加熱と冷却のためのシェルとチューブの熱交換器

顧客の要求に応じて Vrcooler によってカスタマイズされたシェル アンド チューブ熱交換器は塗装され、梱包してフランスに送る準備ができています。

シェル アンド チューブ熱交換器は、シェル アンド チューブ熱交換器とも呼ばれます。 シェルに封入されたチューブ束の壁を伝熱面とする隔壁熱交換器です。 この種の熱交換器は、比較的単純な構造と信頼性の高い動作を備えています。 各種構造材料（主に金属材料）の使用が可能で、高温高圧下での使用が可能です。 現在最も普及しているタイプです。

シェルアンドチューブ熱交換器の設計で考慮すべき要素

熱交換器には多くの種類があります。 それぞれの特定の伝熱条件に対して、最適な選択により最適な機器モデルが得られます。 このタイプの装置を他の条件で使用すると、伝熱効果が向上する場合があります。 大きな変化。 したがって、特定の使用条件に合わせて熱交換器のタイプを選択することは非常に重要で複雑な作業です。 シェル アンド チューブ熱交換器の設計では、次の要素を考慮する価値があります。

 

1.流量の選定

流量は、熱交換器の設計において重要な変数です。 流量を増やすと熱伝達率が上がりますが、同時に圧力損失や消費電力も増えます。 ポンピング流体を使用する場合、調整弁ではなく熱交換器で圧力損失を可能な限り消費する必要があることを考慮する必要があります。これにより、流量が増加することで熱伝達効果が向上します。

より高い流量を使用することには 2 つの利点があります。 もう1つは、チューブ表面の汚れの可能性を減らすことです。 しかし、それに応じて抵抗と電力の消費も増加するため、最終的に適切な流量を決定するには経済的な比較を行う必要があります。

 

w許容圧力降下の選定

より大きな圧力損失を選択すると、流量が増加し、それによって伝熱効果が向上し、伝熱面積が減少します。 しかし、圧力損失が大きくなると、ポンプの運用コストも増加します。 適切な圧力損失値は、熱交換器の総年間コスト、機器のサイズに対する繰り返しの調整、および最適化計算に基づいて計算する必要があります。

ほとんどのデバイスでは、片側の熱抵抗が反対側の熱抵抗よりも大幅に高く、この側の熱抵抗が熱抵抗を制御します。 シェル側の熱抵抗が制御側の場合、バッフル板の枚数を増やすか、シェル径を小さくする方法でシェル側の流体流量を増やして伝熱抵抗を小さくすることができますが、バッフル プレートの間隔を狭めるには限界があります。 シェル直径の 1/5 または 50mm 未満にすることはできません。 チューブ側の熱抵抗が制御側の場合、チューブ熟成度を上げて流体流量を増加させます。

粘性材料を扱う場合、流体が層流の場合、材料はシェル側に流れます。 シェル側の流体の流れは乱流になる傾向があるため、熱伝達率が高くなり、圧力損失の制御が改善されます。

 

3. シェル側流体の測定

これは主に、流体の動作圧力と温度、利用可能な圧力降下、構造と腐食特性、および流体がどの方法に適しているかを検討するために必要な機器と材料の選択に基づいています。 選択する際には、次の要素を考慮することができます。

チューブパスに適した流体には、水や水蒸気、または腐食性の強い流体が含まれます。 有毒な液体; 構造化が容易な流体; 高温、高圧で作動する流体など。

シェル側に適した流体には、塔頂蒸留物の凝縮が含まれます。 炭化水素の凝縮と再沸騰; パイプ継手の圧力降下によって制御される流体。 粘度の高い流体など

上記の状況が解消された場合、媒体がたどる経路の選択は、熱伝達係数を改善し、圧力損失を最大限に活用することに重点を置く必要があります。 シェル側の媒体の流れは乱流（Re100以上）になりやすいので、一般的には粘度の高い流体や流量の少ない流体、つまりレイノルズが低い流体を動かすのが有利です。番号、シェル側に。 逆に、流体がチューブ内で乱流に達することができる場合は、チューブを通過するように配置する方が合理的です。 圧力損失の観点からは、一般にレイノルズ数が低いシェル ランが妥当です。

 

4. 最終熱伝達温度の決定

最終的な熱交換温度は、一般にプロセスの必要性によって決定されます。 最終的な熱交換温度が選択できる場合、その値は熱交換器が経済的で合理的であるかどうかに大きな影響を与えます。 高温流体の出口温度が低温流体の出口温度と等しい場合、熱利用効率は最高になりますが、有効伝熱温度差は最小になり、熱交換面積は最大になります。

さらに、ストリームの出口温度を決定する場合、温度交差現象、つまり、高温流体の出口温度が低温流体の出口温度よりも低いことは望ましくありません。

5. 機器構成の選定

特定のプロセス条件については、固定チューブシート形式またはフローティングヘッド形式などを選択するなど、最初に機器の形式を決定する必要があります。

熱交換器の設計プロセスにおいて、熱伝達を強化する一般的な目標は次のように要約されます。 既存の熱交換器の性能を向上させます。 流れる作動流体の温度差を減らします。 またはポンプ出力を下げます。

熱伝達プロセスとは、ハードデバイスの壁を介した2つの流体間の熱交換プロセスを指します。 流体の伝熱方式により、基本的に相変化なしと相変化の2種類に分けられます。 相変化プロセスを使用しない強化された伝熱技術に関する研究は、一般に、熱抵抗側の制御に基づいて対応する対策を講じています。 チューブに異物を挿入する。 チューブバンドルサポートの形状を変更します。 混和しない低沸点添加剤を追加するなどの方法で、熱伝達効果を高めます。