉該系統工藝的工程技術人員指導，按照本說明書和產品質量證明書及其系統工藝特點，確定安裝工藝方案。在安裝中，應考慮儘量利用管道的走向吸收熱膨脹，並且安裝要水平、對正，不能產生附加應力，以免對設備造成不利影響。管道聯接應使兩流程完全逆流狀態，以提高傳熱效果。

2、 安裝之前應清洗管道系統，不得有泥砂、雜物等存留其中；檢查換熱器在運輸中是否損壞，是否有大雜物落入管口中。

3、設備安裝完畢，設備與系統應進行水壓試驗。

4、水壓試驗完畢，應對設備進行保溫。

5、循環必須軟化或加藥處理。（按低壓鍋爐水質標準GB1576-96），由於水處理不當造成結垢，可用化學清洗除垢。

故障處理

在生產過程中，由於螺旋管板式換熱器的管板受水分沖刷、氣蝕和微量化學介質的腐蝕，管板焊縫處經常出現滲漏，導致水和化工材料出現混合，生產工藝溫度難以控制，致使生成其它產品，嚴重影響產品質量，降低產品等級。冷凝器管板焊縫滲漏後，企業通常利用傳統補焊的方法進行修復，管板內部易產生內應力，且難以消除，致使其它換熱器出現滲漏，企業通過打壓，檢驗設備修復情況，反覆補焊、實驗，2～4人需要幾天時間才能修復完成，使用幾個月後管板焊縫再次出現腐蝕，給企業帶來人力、物力、財力的浪費，生產成本的增加。通過福世藍高分子複合材料的耐腐蝕性和抗沖刷性，通過提前對新換熱器的保護，這樣不僅有效治理了新換熱器存在的焊縫和砂眼問題，更避免了使用後化學物質腐蝕換熱器金屬表面和焊接點，在以後的定期維修時，也可以塗抹福世藍高分子複合材料來保護裸露的金屬；即使使用後出現了滲漏現象，也可以通過福世藍技術及時修復，避免了長時間的堆焊維修影響生產。正是由於此種精細化的管理，才使得換熱器滲漏問題出現的機率大大降低，不僅降低了換熱器的設備採購成本，更保證了產品質量、生產時間，提高了產品競爭力。

泄漏處理

螺旋板式換熱器是由兩個封閉且獨立的螺旋通道構成,通道內出現了串漏則對於串漏點的確定比較困難。為了準確的查出漏點,採用了鑽孔的方法。鑽孔時,鑽孔位置應定在換熱器一端的同一個螺旋通道上,且為十字交叉形排列,在鑽孔時還應儘量保證不讓鐵屑掉進換熱器內,以使其通道暢通。

灌水打壓查漏

從未鑽孔的一個通道上,用壓力水泵向換熱器內灌水,並形成一定的壓力,這時換熱器串漏的位置就會竄出水來,流到另一通道(鑽過孔的通道),並從離漏點最近的那層鑽孔往下滴水,(這時換熱器鑽過孔的一端應是朝下放置),通過滴出水的位置,就能確定在第幾層有內泄漏,這時再將換熱器相同層未鑽孔的一側封頭割開一段作為觀察孔,從觀察孔處就能準確確定具體串漏點。

內漏處的修理

1、挖孔：在確定了內漏點的位置後,從換熱器最外層對應著漏點的地方,開始割孔,順序是由外向里,一直割到有內漏點的那一層為止。割出的孔應為橢圓形,且尺寸的大小是外層大,向里逐漸小,一般每層板上孔的大小相差40mm,如漏點位置較深,在外層割出的孔應較大。

2、清渣：在割完孔後,應對留在每層板上的氧化渣認真進行清理,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,可用鏨子和修整模具用的小手砂輪清理氧化渣,注意應儘量將清理的渣子清出,不讓其掉進換熱器內。

3、配回補板：為保證修理的質量,從換熱器上每層割下來的板料,不再使用,重新配回補板,另配的回補板要用與換熱器螺旋板相同的材料和板厚,其周邊應比換熱器上每層割出的孔分別大15mm?20mm,且也為橢圓形,並做成和換熱器每層螺旋板弧度相一致的弧形。

4、焊內漏點和回補板：

1)焊內漏點時要仔細檢查漏點是裂縫還是砂眼,有必要時可用手砂輪對漏處進行清理,磨出溝槽,以保證焊接質量。

2)焊補時採用J422焊條,焊條直徑是3.2mm,電流控制在100-120A之間[1],先焊漏點再焊每層回補板,順序從裡向外逐層焊接。

3)橢圓形回補板是緊貼在換熱器的內弧面來進行焊接的,其目的是“方便操作,保證焊接質量”。

4)為使橢圓形回補板順利裝進換熱器內,可在回補板上焊上一截圓鋼,點焊好橢圓形回補板後,再將其去掉。

5)每層回補板之間還焊有短圓鋼撐,(主要是為了增加橢圓形回補板相互的剛度)。每層回補板上焊短圓鋼撐的數量由回補板的大小而定,一般在靠外稍大的幾層回補板上焊23個,靠內層的回補板上焊1~2個。

6)最外層鋼板因有δ12mm厚,所以可將原割下的鋼板直接裝在原位置對齊焊接即可。

7)在焊接中應做到,焊完每層橢圓形回補板後,應仔細檢查焊接位置,如有砂眼要進行補焊,確保其每層的焊接質量。

試壓並封堵鑽孔

在內漏點和回補板焊接完後,用壓力水泵向末鑽過孔的通道灌水,並形成0.5?1.0MPa的壓力,並保持一定時間,應不出現泄壓現象。封堵鑽過的孔:用於鑽孔直徑相同的短圓鋼段,封堵、焊接鑽過的孔的位置和觀察孔,而後對該通道進行水壓試壓,壓力為0.51.0MPa,應不出現泄漏。試壓過程須注意事項:1)在對換熱器割孔前,套用蒸汽將殘留在換熱器內的化學物質吹淨,以免氣割時產生燃燒,發生安全事故。2)在對換熱器修理前,應對其是否腐蝕嚴重進行確認,決定其還有無修理的必要。

防腐蝕技術

1.電化學保護法

電化學保護法分為陰極保護和陽極保護。陰極保護是利用外加直流電源，使金屬表面上的陽極變為陰極而受到保護。這種方法消耗電量大，費用高，採用極少。陽極保護法是把被保護的設備接以外加電源的陽極，使金屬表面生成鈍化膜，從而達到保護。碳鋼螺旋板式換熱器的造價低，但耐腐蝕性差。通過採用犧牲陽極保護技術可以提高螺旋板式換熱器的使用壽命，但這一技術的保護作用僅限於管子入口處的有限長度內, 管內深處難以實現陰極保護，所以犧牲陽極保護法在螺旋板式換熱器上的套用受到了很大限制。

2.耐腐蝕材料

採用耐蝕材料(如雙目不鏽鋼、哈氏合金、鈦、鈦合金、銅等)，這些材料耐腐蝕性強，可以提高螺旋板式換熱器的使用壽命，但這些高耐腐蝕性的材料價格昂貴，製造成本高，一次性投入的成本大，企業一般難以接受，推廣困難。

3.防腐蝕塗層法

在金屬表面，通過一定的塗覆方法，覆蓋一層耐腐蝕的塗料保護層，以避免金屬表面與腐蝕介質的直接接觸。這種技術方法最為經濟有效，最初用於防止氣體介質腐蝕，所用塗料大部分為有機高分子混合物溶液。人們逐漸向防油及防溶劑塗料、高溫塗料、重防腐塗料及特殊環境用塗料方向發展。

4.添加緩蝕劑法

在腐蝕性介質中，加入少量的某些物質，而這些物質能使金屬的腐蝕大大降低，甚至停止，這類物質稱為緩蝕劑。緩蝕劑的加入應以不影響生產工藝和產品質量為原則。

金屬侵蝕的現象與機理較複雜,涉及的範圍又十分廣泛。按反應機理,金屬侵蝕可分化學侵蝕和電化學侵蝕。而金屬表面與電解質溶液因發生電化學作用而產生的電化學侵蝕是最普遍、最常見的侵蝕。電化學侵蝕通常又以應力侵蝕破裂、點蝕(小孔侵蝕)、縫隙侵蝕等局部侵蝕的形式泛起。

侵蝕與防護的主要目的是為了增產節約。

優、缺點

優點：螺旋板式換熱器結構緊湊，單位體積提供的傳熱面很大，如直徑￠1500mm高1200mm的螺旋板換熱器的傳熱面可達130m2。流體在螺旋板內允許流速較高，並且流體沿螺旋方向流動，滯流層薄，故傳熱係數大，傳熱效率高。此外還因流速大，髒物不易滯留。

缺點：螺旋板式換熱器要求焊接質量高，檢修比較困難。重量大，剛性差，螺旋板式換熱器運輸和安裝時應特別注意。

生產實踐證明，螺旋板式換熱器與一般列管式換熱器相比是不容易堵塞的，尤其是泥沙、小貝殼等懸浮顆粒雜質不易在螺旋通道內沉積，分析其原因；一是因為它是單通道雜質在通道內的沉積一形成周轉的流還就會提高至把它衝掉，二是因為螺旋通道內沒有死角，雜質容易被衝出。