Yleisimmin käytetty lämmönvaihdin: kuori- ja putkilämmönvaihdin

Johdanto

Lämmönvaihtimet ovat välttämättömiä komponentteja monissa teollisissa ja kaupallisissa prosesseissa, mahdollistaen lämmön siirtymisen väliaineesta toiseen ilman suoraa kosketusta. Monista saatavilla olevista tyypeistä - mukaan lukien levy-, ripaputki-, spiraali- ja kaksiputkilämmönvaihtimet - kuori- ja putkilämmönvaihdin (STHE) erottuu maailmanlaajuisesti laajimmin käytettynä. Sen monipuolisuus, kestävyys ja tehokkuus tekevät siitä lämmönhallinnan kulmakiven sellaisilla aloilla kuin sähköntuotanto, öljy ja kaasu, LVI, kemiallinen käsittely ja monet muut.

Mikä on kuori- ja putkilämmönvaihdin?

Kuori ja putkilämmönvaihdin koostuu sarjasta putkia, jotka on suljettu sylinterimäiseen vaippaan. Yksi neste virtaa putkien läpi, kun taas toinen neste virtaa putkien yli (kuoren sisällä) lämmön vaihtamiseksi. Tämä epäsuora kosketus varmistaa lämmönsiirron ilman nesteen sekoittumista.

Perusrakenne:
Putket: Tyypillisesti järjestetty nippuihin ja ne voivat olla suoria tai U-muotoisia.

Kuori: putkia ympäröivä sylinterimäinen astia, joka sisältää toisen nesteen.

Putkilevyt: Levyt, jotka pitävät putket paikoillaan ja eristävät nesteitä.

Ohjauslevyt: Ohjaa kuoren puoleista nestettä lisätäksesi turbulenssia ja lämmönsiirtoa.

Päät tai päätytulpat: Ohjaa neste putkiin ja ulos.

Toimintaperiaate

Vaippa-putkilämmönvaihtimen ensisijainen toimintaperiaate on konvektioon perustuva lämmönsiirto kahden nesteen välillä eri lämpötiloissa. Lämpö virtaa kuumemmasta viileämpään nesteeseen putken seinämän poikki.

Päävirtauskokoonpanoja on kolme:

Rinnakkaisvirtaus – Molemmat nesteet liikkuvat samaan suuntaan.

Vastavirta – Nesteet liikkuvat vastakkaisiin suuntiin tehokkuuden parantamiseksi.

Crossflow – Nesteet virtaavat kohtisuorasti toisiinsa nähden.

Suunnitteluvaihtoehdot

Eri sovelluksiin sopivia vaippa- ja putkilämmönvaihtimia on suunniteltu eri kokoonpanoissa:

Yksikierros tai monikierros (neste kulkee yhden tai useamman putken läpi)

Kiinteä putkilevy – Yksinkertainen ja taloudellinen; rajoitettu alhaiseen lämpölaajenemiseen.

Kelluva pää tai U-putki – Sopii lämpölaajenemiseen; helpompi puhdistaa ja huoltaa.

TEMA-standardit – Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA) standardoi STHE:t luokkiin (R, C, B) jalostamo-, kaupallista ja kemiallista käyttöä varten.

Miksi se on yleisimmin käytetty?

1. Monipuolisuus
Vaippa- ja putkivaihtimet kestävät monenlaisia lämpötiloja (jopa 1000 °C) ja paineita (jopa 500 bar). Ne ovat mukautettavissa moniin prosessivaatimuksiin, nesteisiin ja asennusympäristöihin.

2. Kestävyys ja luotettavuus
Nämä vaihtimet on valmistettu kestävistä materiaaleista, kuten ruostumattomasta teräksestä, titaanista tai Inconelista, ja ne sopivat syövyttäviin ja korkean jännityksen ympäristöihin. Niillä on pitkä käyttöikä asianmukaisella huollolla.

3. Skaalautuvuus
Niitä on saatavana laajassa valikoimassa kokoja – pienistä laboratorioyksiköistä massiivisiin teollisuusasennuksiin.

4. Huollon helppous
Mallit, kuten U-putki tai kelluva pää, mahdollistavat puhdistamisen ja putken vaihdon ilman koko järjestelmän purkamista.

5. Lämpötehokkuus
Asianmukaisella suunnittelulla (esim. ohjauslevyt, useat läpimenot) STHE:t voivat saavuttaa erittäin tehokkaan lämmönsiirron, erityisesti vastavirtajärjestelyissä.

Yleiset sovellukset

1. Öljy- ja kaasuteollisuus
Jäähdytysvoiteluaineet ja hydraulinesteet

Lämmön talteenotto savukaasuista

Höyryn ja höyryjen tiivistyminen

2. Sähköntuotanto
Syöttöveden lämmittimet

Höyrylauhduttimet lämpövoimalaitoksissa

3. Kemiallinen käsittely
Reaktoreiden lämpötilan säätö

Tuotteen lämmitys ja jäähdytys

4. LVI ja jäähdytys
Kylmävesijärjestelmät

Lauhduttimet ja höyrystimet

5. Meri- ja ilmailu
Moottorin jäähdytysjärjestelmät

Hukkalämmön talteenotto

Rakennusmateriaalit
Materiaalin valinta on kriittinen ja riippuu lämpötilasta, paineesta ja korroosionkestävyydestä:

Hiiliteräs – yleinen edullisissa sovelluksissa.

Ruostumaton teräs – Korkea korroosionkestävyys.

Kuparilejeeringit – Erinomainen lämmönjohtavuus.

Titaani – Käytetään merivedelle tai erittäin syövyttäviä nesteitä varten.

Nikkeliseokset (Inconel, Hastelloy) – Äärimmäisiin ympäristöihin.