Μια συστοιχία σωλήνων είναι ένα κρίσιμο εξάρτημα ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνων, ο οποίος είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους εναλλακτών θερμότητας που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές. Η συστοιχία σωλήνων αποτελείται από μια σειρά σωλήνων μέσω των οποίων ρέει ένα ρευστό, ενώ ένα άλλο ρευστό ρέει γύρω από τους σωλήνες (στην πλευρά του κελύφους) για να διευκολύνει τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ των δύο ρευστών.
Η κύρια επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας. Κατασκευάζονται από υλικά με υψηλή θερμική αγωγιμότητα, όπως χαλκός, ανοξείδωτος χάλυβας, τιτάνιο ή ανθρακούχος χάλυβας, ανάλογα με την εφαρμογή.
Επίπεδες πλάκες που συγκρατούν τους σωλήνες στη θέση τους. Οι σωλήνες είτε συγκολλώνται, είτε διαστέλλονται, είτε κυλίονται στις πλάκες σωλήνων για να δημιουργήσουν μια στεγανή σφράγιση. Οι πλάκες σωλήνων διαχωρίζουν τα ρευστά της πλευράς του κελύφους και της πλευράς των σωλήνων.
Πλάκες ή ράβδοι που κατευθύνουν τη ροή του ρευστού της πλευράς του κελύφους πάνω στη συστοιχία σωλήνων. Βελτιώνουν την απόδοση μεταφοράς θερμότητας δημιουργώντας αναταραχή και αποτρέποντας στάσιμες ζώνες. Κοινοί τύποι περιλαμβάνουν τμηματικά, ελικοειδή και διαφράγματα ράβδων.
Χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση της ευθυγράμμισης και της απόστασης των σωλήνων. Αποτρέπουν δονήσεις και ζημιές στους σωλήνες κατά τη λειτουργία.
Συγκρατούν τα διαφράγματα και τη συστοιχία σωλήνων μαζί. Εξασφαλίζουν δομική ακεραιότητα.
Βρίσκονται στα άκρα της συστοιχίας σωλήνων. Κατευθύνουν το ρευστό της πλευράς των σωλήνων μέσα και έξω από τους σωλήνες.
Μικρότερες διάμετροι αυξάνουν την απόδοση μεταφοράς θερμότητας αλλά μπορεί να οδηγήσουν σε υψηλότερες πτώσεις πίεσης. Παχύτεροι σωλήνες χρησιμοποιούνται για εφαρμογές υψηλής πίεσης.
Οι σωλήνες μπορούν να διαταχθούν σε τριγωνικά, τετράγωνα ή περιστραμμένα τετράγωνα μοτίβα. Οι τριγωνικές διατάξεις παρέχουν υψηλότερη απόδοση μεταφοράς θερμότητας, ενώ οι τετράγωνες διατάξεις καθαρίζονται ευκολότερα.
Μεγαλύτεροι σωλήνες αυξάνουν την επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας αλλά μπορεί να απαιτούν περισσότερο χώρο. Ο αριθμός των σωλήνων εξαρτάται από τον απαιτούμενο ρυθμό μεταφοράς θερμότητας και τους ρυθμούς ροής.
Τα υλικά πρέπει να είναι συμβατά με τα ρευστά που επεξεργάζονται για να αποφευχθεί η διάβρωση ή η ρύπανση. Κοινά υλικά περιλαμβάνουν ανοξείδωτο χάλυβα, κράματα χαλκού, τιτάνιο και κράματα νικελίου.
Η απόσταση και ο τύπος των διαφραγμάτων επηρεάζουν την απόδοση μεταφοράς θερμότητας και την πτώση πίεσης. Τα τμηματικά διαφράγματα είναι τα πιο κοινά, αλλά τα ελικοειδή διαφράγματα μπορούν να μειώσουν την πτώση πίεσης και τις δονήσεις.
Η διαφορική θερμική διαστολή μεταξύ των σωλήνων και του κελύφους πρέπει να λαμβάνεται υπόψη για την αποφυγή τάσεων και αστοχιών. Χρησιμοποιούνται σχεδιασμοί U-σωλήνων ή πλωτής κεφαλής για την προσαρμογή της διαστολής.
Οι σωλήνες είναι σταθεροί στις πλάκες σωλήνων και στα δύο άκρα. Απλή και οικονομικά αποδοτική, αλλά δεν μπορεί να διαχειριστεί μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των πλευρών του κελύφους και των σωλήνων.
Οι σωλήνες είναι λυγισμένοι σε σχήμα U, επιτρέποντας τη θερμική διαστολή. Κατάλληλη για εφαρμογές με υψηλές διαφορές θερμοκρασίας.
Το ένα άκρο της συστοιχίας σωλήνων είναι ελεύθερο να κινηθεί, προσαρμόζοντας τη θερμική διαστολή. Ιδανική για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης.
Παρόμοια με ένα σχέδιο πλωτής κεφαλής, αλλά επιτρέπει την αφαίρεση ολόκληρης της συστοιχίας σωλήνων για συντήρηση.
Συμπύκνωση ατμού από τουρμπίνες.
Θέρμανση ή ψύξη υδρογονανθράκων σε διυλιστήρια.
Ανταλλαγή θερμότητας σε αντιδραστήρες και στήλες απόσταξης.
Ψύκτες και συμπυκνωτές.
Διαδικασίες παστερίωσης και αποστείρωσης.
Εναποθέσεις στις επιφάνειες των σωλήνων μειώνουν την απόδοση μεταφοράς θερμότητας. Απαιτείται τακτικός καθαρισμός (μηχανικός ή χημικός).
Η επιλογή υλικού και οι προστατευτικές επιστρώσεις μπορούν να βοηθήσουν στην πρόληψη της διάβρωσης. Ελέγχετε τακτικά για σημάδια διάβρωσης ή ρωγμές.
Η ακατάλληλη απόσταση διαφραγμάτων ή οι ρυθμοί ροής μπορούν να προκαλέσουν δονήσεις και αστοχία των σωλήνων. Εξασφαλίστε σωστό σχεδιασμό και λειτουργία.
