Kompletny przewodnik po wymiennikach ciepła typu płaszczowo-rurowego

Jak działają wymienniki ciepła typu płaszczowo-rurowego

Wymiennik ciepła typu płaszczowo-rurowego składa się z wiązki równoległych rur zamkniętych w cylindrycznym płaszczu zewnętrznym. Jeden płyn — płyn po stronie rur — przepływa przez wnętrze rur. Drugi płyn — płyn po stronie płaszcza — przepływa wokół zewnętrznej strony rur wewnątrz płaszcza. Ścianka rury tworzy powierzchnię wymiany ciepła między tymi dwoma płynami.

Przegrody wewnątrz płaszcza kierują płyn po stronie płaszcza przez wiązkę rur w serii przejść, zwiększając turbulencję i wydajność wymiany ciepła. Liczbę przejść rur — czyli ile razy płyn po stronie rur przepływa przez całą długość wymiennika — można zmieniać w celu optymalizacji wydajności cieplnej dla konkretnego zadania.

Główne typy konstrukcji

Stała płyta rurowa

Najpopularniejsza i najbardziej ekonomiczna konstrukcja. Płyty rurowe na każdym końcu są trwale przyspawane zarówno do rur, jak i do płaszcza. Konstrukcja ta najlepiej sprawdza się w zastosowaniach, w których różnica temperatur między płynami po stronie płaszcza i rur jest umiarkowana, co ogranicza naprężenia związane z rozszerzalnością cieplną. Nie można jej rozmontować w celu mechanicznego czyszczenia po stronie płaszcza.

Rury w kształcie litery U

Rury są wygięte w kształt litery U i zamocowane do pojedynczej płyty rurowej. Wiązka rur w kształcie litery U może zostać wyjęta z płaszcza w celu kontroli i czyszczenia, dzięki czemu konstrukcja ta nadaje się do zastosowań, w których po stronie rur dochodzi do zanieczyszczeń. Szeroko stosowana w ogrzewaniu parowym, ogrzewaniu procesowym oraz w zastosowaniach związanych z wytwarzaniem energii.

Głowica pływająca

Jedna płyta rurowa jest zamocowana na stałe, druga natomiast „pływa” — może się swobodnie przemieszczać w osi, dostosowując się do różnicowej rozszerzalności cieplnej między płaszczem a wiązką rur. Konstrukcja ta pozwala na pracę przy dużych różnicach temperatur i umożliwia całkowite wyjęcie wiązki rur w celu przeprowadzenia kontroli i czyszczenia po obu stronach. Preferowana w krytycznych zastosowaniach procesowych oraz przy dużych różnicach temperatur.

Kluczowe zalety wymienników ciepła typu płaszczowo-rurowego

• Odporność na wysokie ciśnienie i temperaturę — standardowe konstrukcje wytrzymują ciśnienie do 300 barów i temperatury przekraczające 400°C
• Solidna konstrukcja i dobrze znana technologia — dziesięciolecia stosowania norm projektowych (TEMA, ASME, PED) zapewniają ugruntowane ramy inżynieryjne
• Szeroki wybór materiałów — rury i płaszcze mogą być wykonane ze stali węglowej, stali nierdzewnej, tytanu, Hastelloy, stali duplex oraz innych stopów, spełniających wymagania dotyczące kompatybilności z trudnymi płynami
• Duża wydajność — mogą być budowane tak, aby obsługiwać bardzo duże natężenia przepływu i obciążenia cieplne przekraczające możliwości wymienników płytowych
• Obsługują przepływ dwufazowy — nadają się do skraplaczy pary, podgrzewaczy i parowników w zastosowaniach procesowych
• Łatwość konserwacji — konstrukcje z rurami w kształcie litery U i ruchomą głowicą umożliwiają całkowite wyjęcie wiązki rur

Ograniczenia

• Zajmują więcej miejsca niż płytowe wymienniki ciepła o równoważnej wydajności
• Niższa sprawność cieplna na jednostkę objętości — wielokrotne przepływy i przegrody poprawiają ten wskaźnik, ale nie dorównują geometrii płyt falistych
• Wyższy koszt początkowy w przypadku małych i średnich obciążeń w porównaniu z lutowanymi lub uszczelnionymi wymiennikami płytowymi
• Konstrukcje ze stałą płytą rurową nie mogą być czyszczone mechanicznie po stronie płaszcza

Zastosowania

Wymienniki ciepła typu płaszczowo-rurowego są standardowym wyborem w następujących zastosowaniach:

• Rafinacji ropy naftowej — instalacje podgrzewania ropy naftowej, chłodnice produktów, skraplacze nadmiarowe
• Przetwórstwo chemiczne i petrochemiczne — wymienniki zasilające/odprowadzające z reaktorów, odzyskiwanie rozpuszczalników, ogrzewanie i chłodzenie produktów
• Wytwarzanie energii — podgrzewacze wody zasilającej, chłodzenie skraplaczy, chłodnice oleju smarowego
• Przemysł farmaceutyczny — ogrzewanie i chłodzenie płynów procesowych, systemy WFI (woda do wstrzykiwań)
• Przemysł morski i offshore — chłodzenie wodą morską, chłodnice oleju smarowego, systemy HVAC
• Przetwarzanie gazów przemysłowych — chłodzenie gazów, separacja kondensatu

Wymienniki płaszczowo-rurowe a płytowe: kiedy wybrać który

Zapraszamy do zapoznania się z przemysłowymi i wykonywanymi na zamówienie wymiennikami ciepła typu płaszczowo-rurowego firmy HEXONIC — zaprojektowanymi z myślą o wymagających zastosowaniach procesowych.

Prosimy o kontakt z naszym zespołem w celu uzyskania indywidualnej wyceny.