AnIntercanviador de calor industrial de carcassa i tub pot semblar senzill des de fora: una closca, un feix de tubs, diversos broquets i uns quants suports.
Però el rendiment de la unitat completa depèn de desenes de decisions d'enginyeria preses abans de començar la fabricació.
El diàmetre del tub, la longitud del tub, la velocitat del flux, la -àrea de transferència de calor, l'espai entre els deflectors, la caiguda de pressió, la selecció del material i els requisits de neteja influeixen en si l'intercanviador funcionarà de manera eficient després de la instal·lació.
Per als compradors industrials, l'error més gran sovint és triar un intercanviador basat només en-àrea de transferència de calor o preu de compra.
Un millor enfocament és començar amb el procés i treballar enrere fins al disseny de l'equip.
Aquesta guia explica com seleccionar un intercanviador de calor de carcassa i tub industrial, quins paràmetres tècnics mereixen atenció i quina informació heu de proporcionar quan sol·liciteu un pressupost.
Què és un intercanviador de calor de carcassa i tub industrial?
Un intercanviador de calor de carcassa i tub transfereix calor entre dos fluids sense permetre que es barregin.
Un fluid flueix pels tubs, mentre que el segon flueix pel costat de la closca al voltant de l'exterior dels tubs.
La ruta bàsica de transferència de calor-és:
Fluid calent → Paret del tub → Fluid fred
Depenent del procés, qualsevol fluid pot estar al costat del tub o al costat de la carcassa.
Els intercanviadors de calor industrials de carcassa i tub s'utilitzen àmpliament per a:
Refrigeració del procés
Escalfament de procés
Refrigeració d'oli
Escalfament d'aigua
Condensació
Vaporització
Preescalfament de l'alimentació
Recuperació de-calor residual
Processos de refineria
Processos petroquímics
Producció química
Generació d'energia
El motiu del seu ús generalitzat és la seva capacitat per manejar una pressió i una temperatura relativament altes alhora que ofereixen opcions de configuració i manteniment flexibles.
Per què el disseny de carcassa i tub encara s'utilitza àmpliament?
Hi ha molts tipus d'intercanviadors de calor, però els equips de carcassa i tub segueixen sent habituals en aplicacions industrials pesades perquè es poden dissenyar per a condicions de funcionament exigents.
En comparació amb alguns dissenys d'intercanviadors compactes, la construcció de carcassa i tub pot oferir avantatges pràctics com ara:
Ampli rang de temperatures{0}}de funcionament
Capacitat{0}}d'alta pressió
Materials flexibles
Àrea{0}}de transferència de calor gran
Disposicions de flux múltiples
Feixos de tubs substituïbles en dissenys adequats
Opcions de neteja mecànica
Adaptabilitat a condicions de procés personalitzades
Tanmateix, aquests avantatges només tenen sentit quan l'intercanviador s'adapta correctament al procés.
Un intercanviador mal seleccionat encara pot patir contaminació, vibració, corrosió, caiguda de pressió excessiva o rendiment insuficient de transferència de calor-.
Com funciona un intercanviador de calor industrial de carcassa i tub?
L'intercanviador conté generalment cinc àrees funcionals principals:
Shell
La closca conté el fluid-lateral de la closca i envolta el feix de tubs.
Paquet de tubs
El feix de tubs proporciona la superfície de transferència de calor{0}}primària.
làmines de tub
Les làmines de tub asseguren els tubs i separen els fluids-del costat del tub i de la closca-.
Deflectors
Els deflectors suporten els tubs i guien el flux lateral-de la carcassa a través del feix de tubs.
Canal o Cap
El canal dirigeix el fluid-del costat del tub cap a dins i fora dels tubs.
El disseny final també pot incloure:
Broquets
Suports
Juntes de dilatació
Passar particions
Plaques d'impacte
Connexions de ventilació
Connexions de drenatge
Connexions d'instruments
La primera regla: començar amb el servei de calor
Abans de decidir el diàmetre de la carcassa o la longitud del tub, determineu el deure de calor necessari.
Per a una aplicació bàsica{0}}de calefacció:
Q=m × Cp × ΔT
On:
Q=servei de calor
m=cabal massiu
Cp=calor específica
ΔT=diferència de temperatura
Per a aplicacions industrials, el càlcul pot ser més complicat a causa de:
Canvis de fase
Condensació
Vaporització
Propietats variables del fluid
Mescles multi-components
Fouling
Viscositat-depenent de la temperatura
És per això que un fabricant no hauria de dimensionar un intercanviador només a partir del cabal.
Un disseny adequat requereix una comprensió tant dels fluids com de les seves condicions de funcionament.
1. Definiu les dues condicions del fluid
Un error comú de compra és proporcionar informació completa per al fluid del procés, però informació insuficient per al costat de la utilitat.
El fabricant normalment necessita informació perambdós costats.
Tub-Dades laterals
Nom del fluid
Caudal
Temperatura d'entrada
Temperatura de sortida
Pressió de funcionament
Pressió de disseny
Composició fluida
Densitat
Viscositat
Calor específica
Característiques de la contaminació
Dades laterals{0}}shell
Nom del fluid
Caudal
Temperatura d'entrada
Temperatura de sortida
Pressió de funcionament
Pressió de disseny
Composició fluida
Característiques de la contaminació
Sense aquests detalls, és possible que l'àrea de transferència de calor-calculada i la caiguda de pressió no siguin fiables.
2. L'àrea de transferència de calor-no és l'únic número que importa
És temptador comparar proveïdors amb:
"Quants metres quadrats de -àrea de transferència de calor tinc?"
Però una -àrea de transferència de calor més gran no significa automàticament un millor equipament.
El rendiment també depèn de:
Diàmetre del tub
Longitud del tub
Velocitat lateral-del tub
Velocitat del costat{0}}shell
Disposició del tub
Espaciat de deflectors
Conductivitat tèrmica
Propietats dels fluids
Resistència a la contaminació
Un intercanviador amb 500 m² de superfície mal utilitzada pot tenir un rendiment pitjor que un intercanviador més petit amb una millor distribució del cabal.
L'objectiu real és:
Transferència de calor suficient + Caiguda de pressió acceptable + Ensuciamiento controlat + Funcionament fiable
3. El diàmetre del tub afecta més que el cost
El diàmetre del tub influeix tant en el rendiment tèrmic com hidràulic.
Els tubs més petits poden proporcionar una relació de superfície-àrea-a-volum més alta i poden augmentar l'eficiència-de transferència de calor.
Però els tubs més petits també poden:
Augmentar la caiguda de pressió
Ser més difícil de netejar mecànicament
Sigueu més sensibles a les incrustacions
Els tubs més grans ofereixen generalment:
Menor caiguda de pressió
Neteja més fàcil
Millor tolerància per a alguns serveis de contaminació
Però poden requerir més diàmetre de la carcassa o més longitud del tub per aconseguir la mateixa-àrea de transferència de calor.
Per tant, el diàmetre del tub s'ha de seleccionar segons el procés en lloc d'utilitzar simplement la mida estàndard del fabricant.
4. Longitud del tub: més llarg no sempre és millor
Augmentar la longitud del tub pot augmentar la-àrea de transferència de calor sense augmentar necessàriament el diàmetre de la closca.
Tanmateix, els tubs més llargs també signifiquen:
Major caiguda de pressió
Major alçada de l'equip
Maneig més difícil
Potencials reptes de manteniment
Per exemple, si el procés té un límit estricte de-caiguda de pressió, només ampliar la longitud del tub pot no ser la millor manera d'augmentar la-àrea de transferència de calor.
El disseny ha d'equilibrar:
Longitud del tub + Diàmetre del tub + Nombre de tubs + Nombre de passades
5. Per què importa el tub-Velocitat lateral
La velocitat del fluid té una forta influència en la transferència de calor.
Si la velocitat és massa baixa:
El -coeficient de transferència de calor pot disminuir
La contaminació pot augmentar
Es poden acumular dipòsits
Si la velocitat és massa alta:
La caiguda de pressió augmenta
El cost del bombeig augmenta
El risc d'erosió pot augmentar en determinats serveis
Per tant, no hi ha una "millor" velocitat universal.
El rang adequat depèn de:
Propietats dels fluids
Material del tub
Característiques de la corrosió
Tendència a la contaminació
Limitació de-caiguda de pressió
Temperatura de procés
Aquesta és una àrea on un càlcul d'enginyeria personalitzat és més útil que una selecció de catàleg estàndard.
6. El flux lateral-shell és igual d'important
El costat de la closca és més complicat que simplement permetre que flueixi el fluid al voltant dels tubs.
Els deflectors s'utilitzen per:
Tubs de suport
Canvia la direcció del flux-lateral de la closca
Millorar la turbulència
Augmentar la transferència de calor
Però una restricció excessiva pot provocar una caiguda de pressió elevada.
Per tant, l'espai entre els deflectors es converteix en un paràmetre de disseny important.
Massa espaiat pot reduir la transferència de calor-del costat de la carcassa i augmentar el risc de vibració del tub.
Un espai massa petit pot crear una caiguda de pressió excessiva.
La disposició correcta del deflector s'ha de determinar mitjançant càlculs tèrmics i hidràulics.
7. Flux a contracorrent o flux paral·lel?
La disposició del flux afecta la diferència de temperatura assolible.
En moltes aplicacions, es prefereix el flux a contracorrent perquè pot proporcionar un perfil de temperatura més favorable.
Per exemple:
Contraflux
Fluid calent → → →
Fluid fred ← ← ←
Això pot permetre un enfocament de temperatura més petit en algunes aplicacions.
Tanmateix, els intercanviadors reals de carcassa i tub poden utilitzar múltiples passades i camins de flux més complicats.
La disposició final s'ha de basar en:
Temperatures de sortida requerides
Servei de calor
LMTD
Caiguda de pressió
Limitacions del procés
8. LMTD és fonamental per a la mida de l'intercanviador
La diferència de temperatura mitjana logarítmica, oLMTD, s'utilitza habitualment per determinar la temperatura efectiva-força motriu.
Per a un intercanviador de contracorrent bàsic:
LMTD=(ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)
Quan la diferència de temperatura es fa petita, l'àrea de transferència de calor{0}}necessària pot augmentar significativament.
Això explica per què un projecte que requereixi una temperatura d'aproximació molt petita pot necessitar un intercanviador molt més gran.
Per als compradors industrials, això és important perquè un petit canvi en la temperatura de sortida requerida de vegades pot tenir un efecte notable en:
-Àrea de transferència de calor
Diàmetre de la closca
Quantitat de tub
Pes de l'equip
Preu de l'equip
9. Fouling: el cost ocult d'un intercanviador de calor
La contaminació és un dels factors més importants en el disseny dels intercanviadors de calor{0}}industrials.
Les fonts típiques de contaminació inclouen:
Dipòsits de petroli
Coca-Cola
Sòlids en suspensió
Escalat
Creixement biològic
Productes de corrosió
La contaminació crea una resistència tèrmica addicional.
A mesura que augmenten els dipòsits:
Fouling → Menor transferència de calor → Major diferència de temperatura de funcionament → Major consum d'energia
Finalment, és possible que l'intercanviador ja no assoleixi la temperatura de sortida requerida.
És per això que el disseny hauria d'incloure un marge de contaminació adequat basat en el procés real.
Simplement afegir una-àrea de transferència de calor excessiva no sempre és la millor solució.
10. Els requisits de neteja haurien d'influir en el disseny
Fes aquesta pregunta abans de comprar:
Com es netejarà aquest intercanviador després de dos o tres anys de funcionament?
Els mètodes de neteja possibles inclouen:
Neteja mecànica de tubs
Neteja d'aigua-alta pressió
Neteja química
Neteja en línia en determinades aplicacions
Si s'espera una neteja mecànica freqüent, la configuració de l'intercanviador hauria de proporcionar un accés adequat.
Això pot influir en:
Pas de tub
Diàmetre del tub
Arranjament del canal
Disseny d'eliminació-paquet
Orientació de l'intercanviador
Un disseny lleugerament més barat de fabricar però difícil de netejar pot generar costos de manteniment més elevats més endavant.
11. Làmina de tub fix, tub en U-o capçal flotant?
Aquesta és una de les decisions de configuració més importants.
Làmina de tub fix
Les làmines de tub es fixen a la carcassa.
Avantatges
Construcció senzilla
Disseny compacte
Menys components
Generalment menor cost inicial
Limitacions
L'expansió tèrmica entre la carcassa i els tubs s'ha de tenir en compte amb cura.
U-Tube
Els tubs es dobleguen en forma d'U i tornen a la mateixa làmina de tubs.
Avantatges
S'adapta naturalment a l'expansió tèrmica
Adequat per a aplicacions de-temperatura relativament alta
Només cal una làmina de tubs
Limitació
Netejar l'àrea del corbat en U-pot ser més difícil.
Cap flotant
Una làmina de tubs o l'extrem del paquet de tubs es pot moure en relació a la carcassa.
Avantatges
Millor allotjament-d'expansió tèrmica
El feix de tubs generalment es pot treure
S'adapta millor als requeriments de manteniment exigents
Limitació
Més complicat
Major cost de fabricació
Més components
La configuració correcta depèn del procés real i no només del preu.
12. Selecció del material del tub
La selecció del material ha de tenir en compte l'entorn del procés real.
Els materials comuns inclouen:
Acer al carboni
Acer inoxidable 304
Acer inoxidable 316L
Dúplex d'acer inoxidable
Acer de baix-aliatge
Aliatges de níquel
Titani per a aplicacions especialitzades
Els factors importants inclouen:
Temperatura
Pressió
Clorurs
Acidesa
Corrosió
Erosió
Composició fluida
Expansió tèrmica
Per exemple, seleccionar acer inoxidable simplement perquè "l'acer inoxidable és resistent a la corrosió" no és suficient.
La composició específica del fluid i les condicions de funcionament determinen si un grau en particular és adequat.
13. També s'ha d'avaluar el material de la closca
La carcassa no necessita necessàriament utilitzar el mateix material que els tubs.
En molts dissenys industrials, la carcassa pot utilitzar un material estructural de menor cost-, mentre que els tubs utilitzen un aliatge més resistent a la corrosió-.
Per a aplicacions corrosives, també es pot considerar la construcció revestida.
Això pot ajudar a equilibrar:
Resistència a la corrosió + Resistència mecànica + Cost de l'equip
L'optimització del material pot tenir un efecte significatiu en la cotització final dels grans intercanviadors de calor industrials.
14. Caiguda de pressió: no la sacrifiqueu per a la transferència de calor
Cada intercanviador de calor genera pèrdua de pressió.
La qüestió és si aquesta pèrdua de pressió és acceptable.
La caiguda de pressió alta pot augmentar:
Potència de la bomba
Càrrega del compressor
Cost d'explotació
Limitacions del procés
Un dissenyador pot millorar la transferència de calor augmentant la velocitat del fluid o afegint més deflectors.
Però aquestes mesures també poden augmentar la caiguda de pressió.
Per tant, el disseny tèrmic i hidràulic s'han de realitzar conjuntament.
Un bon intercanviador no és el que té el coeficient de transferència de calor-més alt.
És el que assoleix el deure requerit dins dels límits{0}}permesos de caiguda de pressió.
15. La vibració del tub pot convertir-se en un problema-a llarg termini
La vibració del tub sovint es passa per alt durant la selecció inicial de l'equip.
La velocitat lateral-alta de la capa pot generar forces dinàmiques als tubs.
Amb el temps, això pot donar lloc a:
Desgast del tub
Fretting
Dany-suport del tub
Fatiga
Problemes d'unió de tub-a-tubsheet
El risc de vibracions s'ha d'avaluar durant el disseny, especialment per a serveis de gran-flux o gas.
Per tant, la disposició del suport del tub i el disseny del deflector no són només detalls estructurals.
Formen part de la fiabilitat-a llarg termini.
16. Què passa amb l'expansió tèrmica?
La carcassa i els tubs poden funcionar a diferents temperatures.
Com que diferents materials s'expandeixen a diferents ritmes, es pot desenvolupar estrès tèrmic.
Això és especialment important quan:
La temperatura del costat-del tub és molt alta
La temperatura del costat-de la closca és relativament baixa
Els materials del tub i de la closca difereixen significativament
Les possibles solucions poden incloure:
Disseny de xapa-tub fix quan les condicions tèrmiques ho permeten
Configuració del tub U-
Construcció de-capçal flotant
Juntes de dilatació en dissenys adequats
La solució correcta depèn del perfil de temperatura real i de l'anàlisi mecànica.
17. Com millorar l'eficiència de l'intercanviador de calor industrial
L'eficiència no consisteix simplement en afegir més tubs.
Diversos factors influeixen en el rendiment-real.
Millorar la distribució del flux
Una mala distribució significa que part de la-àrea de transferència de calor està infrautilitzada.
Control de la contaminació
Reduir els dipòsits pot preservar el rendiment-de transferència de calor.
Optimitzar la disposició del deflector
L'objectiu és obtenir una turbulència-del costat de la capa adequada sense una caiguda de pressió excessiva.
Seleccioneu el material de tub adequat
Una conductivitat tèrmica més alta pot ajudar en algunes aplicacions, però també s'han de tenir en compte la resistència a la corrosió i les propietats mecàniques.
Mantenir les condicions de funcionament correctes
Un intercanviador dissenyat per a una condició de procés pot funcionar de manera diferent quan els cabals o les temperatures canvien substancialment.
Bescanviador de calor de carcassa i tub industrial: què haurien de demanar els compradors al fabricant?
Abans de sol·licitar un pressupost, demaneu al proveïdor que proporcioni o confirmi:
Disseny tèrmic
Servei de calor
-Àrea de transferència de calor
Coeficient de transferència{0}}de calor global
LMTD
Bonificació d'incrustació
Marge tèrmic
Disseny hidràulic
Caiguda de pressió-del costat del tub
Caiguda de pressió al costat{0}de la carcassa
Velocitat de flux
Nombre de passades del tub
Disseny Mecànic
Pressió de disseny
Temperatura de disseny
Gruix del tub
Gruix de closca
Gruix-del tub
Material del tub
Material de closca
Manteniment
Mètode de neteja del tub
Mètode d'eliminació del paquet
Requisits d'accés
Punts d'inspecció
Això us ofereix una base molt millor per comparar les cotitzacions.
Quina informació es necessita per a una cotització precisa?
Si estàs buscant unFabricant d'intercanviadors de calor de carcassa i tubs industrials, prepareu la major quantitat possible de la informació següent.
La part del procés
Nom del fluid
Caudal
Temperatura d'entrada
Temperatura de sortida
Pressió de funcionament
Pressió de disseny
Composició fluida
Lateral Utilitat
Nom del fluid
Caudal
Temperatura d'entrada
Temperatura de sortida
Pressió de funcionament
Requisits d'equips
Servei de calor requerit
Caiguda de pressió admissible
Requisits materials
Condicions de contaminació
Requisits de neteja
Normes aplicables
Condicions d'instal·lació
Fins i tot si no teniu tots els paràmetres, un fabricant professional hauria de ser capaç d'identificar la informació que falta durant l'aclariment tècnic.
Fabricant d'intercanviadors de calor de carcassa i tubs industrials - Chunlei Chemical Machinery
Maquinària química Chunleiofereix solucions personalitzades d'intercanviador de calor industrial per a aplicacions químiques, petroquímiques, de refineria i altres aplicacions de procés.
L'equip està dissenyat segons les condicions reals del procés en lloc de seleccionar simplement un model estàndard.
Depenent del projecte, l'abast de l'enginyeria pot incloure:
Càlculs-de transferència de calor
Configuració de carcassa i tub
Diàmetre i longitud del tub
Disseny de full-tub
Selecció del material del tub
Disposició de deflectors
Control-de caiguda de pressió
Disseny de xapa-tub fix
Disseny de tub en U-
Disseny del-cap flotant
Consideracions sobre la corrosió
Consideracions de contaminació
Fabricació
Inspecció
Suport a la instal·lació
Suport a la posada en marxa
Per a projectes de processos més grans, Chunlei Chemical Machinery també pot donar suport a un àmbit de projecte integrat que cobreixi:
Enginyeria → Fabricació d'equips → Inspecció → Lliurament → Suport a la instal·lació → Posada en marxa → Serveis EPC
Això és especialment valuós quan l'intercanviador de calor necessita treballar juntament amb altres equips com ara reactors, columnes de destil·lació, escalfadors de foc, reboilers i canonades de procés.
Quant costa un intercanviador de calor de carcassa i tub industrial?
No hi ha un preu universal significatiu per a un intercanviador de calor industrial de carcassa i tub.
El preu final pot variar significativament segons:
-Àrea de transferència de calor
Diàmetre de la closca
Longitud del tub
Quantitat de tub
Material del tub
Material de-tub
Pressió de disseny
Temperatura de disseny
Configuració
Nombre de passades
Disseny de deflector
Requisits d'inspecció
Normes aplicables
Automatització i instrumentació
Requisits especials de fabricació
Per exemple, un intercanviador d'-acer al carboni amb tubs d'acer-inoxidable convencionals pot tenir un cost molt diferent d'un intercanviador d'alta pressió-que requereixi una construcció d'aliatge, un disseny especial de tubs-i una inspecció exhaustiva.
Quan compareu les cotitzacions, compareu l'abast tècnic complet, no només el preu de l'equip.
Llista de verificació de compra d'intercanviadors de calor de carcassa i tubs industrials
Abans de fer una comanda, confirmeu:
Servei de calor
Fluid lateral-del tub
Fluid del costat{0}}de la closca
Caudals
Temperatures d'entrada
Temperatures de sortida
Pressions de funcionament
Pressions de disseny
Caigudes de pressió permeses
Factors de contaminació
Material del tub
Material de closca
Material de-tub
Diàmetre del tub
Longitud del tub
Pas de tub
Nombre de passades
Disposició de deflectors
Configuració fixa/-tub/flotant-
Mètode de neteja
Normes aplicables
Requisits d'inspecció
Horari de lliurament
Requisits d'instal·lació
Preguntes freqüents
Per a què serveix un intercanviador de calor industrial de carcassa i tub?
S'utilitza per transferir calor entre dos fluids separats en processos industrials. Les aplicacions habituals inclouen la calefacció, la refrigeració, la condensació, la vaporització, el preescalfament de l'alimentació i la recuperació-de calor residual.
Com puc calcular l'àrea de transferència de calor-necessària?
El càlcul bàsic té en compte el deure de calor, el coeficient global de transferència de calor-i la diferència efectiva de temperatura. En el disseny industrial pràctic, també s'han d'incloure la contaminació, les propietats del fluid, la disposició del flux i la caiguda de pressió.
Què és millor: làmina de tub fix, tub en U-o capçal flotant?
No hi ha una resposta universal. Les làmines de tub fixes poden proporcionar un disseny més senzill i econòmic quan l'expansió tèrmica és manejable. Les configuracions de tub-U i de capçal-flotant poden proporcionar avantatges quan les diferències de temperatura o els requisits de manteniment són més exigents.
Com puc reduir la contaminació en un intercanviador de calor de carcassa i tub?
Comenceu amb la velocitat de flux, el flux de calor i la selecció del material adequats. L'intercanviador també s'ha de dissenyar al voltant de les característiques reals d'encrassement del procés i proporcionar una estratègia de neteja pràctica.
Per què és important la caiguda de pressió?
La caiguda de pressió representa la resistència al flux de fluid. Una pèrdua de pressió excessiva pot augmentar el consum d'energia de la bomba o del compressor i pot interferir amb les condicions de funcionament del procés.
Quant de temps pot funcionar un intercanviador de calor de carcassa i tub industrial?
La vida útil depèn dels materials, la pressió, la temperatura, la corrosió, la contaminació, la vibració, les condicions de funcionament i el manteniment. El disseny adequat i la inspecció periòdica poden influir significativament en la-vida útil a llarg termini.
Chunlei Chemical Machinery pot personalitzar els intercanviadors de calor de carcassa i tub?
Sí. Chunlei Chemical Machinery pot personalitzar la configuració de l'intercanviador, la -àrea de transferència de calor, les dimensions del tub, els materials, el disseny del tub-, la disposició del deflector, la pressió nominal i altres paràmetres segons els requisits del projecte.
Chunlei ofereix assistència tècnica després de la fabricació?
Sí. Depenent de l'abast del projecte, Chunlei Chemical Machinery pot proporcionar documentació tècnica, suport d'instal·lació, assistència per a la posada en marxa i coordinació d'enginyeria.
Chunlei pot subministrar un projecte EPC complet?
Per a projectes químics, petroquímics i de refineria adequats, Chunlei Chemical Machinery pot participar en àmbits de projecte integrats que cobreixen enginyeria, fabricació d'equips, suport a la instal·lació, posada en marxa i serveis EPC.
