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螺旋螺紋換熱器將助推制藥企業(yè)的節(jié)能減排

作者: 2013年07月18日 來源: 瀏覽量:
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螺旋螺紋換熱器將助推制藥企業(yè)的節(jié)能減排 韓強(qiáng) (SECESPOL國際集團(tuán)山東鴻基換熱技術(shù)有限公司,山東濟(jì)南250022) 摘要:分析了SECESPOL螺旋螺紋管換熱器的雙面強(qiáng)化傳熱效果設(shè)計,介紹了其在制藥企業(yè)的應(yīng)用點及其節(jié)

螺旋螺紋換熱器將助推制藥企業(yè)的節(jié)能減排


韓強(qiáng)

(SECESPOL國際集團(tuán)山東鴻基換熱技術(shù)有限公司,山東濟(jì)南250022)


    摘要:分析了SECESPOL螺旋螺紋管換熱器的雙面強(qiáng)化傳熱效果設(shè)計,介紹了其在制藥企業(yè)的應(yīng)用點及其節(jié)能減排特點。
    關(guān)鍵詞:換熱器;螺旋纏繞;安全;節(jié)能
    SECESPOL螺旋螺紋管換熱器(如圖1)為歐盟EU原裝進(jìn)口產(chǎn)品,是SECESPOL國際集團(tuán)結(jié)合波蘭格坦斯克理工大學(xué)及多個研究院傳熱技術(shù)之精華,于1988年發(fā)明生產(chǎn)的一種螺旋螺紋管換熱器。產(chǎn)品嚴(yán)格按照美國機(jī)械工程師(ASME)標(biāo)準(zhǔn)制造,是目前世界上最先進(jìn)的管殼式換熱器之一。綜合其設(shè)計理論依據(jù)、結(jié)構(gòu)特點、性能分析及客戶案例,可看到其同時具有安全、高效節(jié)能、體積小、表面光潔維護(hù)費用低、使用壽命長等特點,相對于傳統(tǒng)換熱器,其為具有劃時代意義的節(jié)能減排產(chǎn)品,這是通過國內(nèi)上百家制藥企業(yè)應(yīng)用印證的。


              
    1·螺旋螺紋管換熱器的設(shè)計
    1.1設(shè)計依據(jù)
    SECESPOL螺旋螺紋管換熱器依據(jù)以下的國際先進(jìn)設(shè)計理論:(1)螺旋螺紋管設(shè)計,雙側(cè)強(qiáng)化傳熱設(shè)計;
    (2)利用歐文(OWEN)湍流抖振頻率準(zhǔn)則原理,消除換熱器湍流抖振現(xiàn)象,熱應(yīng)力自消除;(3)利用聲共鳴許用準(zhǔn)則(Eisinger和Bevins準(zhǔn)則),抑制聲駐波,降低運行噪音;(4)利用CFD(計算流體力學(xué)技術(shù)),F(xiàn)EM(有限元技術(shù)),提高計算精度。
    1.2設(shè)計及機(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。最高耐溫400℃,最高耐壓1.6 MPa。
    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)計周期變化的環(huán)形螺紋,當(dāng)換熱管內(nèi)外物料流動時,由于流通截面和流動方向的不斷變化,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度可達(dá)殼體長度的4~6倍,使熱媒體在換熱管內(nèi)停留時間長,換熱更充分。雙側(cè)流體通過時,沿軸向運動,不斷改變流體運動方向。在螺紋管增加湍流強(qiáng)度的同時,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。
    1.2.4專利100°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與眾不同的設(shè)計,即在兩端封頭上的兩個接管中心線間的角度α為100°(如圖2)。此設(shè)計對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。該設(shè)計已獲得國家專利(專利號:ZL200620127384.4)。


               
    1.2.5非對稱流設(shè)計
    SECESPOL螺旋螺紋管換熱器管程殼程容積不相同,殼程容積最大能達(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)計目的
    傳熱系數(shù)是傳熱設(shè)備的一個重要技術(shù)指標(biāo),強(qiáng)化換熱表面對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以上的獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計,顯著提高了換熱系數(shù),實現(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
    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,無需加裝減溫、減壓裝置,最高耐溫400℃,耐壓1.6 MPa。同時,嚴(yán)格按照美國機(jī)械工程師(ASME)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造,設(shè)計壽命為40年。
    2.2高效節(jié)能
    SECESPOL螺旋螺紋管換熱器,因其獨特的設(shè)計,顯著地提高換熱能力,尤其在有相變的換熱工況時,較傳統(tǒng)換熱器更有顯著優(yōu)勢。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/(m·2℃),SECESPOL螺旋螺紋管換熱器其換熱系數(shù)k值可高達(dá)14 000 W/(m·2℃),是常規(guī)管殼式換熱器的3~7倍。實現(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,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;同時也因為體積小、重量輕,更加便于安裝、拆卸,減少了安裝費用。圖3為螺旋螺紋管換熱器與傳統(tǒng)換熱器的對比。


             
    2.4結(jié)垢低,維護(hù)方便
    換熱器結(jié)垢會直接降低換熱效果,進(jìn)而達(dá)不到工藝要求,影響生產(chǎn),增加維護(hù)費用,因此盡量降低結(jié)構(gòu)傾向是換熱器設(shè)計重要因素。
    SECESPOL螺旋螺紋管換熱器從以下方面來降低結(jié)垢傾向:(1)換熱過程降低溫度梯度,減少設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢因素;獨特的螺旋螺紋管長度是殼體的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狀態(tài),形成了強(qiáng)烈的湍流效果。由于流體是螺旋流動的,在離心力的作用下對管壁有較強(qiáng)的沖刷作用,因此不易結(jié)垢;(5)最關(guān)鍵是提高流速為5.5 m/(s傳統(tǒng)設(shè)計為1.2 m/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)計為四種物料的塔頂冷凝回流,根據(jù)醫(yī)藥設(shè)計院的原始設(shè)計,冷凝換熱量合計為10 874 kW,需要換熱面積總計1 058.7 m2,設(shè)備占地面積為800 m2。選用螺旋螺紋換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,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297.7 m2,是原設(shè)計的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400 m2,可以減少約400 m2的基建費用;(3)螺旋螺紋管換熱器體積小,安裝方便,安裝費用降低30%;(4)設(shè)備安裝方便,大大縮短了50%安裝工期。通過上述數(shù)據(jù)可知,螺旋螺紋管冷凝器性價比高,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。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;冷凝速度快(原5 000 L的反應(yīng)釜6 h一個生產(chǎn)流程,采用螺旋螺紋管換熱器只需要4 h),大大提高了生產(chǎn)效率,同時因螺旋螺紋換熱器全焊接耐高壓的特點,大大減少了設(shè)備的檢修費用和工時。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)、瑞陽制藥、齊都制藥、華海制藥、無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
    綜上所述,SECESPOL螺旋螺紋管換熱器是實現(xiàn)了雙面強(qiáng)化傳熱的高效換熱器,同時具有安全、高效節(jié)能、體積小、維護(hù)費用低、使用壽命長等特點,相對于傳統(tǒng)換熱器其為具有劃時代意義的節(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)等對不銹鋼強(qiáng)腐蝕的物料;(2)物料加熱冷卻過程中易結(jié)晶造成換熱管嚴(yán)重堵塞的工況。
    [參考文獻(xiàn)]
    [1]賀匡國.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002
    作者簡介:韓強(qiáng)(1983—),男,山東濟(jì)南人,工藝工程師,研究方向:制藥行業(yè)換熱技術(shù)。

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