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【摘要】绕管式换热器是一款高效紧凑的换热器，不但可以利用余热，在节能环保方面也具有很重要的作用。换热器的结构形式发杂，造价成本高，并且位于装置的关键部位，因此，一旦换热器发生故障，整套装置都必须停工，会给企业带来巨大的经济损失。本文主要介绍一下绕管式换热器的结构形式特点以及应用，并对它的未来发展趋势做一下预测。
【关键词】绕管式换热器 结构形式特点 未来发展趋势
一、绕管式换热器的结构形式特点
（一）结构构成原理
缠绕管式换热器（Spiral Wounded Heat Exchanger）相对于普通的列管式换热器具有不可比拟的优势，其适用的温度范围广，适应热冲击，能够自身消除热应力，紧凑度非常高，由于自身具有特殊的构造，使得其流场充分发展，不存在流动死区，其中最特别的是，通过设置多股管程（壳程单股），能够在一台设备内满足多股流体的同时换热。绕管式换热器是在芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形式交替缠绕而成的，相邻两层螺旋状传热管的螺旋方向是相反的，并采用具有特殊形状的定距件，使之能够保持一定的间距。
缠绕管可以采用单根绕制而成，也可采用两根或者多根组焊后一起然后绕制而成。管内可以通过一种的称为单通道型绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管最后均汇集在各自的管板上，构成的换热器称为多通道型缠绕管式换热器。区别于平常所用的直管式换热器，绕管式换热器的优势是，不仅仅换热管加长了，有足够的流程使物料在其中流通和热交换，同时保持流体在壳程内的压力平衡，平均了热能分布，这样在实际的使用中，大大地提高了换热效率与传热能力。
（二）技术特色绕管式换热器的三大技术特色
技术特色绕管式换热器的三大技术特色或者说是技术精髓为：精准的换热管间距、合理的管层数量以及层间距、全自动化的机器人焊接流程。
1、精准的换热管间距不锈钢管材因为其材质的特殊性而导致了在弯曲或者缠绕的时候很难具有塑性，为实现所有换热管的间距都是统一的这一技术要求带来了很大的困难，这就要求我们在加工时需要完备的技术和丰富的经验，而正是原装进口的高精度设备和顶尖的缠绕工艺为我们机械的生产提供了基础。
2、合理的管层数量以及层间距在换热管束缠绕时，每层相对的管径都在发生着变化，盘绕角度又要保持一致，要保证每根换热管的长度基本相同确实是很难做到的。而设计师设计出了每层换热管不同数量，以及合理的层间距就完美地攻克了这一难题，同时也解决了复杂换热条件下的流道要求。
3、全自动化的机器人焊接流程在设备生产的过程当中，采用全自动化的机器人焊接，以保证所有焊点尤其是在管板焊接都实现了标准统一，安全性能极高。
（三）绕管式换热器应用于工程的主要优点
1、结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积。对管径8～12mm的传热管，每立方米容积的传热面积可达100～170平方米。
2、可同时进行多种介质的传热。
3、管内的操作压力高，目前国外最高操作压力可达2000多MPa。
4、传热管的热膨胀可自行进行补偿。
5、换热器容易实现大型化发展。
二、应用情况
国内主要应用领域目前，绕管式换热器在我国主要应用于化肥合成氨装置（美国德士古工艺）中甲醇洗工段，在全国共有近20套此类装置，每套装置中有6台绕管式换热器。在国内，绕管换热器主要应用在同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大热量且管内介质操作压力较高的地方，如制氧等低温过程中使用的换热设备等。除此以外，在其他领域应用也很多，例如，蒸馏回流系统，浓缩系统，精馏系统，尾气余热回收系统，中药提取系统，高温瞬时灭菌系统，CIP清洗系统，民用暖通系统，工艺物料的加热和冷却等等。正常换热器的使用寿命大概为12年至20年左右，一般情况下企业可以根据实际情况和使用寿命期限来有计划的进行调试或者更换。如果管理不到位机器就很容易出现故障，那样会给企业带来很大的经济损失。
在国外，绕管式换热器被广泛应用于大型空气分离装置的过冷器及液化器（如，液体氧、液体氨装置）。林德公司曾在合成氨甲醇洗系统中推出的绕管式换热器系列设备就充分发挥了该种换热器的实际作用。
三、绕管式换热器的应用趋势
（一）绕管式换热器的大型化趋势
由于绕管式换热器结构的特殊性，它的封头虽然很小，但是管子可以长达数百米，目前已开发制造了一些大型的绕管式换热器。随着装置的大型化趋势不断发展，要求绕管换热器也要不断增大。但是目前普通列管式换热器由于管子的限制，是无法把换热器做大的。
（二）绕管换热器的高温化趋势
绕管式换热器必备的性能就是高效的换热性能，但其目前基本上只应用于深冷装置。从2001年开始，合肥通用所等企业开始专注研究能够应用于高温场合的绕管式换热器，并且，于2002年在镇海炼化投入使用，这种换热器所采用的是CrMo钢耐高温材料。经过几年运行，该换热器的性能能够完全达到使用要求，而且质量也很可靠。这种产品的成功应用大大拓宽了绕管式换热器的应用领域，使其可以从低温应用领域转向高温应用领域。如果介质允许，在炼油行业也是可以应用绕管式换热器的。
（三）绕管式换热器的高压化趋势
目前，绕管式换热器多应用于壳程压力高而管程压力低的地方，一般壳程压力能够达到15.0MPa，但是管程压力普遍小于5.0MPa。由于绕管式换热器的结构特点为：管板小，壳程压力大，两端入口封头较小，所以该结构能克服一般的高压换热器的缺点。普通高压换热器一般都是采用浮头式或者U形管式，当压力提高时，不仅加大了壳体厚度，而且还会大幅度提高法兰的强度等级。而绕管式换热器却可以利用其加长的长度来增大面积，而且两端的小管板也使得连接的法兰减小，这样会将制作工艺简单化。目前，国内某些单位正在研究用绕管式换热器逐步替代炼油行业中的一些高压换热器，如，加氢裂化和重整装置等。
结语：
总之，随着科技的不但发展，高新技术的应用会越来越多，越来越深入，绕管式换热器是一种新型高效换热器，它的优势是不言而喻的，在日后的生产制造过程中它一定会有更广阔的应用空间，它的发挥的作用会越来越大。
【参考文献】
[1]张贤安，陈永东，王健良 缠绕式换热器的工程应用.大氮肥，2004，27（1）：9～11
[2]陈永东.我国换热器的技术进展.第二届全国换热器学术会议论文集.2002
[3]都跃良.首台15CrMo缠绕管式换热器的制造.化工机械，2004，31（3）：165～166
[4]都跃良，陈永东，张贤安.大型多股流绕管换热器的制造.压力容器，21（6）：26～29
作者简介：鲍守珍（1984—），男，学士，研究方向：化工工艺。
【关键词】绕管式换热器 结构形式特点 未来发展趋势
一、绕管式换热器的结构形式特点
（一）结构构成原理
缠绕管式换热器（Spiral Wounded Heat Exchanger）相对于普通的列管式换热器具有不可比拟的优势，其适用的温度范围广，适应热冲击，能够自身消除热应力，紧凑度非常高，由于自身具有特殊的构造，使得其流场充分发展，不存在流动死区，其中最特别的是，通过设置多股管程（壳程单股），能够在一台设备内满足多股流体的同时换热。绕管式换热器是在芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形式交替缠绕而成的，相邻两层螺旋状传热管的螺旋方向是相反的，并采用具有特殊形状的定距件，使之能够保持一定的间距。
缠绕管可以采用单根绕制而成，也可采用两根或者多根组焊后一起然后绕制而成。管内可以通过一种的称为单通道型绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管最后均汇集在各自的管板上，构成的换热器称为多通道型缠绕管式换热器。区别于平常所用的直管式换热器，绕管式换热器的优势是，不仅仅换热管加长了，有足够的流程使物料在其中流通和热交换，同时保持流体在壳程内的压力平衡，平均了热能分布，这样在实际的使用中，大大地提高了换热效率与传热能力。
（二）技术特色绕管式换热器的三大技术特色
技术特色绕管式换热器的三大技术特色或者说是技术精髓为：精准的换热管间距、合理的管层数量以及层间距、全自动化的机器人焊接流程。
1、精准的换热管间距不锈钢管材因为其材质的特殊性而导致了在弯曲或者缠绕的时候很难具有塑性，为实现所有换热管的间距都是统一的这一技术要求带来了很大的困难，这就要求我们在加工时需要完备的技术和丰富的经验，而正是原装进口的高精度设备和顶尖的缠绕工艺为我们机械的生产提供了基础。
2、合理的管层数量以及层间距在换热管束缠绕时，每层相对的管径都在发生着变化，盘绕角度又要保持一致，要保证每根换热管的长度基本相同确实是很难做到的。而设计师设计出了每层换热管不同数量，以及合理的层间距就完美地攻克了这一难题，同时也解决了复杂换热条件下的流道要求。
3、全自动化的机器人焊接流程在设备生产的过程当中，采用全自动化的机器人焊接，以保证所有焊点尤其是在管板焊接都实现了标准统一，安全性能极高。
（三）绕管式换热器应用于工程的主要优点
1、结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积。对管径8～12mm的传热管，每立方米容积的传热面积可达100～170平方米。
2、可同时进行多种介质的传热。
3、管内的操作压力高，目前国外最高操作压力可达2000多MPa。
4、传热管的热膨胀可自行进行补偿。
5、换热器容易实现大型化发展。
二、应用情况
国内主要应用领域目前，绕管式换热器在我国主要应用于化肥合成氨装置（美国德士古工艺）中甲醇洗工段，在全国共有近20套此类装置，每套装置中有6台绕管式换热器。在国内，绕管换热器主要应用在同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大热量且管内介质操作压力较高的地方，如制氧等低温过程中使用的换热设备等。除此以外，在其他领域应用也很多，例如，蒸馏回流系统，浓缩系统，精馏系统，尾气余热回收系统，中药提取系统，高温瞬时灭菌系统，CIP清洗系统，民用暖通系统，工艺物料的加热和冷却等等。正常换热器的使用寿命大概为12年至20年左右，一般情况下企业可以根据实际情况和使用寿命期限来有计划的进行调试或者更换。如果管理不到位机器就很容易出现故障，那样会给企业带来很大的经济损失。
在国外，绕管式换热器被广泛应用于大型空气分离装置的过冷器及液化器（如，液体氧、液体氨装置）。林德公司曾在合成氨甲醇洗系统中推出的绕管式换热器系列设备就充分发挥了该种换热器的实际作用。
三、绕管式换热器的应用趋势
（一）绕管式换热器的大型化趋势
由于绕管式换热器结构的特殊性，它的封头虽然很小，但是管子可以长达数百米，目前已开发制造了一些大型的绕管式换热器。随着装置的大型化趋势不断发展，要求绕管换热器也要不断增大。但是目前普通列管式换热器由于管子的限制，是无法把换热器做大的。
（二）绕管换热器的高温化趋势
绕管式换热器必备的性能就是高效的换热性能，但其目前基本上只应用于深冷装置。从2001年开始，合肥通用所等企业开始专注研究能够应用于高温场合的绕管式换热器，并且，于2002年在镇海炼化投入使用，这种换热器所采用的是CrMo钢耐高温材料。经过几年运行，该换热器的性能能够完全达到使用要求，而且质量也很可靠。这种产品的成功应用大大拓宽了绕管式换热器的应用领域，使其可以从低温应用领域转向高温应用领域。如果介质允许，在炼油行业也是可以应用绕管式换热器的。
（三）绕管式换热器的高压化趋势
目前，绕管式换热器多应用于壳程压力高而管程压力低的地方，一般壳程压力能够达到15.0MPa，但是管程压力普遍小于5.0MPa。由于绕管式换热器的结构特点为：管板小，壳程压力大，两端入口封头较小，所以该结构能克服一般的高压换热器的缺点。普通高压换热器一般都是采用浮头式或者U形管式，当压力提高时，不仅加大了壳体厚度，而且还会大幅度提高法兰的强度等级。而绕管式换热器却可以利用其加长的长度来增大面积，而且两端的小管板也使得连接的法兰减小，这样会将制作工艺简单化。目前，国内某些单位正在研究用绕管式换热器逐步替代炼油行业中的一些高压换热器，如，加氢裂化和重整装置等。
结语：
总之，随着科技的不但发展，高新技术的应用会越来越多，越来越深入，绕管式换热器是一种新型高效换热器，它的优势是不言而喻的，在日后的生产制造过程中它一定会有更广阔的应用空间，它的发挥的作用会越来越大。
【参考文献】
[1]张贤安，陈永东，王健良 缠绕式换热器的工程应用.大氮肥，2004，27（1）：9～11
[2]陈永东.我国换热器的技术进展.第二届全国换热器学术会议论文集.2002
[3]都跃良.首台15CrMo缠绕管式换热器的制造.化工机械，2004，31（3）：165～166
[4]都跃良，陈永东，张贤安.大型多股流绕管换热器的制造.压力容器，21（6）：26～29
作者简介：鲍守珍（1984—），男，学士，研究方向：化工工艺。