式换热器的设计更加系统化。20世纪80年代末至90年代中期，机械工业部合肥通用机械研究所先后制定了JB/TQ 724-89《螺旋板式换热器制造技术条件》、JB 53012《螺旋板式换热器制造质量分等》、JB/T 4723《不可拆螺旋板式换热器型式与基本参数》、JB/T 6919《螺旋板式换热器性能试验方法》，形成了我国螺旋板式换热器的整个体系框架。1991～1997年机械部合肥通用机械研究所，苏州化工机械厂联合完成了基金课题“大型可拆螺旋板式换热器的研制”，将我国螺旋板式换热器的水平推上了一个新的台阶。即将颁布的综合性行业标准《螺旋板式换热器》标志着我国螺旋板式换热器的设计、制造、检验与验收更加规范化。
1997年由机械工业部组织实施了全国螺旋板式换热器的首次质量监督检查。这次螺旋板式换热器产品质量统检反映了我国螺旋板式换热器生产的节本格局。江苏省是我国螺旋板式换热器生产最密集的地区。其中苏州化工机械厂擅长生产可拆螺旋板式换热器，是我国加工螺旋板设备最完善的企业；无锡雪浪铆焊厂擅长生产酒精、溶剂、变压器油冷却、重油加热系统的螺旋板式换热器换热器；无锡市换热器厂擅长生产制药、双氧水领域的螺旋板式换热器。而广东佛山化工机械厂擅长生产烧碱领域螺旋板式换热器；北京四季青换热器厂擅长生产采暖供热，油田领域的螺旋板式换热器。在我国使用院旋扳式换热器是从五十年代中期开始，当时主要用于烧碱厂中的电解液加热和浓碱液冷却。六十年,我国机械制造部门设计、制造了卷制螺旋扳的专用卷床，使卷制的工效提高了几十倍，为推广应用螺旋板式换热器创造了良好的条件。自1968年第一机械工业部在苏州召开的螺旋板式和固定管板式换热器系列审交会议后，国内已有计多家制造厂生产了这种换热器，在我国得到了迅速推广应用[4]。
1.2.2螺旋板换热器的优缺点
（1）传热效率高
由于螺旋板换热器具有螺旋通道，流体在通道内流动，在螺旋板上焊有保持螺旋通道宽度的定距柱或冲压出的定距泡，在螺旋流动的离心力作用下，能使流体在较底的雷洛数时发生湍流。考虑到压力降不致过大，所以合理地选择通道宽度和流体流速是较重要的，设计时一般可选择较高的流速，这样可使流体分散度高，接触好，有利于提高螺旋板换热器的换热效率。 （2）能有效地利用流体的压头损失
螺旋板式换热器中的流体，虽然没有流动方向的剧烈变化和脉冲现象，但因螺旋通道较长，螺旋板上又焊有定距柱，在一般情况下，这种换热器的流体阻力比管壳式换热器更大一些，但它与其它类型的换热器相比，由于流体在通道内是作均匀的螺旋流动，其流体阻力主要发生在流体与螺旋板的摩擦上，而这部分阻力可以造成流体湍
流。因此相应地增加了给热系数，这就说明了螺旋板换热器能更有效的利用流体的压头损失。 （3）不易污塞
在螺旋板换热器中，由于介质走的是单一通道，而它的允许速度可以比其它类型的换热器高污垢不易沉积，如果通道内某出沉积了污垢，则此处的通道截面积就会减小，在一定的流量下，如截面积减小，局部的流速就相应的提高，对污垢区域起冲刷的作用，而在管壳式换热器中，如果一根管子有污垢沉积，此管的局部阻力增大，则流量受到限制，流速降低，介质就向其它换热管分配，使换热器内每根管子的阻力重新平衡，使得沉积了的污垢的管子的流速越来越低，越易沉积，最后完全堵死。 （4）能利用低温热源，并能精确控制出口温度
为了提高螺旋板换热器的传热效率，就要求提高传热推动力。当两流体在螺旋通道内采用全逆流操作时，则两流体的对数平均温度差就较大，有利于传热。从换热器设计中采用的经验数据进行分析，螺旋板换热器允许的最小温差为最低。在两流体温差为3度情况下仍可以进行热交换。
螺旋板换热器具有两个较长的均匀螺旋通道，介质在通道中可以进行均匀的加热和冷却，所以能够精确地控制其它出口温度。 （5）结构紧凑
一台直径为1.5m，宽为1.8m的螺旋板换热器，其传热面积可以达到200平方米，而单位面积的传热面积约为管壳式换热器的三倍。 （6）密封结构可靠
目前使用的螺旋板换热器两通道一般采用焊接密封。所以只要保证焊接质量，就能保证两介质之间不会产生泄露。在螺旋板换热器内的的介质与大气的密封是采用法兰连接密封结构。这种密封方法是很可靠的。 （7）温差应力小
螺旋板换热器的特点的允许膨胀，由于它有两个较长的螺旋形通道，当螺旋体受热或冷却后，可像钟表内发条一样伸长或收缩。而螺旋体各圈之间都是一侧为热流体，另一侧为冷流体，最外圈与大气接触。在螺旋体之间的温差没有管壳式换热器中的管子与壳体之温差那样明显，因此不会产生大的温差应力。在国内外使用的螺旋板换热器实列中使用在两介质温差很大的场合。还未发现有较大的温差应力存在。 （8）热损失少
由于结构紧凑。即使换热器的传热面积很大，但它的外表面积还是较小的，又因接近常温的流体是从最外边边缘处的通道流出，所以一般不需要保温
（9）制造简单
螺旋板换热器与其它类型的换热器相比，制造工时为最少，机械加工量小，材料主要是板材，容易卷制，制造成本低。 （10）承受能力受限制
螺旋板换热器一般都按每一通道的额定压力设计由于螺旋板的直径较大，厚度较小，刚度差，每一圈均承受压力，当两通道见的压力差达到一定程度，亦即达到或接近临界压力时，螺旋板就会被压坏而丧失稳定性。 （11）修理困难
螺旋板换热器虽不易泄露，但由于结构上的限制，一旦产生泄露是不易修理往往只能整台报废，因此对具有腐蚀性介质时，应选用耐腐蚀性好的材料 （12）通道的清洗
由于螺旋通道一般较窄，螺旋板上焊有维持通道宽度的定距柱，使机械清洗困难。主要的清洗方法有热水冲洗，酸洗忽然蒸汽吹洗三种，国内多采用蒸汽吹洗。
1.3设计思路及工作方法
本次设计的题目是反应器的混合气体换热器设计（螺旋板式），其两通道的流体为混合气体和冷却水(工业循环用水)，实现的热交换是气-液热交换且两通道的设计压力为0.6MPa。根据前述螺旋板式换热器的三种型式的特点知道，型螺旋板式换热器主要是用于液-液的传热，使用的公称压力在2.5MPa以下。型 螺旋板式换热器主要用于气-液的热交换，使用压力在1.6MPa。型螺旋板式换热器主要用于蒸汽冷凝，使用的公称压力为1.6MPa。由于三种形式的螺旋板式换热器的使用公称压力差别不大，而主要表现在对物料的选择上，故为了更好的完成流体之间的传热工艺设计，本次设计的螺旋板式换热器为型结构。
第二章 传热工艺计算
2.1设计参数及任务
流体名称 总流体（kg/h） 工作温度 进/出（℃） 操作压力（MPa） 通道1 混合气体 56825.25 110/60 1.6 通道2 冷却水 29/39 0.4 2.2确定设计方案
2.2.1螺旋板换热器的分类
根据通道布置的不同和使用的条件，螺旋板换热器可以分成三种形式。 I型：它的主要特点是螺旋通道的两端全部垫入密封条后焊接密封，两流体都是呈螺旋流动，冷流体从外周沉向中心排出，热流体由中心沿螺旋流向外周排出，这种形式的换热器称为I型，见图2-1所示为不可拆结构。
图2-1
图2-1 I型螺旋板换热器
I型螺旋板换热器的特点：适用于对流传热，主要用于液—液流体的传热。在液一液热交换中，还可以用来加热和冷却高粘度的液体。由于单流道的特点流动分布情况较好。另一是用来满足精确控制温度的要求。除上述情况外，它还可用来冷却气体或冷凝蒸汽但受到通道断顶的限制，所以只能用在流量不大的场合，日前使用的公称压力在25×105Pa以下。
Ⅱ型：这种换热器的主要特点是螺旋通道两端面交错焊死。两端面的密封采用顶盖加垫片的密封结构，螺旋体由两端分别进行机械清洗，II型螺旋板换热器为可拆式，主要用于气一液的热交换，使用压力在16×105Pa。见图2-2所示
图2-2 Ⅱ型螺旋板换热器 图2-3 Ⅲ型螺旋板换热器
Ⅲ型：该换热器的特点是一个通道的两端全焊死，另一通道的两消全敞开。流体在全焊死的通道内由周边转到中心，然后再转到另一周边流出。另一流体只作轴向流动。这种结构主要用于蒸汽冷凝。蒸汽由顶部端盖进入，经由敞开通道向下作轴向流动而被冷凝，冷凝液由底部排出。这种换热器适用于两流体流量较大的情况使用的公称压力为16×105Pa，如图2-3所示。
2.2.2
[5]
设计计算中应考虑的问题
2.2.2.1流体流动路程的选择
为了提高螺旋扳式换热器的传热效率，在确定流向的时候，我们应该考虑以下的因素：
（1）使两流体呈全逆流状态，提高两流体的对数平均温差，以增大传热的推动力，使传热效果更好。
（2）使直径较大的外圈螺旋板承受较小的压力，直径较小的内圈螺旋板承受较大的压力，以改善两螺旋板的受力状态。
（3）使螺旋通道不易堵塞，并且便于清洗，这涉及到定距柱(或定距泡)的布置问题。目前定距柱多采用等边三角形排列的方式，因为这种排列比按正方形排列能有效地干扰流体的流动，使其易产生湍流，从而提高传热效率。 2.2.2.2流体流速的选择：
增大流速能提高雷诺数，亦即提高给热系数α值，低从而提高了换热器的总传热系数K值，使所需要的换热面积F减少，还可以减少污垢沉积在螺旋通道中的可能性。由流体力学可知，流体压力降与流速的二次方成正比。因此，增大流速，流体压力降随之增加，所以选择流速时应综合考虑，选择最经济之流速，这往往需要用几种方案进行计算比较方能确定。
提高流速后，如果增大的给热系数对总传热系数K值起着决定性的影响，这时提高流速就有实际意义了。由于螺旋通道一般较长，因此通道越长，沿程阻力也越大，故选择流速时，只要能使流体在通道内形成湍流，这样既能提高流体对流传热效率，也可降低阻力损失，减少动力消耗。
2.2.3确定设计方案和流体的流动型式
通过对以上螺旋板换热器的几种类型的特点的比较和设计中应考虑的问题结合本设计的的流体流动形式，和操作压力分析后：本设计选择Ⅰ型螺旋板换热器来满足工艺上的要求，并使流体呈对流状态。
2.3 传热量的计算