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Geprüfter Lieferant Die Wärmeübertrager von Schalen und Röhren sind ein gemeinsamer Standort in der gesamten Ingenieurwelt und eine der beiden häufigsten Arten von Wärmetauschern; die andere gemeinsame Art ist der Plattenwärmetauscher.
Wärmetauscher für Schalen und Rohre haben eine einfache Konstruktion, robuste Eigenschaften und relativ geringe Anschaffungs- und Wartungskosten. Sie haben auch eine sehr hohe Wärmeübertragungsrate , obwohl sie mehr Platz benötigen als ein Plattenwärmetauscher mit ähnlicher Wärmeaustauschkapazität.
Ein Gehäuse und Rohr Wärmetauscher besteht aus einer Reihe von Rohren in einem zylindrischen Behälter als "Hölle" bekannt untergebracht. Alle Röhrchen innerhalb der Schale werden als „Röhrenbündel“ oder „Röhrennest“ bezeichnet). Jedes Rohr durchläuft eine Reihe von Leitblechen und Rohrblechen (auch als „Rohrstapel“ bezeichnet). Eine der Rohrplatten ist fest und eine ist frei zu bewegen, dies ermöglicht eine thermische Ausdehnung, während der Wärmetauscher erhitzt wird.
Das fließende Medium innerhalb der Rohre wird als das Medium der Röhrenseite bezeichnet. Das fließende Medium außerhalb der Rohre ist als das Medium der 'Schellseite' bekannt. Jedes Medium hat einen Eintrag und eine Entladung.
Das röhrenseitige Medium wird normalerweise für die Hochdruckflüssigkeit ausgewählt, da jedes Rohr als kleiner Druckbehälter fungieren kann; es ist auch kostengünstiger, Rohre mit hohem Druck zu produzieren als es ist, eine hochdruckfeste Schale zu produzieren.
Beispiel: Wärmetauscher
Ein Mantelwärmetauscher verwendet Wasser, um Öl zu kühlen. Öl ist das Medium auf der Schalenseite, während Wasser das Medium auf der Rohrseite ist. Das Öl gelangt durch den oberen linken Einlass und fließt durch den Wärmetauscher, bis es den unteren rechten Auslass erreicht. Wasser fließt durch die Rohre vom rechten Einlass zum linken Auslass.
Wärmetauscher für Gehäuse und Rohre arbeiten
Der Wärmetauscher für Gehäuse und Rohr ist in zwei Hauptsysteme aufgeteilt, die als Schalenseite und Rohrseite bezeichnet werden. Jedes System hat ein zugeordnetes Fließmedium. In unserem Beispiel nehmen wir an, dass die Schalenseite heißes Mineralöl enthält, das gekühlt werden muss, während die Rohrseite Kühlwasser enthält.
Das Kühlwasser gelangt in den Wärmetauscher und fließt durch die Rohre. Das Mineralöl gelangt in den Wärmetauscher und fließt in die Schale, die die Rohre umgibt. Die beiden Flüssigkeiten mischen sich nicht , da die Wand der Rohre dies verhindert. Da sich die Flüssigkeiten nicht direkt vermischen, kommt es zu einer indirekten Kühlung (nicht zu einer direkten Kühlung).
Turbulente Strömung erhöht die Wärmeübertragungsrate des Wärmetauschers und verringert zudem die Wahrscheinlichkeit, dass sich gelöste Feststoffe an den Rohr- und Mantelwänden ansammeln (turbulente Strömung hat eine selbstreinigende Wirkung).
Durch das Einsetzen von Rohreinsätzen (auch als „Turbulatoren“ bezeichnet) in jedes Rohr entsteht eine turbulente Strömung innerhalb der Rohre. Turbulente Strömung innerhalb der Schale wird durch Leitbleche erzeugt, die verwendet werden, um das Wasser über die Rohre mehrmals zu lenken, während es durch den Wärmetauscher reist.
Parallel, Zähler und Cross Flow
Wärmetauscher sind in vielen Formen und Größen erhältlich. Um die Klassifizierung von Wärmetauschern zu erleichtern, werden sie oft in Gruppen aufgeteilt, die auf Design- und Betriebseigenschaften basieren. Eine dieser Eigenschaften ist der Durchflusstyp.
Es gibt drei Hauptströmungsarten, diese sind parallel, Zähler und Querströmung . Aufgrund von Konstruktionsüberlegungen und der Anwendung von Wärmetauschern ist es selten, dass ein Wärmetauscher nur eine dieser Durchflussarten ist, in der Regel handelt es sich um eine Kombination aus mehreren Durchflussarten, z. B. Gegenquerfluss.
Parallel-Flow tritt auf, wenn sowohl die Schale und die Rohrseite Medien in den Wärmetauscher von der gleichen Seite des Wärmetauschers und fließen auf das andere Ende des Wärmetauschers. Die Temperaturänderung (Delta T/ΔT) über die beiden Medien ist für beide gleich, d.h. sie erhöhen oder verringern sich um einen bestimmten Betrag. Beachten Sie, dass die Ausgangstemperatur für beide Medien tendenziell konvergiert und es nicht möglich ist, unter diesen Punkt zu kühlen, obwohl die kältere Einlasstemperatur der Flüssigkeit niedriger ist als die Konvergenztemperatur (die Konvergenztemperatur im Diagramm unten beträgt ca. 80 Grad).
Gegenstrom (auch als Gegenstrom bezeichnet) Wärmetauscher haben zwei fließende Medien, die in einer Gegenrichtung (im Abstand von 180 Grad) zueinander fließen. Jedes fließende Medium gelangt an entgegengesetzten Enden in den Wärmetauscher und wird an entgegengesetzten Enden entladen. Da das Kühlmedium am Ende des Wärmetauschers aus dem Gegenstrom austritt, wo das heiße Medium in den Wärmetauscher eintritt, nähert sich das Kühlmittel der Eintrittstemperatur des heißen Mediums an; dadurch ist das potenzielle Delta T weit größer als die eines Parallelstrom-Wärmetauschers. Gegenstrom -Wärmetauscher sind die effizienteste Art von Wärmetauscher.
Querstromwärmetauscher haben ein Medium, das senkrecht (bei 90 Grad) über das andere fließt. Querstromwärmetauscher werden normalerweise in Anwendungen gefunden, in denen eines der Fluide Zustand ändert (2-phasiger Fluss). So nimmt beispielsweise der Kondensator eines Dampfsystems, in dem der aus der Turbine austretende Dampf in die Seite der Kondensatorhülle eintritt und das in den Rohren strömende kühle Wasser die Wärme des Dampfes auf und kondensierend in Wasser. Große Mengen an Dampf können mit dieser Art von Wärmetauscher kondensiert werden.
Eine wirtschaftliche und effiziente Möglichkeit, die Effizienz eines Wärmetauschers zu erhöhen, ist es, die fließenden Medien mehrmals miteinander in Kontakt zu bringen. Jedes Mal, wenn ein Medium über das andere hindurchgeht, wird Wärme ausgetauscht.
Wenn ein fließendes Medium nur einmal über das andere hindurchfließt, wird es als "Single-Pass"-Wärmetauscher bezeichnet.
Üblicherweise kehrt der Mehrpass-Wärmetauscher den Durchfluss in den Rohren durch die Verwendung eines oder mehrerer Sätze von "U"-Biegungen in den Rohren um. Die „U“-Biegungen ermöglichen das hin- und Herfließen der Flüssigkeit über die Länge des Wärmetauschers. Dieser Typ von Wärmetauscher wird als U -Rohrschale und Rohrwärmetauscher bezeichnet.
Vorteile
Nachteile
Trennplatte
Die Trennplatte trennt die untere und obere Hälfte des Wärmetauschers. Die Trennwand leitet das fließende Medium durch die Rohre. Ein-/Auslass ein- oder Auslass des flüssigen Mediums, das durch die Rohre oder die Schale des Wärmetauschers fließt.
Gehäuse/Gehäuse
Das Gehäuse/Gehäuse wird verwendet, um das fließende Medium und die inneren Teile zu enthalten. Es dient auch als starkes Strukturstück, auf dem andere Stücke befestigt werden können. Abdeckplatte die Abdeckplatte dient zum Abdichten eines Endes der Schale und verhindert ein Auslaufen.
Dichtung
Zwischen zwei Metalloberflächen wird eine Dichtung platziert. Die Dichtung besteht normalerweise aus Papier oder Gummi und wird zwischen den Metallen 'abgedichtet', um eine Dichtung zu erzeugen. Die Dichtung verhindert Undichtigkeiten.
Die Form der Dichtung verhindert auch Undichtigkeiten um die Trennplatte.
Stationärer Tubesheet
Das Tubeblatt sitzt innerhalb der Schale und stützt die Enden der Rohre. Das Gewicht der Rohre wird dann (je nach Ausführung) durch die Leitbleche weiter unterstützt.
Verblumungen
Leitbleche werden verwendet, um den Richtungsfluss des flüssigen Mediums zu ändern. Eine Richtungsänderung sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Wärmetauscher. Der Wirkungsgrad sinkt, wenn der Durchfluss durch den Wärmetauscher nicht gleichmäßig verteilt wird.
Schraube
Muttern und Schrauben werden zur Befestigung von Teilen des Wärmetauschers verwendet. Die ausgewählten Schrauben sollten über eine geeignete Zugfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit verfügen. Schrauben sind der „magelbe“ Teil einer Mutter- und Schraubenbaugruppe.
Mutter
Muttern und Schrauben werden zur Befestigung von Teilen des Wärmetauschers verwendet. Die ausgewählten Muttern sollten über eine geeignete Zugfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit verfügen.
Muttern sind der „weibliche“ Teil einer Mutter- und Schraubenbaugruppe.
Bindebriegel
Zugankleisten werden als Führungen für die Leitbleche verwendet, um sicherzustellen, dass keine Dreh- oder axiale Bewegung der Leitbleche stattfindet.
Röhrchen
Eines der flüssigen Medien fließt direkt durch die Rohre, während das andere turbulent nach außen fließt. Wärme wird zwischen den beiden Medien durch die Nähe ausgetauscht (Wärme wird über die Leitung zu den Röhrenwänden und dann weiter zum äußeren Medium ausgetauscht).
Shell
Die Rohre, Leitbleche und Zugankken sind alle in der Schale (Gehäuse) untergebracht. Es ist das Gehäuse und das Rohrkonstrukt, das dieser Art von Wärmetauscher seinen Namen gibt.
Die TEMA-Norm ist für „Gehäuse- und Rohraustauschern, die keines der folgenden Kriterien überschreiten, geeignet:
Theoretisch bedeutet dies, dass jeder Gehäuse- und Rohrwärmetauscher, der außerhalb dieser Parameter liegt, nicht vollständig vom Standard abgedeckt wird. Der letzte Abschnitt über empfohlene bewährte Verfahren enthält jedoch Informationen für Einheiten mit größeren Durchmessern und die Norm legt fest, dass „Kriterien auf Einheiten angewendet werden können, die die oben genannten Parameter überschreiten“. *
Die TEMA-Norm deckt keine thermisch-hydraulischen Konstruktionsmethoden für Wärmetauscher ab. Design- und Fertigungsunternehmen wie Sterling TT nutzen hierfür ihre eigenen Systeme.
Schließlich ist der TEMA-Standard ein Fertigungsstandard. Das bedeutet, dass es ideal in Verbindung mit Designcodes wie ASME verwendet wird
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