チューブ（シェル）熱交換器

1. 製品紹介
シェルアンドチューブ熱交換器は、シェルに囲まれた熱交換チューブの壁を伝熱面として使用する隔壁熱交換器です。 この種の熱交換器は、単純な構造、堅固さ、幅広い材料選択、大きな処理能力、高温および高圧に耐える能力、強い適応性、信頼性の高い動作、良好な伝熱効果、および強力な適応性という特徴を備えているため、生産現場で広く使用されています。 最も幅広い熱交換機器。

現在、国内外の化学生産に使用される熱交換装置では、依然としてシェルアンドチューブ熱交換器が主流です。 中圧条件下ではシェルアンドチューブ式熱交換器が最適です。 特に液体流量が多い場合には、他のタイプの熱交換器を使用することが困難になります。 高圧下では、シェルアンドチューブ熱交換器でもある U 字型チューブ熱交換器が一般的に使用されます。

2. シェルアンドチューブ熱交換器の構造
シェル、伝熱管束、管板、バッフル（バッフル）、管箱などの部品で構成されています。 シェルはほぼ円筒形で、内部に管束が入っており、管束の両端が管板に固定されています。 熱交換には高温流体と低温流体の 2 種類があり、1 つはチューブ内を流れ、チューブ側流体と呼ばれます。 もう一方はチューブの外側を流れ、シェル側流体と呼ばれます。 チューブの外側の流体の熱伝達部分係数を改善するために、通常、いくつかのバッフルがシェルに取り付けられます。 バッフルはシェル側の流体の速度を高め、流体が指定された経路に従ってチューブ束を複数回通過するように強制し、流体の乱流の程度を高めることができます。 熱交換チューブは管板上に正三角形または正方形に配置できます。 正三角形の配置はよりコンパクトであり、管の外側の流体の乱流の度合いが高く、熱伝達率が大きい。 正方形の配置はチューブの外側の洗浄に便利で、汚れやすい液体に適しています。

流体がチューブ束を通過するたびに、チューブ通過と呼ばれます。 流体がシェルを通過するたびに、シェルパスと呼ばれます。 写真は、1-1 型熱交換器と呼ばれる最も単純なシングルシェル側単管熱交換器を示しています。 パイプ内の流速を高めるために、両端のパイプボックスに仕切りを設置して、すべてのパイプをいくつかのグループに分けることができます。 このように、流体は一度に一部のチューブのみを通過するため、チューブ束内を複数回往復することをマルチチューブパスと呼びます。 同様に、チューブの外側の流速を高めるために、シェルに縦方向のバッフルを取り付けて、流体がシェル空間を複数回通過するように強制することもできます。これはマルチシェルパスと呼ばれます。 マルチチューブとマルチシェルを併用することも可能です。

3. 当社が製造するシェルアンドチューブ熱交換器には、主に次のタイプがあります。
1. 固定管板熱交換器 管束の両端の管板はシェルと一体となっています。 構造は単純ですが、高温流体と低温流体の温度差が大きくなく、シェル側の機械的洗浄が必要ない場合の熱交換操作にのみ適しています。 温度差がわずかに大きく、シェル側の圧力が高すぎない場合は、熱応力を軽減するために弾性補償リングをシェルに取り付けることができます。

2. フローティングヘッド熱交換器 管束の一端の管板は自由に浮遊することができ、熱応力を完全に排除します。 また、チューブ束全体をシェルから引き抜くことができるため、機械的な洗浄やメンテナンスに便利です。 フローティングヘッド熱交換器は広く使われていますが、構造が複雑でコストも高くなります。

3. U字型チューブ熱交換器 各熱交換チューブをU字型に曲げ、その両端をそれぞれ同じ管板の上下に固定します。 このタイプの熱交換器は熱ストレスを完全に排除しており、フローティングヘッドタイプに比べて構造が簡単ですが、チューブ側の洗浄が容易ではありません。

チューブの内側と外側の流体の温度が異なるため、熱交換器のシェルとチューブ束の温度も異なります。 両者の温度差が大きいと熱交換器に大きな熱応力が発生し、チューブの曲がりや破損、管板の剥離などの原因となります。 したがって、管束とシェルの温度差が 50 度を超える場合は、熱応力を除去または軽減するために適切な補償措置を講じる必要があります。