描述：螺旋管束：由多根传热管按螺旋线反向缠绕形成多层同心通道，缠绕角度3°~20°，相邻层方向相反，优化流体路径。

壳体与中心筒：壳体支撑管束并引导壳程流体，中心筒为管束提供缠绕基准。化工制药管壳螺旋缠绕管式换热器

化工制药管壳螺旋缠绕管式换热器

一、核心结构解析与工作原理

1. 结构特点

螺旋管束：由多根传热管按螺旋线反向缠绕形成多层同心通道，缠绕角度3°~20°，相邻层方向相反，优化流体路径。

壳体与中心筒：壳体支撑管束并引导壳程流体，中心筒为管束提供缠绕基准。

定距件与管板：维持管间距，防止振动；管板固定管束并隔离流体。

2. 工作原理

湍流强化：螺旋结构使流体产生二次环流，破坏边界层，传热系数提升20%-40%。

自清洁能力：螺旋流动减少污垢沉积，延长清洗周期。

热应力补偿：管束两端自由段可伸缩，适应温差变化。

二、选型关键参数

1. 热负荷与传热系数

计算公式：换热量 Q=cmΔT（c 为比热容，m 为质量流量，ΔT 为温差）。

传热系数：高达14000 W/(㎡·K)，通常为5000-9000 W/(㎡·K)，需通过CFD模拟优化。

2. 流体特性

粘度与密度：影响流速与压降，高粘度介质需大管径设计。

腐蚀性：决定材料选择（如含氯介质选316L不锈钢）。

3. 操作条件

温度范围：-196℃~800℃，需匹配介质物性。

压力等级：全焊接结构承压20MPa，适应高压场景。

三、材料选择策略

材料类型 适用场景 优势

304不锈钢 一般化工介质，中性环境 性价比高，易加工

316L不锈钢 含氯离子或酸性介质 优异耐腐蚀性

钛合金 强腐蚀性介质（如海水、湿氯气） 耐蚀性，轻量化

镍基合金 高温高压含硫介质（如石油裂解） 高温强度，抗氢脆性能

特殊需求：

低温工况（-196℃）：采用奥氏体不锈钢避免脆化。

高温氧化环境：选用含铬量>18%的合金。

四、结构形式选择矩阵

类型 适用场景 特点

固定管板式 温差小（ΔT<50℃），清洁介质 结构简单，成本低

浮头式 温差大，壳程易结垢 管束可抽出，易清洗

U型管式 高温高压，热膨胀显著 无热应力，适应大温差

多股流设计 多介质换热（如反应釜冷却） 分区布管，提升传热均匀性

五、尺寸与规格优化

1. 管径与壁厚

小管径（Φ12mm-Φ25mm）：适合清洁流体，提升流速。

大管径（Φ38mm-Φ50mm）：处理高粘度或含颗粒介质。

壁厚选择：0.5mm-8mm，依据压力和腐蚀余量。

2. 壳体尺寸

直径与长度：根据热负荷计算，确保壳程流速≥0.3m/s。

螺旋角度：15°为通用设计，平衡传热与压降。