医药行业作为关系国计民生的重要产业，在生产过程中会产生大量成分复杂、污染物浓度高且毒性大的废水。这些废水若未经有效处理直接排放，将对水环境和生态系统造成严重危害。在医药废水处理系统中，热量交换是一个关键环节，例如对废水进行预热以提高后续处理工艺的效率，或者对处理后的热水进行冷却以便回用或排放。缠绕管换热器凭借其结构和优异的性能，在医药废水处理中发挥着越来越重要的作用。

医药废水处理中的缠绕管换热器：高效传热与节能环保的

引言

医药行业作为关系国计民生的重要产业，在生产过程中会产生大量成分复杂、污染物浓度高且毒性大的废水。这些废水若未经有效处理直接排放，将对水环境和生态系统造成严重危害。在医药废水处理系统中，热量交换是一个关键环节，例如对废水进行预热以提高后续处理工艺的效率，或者对处理后的热水进行冷却以便回用或排放。缠绕管换热器凭借其的结构和优异的性能，在医药废水处理中发挥着越来越重要的作用。

医药废水的特性及处理需求

成分复杂

医药废水包含多种有机物，如药物中间体、残留药物、溶剂、添加剂等，还可能含有重金属、酸碱物质以及微生物等。这些成分的复杂性增加了废水处理的难度，需要采用多种处理工艺相结合的方式，而合适的温度条件对于提高处理效率至关重要。例如，某些生物处理工艺需要在适宜的温度范围内进行，以保证微生物的活性和代谢速率；一些化学处理反应也对温度有特定要求。

污染物浓度高

医药废水的化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）等指标往往远高于普通生活污水，处理难度较大。高浓度的污染物需要更多的能量来驱动处理过程，因此，高效的热量交换设备对于降低能耗、提高处理效率具有重要意义。

毒性大

部分药物及其代谢产物具有一定的生物毒性，对微生物有抑制作用，影响生物处理效果。在处理这类废水时，需要严格控制处理条件，包括温度，以确保生物处理工艺的稳定运行。

水质波动大

不同生产工序、不同时间排放的废水水质和水量差异较大，增加了处理的复杂性。这就要求换热设备能够适应这种水质和水量的波动，保证处理系统的稳定运行。

缠绕管换热器的结构与工作原理

结构组成

缠绕管换热器主要由芯筒、缠绕管、壳体、封头、接管等部分组成。芯筒作为缠绕管的支撑结构，通常为圆柱形，提供稳定的缠绕基础；缠绕管由换热管按照一定的螺距和间距螺旋缠绕在芯筒上形成，是热量传递的主要通道，可采用不锈钢、铜合金等材质以适应不同的工质和工况；壳体包裹在缠绕管外部，形成一个封闭的空间，用于容纳另一种换热介质，一般为圆筒形，两端与封头连接；封头与分配器引导冷热流体分别进入管程（管内）和壳程（管间），实现逆流或顺流换热；支撑结构中的防震条和定距柱防止管束振动，确保长期稳定运行。

工作原理

缠绕管换热器是一种间壁式换热器，两种不同温度的换热介质分别在缠绕管内和壳体内流动。热介质（如高温蒸汽或热水）在缠绕管内流动，将热量通过管壁传递给壳体内的冷介质（如医药废水）；或者冷介质在缠绕管内流动，吸收壳体内热介质的热量。缠绕管的螺旋缠绕结构增加了换热管的长度和换热面积，同时使流体在管内产生强烈的旋转流动，增强了流体的湍流程度，破坏了热边界层，从而显著提高了传热系数，实现了高效的热量传递。

缠绕管换热器在医药废水处理中的优势

高效传热

缠绕管的螺旋缠绕结构使流体呈湍流状态，增强径向混合，减少层流底层厚度，传热系数较传统设备提升20%—40%，最高可达14000 W/(㎡·℃)，单位面积换热能力达到传统换热器的3—7倍。例如，在医药废水进入生物处理单元之前，通常需要将其预热到适宜的温度，以提高微生物的活性和代谢速率。缠绕管换热器可以利用处理后的热水或蒸汽对进入的冷水废水进行预热，减少后续加热所需的能量消耗。

结构紧凑

单位体积传热面积是传统设备的3—5倍，体积仅为传统管壳式换热器的1/10左右，重量减轻40%，基建成本降低70%。这种紧凑特性在空间有限的医药废水处理厂中具有明显的优势，可以节省建设成本和空间资源。例如，在海洋平台、FPSO船舶等空间受限的场合，缠绕管换热器能够有效满足换热需求。

适应性强

适应不同工质和工况：能够承受高压（最高可达100 MPa以上），适用于高压工况；可承受高达20MPa的操作压力，适应400℃高温工况，无需额外减温减压装置；螺旋缠绕弹性管束设计，可有效消除管道振动和因热胀冷缩变形产生的应力，管束两端预留自由段，可随温度变化自由伸缩，减少热应力导致的设备损坏，设计寿命按照ASME规定为40年。

适应复杂工艺流程：可实现多股流体的同时换热，适用于复杂工艺流程。通过设置多股管程（壳程单股），能够在一台设备内满足多股流体的换热需求，简化了工艺流程，提高了生产效率。

适应水质波动：缠绕管换热器能够适应医药废水水质和水量的波动，保证处理系统的稳定运行。其螺旋通道设计使流体对管路污垢的冲刷作用增强，水垢和固体颗粒不易沉积，结垢倾向低，即使在水质较差的情况下也能保持较好的换热性能。

耐腐蚀性强

医药废水可能含有各种腐蚀性物质，缠绕管换热器可以采用耐腐蚀的材质制造，如不锈钢、钛合金、碳化硅复合管等，确保设备的长期稳定运行。例如，在处理含有氯离子的医药废水时，选用双相不锈钢2205缠绕管，可有效抵抗氯离子的腐蚀，延长设备使用寿命。

长寿命与低维护

螺旋缠绕结构使流体对管路污垢的冲刷作用增强，结垢倾向低，清洗周期延长至12—18个月，维护成本降低40%。同时，管束可单独拆卸，便于清洗、检查和维修，减少了设备的停机时间，提高了生产效率。

缠绕管换热器在医药废水处理不同环节的应用

预热环节

在医药废水进入生物处理单元之前，通常需要将其预热到适宜的温度，以提高微生物的活性和代谢速率。缠绕管换热器可以利用处理后的热水或蒸汽对进入的冷水废水进行预热，减少后续加热所需的能量消耗。例如，某药企使用螺旋缠绕式热交换器进行药品反应控温，将废水预热至适宜温度，批次合格率提升至99.8%，同时降低了能源消耗。

冷却环节

经过某些处理工艺后，医药废水可能温度较高，需要将其冷却后才能排放或回用。缠绕管换热器可以使用冷却水将高温的废水冷却至所需温度，同时回收废水中的余热，实现能源的循环利用。例如，在蒸发结晶过程中，经过浓缩后的废水温度较高，通过缠绕管换热器将其冷却至40℃左右，有利于晶体的析出和分离，同时回收了废水中的余热。

余热回收环节

在医药生产过程中，会产生大量含有余热的废水或废气。缠绕管换热器可以将这些余热回收利用，用于预热其他物料或产生蒸汽，降低能源消耗，提高能源利用效率。例如，在某化工厂采用缠绕管式换热器替代传统列管式设备，在蒸馏浓缩工艺中实现热回收效率提升40%，年节约蒸汽成本超千万元。

应用中面临的问题及解决措施

缠绕管制造难度大

缠绕管的螺旋缠绕工艺要求较高的精度和技术水平，制造过程中容易出现管子变形、螺距不均匀等问题，影响换热器的性能。解决措施包括采用先进的制造设备和工艺，加强质量控制和检测，提高制造人员的技术水平。例如，采用数控缠绕机进行缠绕管的制造，能够精确控制缠绕角度和螺距，保证缠绕管的质量。

流体分布不均匀

在缠绕管换热器中，流体的分布不均匀可能导致局部传热效果不佳，影响整体换热效率。可以通过优化设计、选用合适的材料等方式降低成本，提高其市场竞争力。例如，在壳程内设置折流板，引导流体均匀流动，提高换热效率。

结垢问题

医药废水中含有大量的有机物和无机盐，在换热过程中容易在换热器表面结垢。结垢会降低换热器的换热效率，增加能源消耗，严重时还会导致设备堵塞，影响系统的正常运行。解决措施包括采用防垢措施，如在废水中添加阻垢剂、采用超声波防垢技术等；定期对换热器进行清洗，去除表面的污垢，保证换热器的正常运行。

未来发展趋势

材料创新

研发新型的耐腐蚀、高导热性能的材料，进一步提高缠绕管换热器的适应性和传热效率。例如，采用纳米材料对换热管表面进行涂层处理，增强其抗腐蚀和传热性能；开发石墨烯/碳化硅复合材料，热导率突破300W/(m·K)，耐温提升至1500℃，适应超临界CO₂发电等工况。

智能化发展

结合先进的传感器技术和自动化控制系统，实现对缠绕管换热器的实时监测和智能控制。根据废水的温度、流量等参数自动调整换热器的运行状态，提高能源利用效率和运行的稳定性。例如，集成物联网传感器与AI算法，实时监测管壁温度梯度与流体流速，故障预警准确率达98%，实现预测性维护。

集成化发展

将缠绕管换热器与其他医药废水处理工艺进行集成，形成一体化的处理系统。例如，与膜分离技术、蒸发结晶技术等相结合，实现医药废水的高效处理和资源回收。

结论

缠绕管换热器凭借其高效传热、结构紧凑、适应性强、耐腐蚀性强等优势，在医药废水处理中具有重要的应用价值。通过合理应用缠绕管换热器，可以有效调节医药废水的温度，提高废水处理效率，实现能源的循环利用和节能减排。尽管在应用过程中还面临一些问题，但随着材料科学、制造技术和控制技术的不断发展，缠绕管换热器将不断完善和优化，在医药废水处理领域发挥更大的作用，为医药行业的可持续发展和环境保护做出贡献。