Shell-en-buis-warmtewisselaarszijn een van de meest voorkomende soorten warmtewisselaars vanwege hun veelzijdigheid. Ze zijn in hoge mate aanpasbaar, met veel verschillende typen voor verschillende toepassingen. Dit omvat verschillende stroomtypes, kopconfiguraties, buisplaten en materialen.
Een fabriek, fabriek of ander bedrijf heeft misschien niet veel flexibiliteit in het type shell-and-tube-warmtewisselaar dat ze moeten gebruiken, maar het kan nog steeds een op maat gemaakte configuratie zijn om de beste oplossing voor het specifieke proces te bieden.
Wat is een shell-and-tube-warmtewisselaar?
Shell-and-tube-units zijn een soort warmtewisselaar die vaak in industriële toepassingen wordt gebruikt om warmte tussen vloeistoffen over te dragen. Het ontwerp bestaat uit een schaal (buitenvat) en een reeks buizen (binnenvat) waar de vloeistoffen doorheen stromen. Warmte wordt tussen de vloeistoffen overgedragen via de wanden van de buizen.
Shell-and-tube-warmtewisselaars zijn een van de meest voorkomende typen warmtewisselaars die in de industrie worden gebruikt. Daartoe behoren bijvoorbeeld compacte buisontwerpen, maar ook reboilers.
Hoe ze werken
Eén vloeistof stroomt door de buizen, terwijl de andere vloeistof rond de buizen stroomt in een grotere schaal. Warmte wordt via de wanden van de buizen overgedragen van de hete vloeistof naar de koude vloeistof, wat resulteert in een temperatuurverschil tussen de twee vloeistoffen.
Afhankelijk van het ontwerp zal er een ander aantal passages zijn tussen de stoffen en verschillende stromen (bijv. tegenstroom, enz.) om te voldoen aan de specifieke stoffen en vereisten van het proces.
PWaarom zijn shell-and-tube-warmtewisselaars populair?
Shell-and-tube-warmtewisselaars hebben voordelen ten opzichte van andere opties, zoals hun efficiënte warmtewisselingssnelheden en hoe gemakkelijk ze zich kunnen aanpassen aan een reeks doeleinden. Ze kunnen worden ontworpen met verschillende aangepaste functies om zo goed mogelijk aan te sluiten bij de specifieke procesvereisten, waardoor de efficiëntie wordt verbeterd en flexibiliteit wordt geboden.
Ingenieurs kunnen bijvoorbeeld buisplaten in het ontwerp opnemen of verlengde oppervlaktevinnen toevoegen. Ze kunnen van verschillende materialen worden gemaakt, afhankelijk van de betrokken stoffen en de eisen van het proces. Lees onze blog over de materialen die worden gebruikt in industriële warmtewisselaars.
Industrieën en toepassingen van shell-and-tube-warmtewisselaars
Omdat shell-and-tube-warmtewisselaars extreem veelzijdig zijn en in meerdere configuraties kunnen worden ontworpen, gebruiken veel industrieën ze.
Dit zijn slechts enkele van de industrieën die gewoonlijk shell-and-tube-warmtewisselaars gebruiken.
- Chemische fabrieken
- Oliefabrieken en raffinaderijen
- Marine en defensie
- Lucht- en ruimtevaart
- Energieproductie (inclusief kernenergie)
- Voedselverwerking en productie
Het aantal industrieën dat shell-and-tube-warmtewisselaars gebruikt is extreem groot omdat deze warmtewisselaars kunnen helpen bij verschillende processen, waaronder:
- Verwijdering van proceswarmte
- Voorverwarmen van voedingswater of andere vloeistof
- Condenserende procesdamp of stoom
- Verdamping van procesvloeistof of stoom
- Koelhydrauliek en smeerolie
- Koelturbines, compressoren en motoren
Delen van een shell-and-tube-warmtewisselaar
Het is in het unieke ontwerp van elke warmtewisselaar dat de ware veelzijdigheid van het product zichtbaar is. Door elke shell-and-tube-warmtewisselaar te ontwerpen volgens de eisen van onze klanten, kunnen we ervoor zorgen dat het eindproduct bij uitstek geschikt is voor het proces en de omgeving waarin het zal werken. Het is een van de redenen waarom warmtewisselaars zo vaak worden gebruikt.
Laten we enkele elementen van de warmtewisselaar onderzoeken om de verschillende ontwerpconfiguraties te begrijpen.
De schaal
De schaal omhult de buizenbundel en andere interne componenten.
Een van de kritische aspecten van het schaalontwerp zijn de constructiematerialen. De schaal moet hittebestendig zijn en bestand zijn tegen temperatuurveranderingen. Bij sommige processen moet het corrosie-bestendig zijn. Shell-and-tube-warmtewisselaars die in zeewater- of chemische processen worden gebruikt, moeten bijvoorbeeld vaak corrosiebestendig zijn.
Afhankelijk van de eisen van het proces kunnen speciale materialen worden gebruikt. Tantaal kan bijvoorbeeld optimaal zijn bij extreme temperaturen en corrosieve materialen.
De buizenbundel
De buizenbundel houdt het medium aan de{0}}zijde van de buis vast, dat een temperatuurverandering ondergaat.
Er bestaan verschillende manieren om de buizen en buizenbundel van een shell-and-tube-warmtewisselaar aan te passen, waaronder het type materiaal, de diameter, het aantal passages en de buisvorm (bijvoorbeeld U-buizen).
Bij sommige samenstellingen kan de buizenbundel verwijderbaar zijn.
Buisafstand
De buissteek is de afstand tussen het midden van de ene buis en het midden van de aangrenzende buis.
Het wordt doorgaans gemeten als de loodrechte afstand tussen de buizen en is een belangrijke ontwerpparameter die de efficiëntie van de warmteoverdracht en de drukval in de warmtewisselaar beïnvloedt. Buizen kunnen voor verschillende doeleinden in driehoekige of vierkante configuraties worden gerangschikt.
De buissteek is een belangrijke parameter die zorgvuldig moet worden geselecteerd tijdens het ontwerp van een shell-and-tube-warmtewisselaar om optimale prestaties en betrouwbaarheid te garanderen.
Kanalen of hoofden
Fabrikanten van schaal- en buisproducten kunnen veel verschillende soorten koppen gebruiken. Als er bijvoorbeeld regelmatig onderhoud aan de warmtewisselaar nodig is, kan een verwijderbaar afdekkanaal het meest geschikt zijn. Motorkapkoppen worden misschien wel het meest gebruikt op shell-and-tube-warmtewisselaars die geen frequent onderhoud vereisen.
Buisplaten
Buisplaten kunnen een grotere flexibiliteit toevoegen en ervoor zorgen dat de warmtewisselaar aan de zwaardere milieueisen kan voldoen.
Een vaste buisplaat is een 'standaard' ontwerp dat wordt gebruikt als er geen noemenswaardige operationele uitdagingen zijn.
Daarentegen wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van een dubbele buizenplaat waarbij de betrokken stoffen niet mogen vermengen. Dit komt onder meer veel voor bij chemische operaties. Het ontwerp van de buizenplaat creëert een evacuatieroute voor lekkende stoffen, waardoor een waarschuwing wordt geactiveerd.
Voor meer informatie leest u 'buizenplaten voor warmtewisselaars voor uitdagende werkzaamheden'.
Uitzettingsvoegen
Dankzij een uitzettingsvoeg (ook wel balg genoemd) kan de shell-and-tube-warmtewisselaar zich aanpassen aan temperatuurveranderingen, waarbij hij uitzet of krimpt naarmate het materiaal warmer of kouder wordt.
Warmtewisselaars die een breed temperatuurbereik aankunnen, hebben dilatatievoegen nodig om spanning op andere elementen te voorkomen, wat anders tot schade zou kunnen leiden.
Schotten
Schotten sturen de stroom van de stoffen in de warmtewisselaar, waardoor de meest effectieve snelheid voor een hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt wordt bereikt. Het ontwerpen van het juiste schot voor de productparameters kan de efficiëntie verbeteren, vervuiling verminderen en de apparatuur geschikter maken voor zijn doel.
In sommige configuraties ondersteunen schotten ook de buizen om doorzakken of schade door trillingen te voorkomen.
Verlengde oppervlaktevinnen
Verlengde oppervlaktevinnen kunnen worden geïntegreerd in shell-and-tube-ontwerpen om de efficiëntie te verbeteren en het product compacter en/of zuiniger te maken. Ze vergroten het oppervlak van de buitenzijde van de buis om de balans van de warmteoverdrachtscoëfficiënten te verbeteren.
Lees meer over verbeterde warmtewisselaars met verlengde vinnen.
Basisberekeningen voor shell-and-tube-warmteoverdracht
Een van de belangrijkste vergelijkingen die de functie van een shell-and-tube-warmtewisselaar beschrijft, is:
- Q=U x A x ΔTm
- Q is de snelheid van warmteoverdracht.
- U is de totale warmteoverdrachtscoëfficiënt.
- A is het warmteoverdrachtsgebied.
- ΔTm is het loggemiddelde temperatuurverschil tussen de warme en koude vloeistoffen.
Met deze vergelijking kunnen we de warmteoverdrachtsnelheid in een warmtewisselaar berekenen. Het wordt vaak gebruikt bij het ontwerp en de analyse van warmtewisselaars, waardoor ingenieurs de prestaties en efficiëntie van het warmtewisselingsproces kunnen optimaliseren.
We kunnen deze vergelijking bijvoorbeeld gebruiken om het oppervlak te berekenen dat nodig is in onze warmtewisselaar om een materiaal tot de vereiste temperatuur af te koelen. In dit geval zouden we de vergelijking herschikken naar:
A (oppervlakte)=Q / (U x ΔTm)
Een warmtewisselaar kopen die aan uw behoeften voldoet
Er moet rekening worden gehouden met verschillende factoren om een shell-and-tube-warmtewisselaar te ontwerpen die aan uw behoeften voldoet.
- Identificeer uw specifieke procesvloeistoffen en bedrijfsomstandigheden.Dit bepaalt het juiste ontwerp en de juiste materiaalkeuze voor uw warmtewisselaar.
- Zorg ervoor dat de gebruikte materialen geschikt en van hoge kwaliteit zijn.Dit is afhankelijk van uw toepassing, zoals het vereisen van corrosie-bestendige legeringen voor zware omstandigheden.
- Denk na over uw toekomstige behoeften en mogelijke uitbreidingsplannen.U wilt dat uw warmtewisselaar veranderingen in uw proces kan opvangen.
- Ken uw budget.Breng uw behoeften in evenwicht met de prijs en levertijd en zorg ervoor dat u een product krijgt dat aan uw kwaliteitsnormen voldoet.
- Werk samen met betrouwbare fabrikanten en leveranciers.Ze moeten een even goede reputatie, ervaring, certificeringen en positieve klantbeoordelingen hebben.
Wilt u warmtewisselaarspecificaties verkrijgen die geschikt zijn voor uw werkomstandigheden (bijvoorbeeld shell{2}}en-buistype voor de chemische industrie, plaattype voor HVAC-scenario's, vinnentype voor omgevingen met hoge- temperaturen)? Raadpleeg onze experts en we zullen snel reageren op uw branche-specifieke behoeften.
E-mail:global@gneesteels.com