در میان طیف متنوعی از تجهیزات انتقال گرما که در صنعت مدرن استفاده می شود،مبادله گرما شیل و لوله به عنوان گسترده ترین راه حل در پردازش شیمیایی و تولید الکل شناخته می شودمحبوبیت دائمی آن ناشی از یک طراحی قوی اما سازگار است که با فشار بالا، دماهای شدید،و مایعات فرعی تهاجمی همه در حالی که تولید نسبتاً ساده باقی می ماند، تمیز و نگهداری کنید.
یک مبادله گرما پوسته و لوله شامل پنج جزء اصلی است که هر کدام در فرآیند انتقال گرما عملکرد متفاوتی دارند:
| اجزا | توضیحات |
|---|---|
| صدف | ظرف استوانه ای بیرونی که بسته لوله را احاطه می کند و جریان مایع سمت پوسته را هدایت می کند. به طور معمول از فولاد کربن، مس یا فولاد ضد زنگ بسته به شرایط سرویس ساخته شده است. |
| ورق لوله | یک صفحه سوراخ شده ضخیم که لوله های انتقال گرما به صورت مکانیکی گسترش یا جوش داده می شوند. ورق لوله مایعات طرف پوسته و طرف لوله را از هم جدا می کند.ایجاد یک موانع ضد نشت بین دو جریان فرآیند. |
| لوله های انتقال گرما | سطح مبادله گرما اولیه که در آن انرژی حرارتی از مایع داغ تر به مایع خنک تر از طریق دیواره های لوله عبور می کند. قطر لوله، ضخامت دیواره،و تنظیمات ارتفاع برای تعادل کارایی انتقال گرما با محدودیت های کاهش فشار طراحی شده اند. |
| سر (پوشنده کانال) | در هر انتهای مبدل نصب شده، سر مایع لوله را به لوله های جداگانه توزیع می کند و آن را در خارج از آن جمع می کند.طرح های چند گذر از صفحه های تقسیم در داخل سر برای هدایت مایع از طریق گروه های لوله متوالی استفاده می کنند. |
| صفحه های باز کننده | صفحه های قطعی که در امتداد طول بسته لوله قرار دارند تا لوله ها را در برابر ارتعاش و خم شدن پشتیبانی کنند.در حالی که همزمان هدایت مایع سمت پوسته در یک الگوی جریان متقابل که باعث افزایش ضریب انتقال گرما کنوکتوی می شود. |
منطق عملیاتی یک مبادله گرما پوسته و لوله در اطراف دو مسیر جریان متمایز است که به طور فیزیکی توسط دیواره های لوله جدا می شوند:
تنظیم جریان مخالف یا جریان متقابل بین دو جریان، تفاوت متوسط دمای لوگاریم (LMTD) را به حداکثر می رساند.که به طور مستقیم بهره وری حرارتی مبادله کننده و منطقه انتقال گرما مورد نیاز را تنظیم می کند.
یکی از مهم ترین تصمیمات طراحی تعیین این است که کدام مایع باید از طرف لوله عبور کند و کدام از طرف پوسته.مهندسان برای بهینه سازی عملکرد، هفت اصل انتخاب را دنبال می کنند، ایمنی و نگهداری:
مایعات کهناپاک یا مستعد آلودگی و پوسته شدنباید از طرف لوله هدایت شود. سوراخ مستقیم لوله ها اجازه تمیز کردن مکانیکی را با برس ها، خراش ها،یا جت های آب با فشار بالا (به دلیل هندسه پیچیدگی بافل و بسته لوله).
مایعات خوردنیهمیشه باید از طرف لوله عبور کند. این استراتژی حفاظت از خوردگی را به لوله ها و اجزای کانال محدود می کند که می تواند به صورت انتخابی به آلیاژ های مقاوم به خوردگی ارتقا یابد،در حالی که بدن پوسته می تواند از فولاد کربن استاندارد ساخته شده باشد، جلوگیری از تخریب همزمان هم بسته لوله و هم پوشش فشار.
مایعات در حال کار درفشار بالاباید به طرف لوله اختصاص داده شود لوله های قطر کوچک با فشار داخلی بالا بسیار کارآمدتر از یک پوسته قطر بزرگ مقاومت می کنند.به طور چشمگیری کاهش ضخامت دیوار مورد نیاز و وزن کل تجهیزاتاین اصل یک نتیجه مستقیم از معادله فشار حلقه است، که در آن فشار متناسب با قطر ظرف است.
بخار اشباع شده و بخار های دیگر تهویه کننده تمیزبهتر است از طرف پوسته استفاده شود. بخار اشباع شده به طور ذاتی تمیز است و سطوح انتقال گرما را کثیف نمی کند. علاوه بر این،ضریب انتقال حرارتی کنوکتوی طرف پوسته برای بخار تهویه عمدتا مستقل از سرعت جریان است، به این معنی که تنظیمات پیچیده باز کننده غیر ضروری است. حجم بزرگ پوسته همچنین تخلیه کامپوننت را تحت جاذبه آسان می کند.
مایعات کهنیاز به خنک کننده یا تبعید گرمااز قرار دادن آن در طرف پوسته بهره مند می شوند، جایی که سطح بیرونی بزرگتر بدن پوسته به طور طبیعی گرما را به محیط اطراف پرت می کند.تکمیل فرآیند مبادله گرما اولیه.
وقتی کهتفاوت دما بین دو مایع قابل توجه استو مبادله کننده از یک ساخت جامد (پست لوله ثابت) استفاده می کند، مایع با ضریب انتقال گرما محرک بالاتر باید از طریق طرف پوسته هدایت شود.این ترتیب گرادیانت حرارتی را در سراسر دیواره لوله کاهش می دهد و استرس های تمدید حرارتی متغیر را که در غیر این صورت می تواند منجر به شکست مفصل صفحه لوله به لوله شود، به حداقل می رساند.
مایعات با این ویژگینرخ جریان کمی و واسکوسیت بالاترجیحاً از طریق طرف پوسته هدایت می شوند. گذرگاه جریان طرف پوسته یک منطقه برش متقاطع بزرگتر را ارائه می دهد که منجر به کاهش سرعت مایع و کاهش کاهش فشار می شود.این امر به ویژه برای روغن های چسبناک مهم است.، پلیمرها و مایعات متمرکز فرآیند که در غیر این صورت هزینه های پمپ کردن ممنوع می شود.
مبادلات گرما شیل و لوله ای می توانند از طیف وسیعی از مواد ساخته شوند تا متناسب با محیط های فرآیند متنوع باشند.فولاد کربنیک راه حل اقتصادی برای کاربردهای غیر خوردنی در دمای متوسط ارائه می دهد.مس و آلیاژ های مسآنها رسانایی حرارتی عالی و مقاومت طبیعی در برابر آلودگی های زیستی را ارائه می دهند، که آنها را برای آب پاک و خدمات دمای پایین ایده آل می کند.فولاد ضد زنگدرجه ها (304، 316، دوپلکس) مقاومت بهتر در برابر خوردگی در محیط های شیمیایی تهاجمی، فرایندهای با پاکیزگی بالا و وظایف دمای بالا در صنایع پتروشیمی، داروسازی،و صنایع تقطیر الکل.
مبادلات گرما شیل و لوله همچنان ستون فقرات پردازش حرارتی در بخش های شیمیایی، پتروشیمی، تولید الکل، تولید برق و HVAC هستند.توانایی آنها برای مدیریت ظرفیت از چند کیلووات تا صدها مگاوات، همراه با تولید ساده، قابلیت اطمینان اثبات شده و استانداردهای طراحی به خوبی کدگذاری شده (TEMA، ASME، API 660) ،تضمین می کند تسلط خود را به عنوان راه حل انتقال گرما صنعت ترجیح می دهد.
