Servizi di progettazione e assemblaggio personalizzati per scambiatori di calore a fascio tubiero con testata flottante

Servizi di progettazione e assemblaggio di scambiatori di calore a fascio tubiero personalizzati​

Cos'è uno scambiatore di calore a fascio tubiero?

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero (STHE) è un dispositivo di trasferimento di calore ampiamente utilizzato nelle applicazioni industriali. È costituito da un involucro cilindrico che racchiude un fascio di tubi, facilitando lo scambio efficiente di energia termica tra due fluidi: uno che scorre attraverso i tubi (lato tubi) e l'altro attorno ai tubi all'interno dell'involucro (lato mantello).

Componenti chiave

• Mantello: recipiente cilindrico esterno, tipicamente costruito in acciaio, acciaio inossidabile o leghe.
• Tubi: tubi di piccolo diametro disposti in schemi triangolari, quadrati o ruotati per ottimizzare il trasferimento di calore e la pulizia.
• Piastre tubiere: piastre perforate che fissano le estremità dei tubi, spesso saldate o imbullonate all'involucro.
• Deflettori: dirigono il flusso lato mantello, migliorano la turbolenza e supportano i tubi. I tipi includono segmentali, a disco e anello e a spirale.
• Testate/Tappi terminali: camere di ingresso e uscita per la distribuzione del fluido lato tubi (ad esempio, design fisso, flottante o a U).

Principio di funzionamento

• Disposizioni di flusso: controcorrente (più efficiente, mantiene un elevato gradiente di temperatura) o flusso parallelo.

• Trasferimento di calore: avviene tramite conduzione attraverso le pareti dei tubi e convezione tra i fluidi.

• Fasi fluide: gestisce processi monofase (liquido/gas) e bifase (condensazione/evaporazione).

Tipi di STHE

• Piastra tubiera fissa: tubi saldati a piastre fisse; semplice ma con gestione limitata dell'espansione termica.

• Tubo a U: tubi piegati a forma di U, che consentono la libera espansione; ideale per differenziali di alta temperatura.

• Testata flottante: fascio tubiero rimovibile per una facile manutenzione; gestisce lo stress termico e l'incrostazione.

• Classificazioni TEMA: gli standard (ad esempio, TEMA A, B, C) definiscono la progettazione meccanica e le tolleranze in base all'applicazione.

Considerazioni di progettazione

• Materiali: selezionati per la resistenza alla corrosione, la temperatura e la pressione (ad esempio, titanio, leghe di rame).

• Espansione termica: affrontata tramite giunti di dilatazione, tubi a U o testate flottanti.

• Caduta di pressione: progettazione bilanciata dei deflettori per ottimizzare la turbolenza rispetto ai costi di pompaggio.

• Coefficiente di scambio termico (U): migliorato dall'area superficiale, dalla turbolenza e dalla minimizzazione dell'incrostazione.

• Mitigazione dell'incrostazione: pulizia regolare (chimica, meccanica), selezione dei materiali e manutenzione predittiva.

Applicazioni

• Centrali elettriche: condensatori, refrigeratori d'olio.

• Processi chimici: reattori, colonne di distillazione.

• HVAC: refrigeratori, sistemi di recupero del calore.

• Petrolio e gas: raffreddamento del petrolio grezzo in raffineria.

• Navale: sistemi di raffreddamento del motore.

Vantaggi

• Tolleranza ad alta pressione/temperatura.

• Versatile per diversi fluidi (viscosi, corrosivi).

• Scalabile per grandi capacità.

• Costruzione robusta con lunga durata.

Svantaggi

• Costo iniziale e ingombro maggiori rispetto agli scambiatori a piastre.

• Manutenzione complessa (soprattutto per i design a tubi fissi).

• Potenziali perdite lato mantello e problemi di incrostazione.

Confronto con gli scambiatori di calore a piastre

• STHE: migliore per applicazioni ad alta pressione e ad alto incrostamento.

• Piastra: compatta, efficiente per fluidi a bassa viscosità, ma meno robusta in condizioni estreme.

Recenti progressi

• Materiali: leghe e compositi resistenti alla corrosione.

• Superfici migliorate: tubi alettati per un migliore trasferimento di calore.

• CFD e produzione additiva: schemi di flusso ottimizzati e geometrie complesse.

• Sostenibilità: integrazione del recupero del calore di scarto e refrigeranti ecologici.