更新时间：2024-09-21 13:19
螺旋板式冷却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、碳化等行业。按结构形式可分为不可拆式、尾旋板式及可拆式螺旋板式换热器。
传热元件由螺旋形板组成的换热器。
螺旋板式换热器结构及性能
1、本设备由两张卷制而成，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。
2、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。
3、I型不可拆式尾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。
4、II型可拆式螺旋板冷却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。
5、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、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。
1、国内外板式螺旋板式换热器发展现状
最近几十年来螺旋板式换热器的发展很快，主要表现在：板式换热器的种类越来越多，技术性能越来越好，应用范围越来越广。据统计，在现代化学工业中所用冷却器的投资大约占设备总投资的30%,在炼油厂中换热器占全部工艺设备的40%左右。上个世纪70年代初发生的世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。进入21世纪后，大量的强化传热技术应用于工业装置，换热器产业在技术水平上获得了快速提升，板式换热器日渐崛起。如兰石换热设备公司板式换热器成功进入国内核电建设项目常规和核岛领域，并陆续将板式换热器用于大乙烯项目、二氧化钛生产线等领域。现在国际上应用较多的螺旋板式换热器是一种高效节能的热交换设备。具有占地面积少、安装方便、价格便宜、传热效率高的优点。广泛应用于石油、化工、冶金、制药、食品加工、城市采暖等各行业。
2、我国螺旋板式换热器的发展趋势及面临的问题
在我国使用螺旋板式换热器是从五十年代开始，当时主要用于氢氧化钠厂中的电解液加热和浓碱液冷却。六十年代，我国机械制造部门设计、制造了卷制螺旋板的专用卷床，使卷制的工效提高了几十倍，为推广应用螺旋板式换热器制造了良好的条件。自1968年第一机械工业部在苏州市召开的尾旋板式和固定管板式冷却器系列审查会议后，国内已有很多家工厂生产了这种换热器，在我国得到了迅速的推广应用。
随着全球能源形势的日趋紧张，常规能源的日益减少，节能降耗越来越受到人们的重视。我国明确提出，在“十一五”期间单位GDP能源消耗要比“十五”期末降低20％，为此全国各行各业广泛开展了“节能降耗”工作。螺旋板式换热器在工业生产中是调节工艺介质温度以满足工艺需求以及回收废热以实现节能降耗的关键设备，其换热性能和动力消耗关系到生产效率和节能降耗水平，其重量和造价决定了整个生产系统的投资。因此，冷却器的强化传热、降低流阻以及提高综合性能一直是国内科研人员和工程技术人员研究的热点，也取得了大量科研成果。目前，先进的热交换技术已在能源、动力、化工、石油、冶金、核能、制药、轻工、纺织及航空航天等领域得到广泛应用。
我国目前的最好水平与国外的差距仍然很大。同时又面临以下问题：
（1）如何进一步提高螺旋板式换热器的承压能力
如何进一步提高螺旋板式换热器的承压能力，以使应用范围更为广泛。提高承压能力的途径可采用增加螺旋板厚度、增加定距柱的数目或提高板材的强度（亦即选用质量较好有一定塑性且强度高的钢材）。但如采用增加板厚的方法，则势必要求提高卷板机的能力，这样消耗的功率相应增加，还会给制造工艺带来困难，并使成本提高。目前提高其承受能力的办法主要以改进结构和选用较好的材料。
（2）螺旋板式换热器的焊接问题
因为奥氏体不锈钢的导热系数较小，而膨胀系数大，在焊接的过程中，如果工艺不当会产生较大的变形，引起较大的法兰平面度，不是加工余量大就是余量不足造成报废。因为焊接中焊缝较长，对焊接的工艺要求很高，否则会造成泄漏。
（3）不易检修
螺旋板式换热器不易检修，尤其是内部板出现问题时极难修理。有些厂把设备两端焊缝全部车掉。重新将板展平补焊后再卷制。这样做消耗的工时太大。因选用螺旋板式换热器防腐是十分重要的。这对螺旋板式换热器的发展造成了很大的局限性。
（4）污垢对传热系数的影响
目前国内对螺旋板式冷却器的垢层热阻还没有成熟的计算公式，在设计计算时，需要先选一垢层热阻（或选一污垢系数），需参照管壳式换热器的污垢系数，选取略小于管壳式换热器的污垢系数的数据，但这样做无疑增大了螺旋板式换热器的设计误差，造成质量性能上的下降。
（5）螺旋板式换热器质量亟待提高
根据国家对螺旋板式换热器进行的统检结果看，我国螺旋板式换热器与当前国内实际需要和国外产品相比，差距不小，产品质量亟待提高。企业的产品质量意识淡薄，由于市场对螺旋板式冷却器的需求量增大，带动了生产企业的发展，尤其是小型个体、私营企业数量猛增，这一供需的变化势必使一些企业不能保证换热器的质量问题。
1.螺旋板式换热器的公称压力PN规定为0.6，1，1.6、2.5Mpa（即原6、10、16、25kg/cm）（系指单通道的最大工作压力）试验压力为工作压力的1.25倍。
2.螺旋板式换热器与介质接触部分的材质，碳钢为Q235A、Q235B、不锈钢酸港为SUS321、SUS304、3161。其它材质可根据用户要求选定。
3.允许工作温度：碳素钢的t=0-+350℃。不锈钢酸钢的t=-40-500℃。升温降压范围按压力容器的有关规定，选用本设备时，应通过恰当的工艺计算，使设备通道内的流体达到湍流状态。（一般液体流速1m/Sec气体流速10m/Sec）.设备可卧放或立放，但用于蒸气冷凝时只能立放；用于氢氧化钠行业必须进行整体热处理，以消除应力。
4.选用设备时，应通过适当的工艺计算，使设备通道内的液体达到湍流状态（一般液体速度≥0.5m/s；气体≥10m/s）。
5.设备可卧放或立放，但用于蒸汽冷凝时只能立放。
6. 用于烧碱行业必须进行整体热处理，以消除应力。
7.当通道两侧流量值差较大时，可采用不等间距通道来优化工艺设计。
尾旋板式换热器与一般列管式换热器相比是不容易堵塞的，尤其是泥沙、小贝壳等悬浮颗粒杂质不易在螺旋通道内沉积，主要体现在：
1.因为它是单通道杂质在通道内的沉积一形成周转的流还就会提高至把它冲掉；
2.因为螺旋通道内没有死角，杂质容易被冲出。
1、设备安装，应请熟悉该系统工艺的工程技术人员指导，按照本说明书和产品质量证明书及其系统工艺特点，确定安装工艺方案。在安装中，应考虑尽量利用管道的走向吸收热膨胀，并且安装要水平、对正，不能产生附加应力，以免对设备造成不利影响。管道联接应使两流程完全逆流状态，以提高传热效果。
2、安装之前应清洗管道系统，不得有泥砂、杂物等存留其中；检查冷却器在运输中是否损坏，是否有大杂物落入管口中。
3、设备安装完毕，设备与系统应进行水压试验。
4、水压试验完毕，应对设备进行保温。
5、循环必须软化或加药处理。（按低压锅炉水质标准GB1576-96），由于水处理不当造成结垢，可用化学清洗除垢。
在生产过程中，由于架子管板式换热器的管板受水分冲刷、气蚀和微量化学介质的腐蚀，管板焊缝处经常出现渗漏，导致水和化工材料出现混合，生产工艺温度难以控制，致使生成其它产品，严重影响产品质量，降低产品等级。冷凝器管板焊缝渗漏后，企业通常利用传统补焊的方法进行修复，管板内部易产生内应力，且难以消除，致使其它冷却器出现渗漏，企业通过打压，检验设备修复情况，反复补焊、实验，2～4人需要几天时间才能修复完成，使用几个月后管板焊缝再次出现腐蚀，给企业带来人力、物力、财力的浪费，生产成本的增加。通过福世蓝高分子复合材料的耐腐蚀性和抗冲刷性，通过提前对新换热器的保护，这样不仅有效治理了新换热器存在的焊缝和沙眼问题，更避免了使用后物质腐蚀换热器金属表面和焊接点，在以后的定期维修时，也可以涂抹福世蓝高分子复合材料来保护裸露的金属；即使使用后出现了渗漏现象，也可以通过福世蓝技术及时修复，避免了长时间的堆焊维修影响生产。正是由于此种精细化的管理，才使得冷却器渗漏问题出现的概率大大降低，不仅降低了换热器的设备采购成本，更保证了产品质量、生产时间，提高了产品竞争力。
尾旋板式换热器是由两个封闭且独立的螺旋通道构成，通道内出现了串漏则对于串漏点的确定比较困难。为了准确的查出漏点，采用了钻孔的方法。钻孔时，钻孔位置应定在换热器一端的同一个螺旋通道上，且为十字交叉形排列，在钻孔时还应尽量保证不让铁屑掉进换热器内，以使其通道畅通。
灌水打压查漏
从未钻孔的一个通道上，用压力水泵向冷却器内灌水，并形成一定的压力，这时换热器串漏的位置就会窜出水来，流到另一通道(钻过孔的通道),并从离漏点最近的那层钻孔往下滴水,(这时换热器钻过孔的一端应是朝下放置),通过滴出水的位置，就能确定在第几层有内泄漏，这时再将换热器相同层未钻孔的一侧管帽割开一段作为观察孔，从观察孔处就能准确确定具体串漏点。
内漏处的修理
1、挖孔：在确定了内漏点的位置后，从换热器最散逸层对应着漏点的地方，开始割孔，顺序是由外向里，一直割到有内漏点的那一层为止。割出的孔应为椭圆形，且尺寸的大小是外层大，向里逐渐小，一般每层板上孔的大小相差40mm,如漏点位置较深，在外层割出的孔应较大。
2、清渣：在割完孔后，应对留在每层板上的氧化渣认真进行清理，这是在对焊回补板时，回补板与每层螺旋板能否贴紧焊牢的关键，可用子和修整模具用的小手砂轮清理氧化渣，注意应尽量将清理的渣子清出，不让其掉进冷却器内。
3、配回补板：为保证修理的质量，从换热器上每层割下来的板料，不再使用，重新配回补板，另配的回补板要用与换热器螺旋板相同的材料和板厚，其周边应比换热器上每层割出的孔分别大15mm?20mm,且也为椭圆形，并做成和换热器每层螺旋板弧度相一致的弧形。
4、焊内漏点和回补板：
1)焊内漏点时要仔细检查漏点是裂缝还是沙眼，有必要时可用手砂轮对漏处进行清理，磨出沟槽，以保证焊接质量。
2)焊补时采用J422焊条，焊条直径是3.2mm,电流控制在100-120A之间，先焊漏点再焊每层回补板，顺序从里向外逐层焊接。
3)椭圆形回补板是紧贴在冷却器的内弧面来进行焊接的，其目的是“方便操作，保证焊接质量”。
4)为使椭圆形回补板顺利装进换热器内，可在回补板上焊上一截圆钢，点焊好椭圆形回补板后，再将其去掉。
5)每层回补板之间还焊有短圆钢撑,(主要是为了增加椭圆形回补板相互的刚度)。每层回补板上焊短圆钢撑的数量由回补板的大小而定，一般在靠外稍大的几层回补板上焊23个，靠内层的回补板上焊1~2个。
6)最散逸层钢板因有δ12mm厚，所以可将原割下的钢板直接装在原位置对齐焊接即可。
7)在焊接中应做到，焊完每层椭圆形回补板后，应仔细检查焊接位置，如有沙眼要进行补焊，确保其每层的焊接质量。
试压并封堵钻孔
在内漏点和回补板焊接完后，用压力水泵向末钻过孔的通道灌水，并形成0.5?1.0MPa的压力，并保持一定时间，应不出现泄压现象。封堵钻过的孔：用于钻孔直径相同的短圆钢段，封堵、焊接钻过的孔的位置和观察孔，而后对该通道进行水压试压，压力为0.51.0MPa,应不出现泄漏。试压过程须注意事项:1)在对冷却器割孔前，应用蒸汽将残留在换热器内的物质吹净，以免气割时产生燃烧，发生安全事故。2)在对换热器修理前，应对其是否腐蚀严重进行确认，决定其还有无修理的必要。
1.电化学保护法
电化学保护法分为阴极保护和阳极保护。阴极保护是利用外加直流电源，使金属表面上的阳极变为阴极而受到保护。这种方法消耗电量大，费用高，采用极少。阳极保护法是把被保护的设备接以外加电源的阳极，使金属表面生成钝化膜，从而达到保护。碳钢螺旋板式换热器的造价低，但耐腐蚀性差。通过采用牺牲阳极保护技术可以提高螺旋板式换热器的使用寿命，但这一技术的保护作用仅限于管子入口处的有限长度内, 管内深处难以实现阴极保护，所以牺牲阳极保护法在螺旋板式换热器上的应用受到了很大限制。
2.耐腐蚀材料
采用耐蚀材料(如双目不锈钢、哈氏合金、钛、TC4、铜等)，这些材料耐腐蚀性强，可以提高螺旋板式换热器的使用寿命，但这些高耐腐蚀性的材料价格昂贵，制造成本高，一次性投入的成本大，企业一般难以接受，推广困难。
3.防腐蚀涂层法
在金属表面，通过一定的涂复方法，复盖一层耐腐蚀的涂料保护层，以避免金属表面与腐蚀介质的直接接触。这种技术方法最为经济有效，最初用于防止气体介质腐蚀，所用涂料大部分为有机有机高分子化合物混合物溶液。人们逐渐向防油及防溶剂涂料、高温涂料、重防腐涂料及特殊环境用涂料方向发展。
4.添加缓蚀剂法
在腐蚀性介质中，加入少量的某些物质，而这些物质能使金属的腐蚀大大降低，甚至停止，这类物质称为缓蚀剂。缓蚀剂的加入应以不影响生产工艺和产品质量为原则。
金属侵蚀的现象与机理较复杂，涉及的范围又十分广泛。按反应机理，金属侵蚀可分化学侵蚀和电化学侵蚀。而金属表面与电解质溶液因发生电化学作用而产生的电化学侵蚀是最普遍、最常见的侵蚀。电化学侵蚀通常又以应力侵蚀破裂、点蚀(小孔侵蚀)、缝隙侵蚀等局部侵蚀的形式泛起。
侵蚀与防护的主要目的是为了增产节约。
优点：螺旋板式冷却器结构紧凑，单位体积提供的传热面很大，如直径￠1500mm高1200mm的螺旋板换热器的传热面可达130m2。流体在尾旋板内允许流速较高，并且流体沿螺旋方向流动，滞流层薄，故传热系数大，传热效率高。此外还因流速大，脏物不易滞留。
缺点：螺旋板式换热器要求焊接质量高，检修比较困难。重量大，刚性差，螺旋板式换热器运输和安装时应特别注意。