1螺旋螺紋管
換熱器的設(shè)計(jì)
1.1設(shè)計(jì)依據(jù)
利用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)，有限元技術(shù)，提高計(jì)算精度。
1.2設(shè)計(jì)及機(jī)理
1.2.1材質(zhì)
SECESPOL螺旋螺紋管換熱器換熱管為316L
不銹鋼，殼程為316L不銹鋼，以滿足不同物料的換熱要求。
耐溫可達(dá)400℃，耐壓可達(dá)1.6MPa.
1.2.2螺紋管束
SECESPOL螺旋螺紋管換熱管采用雙螺紋管形式，該管束表面設(shè)計(jì)周期變化的環(huán)形螺紋，當(dāng)換熱管內(nèi)外物料流動(dòng)時(shí)，由于流通截面和流動(dòng)方向的不斷變化，沖擊層流底層，提高流體湍流強(qiáng)度和湍流的給熱能力。
1.2.3換熱管螺旋纏繞結(jié)構(gòu)
換熱管束經(jīng)特殊工藝加工成盤旋纏繞結(jié)構(gòu)。換熱管束兩端通過(guò)先強(qiáng)度脹接后焊接的工藝固定在管板上，管束與管板封裝在換熱器殼體內(nèi)，管板焊接在兩端封頭上。單位體積內(nèi)增大換熱面積，經(jīng)盤旋纏繞后的換熱管束拉伸后長(zhǎng)度可達(dá)殼體長(zhǎng)度的4～6倍，使熱媒體在換熱管內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，換熱更充分。雙側(cè)流體通過(guò)時(shí)，沿軸向運(yùn)動(dòng)，不斷改變流體運(yùn)動(dòng)方向。在螺紋管增加湍流強(qiáng)度的同時(shí)，再次強(qiáng)化傳熱，保持穩(wěn)定連續(xù)的強(qiáng)化作用，使傳熱效果顯著提高。
1.2.4100°連接方式
SECESPOL螺旋螺紋纏繞換熱器在接管連接方式上有一項(xiàng)與眾不同的設(shè)計(jì)，即在兩端封頭上的兩個(gè)接管中心線間的角度α為100°.此設(shè)計(jì)對(duì)于提高換熱器的傳熱性能、降低結(jié)垢傾向都具有顯著的效果。
1.2.5非對(duì)稱流設(shè)計(jì)
SECESPOL螺旋螺紋管換熱器管程殼程容積不相同，殼程容積能達(dá)到管程容積的4.2倍，以滿足醫(yī)藥、化工等各種不同復(fù)雜工況要求。
1.2.6主設(shè)計(jì)目的
傳熱系數(shù)是傳熱設(shè)備的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，強(qiáng)化換熱表面對(duì)流傳熱是提高傳熱系數(shù)的有效措施。
SECESPOL螺旋螺紋管換熱器通過(guò)以上的獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯著提高了換熱系數(shù)，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。
2螺旋螺紋管換熱器的性能
2.1耐溫、耐壓，壽命長(zhǎng)SECESPOL螺旋螺紋管換熱器的換熱管束和殼體采用不銹鋼材質(zhì)，具有統(tǒng)一的膨脹系數(shù)，不會(huì)由于壓力和溫度變化而引起換熱器的變形。換熱器耐高溫、高壓，無(wú)需加裝減溫、減壓裝置，耐溫可達(dá)400℃，耐壓1.6MPa.同時(shí)，嚴(yán)格按照美國(guó)機(jī)械工程師（ASME）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，設(shè)計(jì)壽命為40年。
2.2高效節(jié)能SECESPOL螺旋螺紋管換熱器，因其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，顯著地提高換熱能力，尤其在有相變的換熱工況時(shí)，較傳統(tǒng)換熱器更有顯著優(yōu)勢(shì)。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值一般為6000W/（m2.℃），SECESPOL螺旋螺紋管換熱器其換熱系數(shù)k值可高達(dá)14000W/（m2.℃），是常規(guī)管殼式換熱器的3～7倍。實(shí)現(xiàn)熱量充分利用，節(jié)省能源。
2.3體積小，重量輕，便于安裝相對(duì)于傳統(tǒng)換熱器體積龐大，笨重，需要大型吊裝而言，SECESPOL螺旋螺紋管換熱器的螺旋纏繞方式，使其結(jié)構(gòu)緊湊，滿足相同熱負(fù)荷的工況時(shí)，SECESPOL螺旋螺紋管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(shí)也因?yàn)轶w積小、重量輕，更加便于安裝、拆卸，減少了安裝費(fèi)用。圖3為螺旋螺紋管換熱器與傳統(tǒng)換熱器的對(duì)比。
2.4結(jié)垢低，維護(hù)方便換熱器結(jié)垢會(huì)直接降低換熱效果，進(jìn)而達(dá)不到工藝要求，影響生產(chǎn)，增加維護(hù)費(fèi)用，因此盡量降低結(jié)構(gòu)傾向是換熱器設(shè)計(jì)重要因素。
SECESPOL螺旋螺紋管換熱器從以下方面來(lái)降低結(jié)垢傾向：（1）換熱過(guò)程降低溫度梯度，減少設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢因素；獨(dú)特的螺旋螺紋管長(zhǎng)度是殼體的4～6倍，有效地減小了溫度梯度；（2）采用100°連接，可以使換熱器全部參與換熱，不留死角。也使流體自動(dòng)沖刷管路，降低結(jié)垢傾向；（3）提高換熱管的表面光潔度，降低污垢系數(shù)；（4）采用螺旋纏繞結(jié)構(gòu)，極大地改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，形成了強(qiáng)烈的湍流效果。由于流體是螺旋流動(dòng)的，在離心力的作用下對(duì)管壁有較強(qiáng)的沖刷作用，因此不易結(jié)垢；（5）關(guān)鍵是提高流速為5.5m/s（傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為1.2m/s），起到不易結(jié)垢并且可以沖刷污垢作用。
3螺旋螺紋管換熱器的應(yīng)用
螺旋螺紋管換熱器在制藥行業(yè)可應(yīng)用于反應(yīng)釜蒸餾回流系統(tǒng)、精餾塔精餾回流系統(tǒng)、尾氣回收系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、高溫滅菌系統(tǒng)、CIP系統(tǒng)、發(fā)酵液或物料冷卻、純化水或物料加熱、注射液冷卻系統(tǒng)。
某藥業(yè)有限公司按照原設(shè)計(jì)為四種物料的塔頂冷凝回流，根據(jù)醫(yī)藥設(shè)計(jì)院的原始設(shè)計(jì)，冷凝換熱量合計(jì)為10874kW，需要換熱面積總計(jì)1058.7m2，設(shè)備占地面積為800m2.選用螺旋螺紋換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證工藝需求的前提下，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益：（1）換熱面積大大降低，使用螺旋螺紋換熱器換熱面積為297.7m2，是原設(shè)計(jì)的1/3左右，大大節(jié)約設(shè)備投資；（2）占地面積減少，采用螺旋螺紋換熱器占地面積不足400m2，可以減少約400m2的基建費(fèi)用；（3）螺旋螺紋管換熱器體積小，安裝方便，安裝費(fèi)用降低30；（4）設(shè)備安裝方便，大大縮短了50安裝工期。通過(guò)上述數(shù)據(jù)可知，螺旋螺紋管冷凝器性價(jià)比高，在醫(yī)藥中間體生產(chǎn)中物料的冷凝回流應(yīng)用有很大優(yōu)勢(shì)。該用戶應(yīng)用后認(rèn)為：冷凝效果好，充分體現(xiàn)了螺旋螺紋換熱器螺旋纏繞換熱管的高技術(shù)優(yōu)勢(shì)；冷凝速度快（原5000L的反應(yīng)釜6h一個(gè)生產(chǎn)流程，采用螺旋螺紋管換熱器只需要4h），大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)因螺旋螺紋換熱器全焊接耐高壓的特點(diǎn)，大大減少了設(shè)備的檢修費(fèi)用和工時(shí)。
隨著節(jié)能減排工作的深入，目前如浙江東邦藥業(yè)公司、浙江昂利康制藥、新時(shí)代藥業(yè)、魯抗集團(tuán)、新合成股份、石藥集團(tuán)、華藥集團(tuán)、瑞陽(yáng)制藥、齊都制藥、華海制藥、無(wú)錫制藥等上百家企業(yè)都選用螺旋螺紋管換熱器，其均能在節(jié)能減排方面起到積極作用。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述，SECESPOL螺旋螺紋管換熱器是實(shí)現(xiàn)了雙面強(qiáng)化傳熱的高效換熱器，同時(shí)具有安全、高效節(jié)能、體積小、維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)換熱器其為具有劃時(shí)代意義的節(jié)能減排產(chǎn)品。但是，螺旋螺紋換管換熱器不能適用下述情況：（1）含Cl-量超標(biāo)等對(duì)不銹鋼強(qiáng)腐蝕的物料；（2）物料加熱冷卻過(guò)程中易結(jié)晶造成換熱管嚴(yán)重堵塞的工況。
