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1 螺旋板式换热器简介

螺旋板式换热器是用薄金属板压制而制成的螺旋通 道，换热板片是波纹形状，在壳体上的接管形式采用切线 结构，由于螺旋通道的曲率是均匀的，流体在设备内部流 动没有太大的转向阻力，总阻力小，因而可以提高流速使 之具备较高的传热能力。现行制造标准为JB/T4751—2003 《螺旋板式换热器》。它是一种高效的换热设备，主要适 用于汽-汽、液-液、汽-液的传热。冷热流体是通过螺旋 板壁换热。螺旋板式换热器的型式主要分为可拆的和不可 拆的两种型式。其换热原理及结构决定了它具有结构紧 凑、占地面积小、操作灵活、热损小、安装方便等特点。 在相同的压力损失下，螺旋板式换热器的传热效率是列管 式换热器的3～5倍，金属耗材是其的三分之二，占地面积 只有其的三分之一。螺旋板式换热器中的两种介质平均温 差可以小到1℃，可热回收率能达到99%以上。

2 螺旋板式换热器换热原理及特点

螺旋板式换热器属于间壁式换热器。两张卷制而成均 匀的螺旋通道，分别通过两种不同温度的流体时，温度通 过螺旋板壁热量传递，温度较低的流体被加热，温度较高 的流体被冷却，从而实现两流体换热的工艺目的。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。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，较 高总传热数3000kcal/（m 2 ·h℃）。其使用在温度高，压 力大，粘度大的场合。螺旋板式换热器安装时应该注意要 水平、对正，不能产生附加的应力，以免开车后对设备造 成损坏。连接的管道安装时应该利用走向来吸收热膨胀， 以免对螺旋板换热器管口的损坏。设备安装完毕后还应对 其进行防腐处理，例如在金属表面涂防腐漆、采用耐腐蚀 材料、在腐蚀性介质中加入少量的缓蚀剂。

3 螺旋板式换热器的基本参数

1 ） 螺 旋 板 式 换 热 器 与 介 质 接 触 的 材 质 为 碳 钢 ： Q235A、Q235B；不锈钢：S321、S304、S316

2）螺旋板式换热器的工作压力为：PN6、PN10、 PN16、PN25，试验压力为工作压力的1.25倍。

3 ） 允 许 工 作 温 度 ： 碳 钢 T = 0 ～ 3 5 0 ℃ ， 不 锈 钢 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。

4）设备可选用卧式或立式，但用于蒸汽冷凝时只能 选用立式。

5）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）。

6）根据行业的具体要求，进行整体热处理，以消除应力。

7）当两个通道中的流体流量差值比较大时，可采用 不等距的通道来优化工艺设计。

4 螺旋板换热器不可拆式的结构及性能

不可拆式螺旋板换热器螺旋通道的端面采用焊接密封。 其制造标准为机械部标准JB/TQ724—1989，它的优点为体积 小，制造工艺简单、成本低，密封性和传热性能好，缺点是 检修困难，不能进行机械清洗，根据工程的实际情况要求选 取较适合的结构型式。具体说来，它有以下特点：

1）密封性能好，结构可靠。适用于易燃、易爆、剧 毒或贵重流体的换热。

2）阻力小。在壳体上的接管采用切向结构。比较低 的压力损失，处理大容量蒸汽或气体；有自清刷能力，因 其介质呈螺旋型流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸 汽或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单 通道，允许流速比其他换热器高。

3）运行可靠性强。不可拆式螺旋通道的端面采用焊接 密封，因而具有较高的密封性，保证两种工作介质不混合。

5 可拆式螺旋板式换热器结构及性能

可拆式与不可拆式螺旋板换热器结构原理基本相同， 但其通道是可拆可清洗的，密封为加法兰封头密封。主要 适用于粘性高、有沉淀颗粒液体的液与液交换。由于可拆 式螺旋板换热器需封头、法兰、垫片及紧固件等部件，设 备的制造成本比不可拆式大。 具体说来，它有以下特点： 1）可拆卸清洗；2） 可多台组合使用；3） 可拆卸的 封头拆装简易方便，便于螺旋板式换热器的维修与保养， 提高了换热效率；4） 无泄漏，降低工作危险。

6 螺旋板式换热器的应用范围

螺旋板式换热器应用非常广泛，主要应用于石油、化 学、医药、轻工、纺织、食品、冶金等行业，在这些行业 领域中可满足各类加热、冷却、冷凝、余热回收浓缩和消毒 等工艺的要求。在中国，烧碱厂中浓碱液的冷却器与电解液 的加热器采用的就是螺旋板式换热器，其所用的设备经费是 管壳式的换热器三分之一。合成氨厂中变换单元的热交换器 与合成塔的热交换器都用的是螺旋板式换热器。 总之，螺旋板换热器是一种较好的换热器形式，结构 紧凑，运行稳定性高，传热效率好。

7 螺旋板式换热器的创新技术

1）定距柱结构的创新改进

传统的螺旋板式换热器制造工艺是先在两 张长卷板上焊有确定两板间距的定距柱，然后进 行卷制形成螺旋体。定距柱由圆钢机械切割成圆 柱状小颗粒，其结构单一，制造便 捷。但在螺旋板布置定距柱摆放过程中，等径的 定距柱由于重心偏高，不易竖直摆放，而且定距 柱的两端锐角在卷制钢板的时候易划伤卷板，对 设备使用寿命产生影响，故需改进定距柱结构。 改良后的定距柱在原结构上设有底部凸台， 顶部倒有圆角。定距柱凸台可以增加底部与 螺旋板接触面积，降低定距柱的重心，方便直立布 置；圆角可以有效避免划伤卷板，延长设备使用年 限。定距柱底部凸台可以在切割圆钢后，用冲压机 直接冲击形成，加工便捷。针对采用电容储能式螺 柱焊方法焊接定距柱时，可在定距柱的底端中心部 位再车加工一个凸出锐点，在焊机储能放电时，熔 化定距柱的锐点及其与钢板接触部分，使定距柱底 部与钢板融为一体，这样可有效提升定距柱与钢板 间的焊接质量，具有很高的实用价值。

2）设置螺旋板定距泡结构

螺旋板式换热器通道间距的支撑，除了有 设置定距柱结构，还可以采用定距泡。螺旋板定距泡是在展开铺平的螺旋板表面， 通过用模具机械压制形成一定排列规则的凸台， 再进行卷制形成螺旋体。螺旋板定距泡结构可以 直接省掉定距柱的制造、焊接，同时减轻了设备 的整体质量。由于螺旋板内部去掉了焊接工艺， 也就没有了因焊接产生夹渣、飞溅物等对设备的 影响，同时缩减了螺旋板的清理工作，加快了设 备制造周期，降低人工制造成本，具有良好经济 效益。螺旋板中的定距泡是模压形成的凸缘，表 面圆滑过渡无棱角，确保了物料的有效流动，且 不宜附着结垢，可有效延长设备的使用寿命。 螺旋体通常采用碳钢、不锈钢、钛等钢板卷 制而成，由于这些钢材自身塑性变形伸缩的限 制，模压所形成定距泡的伸出高度通常为2mm一 14mm，即形成的螺旋通道间距范围为2mm一 14mm，这样对于要求大通道间距的螺旋体就不 能适用了，也不如定距柱形式能适用于各种大小 通道结构。钢材如果过度挤压，就会由于拉伸变 形过大，引发钢板裂纹，弄巧成拙。另外在设置 排列定距泡的时候，也需要注意两螺旋板定距泡 的卷制的相互错位，避免前后面定距泡位置重叠 在一起，影响通道间距的形成。

3）无中心隔板式螺旋体结构

螺旋板式换热器中的螺旋体由中心隔板、 螺旋板、定距柱和支撑环等组成，其中分隔开冷 热侧流体的主要是中心隔板和螺旋板两大部件。 为带有中心隔板的螺旋体结构。两 块螺旋板通过焊接在中心隔板左右两端与其连为 一体，再进行卷制形成螺旋体。这样在制作螺旋 板式换热器的过程中就会在螺旋体内形成两条 纵焊缝，由于设备内部结构紧凑，成型后的换热 器难以对这两条焊缝进行检查，更难以返修，且 此处是分隔换热器介质的重要焊缝，这就要求在 制造过程中对这两条焊缝质量的保证，而影 响该焊缝质量的因素又复杂多样，难以保 障，这样的情况下就产生了无中心螺旋体结构。 无中心隔板结构的螺旋体是在 一张卷板中间的正反两面设置两块小平板做中心 部位加强，起到类似中心隔板作用，然后用卷床 夹住卷板中间加厚部位开始卷制成型。这种结构 就免除了中心隔板与螺旋板的连接焊缝，使中心 隔板与螺旋板自为一体，加强板也可提高中心处 的强度，提升了产品质量，故对螺旋板式热交换 器的实际使用有良好的促进作用。

4）螺旋体外圈不等定距条的结构设置

螺旋板卷制成型后的柱体不是圆滑的整圆， 而且外壳部分为圆形，两者装配后会形成一个间 距不等的环形空间。为了保证螺旋板较外圈的强 度，需要在螺旋板较外圈与半圆筒体间距设置定 距柱进行加强。螺旋体的外径与材料厚度偏差、 卷制过程等都有很大关系，故螺旋板较外圈与半 圆筒体间距需根据螺旋体卷制成型后的实际尺寸 及半圆筒体内径来配制不等定距条。

在螺旋体和半圆筒体部件制造成型后，根据 实物测出两者间的间距。按照定距柱的排布形式 (菱形排列、正方形排列、矩形排列)，然后可 按照NB／T 47048中的“6．2螺旋板式换热器强 度设计和稳定性校核”内容进行计算，确定定距 柱间距。将设备实测的定距柱长度、确定的排 列形式和算得的间距，布置定距柱在预先备好的 薄板条上焊接固定，其中薄板条通常为2mm一 4mm厚，宽20mm一25mm，长低于螺旋板宽约 30mm，再将焊有定距柱的板条依次插入换热器 内，并点焊不等定距条两端进行固定，这样就能 有效保证螺旋板外圈强度，防止由于承压不够引 起设备破坏。

5）螺旋体的检漏口设计

在螺旋板式换热器中，若冷热侧介质混合 会使物料报废或产生重大安全事故，就可采用螺 旋体的检漏口设计。螺旋体中的连 接板是螺旋板与半圆筒体之间过渡段，除了有连 接作用，还能分隔开冷热侧流体，保障热交换正 常进行，因此连接板的可靠性至关重要。检漏口的设计是为了检测连接板处的密封性能，防止冷热物料接触，通过在连接板上设置检漏口，再将卷制后的螺旋板与连接板焊接，然后在装配半圆筒体，这样就能实时监测到设备连接板处的运行状态。 螺旋体的检漏口结构是先在连接板内开一个管孔，接管贯穿连接板并焊接，然后将连接板装配至卷制后的螺旋板末端，并在连接板的左右两端与螺旋板密封焊接，较后装配半圆筒体，将连接板、接管和半圆筒体焊为一体。这样一旦连接板与螺旋板的连接焊缝有泄漏现象，就能及时从检漏口检测发现，从而有效避免由于冷热侧介质串联引发事故。

8 螺旋板式换热器漏点判断及修复

1)如外部泄漏，可直接用同材质板进行贴补焊接消 除。

2)如内部泄漏用单面水压保持实验来判断漏点位置，尽量在一次试压过程中查找出所有漏点，在换热器实施检修前，要对腐蚀情况进行评估，确定是否有检修的必要。按照漏点的位置从换热器较外层开始开孔，由于板间距离短，开孔时应注意保护，开孔时尽量使用砂轮这类无热飞溅的方式，尽量不使用气刨、等离子等飞溅粘接性强的方式，以免清渣困难。制出的孔应为椭圆形，且尺寸应是外层较大，向里逐渐减小。在开孔完毕后，要对留在每层板上的开口进行边缘打磨，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，焊接时应尽量使用无焊渣的氟弧焊接方式，如不具备条件，注意尽量将焊渣清出，不能残留在换热器内。从换热器上割下来的板料，不允许再次使用，应使用新板，新板要与换热器螺旋板相同的材料和厚度，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，焊接完成后要进行酸洗钝化和无损检测。

3)在漏点修复完成后，应再次进行单面水压保持实验来判断是否还有潇点，确保修复完成后进行换热器清洗，消除检修残留物。