螺旋翅片管是一种具有螺旋形翅片的高效传热元件。它的传热面积为光管的几倍至几十倍，能强化传热，降低流动阻力，减少金属消耗量，从而提高了换热设备的经济性和运行可靠性。螺旋翅片管已在各种锅炉中广泛使用。螺旋翅片管可采用多种方法制造，用于锅炉、压力容器等换热设备上的翅片管主要有以下几种制造方法:高频电阻焊螺旋翅片管、钎焊螺旋翅片管和整体螺旋翅片管。详细介绍了螺旋翅片管的制造方法、性能评价指标、应用以及整体型螺旋翅片管的优势等。

螺旋翅片管已广泛用于锅炉省煤器、空气预热器和余热锅炉的热量回收以及化工、压力容器等各个领域的换热设备上。用在锅炉上的机组容量也由小到大，应用正日益增多。国内已有多家专业制造厂可以生产高频焊、钎焊螺旋翅片管，且翅片管生产设备和技术从引进、消化、吸收到自行开发设计、制造，质量已达到国外先进标准的要求。

采用翅片管的优点:

1)有效空间内增加了换热面积，提高传热效果。

2)减小传热面的占用空间，使其体积减小，尤其适用于快装锅炉。

3)降低设备成本，提高设备的安全性。

4)由于水侧压降的降低等从而使运行成本下降。

5)翅片管刚度加大，提高了管子的抗震能力等。

螺旋翅片管可采用多种方法制造，用于锅炉、压力容器等换热设备上的翅片管主要有以下几种制造方法:

高频电阻焊螺旋翅片管

高频电阻焊螺旋翅片管是在被焊件中导入大功率的高频电流，利用电流通过被焊件接头的接触面和邻近区域产生的电阻热使焊接接触表面达到熔化或半熔化的塑性状态，然后给焊接接触表面施加适当的压力，从而完成翅片管的焊接工作。

钎焊螺旋翅片管

钎焊螺旋翅片管是在被焊件之问填充一种熔点比焊接件低的一种钎料，然后加热钎焊温度，在焊件不熔化的情况下，钎料熔化井润湿钎焊而，依靠被焊件接触处的扩一散而形成钎焊接头，从而完成螺旋翅片管的焊接。

整体螺旋翅片管

整体螺旋翅片管是采用厚壁管子(坯管)在中频连续加热的情况下，使管子经过挤仄、扎制而一次成型的整体螺旋翅片管，最新的一种制造翅片管的方法国内某公司已经研制开发的整体螺旋翅片爸及自制的整体翅片管制造设备均已申请了专利。

螺旋翅片管的主要制造方法有上述三种，为便于分析、对比，故把螺旋翅片管分为焊接翅片管(高频焊、钎焊)和整体螺旋翅片管进行对比。

也叫熔合率

焊着率是对翅片焊缝宽度及总长度的一个考核指标。 JB/T 6512-92《 锅炉用高频电阻焊螺旋翅片管制造技术条件》规定:钢带宽度方向的焊缝熔合率不低于80%。长度方向虽然没有提，但可以理解为沿翅片的全长范围内不低于 80%是合格的。

焊缝局部未熔合长度不得大于管子直径且不大于50mm，未熔合处的数量每米不得超过2处，否则应进行补焊。

HG/T 3181-1989《高频电阻焊螺旋翅片管》规定:实际焊缝长度的总和不小于翅片总长的90% ,焊缝的平均宽度不小于翅片宽度的80%.。

高频电阻焊螺旋翅片管的焊着率实际可达90%-95%,钎焊螺旋翅片管的焊着率比高频焊略高一点，但焊着率均不易检查。

整体螺旋翅片管，顾名思义翅片的生成来源于管子，不存在翅片的焊接问题，不需进行焊着率的检查。

JB/T 6512-92规定:焊接试件的试样抗拉强度不低于196MPa。 HG/T 3181-92对此没有规定。

高频电阻焊螺旋翅片管，生产厂家的焊缝抗拉强度已达200MPa以上，甚至300MPa以上。钎焊螺旋翅片管的焊缝抗拉强度也基本上可以达到此要求。

整体螺旋翅片管的翅片是从坯管上挤压、轧制出来的，不存在焊缝抗拉强度问题。翅片与管子连接部位的强度等同于相应管材的抗拉强度，甚至略高。

高频电阻焊螺旋翅片管的焊缝热影响区很少，国外标准规定热影响区<<0.8mm，国内一些生产厂家产品实测热影响区小于0.5mm。故有些标准对高频电阻焊螺旋翅片管焊后是否进行热处理没有规定。JB/T 6512-92标准规定:合金钢材料的翅片管焊后应进行消除应力的热处理。

整体螺旋翅片管的生产过程实际是对原厚壁坯管在高温下的再一次挤压、轧制过程，高温下挤压、轧制成型后，根本不需要消除应力热处理。

高频电阻焊、钎焊螺旋翅片管的传热效果比光管至少提高了4倍以上。开齿形的翅片管其传热效果比完整形翅片更好。但应注意到翅片与管子间的焊缝其焊着率并非100%，标准规定也只有80%以上。未熔合的部分存在热阻，会影响传热效果。

整体螺旋翅片管的翅片与母管100%的接触，加上翅片根部与母管成型时的小R过渡，不仅增加了翅片的刚度和承压能力，而且更便于热量的传递，其传热效果比光管至少可提高5-6倍，明显优于高频电阻焊、钎焊螺旋翅片管的传热效果。

高频电阻焊螺旋翅片管的焊接是在两种金属表面接触处熔化的同时施加压力，焊着率较好，焊缝金属抗腐蚀能力比钎焊提高一倍以上，可较大地提高翅片管的使用寿命。但由于焊接不牢，长期使用易产生焊缝开裂，使翅片与管子脱开，从而影响其传热效率，不得不更换翅片管。

整体螺旋翅片管不存在翅片的焊接问题，不必担心翅片腐蚀、开裂等现象发生，其传热效率不会因此而降低。再者，由于整体螺旋翅片管表面硬度增大，增加了翅片管的耐磨性，加之翅片根部结构特征又便于传热，故整体螺旋翅片管的使用寿命等同于翅片管原材料的寿命，至少是高频焊、钎焊螺旋翅片管使用寿命的2-3倍。

钎焊螺旋翅片管需用第三种材料—钎料，钎焊时翅片需经冷绕、喷涂焊料、烧结等主要工序，故制造成本较高。高频电阻焊螺旋翅片管则不需第三种材料，翅片经一次绕焊成型，故成本相对较低。高频电阻焊、钎焊螺旋翅片管的起绕端和终止端，宜先采用手工焊接方法固定，然后才好焊接生产。

整体螺旋翅片管是采用厚壁管子经挤压、轧制而成，无需第二种材料，省去高频电阻焊翅片的缠绕、焊接等生产过程中的多道工序，生产效率高、成本低。此外，由于整体螺旋翅片管的翅片根部为小R圆滑过渡，便于传热。

使用的螺旋翅片钢管多为缠绕式、高频焊接式、钎焊式螺旋翅片钢管。整体型螺旋翅片钢管以其使用寿命长、传热性能稳定、节能效果明显，成为上述三种形式螺旋翅片钢管的更新换代产品，其优势表现以下方面：

1、使用寿命长，是缠绕焊接式翅片钢管的3倍以上。

2、翅片根部与管子形成弧切、翅片表面光滑，彻底消除了其他形式翅片管由于翅片根部折叠不平易产生的积灰、、堵灰、结渣现象。

3、采用热滚压轧制工艺生产，提高了金属组织的致密度、屈服强度、抗拉强度和耐磨损性能。

4、由于翅片与管子为一体结构并呈螺旋带分布，因此整体型螺旋翅片钢管的承压能力是等壁厚同内径无缝钢管的3倍以上。

5、耐磨损，解决了燃煤锅炉对流受热面因风速高、灰浓度大磨损严重的问题。（特别是循环流化床锅炉）

6、翅片与管子为一体结构，彻底消除了其他形式翅片钢管由于翅片与管子为两体结构所不能克服的接触热阻，且翅片纵剖面呈梯形结构，因此最大程度的提高了翅片换热效率。

7、采用了整体型螺旋翅片扩展表面换热，在同等工况下，管束的换热系数是等壁厚同内径无缝钢管的3.5—5.5倍，是同规格焊接式螺旋翅片钢管的2倍。

8、翅片与管子为一体结构，因此用于温度高、环境恶劣的工作场合，不会发生其他形式翅片钢管易产生的因翅片松弛、脱落而造成的传热性能不稳定现象。

我国对螺旋翅片管省煤器的开发与应用，始于20世纪80年代。自行设计、制造的螺旋翅片管省煤器在国产锅炉上问世。20世纪90年代，笔者以一种翅片独特布置的螺旋翅片管省煤器，替代引进的日本三菱产350 MW 1 160 t/h亚临界循环锅炉上常用的一般螺旋翅片管省煤器!zi。近年来，引进的900 MW超超临界燃煤锅炉也采用螺旋翅片管省煤器，并已投入运行。而锅炉制造业，虽为国外生产螺旋翅片管省煤器，但在国产锅炉应用方面显得滞后。

这种新开发的螺旋翅片管省煤器已被应用与西北、华中、华南、华东、上海等市和地区的燃煤自备电厂和公用电厂，最小的锅炉容量参数为高压220 t/h，最大的锅炉容量参数是为亚临界1 160t/ h。所燃煤种是烟煤、无烟煤、烟煤和贫煤混烧、烟煤和高炉煤气混烧，以及含灰量56%一59%的劣质烟煤l3]。

有不少学者基于不同的研究目的，对螺旋翅片管束的结构参数进行了优化，但研究工作还存在以下不足，表现:

翅片结构参数设计

当燃气轮机排气通过螺旋翅片管向管内蒸汽传热时，尽管螺旋翅片管强化了受热面的传热能力，但也使管外翅片工作在恶劣的高温环境中，使得管外螺旋翅片的温度往往较高，可能超过材料所允许的耐温极限，造成翅片被烧坏。对余热锅炉而言，其高压过热器与再热器受热面因管外烟气和管内工质温度均较高，如设计时翅片高度不合理，则螺旋翅片最外端的温度(通常称为翅端温度)可能超过翅片材料的允许温度，从而导致翅片因超温烧毁，影响余热锅炉的运行可靠性。

翅片管束的结构设计

对于实际运行中的大多数翅片管束，在其设计过程中，主要采用国外引进或前苏联的标准计算方法，并借助设计人员的长期设计经验或对于一定结构的翅片管束的模化试验结果。国内尚无成熟、规范的各种翅片管束标准计算方法。此外，螺旋翅片管束的传热特性尚与翅片的焊接方法及焊着率有关，而国内外的翅片管焊接工艺不可避免地存在着一定的差异。上述因素限制了翅片管束布置的进一步优化以国产化，一定程度上影响了螺旋翅片管束的传热性能与成本。

螺旋鳍片管的制造工艺

尽管锯齿型螺旋鳍片管的强化换热效果已经得到了认同，但是由于其工艺复杂、成本高、加工设备复杂等原因一定程度上限制了该种鳍片管的发展，因此在对翅片管束的结构进行优化的同时也要重视对加工工艺的研究，以实现制造技术的简单化、成本最低化和利润最大化。

换热系数的确定

螺旋翅片管束的结构对翅侧的换热系数有着很大的影响，其换热系数很难从理论上完全解决，主要依赖模化实验获得。国内外的研究成果很多，但它们均在不同的实验范围内获得，适用范围有限。且大多数是针对螺旋翅片管束的整体传热特性进行研究，而对螺旋翅片管束每排管的传热特性研究甚少，螺旋翅片管束上的翅片温度分布和每排管的传热特性密切相关，且翅片的温度分布将直接影响翅片管束运行的可靠性。

磨损问题

在燃煤锅炉中，翅片管束要受到吃灰对管壁的磨损，管壁磨损量的大小和烟气流速的三次方成正比，因此合理地选择烟气流速，对锅炉运行的安全性极为重要。因此在螺旋翅片管结构优化方面仍有大量的研究工作值得开展。

鉴于强化传热中流体对流换热的复杂性，强化传热理论仍是一门实验性很强的学科，完全用实验的方法来进行结构优化，人力物力投资太大，某些工况甚至难以实现。随着计算流体力学和计算传热学的发展，采用数值模拟的方法对鳍片管束进行研究，能够预测各种管束结构参数对温度场、速度场和压力场的影响，为彻底弄清鳍片管束强化传热的机理，提高理论研究水平，寻求开发新的强化传热途径，有必要利用数值模拟软件对鳍片管束内流场分布和温度场分布的情况进行比较深入的研究。

各种强化传热的手段都有一定的适用性，随着设备向超大型和超细微方向的发展，原有的设计方法已经逐渐跟不上生产和科学技术发展的要求，因此在重视工程应用的同时，也不能忽视理论研究，要结合有关计算机软件，探索出一整套普遍适用的设计方法或软件。