螺旋螺纹管式换热器在原料药生产中的应用

                                         程伟

                       （山东鸿基换热技术有限公司，山东济南250022）

    摘要：介绍了SECESPOL换热器的结构与性能特点，同时也介绍了其应用。

    关键词：螺旋螺纹管；原料药；应用

    中国原料药发展迅速，已经成为世界制药用原料 药第一大生产和出口国。目前，我国正面临着医药原料 药与中间体的黄金发展期，“突破、发展、创新”是原料 药产业的发展潮流，如何实现节能降耗对提高企业的 竞争力就显得尤为重要，在原料药生产过程中对溶媒 回收起到决定作用的冷凝器对此有重要的影响，目前 国内运用的换热器种类繁多，列管式、板式、管板式等， 大部分换热器工况为非对称流换热，即两种流体流经 换热器的流量不同，这就需要有两个不同的换热面积。 板式换热器的设计机理就是对称流传热，无法为流体 提供大小不一的换热面积。世界上第一台螺旋螺纹管 JAD换热器1988年在波兰SECESPOL集团研制发明出 来，该换热器设计时就针对市场上这种非对称流换热， 特意使两侧的换热面积不相同，以满足复杂的工况要 求，本文对此SECESPOL换热器特点与应用作一介绍。

    1.结构与性能特点

    1.1结构特点

    相比传统列管式换热管束，SECESPOL换热器每 一根换热管均以螺旋结构按一定规律均匀缠绕在壳体 内。这种结构一方面延长了换热管长度，换热充分；另 一方面极大地改变了流体的流动状态，增强了湍流效 果，强化了传热。同时，螺旋缠绕弹性管束设计，可有 效消除换热器湍流抖振、热应力等各种应力，实现应力自消除。图1为SECESPOL换热器局部剖面图。

                    

    1.2性能特点

    1.2.1高效换热、节能

    螺旋管式换热器层与层之间换热管反向缠绕，这 种独特的缠绕结构设计，极大地改变了流体的流动状态， 在壳体内形成强烈的湍流效果，由于管内螺旋流动的强 化作用，使得管程的传热膜系数也得到增加，进而提高 综合换热系数。在汽水交换如蒸汽加热水的工况下，常 规的管壳式换热器换热系数k值一般最高为6 000 w／ （m2·℃）。SECESPOL换热器其换热系数k值可高达 14 000 w/（m·2℃），是常规管壳式换热器的3倍以上。

    又因其独特的螺旋缠绕结构，换热管束伸展开其 长度为壳体长度的4～6倍，加热时可使热媒在换热管 内停留时间长，冷凝时也能使被冷却介质冷却得更加 充分，无须经过二次换热，保证了热量的充分交换，提 高了能源的利用率，节省了能源。

    螺纹弹性管直径有8 mm、10 mm、12 mm 3种，壁 厚只有0.6 mm。

    1.2.2独特的100°连接换热器同端两法兰中心轴夹角采用100°连接，可 以使换热器全部参与换热，不留死角；使流体自动冲刷 管路，降低堵塞倾向，对流体起到缓冲作用，降低噪音。因其独特的100°连接和螺旋螺纹结构、独特的表面处理工艺以及两侧介质的逆流换热，所以具有了流速高（汽水换热过程中，壳程水侧设计流速可高达5.5m/s）、 温度梯度小、污垢系数小的特点。

内部结构设计时考虑了声共鸣许用准则（Eisinger 准则和Bevins准则），有效抑制了声驻波震动现象，最大限度地降低了运行噪音，换热器可在低噪音状态下运行。

    1.2.3耐高温、高压

    SECESPOL换热器的换热管束和壳体全采用不锈 钢材质，具有统一的膨胀系数，不会由于压力和温度不稳定而引起换热器的变形。换热器耐高温、高压，无需 加装减温减压装置，最高耐温400℃，耐压2.0 MPa。 利用欧文（OWEN）湍流抖振频率准则原理，采用换热管束最小间隙设计，螺旋缠绕弹性管束方式有效消除了湍流抖振热应力现象，延长了换热器的使用寿命。

    1.2.4结构紧凑，体积小

    螺旋缠绕方式结构紧凑，满足相同热负荷的工况 时，SECESPOL换热器体积只有传统管壳式换热器的 1/10左右，占地面积小，节省空间。同时也因为体积小、重量轻，更加便于安装、拆卸，减少了安装费用。

    1.2.5结垢倾向低，维护方便

    由于SECESPOL换热器的管程缠绕设计，管内流体以螺旋方式通过，降低了壁面附着的可能性以及结垢倾向，壳程流体逆流横向交叉通过绕管，在相邻管之 间、层与层之间不断地分离和汇合，使壳体流体的湍流度加强，相同的流速下也减少了沉淀的几率，保证了设备的长周期、高负荷运行。

    SECESPOL换热器结垢倾向很低，但不代表不结 垢，一旦发生结垢现象，由于设备相对体积小，清洗也 非常简单，通常是采用化学清洗方法，用配制的低浓度稀硝酸浸泡2～3 h即可，维护费用很低。

    2 应用

    由于SECESPOL换热器先进的换热技术优势，目前在国内医药原料药溶剂的回收冷凝等领域得到广泛的运用。

    东北某大型制药厂原料药工艺常压蒸馏二氯甲烷的应用情况：采用SECESPOL换热器使用25/30℃的常温循环水降温，而使用传统换热器需要采用二级冷凝， 采用SECESPOL换热器运行过程电机功率与传统换热器相比更小，因为采用二级冷凝需要增加一台电机，冷冻机费用为一次性投资，减少了一次性投资。

    山东聊城某药业集团原料药工艺蒸馏甲苯工艺的 应用情况：原工艺甲苯蒸汽从110℃冷凝冷却到45℃， 采用二级冷凝，一级冷凝器换热面积42 m2，二级冷却 器换热面积28 m2。采用SECESPOL冷凝器后，选用一台 JADX9.88，换热面积只有10.8 m2，而冷凝温度比原工 艺低了3℃，实际甲苯的回收率提高了2%。该换热器 体积是原设备的1/20，设备投资减少50%，安装费用减 少80%。

    3 结语

    SECESPOL螺旋缠绕管式换热器是一种高效换热器，占地面积小，在新建装置，尤其是老装置改扩建中不仅可以有效降低投资，而且紧凑的螺旋缠绕结构更有利于设备平面布置。螺旋缠绕管式换热器具有换热充分、冷热端差小的特点，不仅可以节约能源，而且可以优化系统和流程，具有良好的节能效果。