文 献 综 述

1 背景及意义

随着现代工业的迅速发展，能源问题日益加剧，世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了能源的高效利用。换热设备应用广泛，如换热设备在炼油厂中约占全部工艺设备投资35%～40%，其中30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管等设备。随着科技水平的提高,换热器也得到不同程度的发展^[1]，致使各种类型的换热器层出不穷，缠绕管换热器就是其中之一^[2]。

绕管式换热器属于管壳式换热器的一种，是一种新型高效紧凑换热器。区别于常规直管式换热管，螺旋缠绕管式换热器换热管束的排列，按照每层管束数量不同，同一角度反向进行缠绕，在换热管壳体内均匀布管并保持合理的管间距和层间距。这样带来的结果是，不仅仅换热管加长了，有足够的流程使物料在其中流通和热交换，同时保持流体在壳程内的压力平衡，平均了热能分布，这样在实际的使用中，大大地提高了换热效率与传热能力^[3]。

2 国内外发展及研究现状

2.1国外发展及研究现状

SECESPOL国际集团于1988年发明了世界上第一台螺旋螺纹缠绕换热器^[4]。螺旋螺纹缠绕换热器继承了传统管壳式换热器结构简单、适应性强、工作可靠的特点，并在结构形式、连接方式、应用材质上大胆创新，其高传热系数、高性价比、高可靠性的”三高”特点，使其在物料冷凝工况有着其他换热器无可比拟的优势^[5]。

1895年西德林德公司首次开发了工业规模的空气液化设备,不久,由英国汉浦森也实现了蛇管型式的管式换热器^[6]。由两个同心管缠绕成蛇形管,高压空气通入内管而冷的低压空气成逆流流经内外管之间的缝隙^[7]。这种结构虽然纯逆流流动,但总的传热效率比较差。汉浦森采用的换热器由许多管子组成,这些管子从内向外来回骡旋缠绕,形成盘管叠落在中心圆筒上。在管程要冷却的高压空气从上到下螺旋式通过,在壳程低压冷空气

逆流朝上横向交叉通过盘管.这种结构使壳程兼有比较高的横流传热系数及总的逆流效率,因此称为横向逆流换热器^[8]。

20世纪80年代以来，国外主要有德国Linde公司等开发低温液氮用缠绕管式换热器，主要应用于空分和合成氨等领域，可进行低温工况下的混合气低温高压多股流回热换热，将来流氮气一次性液化，具有换热效率高、集约化程度高以及需要换热设备数量少等特点^[10]。

近20年来，国外主要有美国APCI公司、德国Linde公司等开发，主要应用于MCHE 型LNG液化、低温甲醇洗、低温液氮洗等工艺中，可进行低温工况下的多股流低温高压多股流回热换热，具有换热效率高，集约化程度高，需要换热设备数量少等特点^[13]。在石油化工、低温制冷等行业内对螺旋缠绕管式换热器已有应用，一般随整体工艺成套进口，设备费用包含专利使用费等极其昂贵^[14]。在换热工艺计算方面，目前流行的缠绕管换热器管外传热膜数计算主要基于Gilli公式、管内传热膜数基于Schmid公式，优点是计算过程简便，带有不同的管道修正系数，便于常温换热器设计计算^[15]。缺点是不能用于低温工况、多相流、多股流计算过程，没有考虑多相流相变制冷过程等，尤其应用于大型多股流带回热换热的多股流、多相流、大温差混合制冷剂相变制冷过程，计算误差太大等^[16]。