ส่วนประกอบสำคัญของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ: การแยกย่อยทางวิศวกรรม

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ (STHE) คือชุดภาชนะรับความดันที่ออกแบบมาเพื่อถ่ายโอนพลังงานความร้อนระหว่างของเหลวสองชนิดโดยไม่ต้องผสมกัน ระบบประกอบด้วยชิ้นส่วนสำคัญหลายส่วนที่ทำงานร่วมกัน: เปลือก (ภาชนะกักเก็บ), มัดท่อ (พื้นผิวการถ่ายเทความร้อนแกนกลาง), แผ่นท่อ (ซีลโครงสร้าง) และแผ่นกั้น (ตัวควบคุมการไหล) การทำความเข้าใจส่วนประกอบแต่ละส่วนเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกตัวแลกเปลี่ยนที่ถูกต้องสำหรับข้อกำหนดด้านแรงดัน อุณหภูมิ และการเปรอะเปื้อนเฉพาะ

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน คุณต้องมองว่าเป็นส่วนประกอบแบบรวมของชิ้นส่วนทางวิศวกรรมต่อไปนี้:

เปลือกเป็นภาชนะทรงกระบอกด้านนอก มันทำหน้าที่เป็นกักเก็บของเหลว "ด้านเปลือก" เส้นผ่านศูนย์กลางของมันมีขนาดขึ้นอยู่กับปริมาตรของมัดท่อและอัตราการไหลที่ต้องการ สำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูง เปลือกจะต้องมีความหนาเพียงพอที่จะทนต่อความแตกต่างของแรงดันระหว่างของไหลในกระบวนการและสภาพแวดล้อมโดยรอบ

หัวใจสำคัญของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนคือมัดท่อที่ประกอบด้วยท่อหลายชุดขนานกัน

• ฟังก์ชัน: จัดเตรียมพื้นที่ผิวหลักสำหรับการถ่ายเทความร้อน

• รูปแบบ: สามารถเป็นแบบตรง (สำหรับการทำความสะอาดเครื่องจักรได้ง่าย) หรือรูปตัว U (เพื่อรองรับการขยายตัวจากความร้อน)

• วัสดุ: เหล็กกล้าไร้สนิมทั่วไป ทองแดง หรือโลหะผสมแปลกใหม่ ขึ้นอยู่กับความต้องการในการกัดกร่อนของของเหลวและความร้อน

Tubesheets เป็นแผ่นโลหะทรงกลมที่มีรูเจาะอย่างแม่นยำ ท่อจะถูกสอดเข้าไปในรูเหล่านี้และยึดให้แน่นโดยการเชื่อมหรือการขยายทางกล (การกลิ้ง)

• บทบาท: ทำหน้าที่รองรับท่อและเป็นสิ่งกีดขวางที่แยกของเหลวด้านท่อออกจากของเหลวด้านเปลือก เพื่อป้องกันการปนเปื้อนข้าม

แผ่นกั้นเป็นแผ่นโลหะที่วางอยู่ภายในเปลือก

• แนวทางการไหล: พวกมันบังคับให้ของไหลด้านเปลือกไหลในรูปแบบซิกแซก (การไหลข้าม) ข้ามท่อ ซึ่งจะเพิ่มความปั่นป่วนและส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน

• การสนับสนุนโครงสร้าง: ป้องกันไม่ให้ท่อหย่อนคล้อยหรือสั่นสะเทือนเนื่องจากความเร็วของของไหลสูง

เมื่อประเมินส่วนประกอบของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อสำหรับการใช้งานเฉพาะ วิศวกรจะต้องจัดลำดับความสำคัญดังต่อไปนี้:

• การขยายความร้อน: ในการใช้งานที่มีอุณหภูมิแตกต่างกันมาก การออกแบบต้องเผื่อการขยายตัว (เช่น ท่อรูปตัว U หรือหัวลอย) เพื่อป้องกันความล้าของโครงสร้างหรือการรั่วไหลของท่อที่แผ่นท่อ

• การบรรเทาการเกิดตะกรัน: หากของไหลในกระบวนการมีแนวโน้มที่จะเกิดคราบสกปรก (ตะกอนหรือตะกรันสะสม) ให้เลือกการออกแบบที่มีมัดที่ถอดออกได้และท่อตรงเพื่อให้สามารถทำความสะอาดกลไกได้ (การปัดเศษ)

• ความเข้ากันได้ของวัสดุ: ส่วนประกอบทุกชิ้น ตั้งแต่ผนังเปลือกไปจนถึงปะเก็น จะต้องเข้ากันได้กับคุณสมบัติทางเคมีของของไหลในกระบวนการ เพื่อป้องกันการกัดกร่อน การกัดเซาะ หรือการแตกร้าวจากความเค้น

ถาม: องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในการป้องกันการผสมของไหลคืออะไร

ตอบ: ข้อต่อระหว่างท่อกับท่อ หากข้อต่อนี้ล้มเหลว ไม่ว่าจะผ่านการเชื่อมที่ไม่เหมาะสม การขยายตัวไม่เพียงพอ หรือการกัดกร่อน ของเหลวด้านเปลือกและด้านท่อสามารถผสมกันได้ ซึ่งเป็นข้อกังวลหลักด้านความปลอดภัยและกระบวนการ

ถาม: เหตุใดแผ่นกั้นจึงมีความสำคัญในเปลือก

ตอบ: หากไม่มีแผ่นกั้น ของเหลวด้านเปลือกจะไหลขนานกับท่อ ทำให้เกิดพื้นที่นิ่งและการถ่ายเทความร้อนได้ไม่ดี แผ่นกั้นสร้างความปั่นป่วนที่จำเป็นในการ "ขัด" พื้นผิวท่อ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด

ถาม: ส่วนประกอบต่างๆ เช่น เปลือกหรือท่อ สามารถอัพเกรดเป็นวัสดุอื่นในภายหลังได้หรือไม่

ตอบ: โดยทั่วไปแล้วไม่มี ระดับแรงดันและรหัสการออกแบบ (ASME/TEMA) เป็นค่าเฉพาะสำหรับวัสดุและความหนาของการผลิตดั้งเดิม การติดตั้งเพิ่มมักจะไม่คุ้มค่าหรือไม่ปลอดภัย โดยปกติแล้ว การระบุวัสดุที่ถูกต้องในระหว่างขั้นตอนการออกแบบเริ่มแรกจะดีกว่า

คุณกำลังอยู่ในกระบวนการระบุตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับระบบใหม่ หรือคุณต้องการแก้ไขปัญหาการบำรุงรักษากับยูนิตที่มีอยู่หรือไม่