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소형 쉘 앤 튜브 열 교환기 | 컴팩트 / 스키드 장착 | 고정 튜브 시트 / U-튜브 | 재질: CS / 304 / 316L / Ti
개요 – 컴팩트 쉘 앤 튜브 열 교환기
소형 쉘 앤 튜브 열 교환기는 공간, 설치 시간 및 자본 비용이 제한되는 저온 및 중온 용도에 설계된 컴팩트 열 전달 장치입니다. 일반적인 쉘 직경은 DN100 ~ DN500이며, 단위당 열 전달 면적은 1 m² ~ 50 m²입니다.
이 제품은 TEMA Class C 또는 B, ASME Section VIII Division 1 및 GB/T 151에 따라 설계 및 제조되었습니다. 공정 냉각, 샘플 컨디셔닝, 유압유 냉각, 증기 샘플링, 파일럿 플랜트 서비스 및 대형 플랜트의 보조 시스템에 적합합니다.
일반적인 응용 분야
| 응용 분야 | 튜브 측 유체 | 쉘 측 유체 | 일반적인 용도 |
|---|---|---|---|
| 유압유 냉각기 | 유압유 | 냉각수 | 5 – 50 kW |
| 샘플 냉각기 | 공정 샘플 | 냉각수 | 1 – 10 kW |
| 증기 샘플링 | 증기 / 응축수 | 냉각수 | 2 – 20 kW |
| 파일럿 플랜트 반응기 | 공정 유체 | 가열 또는 냉각 매체 | 5 – 100 kW |
| 압축기 오일 냉각기 | 윤활유 | 냉각수 | 10 – 80 kW |
| 보조 윤활유 냉각기 | 터빈 윤활유 | 냉각수 | 20 – 150 kW |
| 화학 약품 투입 라인 | 화학 용액 | 냉각 또는 가열 유체 | 1 – 30 kW |
구조 유형
고정 튜브 시트 (TEMA L / M / N)
양쪽 끝이 고정된 튜브가 고정된 튜브 시트에 고정됨
쉘 및 튜브 시트 용접 또는 볼트 체결
깨끗한 쉘 측 유체 및 중간 정도의 온도 차이에 적합
가장 저렴한 비용과 가장 간단한 구조
U-튜브 (TEMA U)
양쪽 끝이 단일 튜브 시트에 고정된 U자 모양으로 구부러진 튜브
튜브가 자유롭게 팽창하여 큰 온도 차이를 수용
쉘 측 청소를 위해 번들 제거 가능
높은 온도 차이 및 고압 튜브 측에 적합
플로팅 헤드 (TEMA P / S / T)
한쪽 튜브 시트는 고정, 다른 쪽은 플로팅
양측 기계적 청소를 위해 번들 전체 제거 가능
오염 서비스 및 큰 온도 차이에 적합
고정 또는 U-튜브보다 높은 비용
설계 매개변수
| 매개변수 | 범위 | 참고 |
|---|---|---|
| 쉘 직경 | DN100 – DN500 | 컴팩트한 설치 공간 |
| 튜브 외경 | 12.7 mm – 25.4 mm | 더 높은 압력의 경우 더 작은 외경 |
| 튜브 벽 두께 | 1.0 mm – 2.5 mm | ASME VIII-1 UG-27 기준 |
| 튜브 길이 | 500 mm – 3,000 mm | 운송 및 취급에 의해 제한됨 |
| 열 전달 면적 | 1 m² – 50 m² | 단위당 |
| 설계 압력 (튜브 측) | 최대 4.0 MPa | 특수 설계 시 더 높게 가능 |
| 설계 압력 (쉘 측) | 최대 2.5 MPa | 특수 설계 시 더 높게 가능 |
| 설계 온도 | -20°C ~ +400°C | 재질에 따라 다름 |
| 튜브 피치 | 튜브 외경의 1.25 × ~ 1.5 × | 삼각형 또는 사각형 배열 |
| 튜브 패스 수 | 1, 2 또는 4 | 열 설계에 따라 |
| 쉘 패스 수 | 1 또는 2 | 열 설계에 따라 |
재질 선택
튜브 및 튜브 시트 재질
| 재질 | 사양 | 온도 범위 | 응용 분야 |
|---|---|---|---|
| 탄소강 | SA-179 / SA-106 Gr.B | -20°C ~ +425°C | 물, 오일, 증기, 깨끗한 유체 |
| 스테인리스 304 / 304L | ASTM A213 | -196°C ~ +400°C | 약한 부식성 유체, 깨끗한 증기 |
| 스테인리스 316 / 316L | ASTM A213 | -196°C ~ +400°C | 유기산, 염 용액, 염화물 ≤ 200 ppm |
| 티타늄 Gr.2 | ASTM B338 | -40°C ~ +230°C | 해수, 염수, 고염화물 서비스 |
쉘 재질
비부식성 쉘 측 유체의 경우 탄소강 SA-516 Gr.70
부식성 쉘 측 유체의 경우 스테인리스 304L / 316L
쉘 재질은 비용 최적화를 위해 튜브 재질과 다를 수 있습니다.
개스킷 재질
| 개스킷 유형 | 온도 범위 | 압력 제한 | 응용 분야 |
|---|---|---|---|
| 비석면 섬유 | -40°C ~ +250°C | ≤ 4.0 MPa | 일반 서비스 |
| 나선형 와인드 (SS + 흑연) | -196°C ~ +450°C | ≤ 10.0 MPa | 고온 및 고압 |
| PTFE 엔벨로프 | -40°C ~ +200°C | ≤ 2.0 MPa | 부식성 및 고순도 서비스 |
열 설계 매개변수
| 매개변수 | 일반적인 범위 | 참고 |
|---|---|---|
| 총괄 열 전달 계수 (물-물) | 800 – 1,500 W/m²·K | 속도 및 오염에 따라 다름 |
| 총괄 열 전달 계수 (오일-물) | 200 – 600 W/m²·K | 오일 점도에 따라 다름 |
| 총괄 열 전달 계수 (증기-물) | 1,000 – 2,500 W/m²·K | 증기 품질에 따라 다름 |
| 튜브 측 속도 (액체) | 0.5 – 2.5 m/s | 더 높은 속도는 HTC를 증가시키지만 압력 강하도 증가시킵니다. |
| 쉘 측 속도 (액체) | 0.3 – 1.5 m/s | 허용 압력 강하로 제한됨 |
| 허용 튜브 측 압력 강하 | 20 – 50 kPa | 응용 분야 요구 사항에 따라 |
| 허용 쉘 측 압력 강하 | 20 – 50 kPa | 응용 분야 요구 사항에 따라 |
| 오염 계수 (물) | 0.0001 – 0.0003 m²·K/W | TEMA 표에 따라 |
| 오염 계수 (오일) | 0.0002 – 0.0005 m²·K/W | TEMA 표에 따라 |
표준 구성
고정 튜브 시트 – 볼트식 보닛
쉘: 심리스 파이프 또는 롤 플레이트
튜브 시트: 쉘 플랜지와 채널 플랜지 사이에 볼트 체결
채널: 플랜지 연결부가 있는 볼트식 보닛
연결부: ASME B16.5에 따른 나사산 NPT 또는 플랜지
일반적인 응용 분야: 냉각수, 윤활유, 샘플 냉각
U-튜브 – 분리형 번들
쉘: 한쪽 끝에 플랜지 마감이 있는 심리스 파이프
튜브 시트: 단일 고정 튜브 시트
번들: 쉘 측 청소를 위해 분리 가능
연결부: ASME B16.5에 따른 플랜지
일반적인 응용 분야: 높은 온도 차이, 증기 서비스
스키드 장착 장치
배관, 밸브 및 계측 장치가 있는 구조용 강철 스키드에 장착된 열 교환기
포함 사항: 필요한 경우 온도계, 압력계, 유량계 및 제어 밸브
스키드 치수: 일반적으로 1.0 m × 0.8 m ~ 2.5 m × 1.5 m
운송 및 설치를 위한 리프팅 러그 제공
일반적인 응용 분야: 파일럿 플랜트, 보조 시스템, 원격 위치
제작 및 검사
튜브-튜브 시트 조인트
확장만: 160 – 200 MPa에서 유압 확장, 5 – 8초 유지
용접만: GTAW 필렛 용접, 다리 1.5 – 2.0 mm
용접 + 확장: 순환 서비스용 씰 용접 및 확장
용접 조인트에 대한 100% 침투 검사
첫 번째 부품에 대한 인발 시험, 탄소강의 경우 목표 ≥ 20 MPa
수압 시험
시험 압력: ASME VIII-1 UG-99에 따른 설계 압력의 1.3배
유지 시간: ≥ 30분
합격 기준: 압력 강하 없음 및 눈에 보이는 누출 없음
시험 매체: 부식 억제제가 포함된 깨끗한 물
치수 검사
쉘 직경 및 길이
튜브 시트 구멍 패턴
노즐 방향 및 돌출부
전체 치수 및 리프팅 러그 위치
배송 시 문서
EN 10204 3.1 또는 3.2에 따른 재질 시험 증명서
설계에 따라 완료된 TEMA 데이터시트
치수 검사 보고서
압력 차트가 포함된 수압 시험 보고서
수행된 PT 및 RT에 대한 NDE 보고서
용접 절차 사양 및 절차 자격 기록
제작 도면
운영 및 유지 보수 설명서
선택 체크리스트 – 소형 쉘 앤 튜브 열 교환기
튜브 측 유체 및 쉘 측 유체 이름
양측의 입구 및 출구 온도
양측의 설계 압력
양측의 설계 온도
필요한 열 부하 (kW)
양측의 허용 압력 강하
튜브 및 쉘의 재질 선호도
TEMA 유형 선호도: 고정, U-튜브 또는 플로팅 헤드
연결 유형: 나사산 또는 플랜지
장착: 독립형 또는 스키드 장착
계측 요구 사항
적용 표준: TEMA, ASME VIII-1 또는 GB/T 151
설계 제한 사항 설명 – 소형 쉘 앤 튜브 열 교환기
소형 쉘 앤 튜브 열 교환기는 다음 제한 사항을 따릅니다:
지정된 압력 및 온도에 대해서만 설계되었습니다. 이 한계를 벗어난 작동은 설계를 무효화합니다.
고정 튜브 시트 설계는 튜브와 쉘 간의 온도 차이가 탄소강의 경우 60°C 또는 스테인리스강의 경우 40°C를 초과하는 경우 팽창 조인트가 필요할 수 있습니다.
튜브 측 고형물 함량이 중량 기준으로 2%를 초과하는 경우 상류 여과 없이는 권장되지 않습니다.
튜브 측의 기계적 청소는 직선 튜브와 양쪽 튜브 시트 면에 대한 접근이 필요합니다. U-튜브 번들은 튜브 내부에서 기계적으로 청소할 수 없습니다.
오염 서비스의 경우, 분리형 번들이 있는 플로팅 헤드 또는 U-튜브 설계가 권장됩니다.
스테인리스강의 수압 시험 물은 응력 부식 균열을 방지하기 위해 염화물 함량이 ≤ 50 ppm이어야 합니다.
스키드 장착 장치는 평평한 기초와 유지 보수를 위한 충분한 접근이 필요합니다.