シェルとチューブの熱交換器は、化学処理から発電まで、さまざまな産業用途の基礎です。味付けされた熱交換器サプライヤーとして、私はこれらのデバイスが2つの液体間で熱を効率的に伝達する上で果たす重要な役割を直接目撃しました。シェルとチューブの熱交換器を理解することの基本的な側面は、シェル - サイドとチューブの側面を区別することにあります。このブログ投稿では、これら2つのフローパスの重要な違いを掘り下げ、設計上の考慮事項、パフォーマンス特性、および産業運営の影響を調査します。
1。物理的なレイアウトと構造
シェルとチューブの熱交換器は、チューブの束を収容する大きな外側のシェルで構成されています。チューブ - 側面の流れはこれらのチューブ内で発生し、シェル - サイドフローはシェル内のチューブの外で行われます。
チューブの上には、チューブは通常、平行な構成に配置されており、流体がそれらを流れるようにします。チューブは、液体、温度、圧力の要件の性質に応じて、銅、ステンレス鋼、チタンなどのさまざまな材料で作ることができます。チューブバンドルは通常、シェルの両端のチューブシートによって所定の位置に保持されます。これらのチューブシートは、チューブ（サイドとシェル）の側面液を分離し、それらの間の混合を防ぎます。
一方、シェルは、チューブバンドルを囲む大きな円筒形の容器です。シェルの圧力と温度に耐えるように設計されています - 側面流体。バッフルは、シェル内にシェル内に設置されており、シェルをチューブ全体に向けて指示し、熱伝達効率を向上させます。バッフルには、セグメントバッフルなどのさまざまなタイプがあり、シェル - サイドフルード、またはディスクおよびドーナツバッフルのジグ - ZAGフローパターンを作成し、より複雑なフローパスを提供します。
2。フロー特性
チューブ - サイドフロー
チューブ - サイドフローは、一般に、シェル - サイドフローに比べてより予測可能で制御しやすいです。流体は、比較的まっすぐな経路でチューブを流れ、より均一な速度プロファイルをもたらします。このストレート - 流れを介して流れがすべてのチューブを均等に流れない場合がある流れの不調和のリスクを減らします。
チューブ - サイドフローは、シェル - サイドフローに比べてファウリングを引き起こす傾向が低くなります。流体はチューブ内に閉じ込められているため、速度は、チューブ壁に固体または汚染物質の堆積を防ぐレベルでより簡単に維持できます。ただし、チューブ - サイドフローはチューブの直径によって制限されています。チューブの直径が小さくなると、流体速度と熱伝達係数が増加する可能性がありますが、圧力降下も増加し、より多くのポンピングパワーが必要です。
シェル - サイドフロー
シェル - サイドフローは、バッフルの存在とチューブの周りの不規則な流れの存在により、より複雑です。バッフルは、流体を強制的にチューブを流れさせ、乱流を生み出し、熱伝達係数を強化します。ただし、この複雑なフローパターンは、チューブ - サイドフローと比較して、圧力低下が高くなります。
流れのモルディストリビューションは、シェル側のより重要な懸念です。液体は、特にシェルの壁やバッフルカットの近くの領域では、すべてのチューブの周りを均等に流れない場合があります。これにより、熱伝達効率が低下し、熱交換器内のホットスポットが生じる可能性があります。さらに、シェル - サイドフローは、一部の領域での流体速度が低く、汚染物質が蓄積できるデッドゾーンの存在のために、ファウリングの傾向があります。
3。熱伝達性能
チューブ - 側面熱伝達
チューブの熱伝達係数 - 側面は、主に流体速度、チューブの直径、および流体特性の影響を受けます。流体速度が増加すると、混合の強化と境界層の厚さの減少により、熱伝達係数も増加します。チューブの直径が小さくなると、表面と体積比を増加させることにより、熱伝達係数がさらに増加する可能性があります。ただし、前述のように、速度を上げてチューブの直径を減らすと、圧力低下が増加します。
シェル - サイド熱伝達
シェル - サイド熱伝達はより複雑で、バッフル間隔、バッフルタイプ、チューブ配置などの要因の影響を受けます。バッフルは、チューブを横切るクロスフローを促進することにより、シェル - サイド熱伝達を強化する上で重要な役割を果たします。バッフルの間隔が小さいと、流体速度と乱流が増加するため、熱伝達係数が高くなります。ただし、非常に小さなバッフル間隔では、圧力低下を大幅に増加させる可能性があります。
一般に、特にバッフルが適切に設計されている場合、シェル - サイド熱伝達係数は、チューブ - サイド熱伝達係数よりも高くなります。ただし、高いシェルを達成するには、側面熱伝達効率には、流れの分布と圧力降下を慎重に検討する必要があります。
4。メンテナンスとクリーニング
チューブ - サイドメンテナンス
チューブの掃除 - シェルとチューブの熱交換器の側面は比較的簡単です。チューブは両端からアクセスでき、ブラシ付きの機械的洗浄や高圧水噴射など、さまざまな洗浄方法を使用できます。場合によっては、チューブの壁から頑固な堆積物を除去するために化学洗浄を使用することもあります。
シェル - サイドメンテナンス
シェルの掃除 - 複雑なフローパスとバッフルの存在により、側面はより困難です。シェルへのアクセス - 通常はより制限されており、機械的洗浄方法はそれほど効果的ではないかもしれません。多くの場合、化学洗浄は、シェル - サイドクリーニングの好ましい方法です。ただし、洗浄化学物質がチューブやシェルに損傷を与えないようにすることが重要です。熱交換器の洗浄の詳細については、アクセスできますプレート熱交換器の洗浄。
5。アプリケーションの考慮事項
チューブ - サイドアプリケーション
チューブ - 側面は、より粘性のある、ファウリングの傾向が高い、またはより正確なフロー制御が必要な液体よりも好ましいことがよくあります。たとえば、反応物を特定の温度に加熱または冷却する必要がある化学プロセスでは、チューブ側はより安定した制御可能な環境を提供できます。高地の含有量を備えた液体は、ストレートを通るストレートが固体の蓄積を防ぐことができるため、チューブ - 側面に適しています。
シェル - サイドアプリケーション
シェル側は通常、粘度が低く、より高い圧力低下に耐えることができる流体に使用されます。ガスは、密度が低く、チューブの周りをより簡単に流れる可能性があるため、シェルを通ることがよくあります。高熱伝達速度を必要とし、バッフルによって生じる強化された乱流の恩恵を受けることができる液体も、シェルの良い候補です。たとえば、発電所のコンデンサーでは、冷却水は通常、チューブを通って配線されますが、蒸気はシェルに凝縮されます。
6。コストに関する考慮事項
シェルとチューブの熱交換器のコストは、チューブ - サイドとシェルの両方のサイドデザインの両方の影響を受けます。チューブ - サイドコストは、主にチューブ材料、チューブの直径、チューブの長さに関連しています。チタンなどのより高価な材料を使用したり、チューブの長さを増やすと、コストが大幅に増加する可能性があります。
シェル - サイドコストは、シェルサイズ、バッフルデザイン、およびフローパスの複雑さの影響を受けます。より大きなシェルまたはより複雑なバッフル設計により、製造コストが増加する可能性があります。さらに、圧力降下が高くなるにはより多くのポンピングパワーが必要であるため、チューブ - サイドとシェルの両方の圧力が動作コストに影響します。
7。熱交換器サプライヤーとしての私たちの提供
主要な熱交換器サプライヤーとして、製品のシェル - サイドとチューブの側面を最適化することの重要性を理解しています。顧客の特定の要件を満たすために、さまざまなチューブ材料、シェルサイズ、バッフルデザインを備えた幅広いシェルおよびチューブの熱交換器を提供しています。
私たちの2相熱交換器2つの位相フローのユニークな課題を処理するように設計されており、効率的な熱伝達と信頼性の高い動作を確保します。また、提供します100板熱交換器コンパクトな設計で高熱伝達表面積を必要とするアプリケーションのオプション。
8。調達についてはお問い合わせください
高品質のシェルとチューブの熱交換器の市場にいる場合、またはシェル - サイドとチューブのサイドフローについて質問がある場合は、お問い合わせください。私たちの専門家チームは、あなたのアプリケーションに適した熱交換器を選択し、競争力のある見積もりを提供するのを支援する準備ができています。標準の熱交換器であろうとカスタム設計ソリューションが必要かどうかにかかわらず、お客様のニーズを満たすための経験とリソースがあります。
参照
- Incropera、FP、Dewitt、DP、Bergman、TL、＆Lavine、AS（2007）。熱と物質移動の基礎。ワイリー。
- Kakac、S。、＆Liu、H。（2002）。熱交換器設計ハンドブック。テイラー＆フランシス。
- Shah、RK、＆Sekulic、DP（2003）。熱交換器設計の基礎。 Wiley-インターサイエンス。