Для многих промышленных предприятий, особенно в химической переработке, коксовании, металлургии и очистке сточных вод, наиболее частая жалоба на теплообменники проста:

«Наш теплообменник засоряется несколько раз в год. Очистка занимает слишком много времени. Существует ли тип, который не так легко загрязняется?»

Именно этот вопрос объясняет, почему сварные спиральные теплообменники (WSHEs) становятся все более популярными.
Но действительно ли они могут уменьшить загрязнение и предотвратить засорение?
Эта статья объясняет ответ с точки зрения клиента, подкрепляя его инженерными принципами и практическим опытом.

1. Проблема: Почему загрязнение и засорение являются такой большой проблемой

Для промышленных операторов загрязнение и засорение означают гораздо больше, чем небольшое снижение эффективности теплопередачи:

1. Частые остановки и потери производства

Каждый цикл очистки означает часы или даже дни потерянного производства.
В непрерывных процессах, таких как коксование и переработка, простои равны прямым финансовым потерям.

2. Повышенное энергопотребление

По мере увеличения загрязнения эффективность теплопередачи падает.
Предприятия должны компенсировать это:

• Большим количеством пара

• Большим количеством охлаждающей воды

• Увеличением мощности насосов

Это незаметно увеличивает эксплуатационные расходы.

3. Сокращение срока службы оборудования

Локальное загрязнение приводит к горячим точкам, коррозии под отложениями и, в конечном итоге, к утечкам или отказам.
Частая механическая очистка ускоряет износ.

Поэтому реальный вопрос покупателя не просто «Будет ли он загрязняться?»
а:

«Могу ли я выбрать теплообменник, который загрязняется медленнее, реже засоряется и легче очищается при необходимости?»

2. Что отличает сварной спиральный теплообменник?

Сварной спиральный теплообменник состоит из двух металлических пластин, свернутых в спираль, образуя два отдельных непрерывных канала:

• Канал A для одной жидкости

• Канал B для другой

Его ключевые конструктивные особенности объясняют, почему он лучше справляется с загрязнением:

• Одноканальный поток → отсутствие неравномерного распределения

• Непрерывная кривая → отсутствие мертвых зон

• Высокое напряжение сдвига стенки → препятствует загрязнению

• Широкие каналы потока (10–25 мм) → подходят для суспензий и вязких жидкостей

• Полностью сварная конструкция → отсутствие прокладок, щелей и меньше точек коррозии

Это основная причина, по которой спиральные теплообменники ведут себя иначе в условиях загрязнения.

3. «Эффект самоочистки»: Почему загрязнение прогрессирует медленнее

Одним из наиболее часто упоминаемых преимуществ спиральных теплообменников, подтвержденных производителями и академическими исследованиями, является эффект самоочистки.

Почему это происходит?

1. Непрерывный спиральный путь создает силы сдвига

Жидкость, протекающая через изогнутый канал, образует вторичные потоки (вихри Дина).
Эти боковые вихревые движения непрерывно очищают поверхность стенки, уменьшая тенденцию частиц к осаждению.

2. Нет параллельных труб = Нет зон с низкой скоростью

Кожухотрубные теплообменники распределяют поток по сотням труб.
Некоторые трубы всегда получают меньше потока → они становятся горячими точками загрязнения.

Спиральные теплообменники имеют один непрерывный канал → равномерная скорость → отсутствие застойных зон.

3. Более высокая рабочая скорость

Спиральные конструкции часто работают при более высокой турбулентности для загрязненных сред, что еще больше снижает скорость загрязнения.

Типичный результат

Практический опыт показывает, что прогрессирование загрязнения замедляется на 30–60%, в зависимости от свойств жидкости.

Это не маркетинговое заявление — это широко подтверждается конечными пользователями и подтверждается исследованиями CFD и моделями загрязнения.

4. Почему спиральные теплообменники редко испытывают «локальное засорение»

В кожухотрубных теплообменниках засорение часто начинается в:

• нескольких трубах с самой низкой скоростью потока

• области входной трубной решетки

• трубах, подверженных коррозионным отложениям

Поскольку спиральные теплообменники имеют один широкий, равномерный канал, условия, создающие локальное засорение, просто отсутствуют.

Преимущества включают:

• Отсутствие неравномерного распределения потока

• Отсутствие явления «первых труб, которые засоряются»

• Суспензии и волокна проходят легче

• Твердые частицы имеют меньше мест для накопления

С точки зрения клиента:

«Вместо сотен маленьких проходов, которые могут засориться, у меня теперь есть один большой путь, который остается открытым гораздо дольше.»

5. Разработаны для грязных, вязких и твердосодержащих жидкостей

Сварные спиральные теплообменники широко используются для:

• Шламов

• Суспензий

• Волокнистых сточных вод

• Кристаллизующихся жидкостей

• Дегтярного конденсата

• Коксовых сточных вод

• Высоковязких промежуточных продуктов

• Жидкостей, содержащих взвешенные твердые частицы

Почему?
Потому что геометрия потока по своей природе устойчива к:

• твердым частицам

• волокнам

• кристаллам

• высоковязкому поведению

Большинство крупных производителей явно позиционируют их для «высокозагрязняющих сред».

6. Более длительные рабочие циклы = Высокая доступность предприятия

Спиральные теплообменники обычно значительно увеличивают интервалы между очистками:

Более длительные циклы означают:

• меньше остановок

• меньше очисток

• снижение затрат на техническое обслуживание

• более стабильный график производства

Для операторов это часто становится основным экономическим обоснованием.

7. Легче и быстрее очищаются при необходимости

Ни один теплообменник не является полностью устойчивым к загрязнению, включая спиральные.
Но когда загрязнение все же происходит, спиральные теплообменники просто легче очищать:

• Большие съемные крышки обеспечивают прямой доступ

• Каналы короткие и доступные

• Очистка струей воды под высоким давлением обычно достаточна

• Нет необходимости прочищать сотни труб

• Нет пучков для извлечения

Это сокращает время очистки на 30–50% по сравнению с кожухотрубными теплообменниками.

8. Полностью сварная конструкция снижает засорение, вызванное коррозией

Многие засорения вызваны не технологическим загрязнением, а:

• чешуйками ржавчины

• продуктами коррозии

• деградацией прокладок

• отложениями щелевой коррозии

Спиральные теплообменники избегают этих проблем, потому что:

• нет прокладок между пластинами

• меньше щелей

• более гладкие, сварные каналы потока

• настраиваемые коррозионностойкие материалы (304/316L, 2205, C276 и т. д.)

Это значительно снижает риск вторичного засорения.

9. Настраиваемая геометрия канала минимизирует риск засорения

Одним из основных преимуществ для инженерных команд является возможность адаптации спиральных теплообменников к жидкости:

• Ширина канала

• Высота канала

• Рабочая скорость

• Целевое падение давления

• Толщина пластины

• Выбор материала

• Конфигурация потока

Это означает, что теплообменник — это не «стандартный продукт», а индивидуальное инженерное решение.

10. Окончательный ответ: Может ли он решить проблемы загрязнения и засорения?

Да — в рамках реалистичных инженерных ожиданий.

Сварной спиральный теплообменник:

✓Загрязняется медленнее

благодаря эффекту самоочистки и равномерному профилю скорости.

✓Реже засоряется

поскольку нет маленьких проходов или неравномерного распределения.

✓Легче очищается

благодаря широким каналам и открытому механическому доступу.

✓Поддерживает более длительные рабочие циклы

снижая простои и затраты.

✓Исключительно хорошо справляется с грязными, вязкими и твердосодержащими жидкостями

что является причиной перехода многих предприятий с кожухотрубных на спиральные конструкции.

Однако:

✖ Он не на 100% устойчив к загрязнению

но его поведение в условиях загрязнения значительно лучше, чем у кожухотрубных теплообменников.

Для предприятий, сталкивающихся с повторяющимся засорением или загрязнением, сварной спиральный теплообменник является одним из самых эффективных инженерных решений.

Ссылки

(1) Вторичный поток и снижение загрязнения в изогнутых каналах

• «Влияние кривизны на вихри Дина и усиление теплопередачи»
  https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2019.104527

(2) Поведение спиральных теплообменников при загрязнении

• «Характеристики загрязнения спиральных теплообменников для высокозагрязняющих жидкостей»
  https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.08.065

(3) Сравнение распределения потока между спиральными и кожухотрубными теплообменниками

• «CFD-анализ спиральных теплообменников против кожухотрубных теплообменников»
  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705817303151