СПІРАЛЬНІ ТЕПЛООБМІННІ АПАРАТИ
Спіральні теплообмінники мають досить широке застосування в промисловості, що пояснюється наступним: можливістю виготовлення з металевого рулонного матеріалу, що піддається холодній обробці та зварюванню; можливістю організації протитечії; меншою схильністю до забруднення поверхонь, так як відсутні різкі зміни напрямку потоку; меншим гідравлічним опором потоку при однаковій швидкості, ніж у кожухотрубчастих теплообмінників.
Спіральні теплообмінники застосовують як конденсатори, випарники, а також для охолодження і нагрівання рідин, газів і парогазових сумішей. Ректифікаційні колони можуть компонуватися спіральними теплообмінниками як дефлегматори. Особливо ефективними є спіральні теплообмінники для обробки високов'язких рідин, оскільки усувається проблема розподілу такої рідини по трубах, а також при обробці шламів і рідин, що містять волокнисті матеріали.
Конструкція спірального теплообмінника. Він являє собою два спіральні канали 7, навиті з рулонного матеріалу 2 навколо центральної розділової перегородки (керно) 3 і закритих з торців кришками 4 (рис. 4.1.39). Такий теплообмінник можна встановити на цапфах. Теплоносій А надходить під тиском через штуцер у кришці в камеру центровика, а потім по спіралі - колектор, розташований на периферії, і виходить з теплообмінника. Інший теплоносій подається в другий колектор і рухається по спіралі до центру, тобто протитечією до першого, і виводиться з апарата через штуцер другої кришки.
Мал. 4.1.39. Горизонтальний спіральний теплообмінник із тупиковими каналами на лапах
Спіральні теплообмінники класифікують на вигляд ущільнення торців каналів: зтупиковими каналами, із глухими каналами, із наскрізними каналами. До тупикових каналів відносяться такі, в яких один канал заварюється за допомогою вставленої стрічки з одного боку, а другий - з протилежного боку (рис. 4.1.40. а). Після зняття кришок обидва канали легко чистяться. Такий спосіб ущільнення каналів найпоширеніший.
До глухих каналів належать такі, у яких канал на торцях заварюється з обох боків (рис. 4.1.40 б). І тут один канал може бути очищений механічним способом. Можливий варіант, коли обидва канали заварюються з двох сторін, тоді жоден канал не може бути механічно очищений.
Мал. 4.1.40. Ущільнення торців каналів
Наскрізні канали - це канали, відкриті з торців (рис. 4.1.40, ст). Ущільнення досягається за допомогою листового матеріалу прокладки (рис. 4.1.40, в) або манжет U-подібного перерізу (рис. 4.1.40, г). При цьому способі обидва каналу піддаються чищенню, але можливе попадання одного теплоносія в інший.
Для надання спіральним теплообмінникам жорсткості, особливо при тиску вище 0,3 МПа, до однієї зі стрічок зазвичай перед навивкою приварюють штифти. Вони не тільки підвищують жорсткість конструкції, та й фіксують відстань між спіралями.
Спіральні теплообмінники виготовляють з вуглецевої рулонної сталі СтЗ, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т та 08Х17Н13М2Т товщиною 2 мм (тиском до 0,3 МПа) або 3 мм (тиском до 0,6 МПА), шириною рулону. 1,5 м за ширини каналу 8 або 12 мм. Для виготовлення кришок може застосовуватися двошарова сталь типу СтЗ та 12Х18Н10Т, 20К та 08Х17Н13М2Т, нікель та нікелеві сплави та ін. Як прокладки застосовують гуму, пароніт, фторопласт та ін.
Промисловістю випускаються спіральні теплообмінники із площеюповерхні теплообміну 3,2. 100 м2.
При технологічному розрахунку спіральних теплообмінників визначають: площу поверхні теплообміну; число витків спіралі; втрати напору теплоносіями під час проходження через канали теплообмінника. Методика та порядок розрахунку докладно викладені у [8].
Розрахунки на міцність та стійкість елементів теплообмінника включають розрахунки кришок, фланцевих з'єднань, спіралей. Розрахунок кришок проводиться за ГОСТ 14249, розрахунок спіралі на міцність та стійкість - за [29].