之前提到，林德公司在开发冷冻甲醇法吸收脱硫工艺时，制造了一种新型的换热设备——缠绕螺旋管换热器。近年来，国内许多制造商都在做这项技术。我们在这些展览中看到了它。我们曾经有引进它的计划，所以我想在这里介绍你。

在介绍这种新设备之前，首先要分析传统换热管壳式换热器的结构。

这是传统的管壳式换热器，分为管程和壳程。管程是一束金属管，常见尺寸为19或1925mm。用两根固定用两根固定的板管固定在一起，形成一个管束，然后在管束外包裹一个大圆筒，形成一个外壳范围。在换热过程中，一个流体从管道流过，另一个流体从外壳层流过。两个流体不相互接触，通过换热管的管壁换热。

这种热交换器结构非常经典，是目前最常用的形式，甚至其规格和尺寸都有标准要遵循。管壳热交换器如此常见的原因主要是它是一种非常具有成本效益的热交换设备，性能指标非常均衡。

首先，管壳式换热器的传热系数在400左右。虽然不是特别大，但与夹套反应器(100左右)相比，套管式换热器(200)的流直流还是不知道高到哪里，在大多数情况下都能满足正常使用。

其次，管壳式换热结构更加紧凑。由于所有管道共用一个外壳层，管道可以尽可能精确地排列。与蛇管换热器不同，管道外应添加套管作为外壳层，使管道间距不能变小，导致换热器尺寸过大。

常见的套管式换热器，由于每根管子单独配备一个套管作为壳体范围，管道无法密集布置，单位体积内可容纳的换热面积有限。

管壳式换热器的各种性能可谓中庸，但在某些特殊情况下，管壳式反应器的弱点暴露出来。

首先是管壳式换热器的温差应力问题

传统管壳式热器的换热温差不宜过大。例如，200度高温流体难以用常温冷却水换热。具体原因是，如果高温液体通过管道进行，由于热膨胀和冷收缩，管道将伸长。但此时，壳体层只是通过冷流体进行。在冷流体的作用下，壳体范围的温度低于管道范围，伸长量无法与换热管相比。不幸的是，用于固定管束的管板焊接在壳体外管上。这样，管道想要伸长，但如果管板限制管道伸长，则会产生温差应力。传统的换热器通常使用膨胀节或U型管结构可以解决这个问题。但治标不治本，仍不适用于温差较大的换热系统。

由于传统换热器采用直管，管道长度有限。换热管本身有重量。管道越长，在重力作用下就越容易弯曲。虽然这个问题可以通过支撑板来解决，但管壳式换热器的长度不会超过12m。此外，前面提到的温差应力对管道越长影响越大。

此外，当管道内压力较高时，直管的应力也较大。直管换热器的耐压性难以提高。它限制了传统换热器在高压下的使用。目前，随着化学工艺的发展，我们发现越来越多的极端工艺需要在高温高压条件下进行热交换。我认为目前热交换器的发展主要是为了提高其普遍性。

看看缠绕螺旋管换热器的结构

缠绕螺旋管换热器的结构如图所示。与传统的管壳式换热器相比，唯一的重大改进是将原来的直管变成螺旋管。包裹螺旋管换热器有什么好处？

首先，由于管程做成了螺旋管，各种温差应力的问题就不存在了。

你可以把螺旋管想象成一个弹簧。当弹簧固定在两端时，当受到应力时，螺旋之间的距离或直径可以自动改变，以补偿应力。因此，螺旋管换热器两侧的温差可以非常大。此外，由于应力结构合理，即使管道内的压力很高，作用在管壁上的重量也不高，反应器也能承受更高的压力。

其次，由于管道布置为螺旋管，结构非常紧凑。从图中可以看出，整个换热器内部都是管道。该换热器每立方米的换热面积可达100多平方米。

此外，当流体在螺旋管中流动时，由于管道弯曲，流体在管道中的方向经常发生变化，可以形成局部湍流，进一步提高设备的传热系数。因此，总的来说，缠绕螺旋管热交换器也是一种传热强化设备，可以在较小的体积内实现非常高的热交换。此外，由于管道螺旋缠绕，管道长度可达数百米，可使用较长的热交换器，有利于热交换器的大规模。包裹螺旋管热交换器具有明显的优点，可以大大扩大热交换过程的使用范围。唯一的缺点是加工可能更困难，导致加工成本高。此外，热交换管的间距等几何参数对内部流体流动的影响非常复杂，导致热交换过程的计算和设计不能参考传统热交换器，给业主的选择带来了担忧。当然，最麻烦的是管道堵塞。由于管道特别长，结垢后几乎无法清洗，该设备仍适用于原材料纯度高的场合。