Shell dan Tube Heat Exchanger, Suhu Tinggi dan Tekanan Tinggi, STHE vs PHE

Dalam manajemen termal industri, pemilihan perangkat keras yang tepat adalah masalah keseimbangan antara efektivitas transfer panas, kekuatan perangkat keras, dan biaya siklus hidup. Plate Heat Exchangers dapat menyediakan transfer panas yang sangat efektif dalam format kompak tetapi terbatas pada kisaran toleransi mekanis yang relatif sempit, sehingga membatasi aplikasinya. Dalam aplikasi proses konsekuensi tinggi, terutama dalam Suhu Tinggi dan Tekanan Tinggi, STHE terus memegang posisi standar emas di antara penukar panas proses. Analisis berikut mempertimbangkan kedua dasar mekanis dan pengalaman operasi aktual yang menjelaskan dominasi STHE dalam aplikasi layanan yang parah, berdasarkan Grano’ kemampuan dalam desain rekayasa proses termal.

1. Integritas Mekanik dan Pengendalian Tekanan

Perbedaan utama antara desain STHE dan PHE terletak pada tanggapan mereka terhadap stres internal. STHE menggunakan geometri silinder, yang secara inheren unggul untuk desain wadah tekanan.

• Distribusi Tekanan Hoop:Geometri cangkang silinder dan tabung memungkinkan distribusi seragam tekanan lingkaran, memungkinkan peralatan untuk menahan tekanan internal melebihi 600 Bar-batas yang tidak dapat dicapai oleh geometri persegi panjang dari paket pelat, yang mengandalkan kompresi bingkai.
• Manajemen Ekspansi Termal:Dalam aplikasi suhu tinggi, ekspansi termal diferensial antara cangkang dan bundel tabung adalah mode kegagalan kritis. Desain STHE mengurangi ini melalui konfigurasi standar TEMA. Misalnya, U-Tube (Jenis U) dan Kepala terapung (Tipe S / T) desain memungkinkan bundel tabung untuk memperluas dan kontrak independen dari cangkang, menghilangkan konsentrasi tekanan termal yang jika tidak akan mengkompromikan integritas struktural. Sebaliknya, PHE adalah perakitan kaku di mana siklus termal ekstrim sering menyebabkan relaksasi gasket dan kebocoran.

Parameter Desain Perbandingan:

2. Kinerja Spesifik Aplikasi di Lingkungan HTHP

Kekuatan desain STHE menjadikannya pilihan yang diperlukan untuk skenario proses permintaan tinggi tertentu di mana PHE rentan terhadap kegagalan bencana.

A. Perubahan fase dan kondensasi uap

Aplikasi uap melibatkan perubahan signifikan dalam volume tertentu dan beban panas laten yang tinggi. STHE dirancang untuk mengakomodasi kecepatan tinggi dan fluktuasi tekanan yang terkait dengan masuknya uap. Pelat tabrakan dan sendi tabung-ke-tabung yang kuat mencegah kerusakan erosi dan getaran yang sering terjadi di pelat tipis PHE. Selain itu, STHE menghilangkan risiko kegagalan gasket karena transien tekanan cepat (palu uap).

B. Minyak termal dan cairan transfer panas

Dalam sistem yang menggunakan cairan transfer panas organik pada suhu melebihi 300 ° C, pencegahan kebocoran sangat penting karena bahaya kebakaran. PHE gasketed bergantung pada elastomer (Viton / EPDM) yang merusak dengan cepat pada suhu ini. Konstruksi yang dilas atau kemampuan penyegelan logam-ke-logam dari STHE memastikan integritas penahanan selama siklus termal.

C. Viskositas Tinggi dan Media Fouling

Dari perspektif hidrolik, PHE mengandalkan saluran sempit dan turbulensi tinggi untuk mencapai efisiensi. Namun, ini menciptakan kerentanan tinggi terhadap penyusunan saat memproses cairan lembut atau media dengan kandungan partikel. STHE menawarkan diameter hidrolik yang lebih besar (sisi tabung) dan pitch baffle yang dapat disesuaikan (sisi cangkang), secara signifikan mengurangi faktor pencemaran ($ R_f $) dan mengakomodasi cairan dengan beban partikel tinggi tanpa penyumbatan langsung.

3. Pemeliharaan dan Keandalan: Analisis Siklus Hidup

Pengeluaran Operasional (OPEX) sangat dipengaruhi oleh frekuensi pemeliharaan dan kompleksitas pembersihan.

• Mitigasi kesalahan:STHE lebih toleran terhadap kualitas air yang lebih rendah (misalnya, air menara pendingin dengan TDS tinggi). Desain memungkinkan tunjangan pencemaran yang lebih tinggi selama fase pengukuran.
• Layanan:Desain TEMA (seperti AES atau BEU) memfasilitasi penghapusan bundel tabung. Hal ini memungkinkan pembersihan mekanis ID tabung (melalui hidro-blasting atau rodding) dan sisi cangkang. Tidak seperti PHE, yang memerlukan penggantian manual ratusan gasket selama perbaikan - proses yang memakan tenaga kerja dan mahal - pemeliharaan STHE terutama pembersihan mekanis dan pengujian non-destruktif (NDT).

4. Studi Kasus: Refinery Hydrotreater Retrofit

Konteks: Sebuah fasilitas petrokimia di Asia Tenggara mengalami kegagalan berulang kali dalam kereta pra-panas yang beroperasi pada 280 ° C / 45 Bar. Unit PHE yang ada menderita ekstrusi gasket karena lonjakan tekanan.

Solusi Teknik: Grano rekayasa penggantian menggunakan penukar TEMA Type BEU (U-Tube) yang diproduksi dari Stainless Steel 316L. Desain tabung U menghilangkan kebutuhan untuk tabung belakang atau sendi ekspansi, secara langsung mengatasi masalah ekspansi termal.

Hasil Operasional:

• Keandalan:Unit ini telah mencapai 24 bulan operasi terus menerus dengan nol kebocoran.
• Penghasilan investasi:Jam kerja pemeliharaan dikurangi sebesar 65%. Penghapusan downtime produksi menghasilkan periode pengembalian modal 14 bulan.

5. Seleksi dan Spesifikasi

Sementara Grano mengakui utilitas PHE dalam HVAC dan tugas keparahan rendah, keselamatan proses industri mendikte penggunaan penukar tabung untuk layanan yang berat.

Kami rekayasa pendekatan memprioritaskan kepatuhan ASME Bagian VIII Div 1 dan penunjukan TEMA yang akurat. Kami mengevaluasi sifat cairan, termasuk korosivitas dan viskositas, untuk memilih metalurgi yang tepat (Duplex, Super Duplex, Titanium) dan pengaturan baffle. Untuk operasi yang melebihi 200°C Bagaimana Berbagai Industri Memilih Bahan? 20 baratau melibatkan media berbahaya, konfigurasi Shell dan Tube menyediakan faktor keamanan yang diperlukan dan keandalan mekanis.

FAQ (Pertanyaan umum)

T: Bagaimana korosi dikelola di STHE dibandingkan dengan PHE?

Pemantauan Suhu Inlet Mendeteksi Masalah Awal STHE menawarkan fleksibilitas yang lebih besar dalam pemilihan bahan. Kami dapat menggunakan tabung berlapis dan tabung paduan eksotis padat (Titanium, Hastelloy, Inconel) untuk menangani cairan yang sangat korosif. Sementara PHE dapat menggunakan pelat eksotis, bahan gasket tetap menjadi tautan lemah mengenai kompatibilitas kimia.

T: mengenai penurunan tekanan ($ Delta P $), bagaimana kedua desain dibandingkan?

Pemantauan Suhu Inlet Mendeteksi Masalah Awal STHE umumnya menunjukkan penurunan tekanan yang lebih rendah karena area aliran yang lebih besar dan jalur aliran linier melalui tabung. PHE menginduksi turbulensi tinggi melalui pelat bergelombang, yang meningkatkan transfer panas tetapi mengakibatkan penurunan tekanan yang signifikan lebih tinggi, meningkatkan persyaratan daya pemompaan.

T: Apa kriteria ambang batas untuk transisi dari PHE ke STHE?

Pemantauan Suhu Inlet Mendeteksi Masalah Awal Transisi ke STHE direkomendasikan ketika:

1. Suhu desain melebihi 180 ° C.
2. Tekanan desain melebihi 25 Bar.
3. Cairan mengandung padatan tersuspensi yang signifikan (> 2mm) atau sangat lembut.
4. Aplikasi melibatkan kejutan termal yang signifikan atau beban siklik.