螺旋式換熱器介紹

什麼是螺旋式換熱器?

螺旋式換熱器（spiral heat exchanger），是由兩張平行的金屬板卷製成兩個螺旋形冷熱通道，冷熱流體之間透過螺旋板壁進行換熱的換熱器。其截面為長方形，進出接管分別裝於兩通道邊緣端，如圖1註1螺旋式換熱器架構。具有效率高、體積小，不易留存污漬物及易清洗等特性。

一、螺旋式換熱器的發展概況

1930年瑞典Rosemblad公司首先提出了螺旋式換熱器結構概念，取得專利權，並投入批量生產。螺旋式換熱器最早期為開發於廢氣及廢液的回收，加熱及冷卻果汁、糖汁與各種化學原料，冷卻發煙硫酸、酸性物質及酒廠的麥芽漿汁。隨著工業迅速發展與製造技術的提升與改進，世界各國陸續提出設計製造螺旋式換熱器，並適用於各種應用與場合，應用範圍遍及於化工、石油、醫藥、食品、溶劑、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業。從開發使用至1962年間，螺旋式換熱器安裝設置數量超過了一萬台以上。應用特性也從於汽一汽、汽一液、液一液對流傳熱、廢熱回收，偏佈至各

螺旋式換熱器具有體積小、效率高、構造簡單，能進行低溫差熱交換等特性，在各行業中的應用日趨廣泛。但目前的問題是如何進一步提高承壓能力。經不斷的改進與技術的提升，國外使用最大外徑為1700mm，板寛為1800mm，最高操作壓力40x10⁵ Pa，最高操作溫度為1000℃。

 

二、螺旋式換熱器的分類

A.     依流體分類

i.      Type 1 冷熱端均為流體，兩流體為反向設計。此設計一般適用於液對液流體、冷凝器、氣體冷卻器。

ii.     Type 2一端為通過螺旋通道的流體、一端為通體垂直通道流體；一般適用於冷凝器、復熱器、氣體冷卻器與加熱器。

iii.    Type 3為Type1與Type2的變化形,可做為冷凝器或蒸發器用。

B.     製作材質

相當多的金屬材質可做為螺旋式換熱器的材料。只要可冷作加工與焊接材料，均可為螺旋式換熱器材質。目前市場上常使用的材質含碳鋼、不銹鋼、Hastalloy A and B、鎳及鎳合金、鋁合金、鈦、及銅合金。

螺旋換熱器與其他換熱器的針對不同流體的選用：

低黏度流體 –對高溫/高壓情況，使用管殼式換熱器。低壓/低溫用板式或板殼式換熱器

中黏度流體 –板式換熱器；有懸浮物用螺旋式換熱器。

高黏度流體 –有良好的流體分佈流體，用板式換熱器；否則使用螺旋式換熱器。

易結垢流體 –使用可移動的管束的管殼式換熱器。有良好的流體分佈之流體，則使用板式或螺旋式換熱器。

泥漿、有懸浮物、紙漿流體 –螺旋式換熱器為最佳選擇；亦可考慮寛流道的板式換熱器。

Heat-sensitive流體 –板式換熱器為最佳選擇；亦可考慮螺旋式換熱器。

空氣冷卻流體 –使用鰭管式換熱器。

壓力氣體、壓力空氣 –使用管殼式或銅鰭管式換熱器。

超低溫流體 –銅鋁板鰭式換熱器。

氣態冷凝應用 –建議使用管殼式換熱器，亦可考慮螺旋式換熱器或釬焊板式換熱器。

氣液共存應用 –建議螺旋式換熱器。

冰箱冷氣應用 –建議鰭管式換熱器、或板式、銅板式換熱器。

氣對氣流應用–再生器及板鰭片式換熱器，亦可考慮管殼式換熱器。

 

五、台灣螺旋式換熱器的發展

        目前台灣現有使用的螺旋式換熱器中，在民國100年(2011)前，大部份由國外日本KUROSE、瑞典ALFA-LAVAL、德國HES、法國Nexson，美國Tranter等廠商進口。主要使用於石化業、化工業等行業。主要用於廢熱回收、易結垢或含雜質流體等換熱器應用。其原始設計之原由，大部份均為國外原設計而採用或者為國外整廠技術輸出至國內工廠時，包含在其中。較少由國內設計時即採用。最主要的原因是對此設備設計，比傳統管殼式設計較不熟悉，對螺旋式換熱器應用與限制也較不清楚。所以儘量避免放入廠內造成困擾。民國100年後，國內已開始製作螺旋式換熱器，並已超過四十六座以上的使用實績，部份為第一種壓容器而由工檢審核，如允升等製造廠商。對其特性與選用已有清楚的概念與計算能力。對台灣各產業工廠內製程運作，均可提供建議與選用。至於中國螺旋式換熱器從上世紀六、七十年代非常早期就已開始使用。現有上百家廠商可供應螺旋式換熱器，且售價上比國內外廠商更具有競爭力，但部份設備廠家仍存有品質及品管的問題，平均使用壽命不長，所以主要仍集中於當地市場。