简介

一、技术背景
早在1984年，瑞典的ALARDS公司就设计制造了螺旋扁管换热器，1990年ACHIMA展览上展出过这种螺旋扁管换热器用于包括电力业、化工业以及造纸业方面的无相变的换热和冷凝。螺旋扁管式换热器近些年得到进一步的完善和发展。螺旋扁管换热器比其他种类的换热器更可靠，更有效。但因为其基础元件螺旋扁管的制造质量、精度、成本等因素一直没有获得广泛的推广。
本技术方案提供的是一种新型换热材料。
二、技术原理
螺旋扁管结构特点：管子的任意截面均为一椭圆。
螺旋扁管的强化机理：由于管子的独特结构，使管程与壳程同时处于螺旋流动，促进了湍流程度。此种换热器比常规换热器总传热系数高40%，而压力降则几乎相等。此换热器可用于气-气，液－液以及气－液换热过程。螺旋扁管结构模型图如图1所示。

图1 螺旋扁管结构模型图

因为管子的独特结构，流体在管内处于螺旋活动，促使湍流程度。经实验研究表明螺旋扁管管内膜传热系数通常比普通圆管大幅度进步，在低雷诺数时最为显著，达2—3倍；跟着雷诺数的增大，通常也可进步传热系数50%以上。其制造过程是先将圆管压扁，然后扭曲成螺旋状。穿管时按统一方布置形成管束，管束无支撑件，只是依赖螺旋扁管外缘外螺旋线的接触点相互支撑。在管程，流体的螺旋活动进步了其湍流程度，减薄了作为传热主要热阻的滞流内层的厚度，使管内传热得以强化。在壳程，因螺旋扁管之间的流道也呈螺旋状，流体在其间运动时受离心力的作用而周期性地改变速度和方向，从而加强了流体的纵向混合。加之流体经由相邻管子的螺旋线接触点时形成脱离管壁的尾流，增强了流体自身的湍流程度，破坏了流体在管壁上的传热边界层，因而使得壳程的传热也得以强化。管内，管别传热同时强化的结果，使其传热效果较普通管壳式换热器有大幅度进步，特别对流体粘度大，一侧或两侧呈滞流活动的换热过程，其效果尤为凸起。螺旋扁管实物图如图2所示。

图2 螺旋扁管实物图

三、应用与影响
在炼油厂、石化厂及能源部门普遍采用的换热器为弓形折流板换热器，对于轻质油品，如果设计合理，换热器的总传热系数通常可达300W/㎡・K以上，而对于粘性重质油品，往往由于受压力降的约束，设计上不能提高流速而使其达到湍流，致使其总传热系数很低。为此，研制和开发螺旋扁管换热器，使得高效地处理各种高粘度介质成为可能。

四、技术优势
与现有技术相比，该技术的优势在于：
压降小：因为无折流板，壳程中介质的曲折流动变为直接螺旋的流动，大大增加了每个压力降单位的热传递效率 ；
传热效率高：在管程，流体的螺旋流动提高了其湍流程度，减薄了滞流内层(传热主要热阻)的厚度，使管内换热得以强化。在壳程，因螺旋扁管之间的流道也呈螺旋状，流体在其间运动时受离心力的作用而周期性地改变速度和方向，从而加强了流体的纵向混合；
不易结垢易清洗：壳体中无盲区，壳程和管程上的涡流降低了污垢的生产；
适用范围广：介质范围广，汽、气、液、油等均适用。

本技术适用于制药 、化工、石油化工、造纸、钢铁、采暖供热等行业，具有广阔的应用前景。

目前，该方案已通过中试，进入了生试阶段。我们通过实验过程得知：
依靠螺旋扁管外缘螺旋线的点接触相互支撑，即每根管子的每一导程均有4个点与它周围的4根管子点接触，彼此支撑，依此类推，起到自我支撑的作用。并且在管子的任何一个截面上都要求管子的旋向一致，来保证壳程介质的螺旋线流动。