Среди разнообразного спектра теплопередающего оборудования, используемого в современной промышленноститеплообменник из оболочки и трубки выделяется как наиболее широко используемое решение в химической обработке и производстве алкоголяЕго постоянная популярность обусловлена прочной, но приспосабливаемой конструкцией, способной выдерживать высокое давление, экстремальные температуры,и агрессивные процессовые жидкости все при этом оставаясь относительно простыми в производстве, чистить и поддерживать.
Теплообменник с оболочкой и трубой состоит из пяти основных компонентов, каждый из которых выполняет различную функцию в процессе теплопередачи:
| Компонент | Описание |
|---|---|
| Орехи | Внешний цилиндрический сосуд, который охватывает пучок трубы и направляет поток жидкости со стороны оболочки. |
| Лист труб | Толстая перфорированная плита, в которую механически расширяются или сварятся трубы для передачи тепла.образующий герметичный барьер между двумя потоками процесса. |
| Трубки для передачи тепла | Первичная поверхность теплообмена, где тепловая энергия проходит от более горячей жидкости к более холодной жидкости через стенки труб.и расположение толщины спроектированы, чтобы сбалансировать эффективность передачи тепла с ограничениями падения давления. |
| Голова (закрытие канала) | Голова, установленная на каждом конце обменника, распределяет жидкость со стороны трубки в отдельные трубки и собирает ее при выходе.Многопроходные конструкции используют разделительные плиты внутри головы для направления жидкости через последовательные группы труб. |
| Переключательная плита | Сегментированные пластины, расположенные вдоль длины пучка труб, чтобы поддерживать трубы от вибрации и ослабления,одновременно направляя жидкость со стороны оболочки в схему перекрестного потока, которая повышает коэффициенты конвективной теплопередачи. |
Операционная логика теплообменника оболочки и трубы вращается вокруг двух различных путей потока, которые остаются физически разделенными стенками трубы:
Устройство противотока или перекрестного потока между двумя потоками максимизирует логарифмическую среднюю температурную разницу (LMTD),который напрямую регулирует тепловую эффективность обменника и требуемую площадь теплопередачи.
Одно из наиболее важных решений по проектированию - определить, какая жидкость должна проходить через трубку, а какая - через оболочку.Инженеры следуют семи хорошо известным принципам отбора для оптимизации производительности, безопасность и обслуживание:
Жидкости, которыеНечистые или склонные к загрязнению и чешуйкеПрямое отверстие труб позволяет механическую очистку с помощью щетки, скребков,или высокого давления струи воды операцию, которая гораздо сложнее выполнять на стороне оболочки из-за сложной геометрии баффла и пузырь пузырь.
Коррозионные жидкостиЭта защитная стратегия ограничивает коррозию труб и компонентов канала, которые могут быть выборочно модернизированы на коррозионностойкие сплавы,в то время как корпус оболочки может оставаться изготовлен из стандартной углеродной стали избегая одновременного разрушения как пузыря трубы, так и оболочки давления.
Жидкости, работающие приповышенное давлениетрубы малого диаметра выдерживают высокое внутреннее давление гораздо эффективнее, чем оболочка большого диаметра,резко уменьшает требуемую толщину стен и общий вес оборудованияЭтот принцип является прямым следствием уравнения напряжения обруча, где напряжение увеличивается пропорционально диаметру сосуда.
Насыщенный пар и другие чистые конденсационные парыНасыщенный пар по своей сути чистый и не загрязняет поверхности теплопередачи.коэффициент конвективного теплопередачи на стороне оболочки для конденсирующего пара в значительной степени независим от скорости потокаБольшой объем оболочки также облегчает эффективный дренаж конденсата под действием силы тяжести.
Жидкости, которыетребуют охлаждения или теплоотведенияпреимущество от размещения на стороне раковины, где большая внешняя поверхность корпуса раковины естественным образом излучает тепло в окружающую среду,дополнение процесса первичного теплообмена.
Когдаразница температуры между двумя жидкостями существеннаи обменник использует жесткую конструкцию (фиксированный листовой труб), жидкость с более высоким коэффициентом конвективного теплопередачи должна быть направлена через сторону оболочки.Это расположение уменьшает тепловой градиент через стенку трубы и минимизирует дифференциальные термические напряжения расширения, которые в противном случае могут привести к трубке-на-трубку листового соединения неисправности.
Жидкости, характеризующиеся:низкие объемные потоки и высокая вязкостьПроход по стороне оболочки обеспечивает большую площадь поперечного сечения, что приводит к снижению скорости жидкости и снижению падения давления.Это особенно важно для вязких масел, полимеров и концентрированных технологических жидкостей, где в противном случае затраты на перекачивание станут запрещающими.
Шелковые и трубные теплообменники могут быть изготовлены из различных материалов, чтобы соответствовать различным процессам.Углеродистая стальпредлагает экономичное решение для не коррозионных применений при умеренных температурах.Медь и медные сплавыОни обладают превосходной теплопроводностью и естественной устойчивостью к биологическому загрязнению, что делает их идеальными для очистки воды и низкотемпературных служб.Нержавеющая стальклассы (304, 316, дуплекс) обеспечивают превосходную коррозионную устойчивость для агрессивной химической среды, высокочистых процессов и повышенной температуры в нефтехимической, фармацевтической,и дистилляции алкоголя.
Шелковые и трубчатые теплообменники остаются основой тепловой обработки в химическом, нефтехимическом, производстве алкоголя, производстве электроэнергии и секторах HVAC.Их способность обрабатывать мощности от нескольких киловатт до сотен мегаватт, в сочетании с простым производством, проверенной надежностью и хорошо кодифицированными стандартами проектирования (TEMA, ASME, API 660),обеспечивает их преобладание в качестве предпочтительного решения для теплопередачи в отрасли.
