摘 要：石油化工装置中，换热器属于广泛应用的传热设备，其传热效率、设备、性能直接影响成本。本文主要研究螺旋板壳式换热器在气体冷却器上的应用，先借助名词解释，浅析其应用，总结螺旋板壳式换热器与常规换热器之间的差异。
关键词：螺旋板壳式换热器;气体冷却器;应用;计算
换热器工艺设计一般是通过优化传热计算、流动，提出最适宜的换热器结构，提供专业的机械机构设计指导。常规换热器传热系数、重量均差于螺旋板壳式换热器，本文主要探讨的是新型换热器在气体冷却器上的应用。
1 螺旋板壳式换热器解释
这类换热器本身是将一组长方形平行排列，且将长方形的薄金属板夹在支架上。相邻板片之间设置有垫片（边缘衬），压紧之后能够发挥密封的作用，通过调节垫片的厚度能够调节流体通道[1]。冷流体、热流体在板片左右两侧流过，借助金属板片实现换热。
传统Ⅰ型螺旋板式换热器、Ⅱ型螺旋板式换热器、Ⅲ型螺旋板式换热器存在着流体走螺旋道，无法选择翅片形式，或引入传热技术措施，影响流道截面、流体处理量、流体速度等。其外形为扁圆柱，承载力较小，工作压力在2.40MPa以内，一旦设备结垢，只可选择化学除垢措施。气体体积流量较大，传统设备无法适应当前换热条件。在气相一侧设置翅片，能够提升汽侧的给热系数。但由于传统的换热器无法增加翅片器件，本文研究选择双轴向流螺旋板壳式换热器，为翅片器件安装提供便捷。
这类换热器的结构较为紧凑，与常规换热器相比，在同一单位体积内传热面积较大，换热器结构较为紧凑，能够为检修与清洗提供便捷。
结合实际，该类换热器具备以下优点：①该结构选择的是多圈并联的形式，即便是流道宽度b很小，随着流通截面积的增加，处理量也会随之增加;②流道宽度b1与流道宽度b2能够实现优化设计（要依据流体体积流率、理化性质两方面入手），促使流道处于最佳工作状态;③这类换热器流道宽度相对较小，流道内还设置有距器件，很小流速下流体能够实现湍流，获取最高的传热系数，此阶段的压力降并不大;④流道内未设置死角，可选择专门的翻滚式砂洗机，彻底将机械内的污垢清除;⑤外壳为筒形，且相对细长，两端设置有耐压封头，当传热基板受到流体压力时，可借助定距器件将压力传递到外壳上，以此提升承压能力;⑥流体为轴向流形象，在流道内能够便于设置翅片，扩展二次换热面，弥补传统螺旋板式换热器缺陷;⑦两端能够拆卸，将封条位置的焊缝外露，为后期的维修与补焊奠定基础;⑧选择模块生产换热单元，选择串联安装、并联安装的形式，提升其扩散性。
2 螺旋板壳式换热器在气体冷却器上的应用浅析
本文主要依据换热计算基本原理，借助专门的换热计算软件，对比分析本文提出的换热器与常规换热器在空气冷却器模型中的应用。
2.1 对流传热计算基本原理
传热计算过程中，通过模拟相应的工艺流程，可实现传热作业。依照能量守恒原理，开展相应的计算。
换热器热负荷计算式： （1）
换热器冷热流体进出口温度计算式： （2）
式子中Q—换热器热负荷，单位：KW;Wh —热流体速率，单位：kg/s;Wc —冷流体速率，单位：kg/s;T1 —热流体进口温度，单位：℃;T2 —热流体出口温度，单位：℃;t2 —冷流体出口温度，单位：℃;t1 —冷流体进口温度，单位：℃;cph —热流体定压比热容，单位：kJ（kg·℃）;cpc —冷流体定压比热容，单位：kJ（kg·℃）。
总传热系数K是评价换热器性能的核心参数，是计算换热器传热的基本数据。换热器类型、传热操作条件、换热操作流程等因素均会影响K数值，K值本身的变动范围较大。
2.2在干气冷却器上的应用
目前比较常用的螺旋板式换热器为可拆卸耐压多程双轴向流螺旋板壳式换热器，其能够在一定程度上避免出现传统螺旋板式换热器的缺陷。其在干气冷却器上应用具有较好的作用和效果。本文主要以杨子石油化工股份有限公司的干气冷却器进行了研究。
初步设计该公司的气体脱硫装置干气冷却器的工艺参数：其总热负荷为169kW;换热的面积为145㎡。入口的温度设置为50℃，螺旋板壳中使用的介质为干气，出口的温度控制在40℃左右，压力位0.8MPa;管道中的介质位冷却水，冷却水的流量位14505kg/h，入口的温度和出口的温度分别控制在33℃和43℃。
本方案设置3个安装方案，1为初步设计方案、2为原设计方案、3为改进设计方案对比三种方案的结构参数。最终结果表明方案3的换热面积为方案1的33.0%，就操作重量，方案3为方案1的47.0%，说明方案3可显著降低设备成本与建设成本。观察方案实时记录，方案3与方案1对比，其热负荷增加了48%，传热总系数K大于10.19倍。平均温度差只有3.14℃，若温度差为7℃，则K值会逐步增高。通过对比实时记录能够得知，进口温度为56.5℃，出口温度为36.9℃，表明本换热器的能效较高。
通过相关的实验可以知道：安装方式不同，其换热面积也存在一定的区别，因此需要相关工作人员在实际工作的过程中，选择合适的安装方法，有效将设备的购置成本和土建造价成本有效降低;并且安装方式不同，所承受的热荷载也由一定的差别，通过对比干气进出口的温度可以了解到该螺旋板壳式换热器具有较高的能效。
通过将该类螺旋板壳式换热器与管壳式换热器进行对比可以知道，该换热器的体积重量比管壳式换热器的体积重量少一半，并且不需要预留一定的换热器抽芯位置，能够减少一定量的平面面积，且该换热器主要采用了密集的定距板，将受外压的水侧基板的稳定性不断提高，带来了更大的经济效益，具有较高的应用价值和应用前景。
3问题讨论
①在初步实践基础上，要逐步将应用领域扩大，逐步将温度参数、面积参数、压力参数等数值提升，并强化传热理论、强度理论、流体流动理论研究;②要深入研究两侧流道的翅片，结合实际逐步强化，并强化翅片加工工艺研究，为液相侧翅片应用奠定基础，提供便捷，实现其紧凑性的提升;③由于中间隔板两侧的压力差较大，为提升填料密封性、可靠性，可选择槽面密封结构+平板式封头方案。如此，不仅可增加埋头螺栓应用数量，还可为流体进入管处直接目测泄漏点提供便捷。
4 结束语
综上所述，通过对比分析能够得知，常规管壳式换热器的传热系数为13.2，选择本文提出的这类新型的换热器，其传热系数为158.8，在同等条件下，能够提升传热系数，减少换热面积，以此实现换热效率的增加。本文分析结果表明，常规换热器设备重量为110t，本文体现出的换热器重量为60t，这类换热器的重量较轻，可节省制造成本。经过分析、计算，本文这类新型的换热器可满足当前安装要求，以此保障使用效果。
参考文献：
[1]吴植仁，胡传清，富跃军. 螺旋板壳式换热器在气体冷却器上的应用[J]. 炼油技术与工程，2017，22（06）：36-39.
[2]欒辉宝，陶文铨，朱国庆，陈斌，王崧. 全焊接板式换热器发展综述[J]. 中国科学：技术科学，2018，43（09）：1020-1033.
