螺旋缠绕管式换热器，是一股或多股管程介质在螺旋缠绕的换热管内流动，通过换热管与壳程介质进行间壁换热的管壳式热交换器的总称，其结构紧凑，温差应力小，可自行收缩，单位体积传热面积大，可实现多股流、多相流的换热过程，具有高效集约节能的优势特点。自20世纪80年代后，随着天然气、煤化工等领域内大型成套装置项目的开展，螺旋缠绕管式换热器开始在天然气液化、低温甲醇洗、低温液氮洗、空气分离等领域实现大规模应用，成为此类工艺必不可少的换热设备。
图1 大型缠绕管式换热器芯体
根据管程流股数量，螺旋缠绕管式换热器可以分为单股流和多股流缠绕管式换热器两种。单股流指管程仅布置一股介质的流程，多股流指管程布置两股及以上介质的流程。根据换热管管孔的分布方式，又可分为整体管板式和分体管板式两种。当管内介质为多股流时，螺旋缠绕管式换热器可以设计为分区布管的整体管板式结构，此时各股介质换热管管孔集中分布在整块管板的不同区域。
图3 单股流整体管板式绕管换热器
图4 分区布管的多股流整体管板式绕管换热器
图5 分体管板式热交换器
由于管侧传热管很细，强度高，绕管式换热器可承受20MPa最大操作压力，因此可将其使用在高压条件工况中。螺旋缠绕管式换热器由两个或多个螺旋形的通道组成，流体在螺旋管内流动会形成二次环流，强化了换热效果，同时有助于减少污垢的沉积，这使得换热器具有一定的自清洁能力。流体分别在管程和壳程内总体上接近逆流流动，达到所需热交换量需要的传热温差较小。缠绕管式换热器管束两端均有一定的自由段，可以自行在启动或关闭时发生收缩或扩张，以适应巨大的温度变化。同时缠绕管换热器在结构上较为紧凑，并且具有一定的温度自补偿能力，适应性及可靠性更好，因而在各种换热设备中得到广泛应用。
螺旋缠绕管式换热器的使用对实现工艺流程简化，更好地实现设备安全、高效能的蓄换热运行环境，具有很强的市场竞争力。随着工业技术的不断进步和对能效要求的提高，这种换热器的设计和应用将会得到进一步的发展和推广。无论是在传统低温领域还是储能等新兴领域，螺旋缠绕管式换热器都将为实现高效、可靠和经济的热能传递提供创新的解决方案。
工于致热 诚以聚能
供稿 | 储能技术中心 李孝军
编辑 | 顾丁雯
