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シェル と チューブ の 熱交換器 は 何 です か
現代の産業で使用される様々な熱伝達装置の中でシェルとチューブ熱交換器は,化学加工やアルコール生産で最も広く採用されているソリューションとして顕著です耐久的な人気は 高圧,極端な温度,製造が比較的簡単である一方で清潔にして 維持する
主要な構成要素と構造
シェル・チューブ式熱交換器は,それぞれ異なる熱伝送過程で異なる機能を果たす5つの主要部品から構成されています.
| 構成要素 | 記述 |
|---|---|
| シェル | 管束を囲み,殻側流動を導いた外側の円筒状容器.通常,使用条件に応じて炭素鋼,銅,またはステンレス鋼で製造される. |
| チューブシート | 厚い孔状のプレートで,熱伝達管を機械的に拡張または溶接する.管のシートは,殻側と管側流体を分離する.2つのプロセスの流れの間に漏れを防げる壁を形成する. |
| 熱伝送管 | 熱エネルギーが熱い液体から冷たい液体へと 管の壁を通過する 主要熱交換表面熱伝達効率と圧力低下の制約を均衡させるように設計されています. |
| 頭 (チャネルカバー) | 交換器の両端に設置されたヘッドは,チューブ側流体を個々のチューブに分配し,出口時に集めます.多通路設計では,頭部内の隔板を使用して,連続チューブグループを通して液体を導きます. |
| バフルプレート | 管の束の長さに沿って配置されたセグメントプレートで,振動や放たれに対して管を支える.同時に,コンベクト熱伝達係数を向上させるクロスフローパターンでシェルサイドの流体を導きます. |
作業原理:チューブ側とシェル側
シェルとチューブ熱交換器の動作論理は,チューブ壁によって物理的に隔離されている2つの異なる流れ経路を中心に回ります.
- 管側 (チューブパス):プロセスの液体は片端のヘッド接続を通り,熱伝達管の内部穴を通り,反対のヘッド接続を通り出します.この流れの経路はトゥープパス内部掃除が簡単で 圧力が高いという利点があります
- シェルサイド (シェルパス):2番目のプロセス液体は,殻体にあるノズルを通って入ります.管束の外面を横断する流れ 管束の外面を横断する流れ 管束の外面を横断する流れ 管束の外面を横断する流れ 管束の外面を横断する流れ 管束の外面を横断する流れ 管束の外面を横断する流れ 管束の外面を横切る流れ 管束の外面を横切る流れ 管束の外面を横切る流れ 管束の外面を横切る流れ 管束の外面を横切る流れ 管束の外面を横切る流れ 管束の外面を横切る流れ 管束の外面を横切る流れこの流れの経路はシェルパス特に冷却蒸気,高流量流体,環境への散熱が望ましい用途に適しています.
2つの流れ間の逆流または交流の配置は,ロガリズム平均温度差 (LMTD) を最大化します.交換器の熱効率と必要な熱移転面積を直接決定する.
設計 の ガイドライン: 正しい 流通 道 を 選ぶ
最も重要な設計決定の"つは 管側を通り どの液体が殻側を通るかを 決定することですエンジニア は 性能 を 最適 に する ため に 確立 し た 7 つの 選定 原則 を 遵守 する安全性 メンテナンス
原則1 清潔性
液体として汚れ,汚れ,剥がれやすい管の直線孔は,ブラシ,スクレイパー,高圧水噴射 複雑なバフルとチューブバンドルの幾何学により,シェル側で実行するのがはるかに難しい操作.
原則2 腐食管理
腐食性のある液体この防護戦略は,腐食耐性合金に選択的にアップグレードできる管とチャネル部品に腐食を制限します.標準的な炭素鋼から製造され続けることができる一方で 管束と圧力封筒の両方の同時退廃を回避する.
原則3 高い圧力のサービス
動作する液体高圧小径のチューブは,大径の殻よりもはるかに効率的に高圧耐える.壁の厚さと設備の重さを劇的に減らすこの原理は,容器の直径に比例してストレスのスケールが増加するループのストレスの方程式の直接的な結果です.
原則4 凝縮蒸気
飽和蒸気および他の清潔な凝縮蒸気飽和蒸気は本質的に清潔で 熱伝達の表面を汚さない凝縮蒸気のための殻側コンベクト熱伝達係数は,流量速度とはほとんど無関係である.複雑なバフルの配置が不要である.大きなシェル容量は重力下で効率的なコンデンサット排水を容易にする.
原則 5 熱散
液体として冷却や熱消耗を必要とする殻側に置かれ,殻体のより大きな外表面面積が自然に周囲に熱を放射する主要熱交換プロセスを補完する.
原則6 熱力ストレス軽減
その時に2つの液体間の温度差が大きい交換器が硬い構造 (固定管のシート) を使っている場合,より高い熱伝達係数を持つ液体は,殻側を通って導かれる.この配置は,チューブ壁全体に熱グラデントを削減し,他の場合,チューブからチューブシート関節の失敗につながるかもしれない差異的な熱膨張ストレスを最小限に抑える.
原則7 粘度が高い低流量流体
特性のある液体低体積流量と高粘度シェル側流通路は,より大きな横断面を提供しており,その結果,流体の速度が低下し,圧力が低下します.粘着性のある油には特に重要ですパンプコストが高くなると,
素材 の 選別
シェルとチューブ熱交換器は,様々なプロセス環境に適した様々な材料から製造することができます.炭素鋼耐腐食性のない中気温の用途で経済的な解決策です銅と銅合金優れた熱伝導性と天然の生物汚染耐性を備えており,清潔な水や低温サービスに最適ですステンレス鋼304,316,デュプレックス) は,攻撃的な化学環境,高純度プロセス,石油化学,製薬,アルコール蒸留産業.
産業的重要性
シェルとチューブ熱交換機は,化学,石油化学,アルコール生産,発電,およびHVAC部門の熱処理の骨組みのままです.数千ワットから数百メガワットまでの容量を処理する能力シンプルな製造,信頼性が証明され,設計基準が明確に定められている (TEMA,ASME,API 660),熱伝達ソリューションとして 引き続き優位性を保ちます.
