Guida completa agli scambiatori di calore a fascio tubiero

Come funzionano gli scambiatori di calore a fascio tubiero

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero è costituito da un fascio di tubi paralleli racchiusi all’interno di un involucro cilindrico esterno. Un fluido — il fluido lato tubi — scorre all’interno dei tubi. Un secondo fluido — il fluido lato involucro — scorre intorno alla parte esterna dei tubi all’interno dell’involucro. La parete dei tubi costituisce la superficie di trasferimento del calore tra i due fluidi.

I deflettori all’interno del mantello dirigono il fluido lato mantello attraverso il fascio tubiero in una serie di passaggi, aumentando la turbolenza e l’efficienza di trasferimento del calore. Il numero di passaggi dei tubi — ovvero quante volte il fluido lato tubi attraversa la lunghezza dello scambiatore — può essere variato per ottimizzare le prestazioni termiche per il compito specifico.

Principali tipi di progettazione

Piastra tubiera fissa

Il design più comune ed economico. Le piastre tubiere alle due estremità sono saldate in modo permanente sia ai tubi che al mantello. Questo design è più adatto per applicazioni in cui la differenza di temperatura tra i fluidi del mantello e dei tubi è moderata, limitando lo stress da espansione termica. Non può essere smontato per la pulizia meccanica del lato mantello.

Tubo a U

I tubi sono piegati a forma di U e fissati a una singola piastra tubiera. Il fascio di tubi a U può essere rimosso dal mantello per l’ispezione e la pulizia, rendendo questo tipo di struttura adatto ad applicazioni soggette a incrostazioni sul lato tubi. Ampiamente utilizzato in applicazioni di riscaldamento a vapore, riscaldamento di processo e generazione di energia.

Testa flottante

Una piastra tubiera è fissa; l’altra “galleggia”, ovvero è libera di muoversi assialmente per adattarsi alla dilatazione termica differenziale tra il mantello e il fascio tubiero. Questo design gestisce grandi differenze di temperatura e consente di rimuovere completamente il fascio tubiero per l’ispezione e la pulizia su entrambi i lati. Preferito per applicazioni di processo critiche e differenziali di temperatura elevati.

Vantaggi principali degli scambiatori di calore a fascio tubiero

• Capacità di resistere ad alte pressioni e temperature: i modelli standard sopportano pressioni fino a 300 bar e temperature superiori a 400 °C
• Robusti e ben collaudati — decenni di codici di progettazione (TEMA, ASME, PED) forniscono un quadro ingegneristico consolidato
• Ampia gamma di materiali — tubi e involucri possono essere specificati in acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, titanio, Hastelloy, duplex e altre leghe per requisiti di compatibilità dei fluidi particolarmente impegnativi
• Grandi capacità — possono essere costruiti per gestire portate molto elevate e carichi termici superiori a quelli che gli scambiatori a piastre possono sopportare
• Gestisce il flusso bifase — adatto per condensatori di vapore, ribollitori ed evaporatori in applicazioni di processo
• Facilità di manutenzione — i design a tubi a U e a testa flottante consentono la rimozione completa del fascio tubiero

Limiti

• Ingombro maggiore rispetto agli scambiatori di calore a piastre per carichi equivalenti
• Efficienza termica per unità di volume inferiore — i passaggi multipli e i deflettori migliorano questo aspetto, ma non possono eguagliare la geometria delle piastre ondulate
• Costo iniziale più elevato per carichi da piccoli a medi rispetto agli scambiatori a piastre brasate o con guarnizioni
• I modelli con piastra tubiera fissa non possono essere puliti meccanicamente sul lato mantello

Applicazioni

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono la scelta standard per:

• Raffinazione del petrolio — linee di preriscaldamento del greggio, raffreddatori di prodotto, condensatori di testa
• Lavorazione chimica e petrolchimica — scambiatori di alimentazione/effluente dei reattori, recupero dei solventi, riscaldamento e raffreddamento dei prodotti
• Produzione di energia — riscaldatori dell’acqua di alimentazione, raffreddamento del condensatore, raffreddatori dell’olio lubrificante
• Settore farmaceutico — riscaldamento e raffreddamento dei fluidi di processo, sistemi WFI (acqua per preparazioni iniettabili)
• Settore marittimo e offshore — raffreddamento con acqua di mare, raffreddatori di olio lubrificante, HVAC
• Trattamento dei gas industriali — raffreddamento dei gas, separazione della condensa

Scambiatori di calore a fascio tubiero vs a piastre: quando scegliere l’uno o l’altro

Scoprite gli scambiatori di calore a fascio tubiero industriali e personalizzati di HEXONIC, progettati per applicazioni di processo esigenti.

Contattate il nostro team per un preventivo personalizzato.