之前提到，林德公司在開發冷凍甲醇法吸收脫硫工藝時，制造了一種新型的換熱設備——纏繞螺旋管換熱器。近年來，國內許多制造商都在做這項技術。我們在這些展覽中看到了它。我們曾經有引進它的計劃，所以我想在這里介紹你。

在介紹這種新設備之前，首先要分析傳統換熱管殼式換熱器的結構。

這是傳統的管殼式換熱器，分為管程和殼程。管程是一束金屬管，常見尺寸為19或1925mm。用兩根固定用兩根固定的板管固定在一起，形成一個管束，然后在管束外包裹一個大圓筒，形成一個外殼范圍。在換熱過程中，一個流體從管道流過，另一個流體從外殼層流過。兩個流體不相互接觸，通過換熱管的管壁換熱。

這種熱交換器結構非常經典，是目前最常用的形式，甚至其規格和尺寸都有標準要遵循。管殼熱交換器如此常見的原因主要是它是一種非常具有成本效益的熱交換設備，性能指標非常均衡。

首先，管殼式換熱器的傳熱系數在400左右。雖然不是特別大，但與夾套反應器(100左右)相比，套管式換熱器(200)的流直流還是不知道高到哪里，在大多數情況下都能滿足正常使用。

其次，管殼式換熱結構更加緊湊。由于所有管道共用一個外殼層，管道可以盡可能精確地排列。與蛇管換熱器不同，管道外應添加套管作為外殼層，使管道間距不能變小，導致換熱器尺寸過大。

常見的套管式換熱器，由于每根管子單獨配備一個套管作為殼體范圍，管道無法密集布置，單位體積內可容納的換熱面積有限。

管殼式換熱器的各種性能可謂中庸，但在某些特殊情況下，管殼式反應器的弱點暴露出來。

首先是管殼式換熱器的溫差應力問題

傳統管殼式熱器的換熱溫差不宜過大。例如，200度高溫流體難以用常溫冷卻水換熱。具體原因是，如果高溫液體通過管道進行，由于熱膨脹和冷收縮，管道將伸長。但此時，殼體層只是通過冷流體進行。在冷流體的作用下，殼體范圍的溫度低于管道范圍，伸長量無法與換熱管相比。不幸的是，用于固定管束的管板焊接在殼體外管上。這樣，管道想要伸長，但如果管板限制管道伸長，則會產生溫差應力。傳統的換熱器通常使用膨脹節或U型管結構可以解決這個問題。但治標不治本，仍不適用于溫差較大的換熱系統。

由于傳統換熱器采用直管，管道長度有限。換熱管本身有重量。管道越長，在重力作用下就越容易彎曲。雖然這個問題可以通過支撐板來解決，但管殼式換熱器的長度不會超過12m。此外，前面提到的溫差應力對管道越長影響越大。

此外，當管道內壓力較高時，直管的應力也較大。直管換熱器的耐壓性難以提高。它限制了傳統換熱器在高壓下的使用。目前，隨著化學工藝的發展，我們發現越來越多的極端工藝需要在高溫高壓條件下進行熱交換。我認為目前熱交換器的發展主要是為了提高其普遍性。

看看纏繞螺旋管換熱器的結構

纏繞螺旋管換熱器的結構如圖所示。與傳統的管殼式換熱器相比，唯一的重大改進是將原來的直管變成螺旋管。包裹螺旋管換熱器有什么好處？

首先，由于管程做成了螺旋管，各種溫差應力的問題就不存在了。

你可以把螺旋管想象成一個彈簧。當彈簧固定在兩端時，當受到應力時，螺旋之間的距離或直徑可以自動改變，以補償應力。因此，螺旋管換熱器兩側的溫差可以非常大。此外，由于應力結構合理，即使管道內的壓力很高，作用在管壁上的重量也不高，反應器也能承受更高的壓力。

其次，由于管道布置為螺旋管，結構非常緊湊。從圖中可以看出，整個換熱器內部都是管道。該換熱器每立方米的換熱面積可達100多平方米。

此外，當流體在螺旋管中流動時，由于管道彎曲，流體在管道中的方向經常發生變化，可以形成局部湍流，進一步提高設備的傳熱系數。因此，總的來說，纏繞螺旋管熱交換器也是一種傳熱強化設備，可以在較小的體積內實現非常高的熱交換。此外，由于管道螺旋纏繞，管道長度可達數百米，可使用較長的熱交換器，有利于熱交換器的大規模。包裹螺旋管熱交換器具有明顯的優點，可以大大擴大熱交換過程的使用范圍。唯一的缺點是加工可能更困難，導致加工成本高。此外，熱交換管的間距等幾何參數對內部流體流動的影響非常復雜，導致熱交換過程的計算和設計不能參考傳統熱交換器，給業主的選擇帶來了擔憂。當然，最麻煩的是管道堵塞。由于管道特別長，結垢后幾乎無法清洗，該設備仍適用于原材料純度高的場合。