螺旋螺紋管式換熱器在原料藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

                                         程偉

                       （山東鴻基換熱技術(shù)有限公司，山東濟南250022）

    摘要：介紹了SECESPOL換熱器的結(jié)構(gòu)與性能特點，同時也介紹了其應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞：螺旋螺紋管；原料藥；應(yīng)用

    中國原料藥發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界制藥用原料 藥第一大生產(chǎn)和出口國。目前，我國正面臨著醫(yī)藥原料 藥與中間體的黃金發(fā)展期，“突破、發(fā)展、創(chuàng)新”是原料 藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流，如何實現(xiàn)節(jié)能降耗對提高企業(yè)的 競爭力就顯得尤為重要，在原料藥生產(chǎn)過程中對溶媒 回收起到?jīng)Q定作用的冷凝器對此有重要的影響，目前 國內(nèi)運用的換熱器種類繁多，列管式、板式、管板式等， 大部分換熱器工況為非對稱流換熱，即兩種流體流經(jīng) 換熱器的流量不同，這就需要有兩個不同的換熱面積。 板式換熱器的設(shè)計機理就是對稱流傳熱，無法為流體 提供大小不一的換熱面積。世界上第一臺螺旋螺紋管 JAD換熱器1988年在波蘭SECESPOL集團研制發(fā)明出 來，該換熱器設(shè)計時就針對市場上這種非對稱流換熱， 特意使兩側(cè)的換熱面積不相同，以滿足復(fù)雜的工況要 求，本文對此SECESPOL換熱器特點與應(yīng)用作一介紹。

    1.結(jié)構(gòu)與性能特點

    1.1結(jié)構(gòu)特點

    相比傳統(tǒng)列管式換熱管束，SECESPOL換熱器每 一根換熱管均以螺旋結(jié)構(gòu)按一定規(guī)律均勻纏繞在殼體 內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)一方面延長了換熱管長度，換熱充分；另 一方面極大地改變了流體的流動狀態(tài)，增強了湍流效 果，強化了傳熱。同時，螺旋纏繞彈性管束設(shè)計，可有 效消除換熱器湍流抖振、熱應(yīng)力等各種應(yīng)力，實現(xiàn)應(yīng)力自消除。圖1為SECESPOL換熱器局部剖面圖。

                    

    1.2性能特點

    1.2.1高效換熱、節(jié)能

    螺旋管式換熱器層與層之間換熱管反向纏繞，這 種獨特的纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計，極大地改變了流體的流動狀態(tài)， 在殼體內(nèi)形成強烈的湍流效果，由于管內(nèi)螺旋流動的強 化作用，使得管程的傳熱膜系數(shù)也得到增加，進而提高 綜合換熱系數(shù)。在汽水交換如蒸汽加熱水的工況下，常 規(guī)的管殼式換熱器換熱系數(shù)k值一般最高為6 000 w／ （m2·℃）。SECESPOL換熱器其換熱系數(shù)k值可高達(dá) 14 000 w/（m·2℃），是常規(guī)管殼式換熱器的3倍以上。

    又因其獨特的螺旋纏繞結(jié)構(gòu)，換熱管束伸展開其 長度為殼體長度的4～6倍，加熱時可使熱媒在換熱管 內(nèi)停留時間長，冷凝時也能使被冷卻介質(zhì)冷卻得更加 充分，無須經(jīng)過二次換熱，保證了熱量的充分交換，提 高了能源的利用率，節(jié)省了能源。

    螺紋彈性管直徑有8 mm、10 mm、12 mm 3種，壁 厚只有0.6 mm。

    1.2.2獨特的100°連接換熱器同端兩法蘭中心軸夾角采用100°連接，可 以使換熱器全部參與換熱，不留死角；使流體自動沖刷 管路，降低堵塞傾向，對流體起到緩沖作用，降低噪音。因其獨特的100°連接和螺旋螺紋結(jié)構(gòu)、獨特的表面處理工藝以及兩側(cè)介質(zhì)的逆流換熱，所以具有了流速高（汽水換熱過程中，殼程水側(cè)設(shè)計流速可高達(dá)5.5m/s）、 溫度梯度小、污垢系數(shù)小的特點。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮了聲共鳴許用準(zhǔn)則（Eisinger 準(zhǔn)則和Bevins準(zhǔn)則），有效抑制了聲駐波震動現(xiàn)象，最大限度地降低了運行噪音，換熱器可在低噪音狀態(tài)下運行。

    1.2.3耐高溫、高壓

    SECESPOL換熱器的換熱管束和殼體全采用不銹 鋼材質(zhì)，具有統(tǒng)一的膨脹系數(shù)，不會由于壓力和溫度不穩(wěn)定而引起換熱器的變形。換熱器耐高溫、高壓，無需 加裝減溫減壓裝置，最高耐溫400℃，耐壓2.0 MPa。 利用歐文（OWEN）湍流抖振頻率準(zhǔn)則原理，采用換熱管束最小間隙設(shè)計，螺旋纏繞彈性管束方式有效消除了湍流抖振熱應(yīng)力現(xiàn)象，延長了換熱器的使用壽命。

    1.2.4結(jié)構(gòu)緊湊，體積小

    螺旋纏繞方式結(jié)構(gòu)緊湊，滿足相同熱負(fù)荷的工況 時，SECESPOL換熱器體積只有傳統(tǒng)管殼式換熱器的 1/10左右，占地面積小，節(jié)省空間。同時也因為體積小、重量輕，更加便于安裝、拆卸，減少了安裝費用。

    1.2.5結(jié)垢傾向低，維護方便

    由于SECESPOL換熱器的管程纏繞設(shè)計，管內(nèi)流體以螺旋方式通過，降低了壁面附著的可能性以及結(jié)垢傾向，殼程流體逆流橫向交叉通過繞管，在相鄰管之 間、層與層之間不斷地分離和匯合，使殼體流體的湍流度加強，相同的流速下也減少了沉淀的幾率，保證了設(shè)備的長周期、高負(fù)荷運行。

    SECESPOL換熱器結(jié)垢傾向很低，但不代表不結(jié) 垢，一旦發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，由于設(shè)備相對體積小，清洗也 非常簡單，通常是采用化學(xué)清洗方法，用配制的低濃度稀硝酸浸泡2～3 h即可，維護費用很低。

    2 應(yīng)用

    由于SECESPOL換熱器先進的換熱技術(shù)優(yōu)勢，目前在國內(nèi)醫(yī)藥原料藥溶劑的回收冷凝等領(lǐng)域得到廣泛的運用。

    東北某大型制藥廠原料藥工藝常壓蒸餾二氯甲烷的應(yīng)用情況：采用SECESPOL換熱器使用25/30℃的常溫循環(huán)水降溫，而使用傳統(tǒng)換熱器需要采用二級冷凝， 采用SECESPOL換熱器運行過程電機功率與傳統(tǒng)換熱器相比更小，因為采用二級冷凝需要增加一臺電機，冷凍機費用為一次性投資，減少了一次性投資。

    山東聊城某藥業(yè)集團原料藥工藝蒸餾甲苯工藝的 應(yīng)用情況：原工藝甲苯蒸汽從110℃冷凝冷卻到45℃， 采用二級冷凝，一級冷凝器換熱面積42 m2，二級冷卻 器換熱面積28 m2。采用SECESPOL冷凝器后，選用一臺 JADX9.88，換熱面積只有10.8 m2，而冷凝溫度比原工 藝低了3℃，實際甲苯的回收率提高了2%。該換熱器 體積是原設(shè)備的1/20，設(shè)備投資減少50%，安裝費用減 少80%。

    3 結(jié)語

    SECESPOL螺旋纏繞管式換熱器是一種高效換熱器，占地面積小，在新建裝置，尤其是老裝置改擴建中不僅可以有效降低投資，而且緊湊的螺旋纏繞結(jié)構(gòu)更有利于設(shè)備平面布置。螺旋纏繞管式換熱器具有換熱充分、冷熱端差小的特點，不僅可以節(jié)約能源，而且可以優(yōu)化系統(tǒng)和流程，具有良好的節(jié)能效果。