В чём принципиальное отличие спирального теплообменника от пластинчатого?

У пластинчатого теплообменника среда распределяется по множеству параллельных щелей между пластинами — стоит возникнуть неравномерности, и одни каналы засоряются, другие идут с перегрузкой. Спиральная же конструкция образует для каждой среды единственный проход без ответвлений: сколько массы вошло, столько же должно выйти. Поэтому шламы, волокнистые включения и вязкие среды, с которыми пластины не справляются, спираль прокачивает нормально.

До какого размера твёрдые частицы считаются допустимыми?

Практика даёт простое правило: частица не может быть крупнее 60 % ширины канала. Если зазор стандартный 10-25 мм, то теплообменник без проблем пропускает включения размером до 6-15 мм. Если попадаются более крупные, потребуется предварительная фильтрация либо спираль с расширенным зазором — до 40-60 мм, изготавливаемая по специальному заказу.

В чём разница между разборной и сварной модификацией спирального теплообменника?

Разборный вариант оснащают съёмными торцевыми крышками, которые крепятся болтами через прокладки. Это даёт доступ к обоим торцам канала для механической очистки, осмотра и замены прокладок. В сварном исполнении крышки приваривают к корпусу, поэтому обслуживание сводится к химической промывке. Сварная конструкция выигрывает по герметичности и выдерживает более высокое давление, разборная — удобнее при обслуживании.

Какие значения коэффициента теплопередачи характерны для спиральных теплообменников?

В режиме жидкость-жидкость он составляет 1500-3500 Вт/м²·К, при жидкость-пар, то есть конденсации, — 2000-4500 Вт/м²·К, для шламов и вязких продуктов — 600-1500 Вт/м²·К. На чистых средах эти показатели сопоставимы с пластинчатыми аппаратами и заметно превосходят кожухотрубные при одинаковых температурных напорах.

Можно ли использовать спиральный теплообменник для конденсации паров?

Да, выпускаются модификации, где сечение канала для пара увеличено. Их ставят на конденсацию вакуумных паров с примесями: выпарные станции ЦБК, выпарка соков, концентрирование растворов. Если же пар водяной и чистый, обычно берут специализированные конденсаторы.

Насколько дороже спиральный теплообменник по сравнению с кожухотрубным?

Если площадь теплопередачи одинакова, спиральный аппарат обходится дороже кожухотрубного в среднем в 1,5-2,2 раза. Срок окупаемости считают по TCO (total cost of ownership): выигрыш даёт отказ от постоянных чисток, меньше простоев и ремонтов, а также снижение потерь продукта из-за перетоков. На сложных средах спираль возвращает вложения за 2-4 года, на простых — не окупается вовсе. Причины, по которым менеджер не озвучивает цену сразу, разобраны в отдельном материале — почему менеджер сразу не говорит цену.

Реально ли импортный спиральный теплообменник заменить аппаратом казахстанского производства?

Да, под маркой КС мы изготавливаем спиральные теплообменники по индивидуальному проекту, пересчитывая параметры под существующую обвязку и площадь. Присоединительные размеры и положение патрубков повторяем точно, поэтому замена проходит без переделки трубопроводов. Обычный срок производства — 8-14 недель, он зависит от материала и площади.

Как часто нужно обслуживать спиральный теплообменник при работе на шламах?

Если среда — осадок сточных вод или активный ил, наружный осмотр проводят каждую неделю, химическую промывку — раз в 6-12 месяцев, а полную ревизию со снятием крышек — раз в 2-3 года. На щёлоке ЦБК промывка требуется раз в 12-18 месяцев, ревизия — раз в 3-5 лет. На нефтяных и битумных средах промывку делают по мере роста ΔP, как правило раз в 1-2 года.

Спиральный теплообменник — специализированная конструкция: 2 спиральные ленты, отдельный канал для каждой среды без перетока, самоочищающийся эффект. Используется для вязких продуктов (до 50000 сП), шламов, в нефтехимии и целлюлозно-бумажной отрасли.

--Спиральные теплообменники

Спиральные теплообменники

Q: Допустимо ли использовать спиральный теплообменник в системах отопления и ГВС?

С точки зрения техники — да, однако экономического смысла нет. Когда речь о чистой сетевой воде и теплоносителях для отопления и ГВС, есть пластинчатые теплообменники: они обходятся в 2-3 раза дешевле и на чистых потоках показывают не худшую эффективность. Спиральный аппарат оправдывает вложения лишь там, где другие решения отказывают.

Q: Что предпочтительнее для рекуперации тепла стоков — спиральный или пластинчатый теплообменник?

Когда стоки уже прошли механическую очистку и в них нет волокон и крупных взвесей, можно ставить пластинчатый аппарат с особой геометрией каналов. Если же присутствуют осадок, ил или песок, выбор однозначно за спиралью. На КОС с биореакторами при рекуперации по схеме «иловая смесь — иловая смесь» альтернативы почти нет: спираль служит годами, тогда как пластины забиваются за недели.

Модель и цена в тенге — в чате за минуту

Напишите модель или задачу — инженер ответит сразу, без звонков и форм.

18 июня 2017 21:00

// Советы покупателям

Спиральные теплообменники относятся к специализированному классу рекуператоров, применяемых для сред с повышенной вязкостью, загрязнениями и склонностью к отложениям. Две свёрнутые ленты создают единственный непрерывный канал для каждого теплоносителя, исключая байпасные потоки. Это обеспечивает стабильную скорость движения, самоочистку и стойкость к шламам, целлюлозным волокнам, парафинам и битумам. Технические параметры: давление до 25 МПа, температура до 400 °C, срок службы пакета 25+ лет при правильной эксплуатации.

Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК. Подбор теплообменника инженером бесплатно. Расчёт по нормативам СН РК 4.02-04-2013 и СН РК 4.01-02-2013 за 30 60 минут. Прямые поставки оригинального оборудования от РИДАН, Alfa Laval, Funke, Kelvion, Sondex, Tranter, ЭТРА, Теплохит, Машимпэкс GEA, КС. Бесплатная консультация по выбору пластинчатого, кожухотрубного, паяного теплообменника. Гарантия от производителя, доставка по РК.

1 канал

один поток без обхода

25 МПа

предельное давление

400 °C

по углеродистой стали

50 000 сП

вязкие шламы и пасты

25+ лет

ресурс пакета спирали

Как устроен спиральный теплообменник

Основу конструкции образуют две металлические ленты равной ширины, которые навиты вокруг единой центральной оси, формируя концентрическую спираль Архимеда. Чтобы между лентами сохранялся одинаковый по ширине зазор, их раздвигают дистанционными шпильками либо приваренными бобышками. По завершении навивки пакет герметизируют торцевыми крышками с прокладками или сварным соединением — выбор зависит от исполнения аппарата и свойств рабочей среды.

Так создаются два изолированных канала, не связанных между собой: каждый выглядит как протяжённый криволинейный коридор с неизменным сечением. Поток A подаётся через осевой патрубок в центральную зону и следует по собственному каналу к периферии; поток B, напротив, входит с периферийной части и направляется к центру. Это обеспечивает чистый противоток без байпасов, застойных зон и обводных путей.

Основные компоненты

Пакет спирали — пара навитых лент, формирующих два канала. Ширина ленты, как правило, составляет от 100 до 1800 мм, толщина — 3-8 мм, величина зазора канала — 5-25 мм.
Дистанционные шпильки либо приварные шипы — обеспечивают неизменный зазор на всём протяжении витка и попутно выполняют роль турбулизаторов потока.
Корпус-обечайка — сварной кожух цилиндрической формы, который закрывает пакет и воспринимает рабочее давление.
Торцевые крышки — болтовые съёмные с прокладкой (в разборном варианте) либо приварные (для задач с повышенными требованиями к герметичности).
Патрубки входа и выхода — два осевых (центральных) и два тангенциальных (периферийных). Их размещение определяет направление движения сред.
Опоры и юбка — аппарат в большинстве случаев устанавливают вертикально: так проще организовать дренаж и уменьшить занимаемую площадь.

Протяжённость развёрнутого канала способна достигать десятков метров, тогда как наружный диаметр аппарата остаётся компактным — 1-3 метра. За счёт этого получается высокое соотношение площади поверхности к объёму и одновременно значительная длина пути для каждой порции среды, что позволяет глубоко рекуперировать тепло даже при малых температурных напорах.

Разрез спирального аппарата (схема)

Две концентрические спирали формируют строго по одному каналу для каждой среды. Поток A направлен из центра кнаружи, поток B — от периферии к центру.

Принцип потока: единственный канал без обхода

Главное отличие спирального аппарата от кожухотрубного или пластинчатого — в отсутствии параллельных потоков. В аппаратах кожухотрубного типа поток распределяется по сотням трубок; когда часть из них загрязняется и забивается, остальные берут на себя весь расход — появляются обход и неравномерность. В пластинчатых аппаратах поток делится между пластинами на десятки параллельных слоёв — при заиливании возникает аналогичная проблема.

В спиральном аппарате подобное конструктивно исключено: канал только один, и среда вынужденно проходит по нему от входа до выхода. Отсюда вытекают три важных следствия.

1. Стабильная скорость потока на всём протяжении

Площадь сечения канала остаётся неизменной в любой точке. Если на входе скорость среды равна 1,5 м/с, то и спустя 20 метров пути она сохранится. Неизменная скорость поддерживает постоянное напряжение сдвига у стенки — именно этот механизм лежит в основе самоочистки.

2. Самоочистка за счёт криволинейного потока

Движение по спирали сопровождается центростремительным ускорением. Каждую частицу среды прижимает к наружной стенке канала. У этой стенки локальная скорость выше средней по потоку, поэтому рыхлые отложения — шлам, биоплёнка, волокно, окалина, парафин — постоянно срезаются и выносятся дальше. Аппарат фактически не успевает обрасти загрязнениями: он непрерывно «протирает» себя.

3. Чистый противоток без перемешивания

Так как в любом сечении друг напротив друга расположены только два канала, схема получается строго противоточной. Коэффициент эффективности противотока F стремится к 1 — это даёт возможность эксплуатировать аппарат при минимальных температурных напорах ΔT 3-5 °C и глубоко утилизировать тепло, что невыгодно или недостижимо для других типов промышленных теплообменных аппаратов.

Преимущества при работе с вязкими и загрязнёнными средами

Спиральный теплообменник создан для задач, где прочие типы аппаратов не справляются. Его основной рабочий диапазон — среды, которые другие конструкции способны пропускать через себя лишь до первого обслуживания.

Высокая вязкость — до 50 000 сП

Мазут, гудрон, чёрный щёлок, патока, сиропы, пасты, эмульсии. В трубчатых аппаратах подобные среды создают очень высокое гидравлическое сопротивление и распределяются неравномерно. В спиральном исполнении канал один, поэтому ΔP предсказуем.

Среды, содержащие твёрдые включения

Целлюлозные волокна, песок, шлак, кристаллы, окалина размером до 5-10 мм. Зазор канала выбирают заведомо больше частиц, и поток выносит их к выходу, не позволяя накапливаться.

Шламы и осадки из сточных вод

Активный ил, флотошлам, осадок отстойников с долей сухого вещества 2-8 %. Самоочистка под действием центробежной силы дополняется возможностью периодической обратной промывки через люки.

Низкие потери давления

Единый протяжённый канал создаёт меньше местных сопротивлений, чем множество трубных пучков и переходов. Типичный ΔP составляет 20-60 кПа против 80-150 кПа у сопоставимых трубных вариантов.

Высокий тепловой КПД

Идеальный противоток даёт возможность работать при ΔT 3-5 °C. Коэффициент теплопередачи k = 1500-3500 Вт/м²·К в режиме жидкость-жидкость: это сопоставимо с пластинчатыми аппаратами и заметно выше кожухотрубных.

Компактность по площади

При вертикальном размещении аппарат занимает всего 1,5-4 м² площади даже с поверхностью теплопередачи 200-300 м². Для сравнения: кожухотрубный теплообменник с такой же поверхностью имеет длину 6-9 м и нуждается в свободном месте для вынимания трубного пучка.

Сопоставление с альтернативными решениями для одной задачи

Параметр	Спиральный	Кожухотрубный	Пластинчатый
Вязкие среды вязкостью до 50 000 сП	отлично	с ограничениями	не годится
Среды со шламом	отлично	требует частой чистки	забивается
Чистые жидкости	избыточно	подходит	оптимально
Давление до 25 МПа	да	до 40 МПа	до 2,5 МПа
Площадь под установку	минимальная	большая	минимальная
Цена за м² поверхности	высокая	средняя	низкая

Детальное сравнение по остальным параметрам — в статье кожухотрубный в сравнении с пластинчатым, а гибридное исполнение — в обзоре теплообменника кожухопластинчатого типа.

Области применения спиральных теплообменников

Спиральный аппарат не претендует на конкуренцию с серийными пластинчатыми ПТО в отоплении и ГВС — у него собственная ниша. Это технологические процессы, где среда изначально сложная: вязкая, загрязнённая, агрессивная, склонная к отложениям. Ниже приведено распределение по отраслям по нашей внутренней статистике подбора за последние сезоны.

Распределение областей применения спиральных ТО по отраслям

Целлюлозно-бумажная отрасль (примерно 30 %)

Чёрный щёлок после варки сульфатной целлюлозы — типичный пример среды, которую сложно назвать простой. В нём до 5 % волокна, до 50 % сухих веществ; он агрессивен по щёлочи и склонен кристаллизовать сульфат натрия при охлаждении. В кожухотрубных теплообменниках волокно за две-три недели полностью забивает трубки. В спиральном аппарате с зазором 12-20 мм щёлок работает десятилетиями. Такие теплообменники также используют для охлаждения упаренного зелёного щёлока, в линиях разделения мыла и таллового масла.

Нефтехимия и нефтепереработка (примерно 25 %)

Битум, тяжёлые мазуты, гудроны, парафинистые фракции, кислые гудроны производства серной кислоты, маточные растворы при кристаллизации. У всех этих сред общие черты: высокая вязкость и склонность застывать или образовывать плёнки на стенках. Подбор оборудования для данной отрасли — отдельная большая тема, она раскрыта в статье теплообменники для нефтегазовой отрасли.

Сточные воды и очистные сооружения (примерно 20 %)

Нагрев необработанного осадка до подачи в метантенки, отвод тепла от сброженного осадка, возврат тепла по схеме «грязная вода — грязная вода» в системах с биореакторами. Центробежное самоочищение в данном случае снимает ключевую трудность — засорение волокнами, песком, плёнками. Нередко спиральный аппарат эксплуатируется в режиме «осадок — осадок», где другие виды теплообменников применить невозможно в принципе.

Коммунальное хозяйство и городские сети (примерно 15 %)

Канализационные коллекторы и насосные станции, где в стоках присутствуют механические взвеси, песок, тряпки, бумага. В таких местах их применяют и для предварительного нагрева перед очисткой, и для возврата тепла сточных вод в контур ГВС либо отопления. Сопоставить с классическим вариантом можно по материалу устройство и принципы функционирования теплового пункта.

Пищевая, фармацевтическая и химическая промышленность (примерно 10 %)

Сиропы сахара 70-80 °Брикс, меласса, томатная паста, фруктовые пюре, дрожжевые суспензии, кристаллизационные растворы. Некоторые задачи решаются на пластинчатых теплообменниках — их методики описаны в отдельной статье сферы применения пластинчатых теплообменников. Однако при большой вязкости спиральный аппарат остаётся вне конкуренции.

Слабые места и ограничения

Спиральный теплообменник не относится к универсальным. У него имеются определённые ограничения, по причине которых его не используют в типовых задачах отопления, ГВС и охлаждения чистых сред.

Узкая ниша применений

При работе с чистой водой или гликолевым раствором спиральный аппарат не эффективнее паяного пластинчатого, однако его цена в несколько раз выше. Платить за самоочистку, если среда изначально чистая, — бессмысленные расходы. Для отопления, ГВС, охлаждения масел и прочих массовых задач есть свои оптимальные классы оборудования: устройства для нагрева и подогрева жидкости, для охлаждения жидкости, предназначенные для конденсации паров и газов.

Трудоёмкий демонтаж и ремонт пакета

В кожухотрубном теплообменнике трубный пучок вынимается через торец, в пластинчатом пластины снимают поштучно, а спиральный пакет представляет собой монолит. Разборная конструкция даёт возможность снять лишь торцевые крышки и прочистить внутренний канал через них; чтобы полностью заменить ленту, пакет приходится извлекать целиком и разбирать в условиях ремонтного цеха. Для ответственных производств это означает необходимость резервного аппарата.

Более высокая цена за м² поверхности

Для навивки нужно прецизионное оборудование, контроль геометрии зазора, специальная оснастка. В мире таких производителей единицы, тогда как заводов кожухотрубных аппаратов — сотни. Удельная цена м² поверхности теплопередачи у спирали в среднем в 1,5-2,2 раза больше, чем у кожухотрубного аппарата той же площади. Оправдывает себя только на средах, где альтернатива не работает либо требует регулярной чистки и замены.

Ограничения по давлению в сравнении с кожухотрубными

Обычный диапазон спиральных теплообменников — до 16-25 МПа. Тяжёлые кожухотрубные аппараты достигают 40 МПа и более. Для сверхвысоких давлений в нефтепереработке или химических реакторах спираль, как правило, не применяют.

Материалы исполнения

Материал пакета и корпуса подбирают исходя из трёх факторов: устойчивости к коррозии в данной среде, температурного диапазона и цены при заданной площади. Основные варианты исполнения:

Сталь углеродистая (ст. 20, 09Г2С) — применяется для нефтепродуктов, мазута, битума, парафинов, неагрессивных шламов. Наиболее экономичное исполнение. Рабочая температура до 400 °C. Не годится для кислых, щелочных и хлоридсодержащих сред.
Нержавеющая AISI 304/08Х18Н10 — пищевая промышленность, слабоагрессивные среды, температуры до 350 °C. Подробнее о применении нержавеющей стали — в статье теплообменное оборудование из нержавейки.
AISI 316L / 03Х17Н14М3 — основной рабочий материал для химической отрасли, сточных вод, пищевой переработки с хлоридами. Благодаря молибдену устойчив к питтинговой коррозии. До 99 % спиральных теплообменников для очистных сооружений изготавливают именно из 316L.
Дуплекс 2205 / SAF 2205 — комбинация прочности и устойчивости к хлоридам и сульфидам. Используется на щелочных средах ЦБК и в нефтегазовой отрасли при наличии H₂S.
Супер-дуплекс 2507 — морская вода, рассолы, кислые среды с хлоридами. Дорого, однако это единственное долговременное решение для наиболее жёстких условий.
Титан (Grade 2, Grade 7) — морская вода, гипохлориты, агрессивные растворы. Не боится питтинговой и щелевой коррозии в хлоридных средах.
Хастеллой (Hastelloy C-276, C-22) — окислители, концентрированные кислоты, высокотемпературные среды нефтехимической промышленности.
Спирали из графитовых блоков — отдельная подгруппа для соляной и плавиковой кислот, фторсодержащих сред. По конструкции ближе к блочным графитовым аппаратам, однако применяют тот же принцип спирального канала.

Уплотнительные элементы торцевых крышек выбирают в зависимости от температуры и среды: EPDM, NBR, FKM (Viton), PTFE, графитовые шнуры, металлографитовые прокладки. В сварных исполнениях уплотнений нет — крышки приварены, а обслуживание сводится к химической промывке через люки.

Производители спиральных теплообменников

В мире не так много изготовителей спиральных теплообменников — для этой технологии нужно специальное оборудование и многолетний опыт подбора. Далее перечислены основные игроки рынка.

Бренд / линейка	Происхождение	Сильные стороны
Alfa Laval Spiral (ALS, ALSHE)	Швеция	Самая старая серия, выпускается с 1930-х, диапазон от 0,1 до 500 м², есть проекты в нефтехимии и ЦБК
Tranter Spirex	Швеция / США	Прочные позиции в очистных сооружениях и пищевой переработке, дуплексные варианты
Funke	Германия	Малогабаритные спирали для нефтехимии и энергетики, точная геометрия канала
Mersen	Франция	Графитовые спиральные теплообменники для наиболее агрессивных кислых сред
Kelvion (GEA)	Германия	Тяжёлые промышленные варианты, встраивание в технологические линии
РИДАН	Россия	Изготовление на заказ по проекту, серийной спиральной линейки нет — основная специализация — пластинчатые
КС НАШ БРЕНД	Россия (ТПЛ-Сервис)	Производство в России спиральных и кожухопластинчатых теплообменников под проект, импортозамещение, оперативный выпуск и собственный сервис
ЭТРА	Россия	Известны как изготовитель пластинчатых аппаратов; спиральные — под индивидуальный заказ

При выборе стоит обращать внимание не на общую «раскрученность» бренда, а на фактические проекты именно по спиральной серии. Многие громкие имена в теплообменной технике известны в первую очередь пластинчатыми и кожухотрубными линейками, а спирали делают как дополнительное направление. Подробнее об общей логике выбора — в статье как подобрать теплообменник.

Решение: в каких случаях выбирать спиральный теплообменник

Установка спирального теплообменника

Спиральные теплообменники почти всегда устанавливают вертикально — такова физика потока и так удобнее обслуживать.

Причины вертикальной установки

Гарантированный дренаж. После остановки любая среда с твёрдыми частицами полностью стекает под действием силы тяжести.
Свободный выход газа. Воздух и неконденсирующиеся газы поднимаются вверх и отводятся через периферийный патрубок, не задерживаясь в карманах.
Минимальная площадь для монтажа. Теплообменник с площадью теплопередачи 100 м² занимает примерно 2 м² на полу при высоте 2,5-3,5 м.
Удобство ревизии. Торцевые крышки снимают вверх или вниз — пакет остаётся на месте, не требуется оставлять место сбоку, как для выемки трубного пучка кожухотрубного теплообменника.

Опоры и закладные

Спиральный теплообменник может опираться на собственную юбку или на боковые лапы-кронштейны (для монтажа к стене либо каркасу). Юбку ставят на фундаментную плиту через анкерные болты с компенсацией температурных деформаций. Вес аппарата с поверхностью 100-150 м² доходит до 2-4 тонн, а при пиковом заполнении средой — до 6-8 тонн, поэтому опорные конструкции рассчитывают с запасом.

Подсоединение трубопроводов

Все четыре патрубка следует присоединять через гибкие либо сильфонные компенсаторы. Когда температура меняется на 200-300 °C, корпус деформируется — смещения достигают 8-15 мм; при жёсткой обвязке эти усилия передаются на патрубки и сварные швы. Разбор нескольких распространённых ошибок монтажа приведён в статье монтаж теплообменника.

Термокомпенсация

Внутри пакета тепловое удлинение обеих лент воспринимается самой геометрией — спираль ведёт себя подобно пружине. В зазор между торцевой крышкой и пакетом, как правило, устанавливают сильфонный компенсатор либо прокладку с запасом на перемещение. Особенно важно это для приварных вариантов: если закрепить жёстко при ΔT 250 °C, возникнут напряжения выше предела текучести стали.

Изоляция и обвязка

В высокотемпературных узлах применяют минеральную вату плотностью 80-120 кг/м³ и толщиной 80-120 мм, закрытую слоем оцинкованной стали. Для холодных аппаратов (рекуперация при температуре ниже 0 °C) используют пенополиуретан либо пеностекло. В верхних точках обвязки обязательно предусматривают воздушники и спускные краны.

Обслуживание и ремонт

Плановое обслуживание спирального теплообменника включает проверку уплотнений, химическую промывку с определённой периодичностью и осмотр внутренних каналов через люки. Полная смена спирального пакета — редкая и трудоёмкая операция; при корректной эксплуатации такие ремонты выполняют не чаще чем через 15-25 лет.

Регламентные работы

Ежесменно: измерение перепада давления ΔP на входе и выходе аппарата. Если ΔP вырос более чем на 30 % относительно номинального значения, это указывает на отложения.
Еженедельно: наружный осмотр: проверяют потёки, конденсат на корпусе (говорит о повреждении изоляции), наличие вибрации.
Раз в квартал: контроль усилия затяжки болтов на торцевых крышках. Прокладки со временем садятся, поэтому момент снижается — так и должно быть.
Раз в год: снятие крышек, ревизия каналов, измерение толщины спирального пакета в нескольких местах (для оценки коррозии).
Раз в 3-5 лет: химическая промывка методом циркуляции реагента, смена прокладок торцевых крышек, гидравлические испытания.

Промывка каналов

Хотя спираль обладает самоочисткой, со временем на ней всё равно появляются отложения — в первую очередь карбонатные, парафиновые и солевые. Для промывки используют те же методы, что и для других типов аппаратов: прокачку кислотного или щелочного раствора по специально собранной обвязке. Детальные технологии описаны в наших публикациях промывка теплообменников, очистка пластинчатого теплообменника, промывка котла. Реагенты и оснащение — в разделе техника для промывки и составы для промывки промышленных систем.

Замена пакета

Когда коррозия или эрозия уменьшили толщину ленты до критического уровня (как правило, менее 60 % от первоначальной), пакет необходимо заменить. Порядок работ: отключение обвязки, снятие торцевых крышек, извлечение пакета с помощью грузоподъёмного оборудования, транспортировка в ремонтный цех. В отдельных случаях возможен ремонт пакета — вварка заплат или замена части витков; решение принимают по итогам дефектоскопии.

Гидроиспытания

Каждую разборку завершают гидроиспытанием под давлением 1,25 от номинального по ГОСТ 34233 и СТ РК. На аппарат, выдержавший проверку, наносят маркировку с датой и подписью ответственного лица. Журнал испытаний хранят вместе с паспортом изделия.

Распространённые вопросы по спиральным теплообменникам

В чём ключевое отличие спирального теплообменника от пластинчатого?

В пластинчатом аппарате в пластинчатом аппарате поток распределяется по десяткам параллельных каналов между пластинами — при малейшей неравномерности одни каналы забиваются, другие перегружаются. У спирали на каждую среду приходится ровно один канал без байпаса: вся масса, поступившая на вход, должна выйти на выходе. Поэтому спираль пригодна для шламов, волокнистых включений и вязких сред, с которыми пластины не справляются.

Допустимо ли использовать спиральный ТО в отоплении или ГВС?

С технической точки зрения — да, но экономически нецелесообразно. Для чистой сетевой воды и теплоносителей систем отопления и ГВС применяются пластинчатые теплообменники — они обходятся в 2-3 раза дешевле и на чистых средах не проигрывают по эффективности. Спиральный аппарат оправдан лишь там, где другие решения не работают.

Какой предельный размер твёрдых частиц допускается?

Практическое правило: диаметр частиц не должен быть больше 60 % ширины канала. При обычных зазорах 10-25 мм аппарат стабильно пропускает включения размером до 6-15 мм. Если включения крупнее, требуется предварительная фильтрация либо спираль с увеличенным зазором (до 40-60 мм под специальный заказ).

Чем разборное исполнение спирального аппарата отличается от сварного?

В разборном варианте торцевые крышки съёмные, крепятся болтами через прокладки. Это даёт доступ к обоим торцам канала для механической очистки, осмотра и замены прокладок. В сварном исполнении крышки приварены к корпусу, поэтому ремонт сводится к химической промывке. Сварная конструкция герметичнее и выдерживает более высокое давление, а разборная проще в обслуживании.

Какие значения коэффициента теплопередачи у спиральных ТО?

При теплообмене жидкость-жидкость: 1500-3500 Вт/м²·К; для жидкость-пар (конденсация): 2000-4500 Вт/м²·К; для шламов и вязких сред: 600-1500 Вт/м²·К. Эти показатели сравнимы с пластинчатыми аппаратами на чистых средах и заметно превосходят кожухотрубные при одинаковых температурных напорах.

Применима ли спираль для конденсации паров?

Да, выпускаются специальные модификации с увеличенным проходным сечением парового канала. Их используют при конденсации вакуумных паров с примесями (выпарные установки ЦБК, упаривание соков, сгущение растворов). Для чистого водяного пара обычно подбирают специальные конденсаторы.

Насколько дороже спиральный ТО по сравнению с кожухотрубным?

Если площадь теплопередачи одинакова, спиральный аппарат в среднем в 1,5-2,2 раза дороже кожухотрубного. Срок окупаемости считают через TCO (total cost of ownership): учитывают экономию на отсутствии частой чистки, на простоях, ремонтах и потерях продукта из-за перетоков. На сложных средах спираль окупается за 2-4 года, на простых — не окупается вовсе. Почему менеджер не озвучивает цену сразу — разбираем в отдельной статье почему менеджер не называет цену сразу.

Реально ли импортный спиральный аппарат заменить аппаратом производства КС?

Да, под маркой КС мы производим спиральные ТО по индивидуальному проекту, пересчитывая параметры под существующую обвязку и площадь. Присоединительные размеры и расположение патрубков повторяем точно, поэтому замена возможна без переделки трубопроводов. Обычный срок изготовления — 8-14 недель, он зависит от материала и площади.

Как часто нужно проводить профилактику спирального ТО на шламах?

Если аппарат работает на осадке сточных вод или активном иле: наружный осмотр — каждую неделю, химическая промывка — раз в 6-12 месяцев, полная ревизия со снятием крышек — раз в 2-3 года. На щёлоке ЦБК промывку делают раз в 12-18 месяцев, ревизию — раз в 3-5 лет. На нефтяных и битумных средах промывают по мере увеличения ΔP, как правило раз в 1-2 года.

Что предпочтительнее для рекуперации тепла стоков — спиральный или пластинчатый ТО?

Когда стоки прошли механическую очистку и в них нет волокон и крупных взвесей, можно использовать пластинчатый аппарат со специальной геометрией каналов. Если же присутствуют осадок, ил или песок — выбор однозначно в пользу спирали. На КОС с биореакторами при рекуперации «иловая смесь — иловая смесь» альтернатив почти нет: спираль служит годами, тогда как пластины забиваются за недели.

Подбор спирального теплообменника — расчёт выполняет инженер

Позвонить инженеру Написать на почту Все контакты

Спиральный теплообменник не является готовым изделием со склада — это проектное решение для определённых условий. Чтобы подобрать аппарат, заполняется анкета: какие среды участвуют, их расход, температуры на входе/выходе, давление рабочее и предельное, физико-химические параметры (вязкость, концентрация сухих веществ, фракционный размер частиц, pH, присутствие хлоридов), необходимая площадь теплообмена или мощность, а также габаритные ограничения.

В результате специалист формирует три решения: с лучшей ценой, с минимальным сроком отгрузки и с наибольшим ресурсом. Для каждого приводится обоснование выбора материала, площади, исполнения (разборное или сварное) и производителя. Если пластинчатый аппарат обойдётся дешевле, мы прямо об этом сообщим, так как поставляем оборудование всех типов: от паяных пластинчатых до крупных кожухотрубных. Сравнение методик подбора — в статье как подобрать теплообменный аппарат и в обзоре разборных пластинчатых теплообменных аппаратов.

Кроме того, мы обеспечиваем сопутствующие направления: поставку пластин и уплотнений, проектирование систем промывки, тепловые расчёты по ГОСТ 27590 и СТ РК, а также СН РК 4.02-04-2013, техническое сопровождение монтажа и пусконаладку. О типовых случаях подробнее — замена теплообменника, принцип действия теплообменного аппарата, тепловой расчёт, часто задаваемые вопросы.