眾所周知換熱器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，它是決定企業(yè)能耗水平的主導(dǎo)性因素之一，也是行業(yè)節(jié)能挖潛的關(guān)鍵設(shè)備。

傳熱現(xiàn)象是由溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，即以溫度差為動力而產(chǎn)生的能量由高溫向低溫進(jìn)行傳遞的過程。螺旋纏繞管式換熱器是管殼式換熱器之一。綜合其設(shè)計理論依據(jù)，結(jié)構(gòu)特點，性能分析，它同時具有安全、高效節(jié)能、體積小、表面光潔維護(hù)費用低、使用壽命長等特點，相對于傳統(tǒng)換熱器它是具有劃時代意義的節(jié)能產(chǎn)品。本文將通過國內(nèi)各行業(yè)的應(yīng)用實例，來展現(xiàn)螺旋纏繞管式換熱器在節(jié)能減排中起到的重要作用。

一.設(shè)計依據(jù)：

螺旋纏繞管式換熱器較傳統(tǒng)換熱器，依據(jù)國際先進(jìn)設(shè)計理論，計算準(zhǔn)確，設(shè)計合理。

1. 螺旋螺紋管設(shè)計，雙側(cè)強(qiáng)化傳熱設(shè)計。

2. 利用歐文（OWEN）湍流抖振頻率準(zhǔn)則原理，消除換熱器湍流抖振現(xiàn)象，熱應(yīng)力自消除。

3. 利用聲共鳴許用準(zhǔn)則（Eisinger準(zhǔn)則和Bevins準(zhǔn)則），抑制聲駐波，降低運行噪音。

4. 利用CFD（計算流體力學(xué)技術(shù)），F(xiàn)EM（有限元技術(shù)），提高計算精度。

二.獨特設(shè)計及機(jī)理：

傳熱系數(shù)是傳熱設(shè)備的一個重要技術(shù)指標(biāo)，強(qiáng)化換熱表面對流傳熱是提高傳熱系數(shù)的有效措施。螺旋纏繞管式換熱器通過獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，顯著提高換熱系數(shù)，實現(xiàn)高效節(jié)能。

1.   材質(zhì)：

   螺旋纏繞管式換熱器，換熱管為不銹鋼316L材質(zhì)，殼程為不銹鋼304材質(zhì)，以滿足不同復(fù)雜物料的換熱要求。耐溫300℃，耐壓1.6Mpa。

2.   螺紋管束：

螺旋纏繞管式換熱器采用高效不銹鋼雙螺紋管。該管束表面設(shè)計周期變化的環(huán)形螺紋，當(dāng)換熱管內(nèi)外物料流動時，由于流通截面和流動方向的不斷變化，破壞層流底層，提高流體湍流強(qiáng)度和湍流的給熱能力。

3.   換熱管螺旋纏繞結(jié)構(gòu)：

換熱管束經(jīng)特殊工藝加工成盤旋纏繞結(jié)構(gòu)。換熱管束兩端通過先強(qiáng)度脹接后焊接的工藝固定在管板上，管束與管板封裝在換熱器殼體內(nèi)，管板焊接在兩端封頭上。單位體積內(nèi)增大換面積，經(jīng)盤旋纏繞后的換熱管束拉伸后長度可達(dá)殼體長度的4-6倍，使熱媒體在換熱管內(nèi)停留時間長，換熱更充分。雙側(cè)流體通過時，沿軸向運動，不斷改變流體運動方向。同時在螺紋管增加湍流強(qiáng)度的同時，再次強(qiáng)化傳熱，保持穩(wěn)定連續(xù)的強(qiáng)化作用，使傳熱效果顯著提高。

4.   接管中心線間90°連接方式：

螺旋纏繞管式換熱器在接管連接方式上有一項與眾不同的設(shè)計，即在兩端封頭上的兩個接管中心線間的角度為90°。此設(shè)計對于提高換熱器的傳熱性能、降低結(jié)垢傾向都具有顯著的效果。

5.非對稱流設(shè)計：

  螺旋纏繞管式換熱器管程殼程容積不相同，殼程容積能達(dá)到管程容積的4.2倍，以滿足醫(yī)藥，化工等各種不同復(fù)雜工況要求。

三.性能分析：

1. 全不銹鋼材質(zhì)，耐高溫、高壓

   螺旋纏繞管式換熱器的換熱管束和殼體采用不銹鋼304、316L材質(zhì)，具有統(tǒng)一的膨脹系數(shù)，不會由于壓力和溫度變化而引起換熱器的變形。換熱器耐高溫、高壓，無需加裝減溫減壓裝置，耐溫300℃，耐壓1.6Mpa。

2. 高效節(jié)能

   螺旋纏繞管式換熱器，整體先進(jìn)的設(shè)計，顯著提高換熱能力，尤其在有相變的換熱工況，較傳統(tǒng)換熱器有顯著性能優(yōu)勢。在汽水交換如蒸汽加熱水的工況下，常規(guī)的管殼式換熱器換熱系數(shù)k值一般可達(dá)為6000 w/（㎡·℃），螺旋纏繞管式換熱器其換熱系數(shù)k值可高達(dá)14000w/（㎡·℃），是常規(guī)管殼式換熱器的3-7倍。實現(xiàn)熱量充分利用，節(jié)省能源。

3. 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于安裝

相對于傳統(tǒng)換熱器體積龐大，笨重，需要大型吊裝而言，螺旋纏繞管式換熱器螺旋纏繞方式，結(jié)構(gòu)緊湊，滿足相同熱負(fù)荷的工況時，螺旋纏繞管式換熱器體積只有傳統(tǒng)管殼式換熱器的1/10左右，占地面積小，節(jié)省空間；同時也因為體積小、重量輕，更加便于安裝、拆卸，減少了安裝費用。

4.結(jié)垢傾向低，維護(hù)方便

換熱器結(jié)垢會直接降低換熱效果，進(jìn)而達(dá)不到工藝要求，影響生產(chǎn)，增加維護(hù)費用，因此盡量降低結(jié)構(gòu)傾向是換熱器設(shè)計重要因素。螺旋纏繞管式換熱器從以下方面來降低結(jié)垢傾向。

⑴換熱過程降低溫度梯度，減少設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢因素；螺旋纏繞管式換熱器獨特的螺旋螺紋管長度是殼體的4～6倍，有效的減小了溫度梯度。

⑵采用90度連接，可以使換熱器全部參與換熱，不留死角；使流體自動沖刷管路，降低結(jié)垢傾向；

⑶提高換熱管的表面光潔度，降低污垢系數(shù)；

⑷采用螺旋纏繞結(jié)構(gòu)，極大的改變流體的流動狀態(tài)，形成了強(qiáng)烈的湍流效果；由于流體是螺旋流動的，流體在離心力的作用下對管壁有較強(qiáng)的沖刷作用，因此不易結(jié)垢.

⑸關(guān)鍵是提高流速為5.5m/s（傳統(tǒng)設(shè)計為1.2m/s）起到不易結(jié)垢并且可以沖刷污垢；是換熱器不易結(jié)垢的主要原因；

四、實例介紹

某藥業(yè)有限公司原料藥生產(chǎn)車間,按照原設(shè)計為四種物料的塔頂冷凝回流,根據(jù)原始設(shè)計，冷凝換熱量合計為10874KW,需要換熱面積總計1058.7平方米,設(shè)備占地面積為800平方米

    選用螺旋纏繞管式換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,在保證工藝需求的前提下,優(yōu)化設(shè)計如下,取得較高的經(jīng)濟(jì)效益:

（1）.換熱面積大大降低，使用螺旋纏繞管式換熱器換熱面積為297.7平方米，是原設(shè)計的1/3左右，大大節(jié)約設(shè)備投資；

（2）.占地面積減少，采用螺旋纏繞管式換熱器，占地面積不足400平方米，可以減少約400平方米的基建費用；

（3）. 螺旋纏繞管式換熱器體積小，安裝方便，安裝費用降低30%；

（4）.設(shè)備安裝方便，大大縮短了50%安裝工期。

通過上述數(shù)據(jù)分析可知，螺旋纏繞管式換熱器性價比高，在原料藥生產(chǎn)物料的冷凝回流應(yīng)用有很大優(yōu)勢。以上優(yōu)勢是換熱器結(jié)構(gòu)本身體現(xiàn)的特點，同時因螺旋纏繞管式換熱器全焊接耐高壓的特點，大大減少了設(shè)備的檢修費用和工時，又是制藥企業(yè)節(jié)能降耗的具體應(yīng)用。

隨著節(jié)能減排工作的深入，目前像科倫藥業(yè)、齊魯制藥、石藥集團(tuán)、華藥集團(tuán)等企業(yè)都選用螺旋纏繞管式換熱器，都在節(jié)能減排工作發(fā)揮了積極作用。

綜上所述，螺旋纏繞管式換熱器實現(xiàn)了雙面強(qiáng)化傳熱的高效換熱器，它同時具有安全、高效節(jié)能、體積小、表面光潔維護(hù)費用低、使用壽命長等特點，在原料藥生產(chǎn)車間的設(shè)計中合理選用高效換熱器，不僅在平面布局的設(shè)計、管道的布置中具有相應(yīng)的優(yōu)勢，而且在實際安裝和生產(chǎn)中便捷、高效。