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ABB公司的HelixchangerTM换热器[10]即螺旋折流板换热器（如图3）, 采用了螺旋状折流板结构, 设计原理是: 将圆截面的特制板安装在拟螺旋状折流系统中。每块折流板占换热器壳程中横剖面的1/4, 其倾角朝向换热器的轴线, 即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接, 与外圆处成连续螺旋状, 折流板轴向重叠，每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度,使壳程流体做螺旋运动,能减少管板与壳体之间易结垢的死角,从而提高了换热效率。由于介质呈螺旋式流动,在径向产生速度梯度,形成径向湍流,彻底改变了弓形折流板换热器的流体流动方式和流场分布,减薄了传热管表面滞流底层的厚度,提高了传热膜系数,消除了弓形板的传热死区,使壳程的传热状态大为改善。此外,螺旋折流板结构可以满足的工艺条件很宽,设计方面具有很大的灵活性,可针对各种特殊的工艺条件选择最佳的螺旋角。如欲减少支撑管子的跨度时, 也可以采用双螺旋设计。独特的设计避免弓形折流板曲折的Z字形流道系统导致的死角和较高的返混。
美国Brown公司最新推出了Twisted-tube 换热器[11], 此换热器原本是瑞典Allares公司产品,Brown公司作了改进。其螺旋扁管制造过程包括“压扁”、“热扭”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单,但改进了传热,减少了结垢,真正的逆流,降低了成本,无振动,节省了空间,无折流元件。由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动,促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40%,而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照ASME标准制造,凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代,它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值,估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景[12]。
螺旋形折流板换热器
HiTRAN换热器,该型换热器是英国CalGavinLtd公司开发的一种新产品,采用一种称之为Hitan matrix elements的丝状花内插物,可使流体在低速下产生径向位移和螺旋流相叠加的三文复杂流动,可提高诱发湍流和增强沿温度梯度方向上的流体扰动,能在不增加阻力的条件下大大提高传热系数。内插件不仅可以促进管内流体形成湍流,同时可以扩大传热面积,提高传热效率。目前,管内内插物主要是利用各种金属的条、带、片和丝等绕制或扭曲成螺旋形,如麻花铁、螺旋线、螺旋带及螺旋片等,或冲成带有缺口的插入带。英国CalGavin公司研制出了一种叫Heatex的内插件。这种内插件由一组延伸至管壁的圆芯体组成,它可使管侧传热效率提高2~15倍。该公司还开发了一种叫Hitran的丝网内插件,将这种内插件用于液体工况,可使管壳式换热器管程传热效率提高25倍,用于气体工况,可使相应值提高5倍。同时,与正常流速相比,这种内插件使换热管的防垢能力提高8~10倍。
Hybrid混合式换热器[13]是日本近几年开发的一种新型换热器, 它综合了板式换热器与管壳式换热器两者的优点, 克服了板式换热器因密封问题而受到限制的弱点, 很有发展前途。20世纪80年代以来，换热器技术飞速发展,带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益。
3 国内外技术差距
技术发展差距尽管我国在部分重要换热器产品领域获得了突破，但我刚换热器技术基础研究仍然薄弱。
与国外先进水平相比较，我国换热器产业最大的技术差距在于换热器产品的基础研究和原理研究，尤其是缺乏介质物性数据，对于流场、温度场、流动状态等工作原理研究不足。在换热器制造上，我国目前还以仿制为主，虽然在整体制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片压制方面与发达国家还有一定的差距。在设计标准上，我国换热器设计标准和技术较为滞后。日前，我国的管壳式换热器标准的最大产品直径还仅停留在2.5米，而随着石油化工领域的大型化要求，目前对管壳式换热器直径已经达到4.5米甚至5米，超出了我国换热器设计标准范围，使得我国换热器设计企业不得不按照美国TEMA标准设计。更为严重的是，我国在大型专业化换热器设计软件方面严重滞后。目前我国在换热器设计过程中还不能实现虚拟制造、仿真制造，缺乏自主知识。