Спиральные теплообменники получили в промышленности срав­нительно широкое распространение, что объясняется рядом важных преимуществ по сравнению с теплообменными аппаратами других типов. Спиральные теплообменники могут изготовляться из любого ру­лонного материала, подвергаемого холодной обработке и свариванию. Теплообменники компактны, их конструкция предусматривает возмож­ность полного противотока. Площадь поперечного сечения каналов по всей длине остается неизменной, и поток не имеет резких изменений направлений, благодаря чему загрязнение поверхности спиральных те­плообменников меньше, чем теплообменных аппаратов других типов, кроме того, ряд конструкций их позволяет проводить сравнительно легкую очистку в случае, не требующем для удаления осадка механи­ческого воздействия. Гидравлическое сопротивление спиральных теп­лообменников при одинаковой скорости движения жидкости меньше, чем у кожухотрубчатых.

Спиральные теплообменники различных конструкций нашли при­менение для систем жидкость-жидкость, для систем жидкость-пар в качестве конденсаторов, нагревателей и испарителей, для охлаждения и нагрева­ния парогазовых смесей. Спиральные теплообменники специальной конструкции могут компоноваться с ректификационны­ми колоннами и применяться в качестве дефлегматоров. Одно из назначений спиральных тепло­обменников — нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей. Так как вязкая жидкость проходит по одному каналу, то устраняется проблема равномерного рас­пределения вязкой жидкости по трубам (рисунок 1.37). Спиральные теплообменники могут успешно применяться для шламов и жидкостей, содержащих во­локнистые материалы. Применение специальных теплообменников для газов ограничено малым поперечным сечением канала.

Спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разде­лительной перегородки – керна.

Рисунок 1.37 – Направления движения теплоносителей в спиральном аппарате

По видам уплотнения торцов каналы делятся на три основных типа:

- тупиковые каналы, каждый из которых заваривается с противопо­ложной стороны при помощи вставленной ленты. Такой способ уплотнения исключает возможность смешения теплоносителей при прорыве прокладки. После снятия крышек оба канала легко подвергаются чистке. Этот способ уплот­нения каналов наиболее распространен;

- глухие каналы, в которых канал заваривается на торцах с обеих сто­рон. Недостаток этого типа уплотнения за­ключается в невозможности чистки каналов;

- сквозные каналы, открытые с торцов. Уплотнение до­стигается при помощи манжет U-образного сечения или листового прокладочного материала. Каналы такого типа легко поддаются чистке; основной их недостаток заключается в возможности пере­тока теплоносителя из одного канала в другой.

В конструкциях теплообменников встречаются и различные комби­нации вышеуказанных каналов. Для придания спиральным теплообменникам жесткости, особенно при давлении выше 0,3 МПа (3 кгс/см²), в большинстве теплообмен­ников к одной из лент перед навивкой приваривают штифты. Кроме создания жесткости, штифты фиксируют расстояние между спиралями.

Спиральные теплообменники выпускаются двух типов; тип 1 с тупиковыми каналами (с крышами) и тип 2 с глухими каналами (без крышек). Тип 1 выпускается в четырех исполнениях: горизонтальный теплообменник на лапах для жидкостей (рисунок 1.38 (а)); горизонтальный теплообменник на цапфах для жидкостей (рисунок 1.38 (б)); вертикальный теплообменник на цапфах для конденсации паров (рисунок 1.38 (в)); верти­кальный теплообменник на цапфах для парогазовой смеси (рисунок 1.38 (г)).

Рисунок 1.38 – Спиральные теплообменники с тупиковыми каналами (тип 1)

Тип 2 выпускается в трех исполнениях: горизонтальный на лапах; горизонтальный на цапфах; вертикальный на лапах (рисунок 1.39). В качестве прокладок применяют резину, паронит, фторопласт, ас­бестовый картон и др.

Спиральные теплообменники могут выполняться для движения теплоносителей по спиральному потоку, по поперечному, пересекающему спираль потоку и по комбинированному потоку, сочетающему поперечный и спиральный поток. Конструктивное оформление таких теплообменников может быть разнообразным.

Зарубежные фирмы навивку спиральных теплообменников произ­водят из рулонного материала шириной от 0,1 до 1,8 м и толщиной от 2 до 8 мм. Диаметр сердечника (керна) 200... 300 мм. Ширина канала от 5 до 25 мм, поверхность нагрева выпускаемых теплообменников от 0,5 до 160 м². Для получения больших поверхностей теплообменники могут быть соединены в блоки.

Рисунок 1.39 – Вертикальный теплообменник на лапах с глухими каналами (тип 2)

При относительно высоких давлениях в каналах часть зарубежных фирм в целях снижения веса и придания достаточной прочности произ­водит навивку теплообменников из стали разной толщины. Внутренние витки с меньшим радиусом навиваются из более тонкого материала, а наружные витки с большим радиусом – из металла большей толщины. Полотнища разной толщины свариваются под углом, для того чтобы более жесткий шов не мешал навивке спирали.

В ряде случаев спиральные теплообменники конструируют с расче­том на применение анодной антикоррозионной защиты или защитных покрытий.

Спиральные теплообменники компактны, позволяют создавать высокие скорости движения теплоносителей (для жидкостей до 1–2 м/с) при достаточно низких гидравлических сопротивлениях.

Однако эти аппараты сложны в изготовлении, не могут работать при давлениях выше 1 МПа, так как герметизация спиралей вызывает определенные трудности.

Достоинствами спиральных теплообменников являются повышенная ком­пактность (большая поверхность теплообмена в единице объема) при одинаковых коэффициентах теплопередачи и меньшее гидравлическое сопротивление для прохода теплоносителей, недостатками их являются сложность изготовления и меньшая плотность.