シェルチューブ式熱交換器、高温高圧、STHEとPHE

工業熱管理において適切なハードウェアを選択することは、熱伝達効率、ハードウェアのロバスト性、ライフサイクルコストのバランスの問題である。プレート式熱交換器はコンパクトな形で非常に効果的な熱伝達を提供することができますが、比較的狭い機械的許容範囲に限定され、そのためにその応用を制限します。高結果プロセス用途において、特に高温高圧下では、STHEはプロセス熱交換器において黄金基準の地位を維持し続けている。以下の分析は機械的基礎と実際の操作経験を考慮して、これらの基礎と経験はSTHEの劣悪なサービス応用における主導的地位を説明して、Grano＆＃8217に基づいて、熱処理工程設計に精通している。

1.機械的完全性と圧力制御

STHEとPHE設計の主な違いは、内部応力に対する反応にある。STHEは円筒形幾何形状を採用しており、これは圧力容器設計に固有の優位性を持っている。

• 環方向応力分布：円筒状ハウジングと管幾何形状は、フレーム圧縮に依存するスラブ長方形幾何形状では達成できない限界である600バールを超える内部圧力に機器が耐えられるように、リング応力の均一な分布を可能にする。
• 熱膨張管理：高温用途では、ハウジングと管束との間の熱膨張の違いが重要な故障モードである。STHE設計はTEMA標準構成によりこの問題を緩和した。たとえば、 Uチューブ 和 フロート（S/Tタイプ） 設計により、管束がハウジングから独立して膨張と収縮することができ、熱応力集中が解消され、そうしないと構造完全性が損なわれる。対照的に、PHEは剛性コンポーネントであり、極端な熱サイクルはしばしばガスケットの弛みと漏れを引き起こす。

設計パラメータを比較するには：

2.高温高圧環境における特定の応用性能

STHE設計のロバスト性は、PHEが壊滅的な障害を起こしやすい特定の高需要プロセスシーンの必要な選択となる。

A.相転移と蒸気凝縮

蒸気用途には、比体積の顕著な変化と高潜熱負荷が関与する。STHEの設計は、蒸気の進入に関連する高速および圧力変動に適応するためである。衝撃板と堅固な管板継手はPHE薄板にしばしば発生する腐食と振動損傷を防止することができる。また、STHEは急速圧力過渡（蒸気ハンマー）によるガスケット故障のリスクを解消した。

B.伝熱油と伝熱流体

300℃を超える温度の有機伝熱流体を用いたシステムでは、火災の危険性から漏れ防止が重要である。ガスケット付きPHEは、これらの温度で急速に分解されるエラストマー（フッ素ゴム／EPDM）に依存する。STHEの全溶接構造または金属対金属密封能力は、熱サイクル中の安全シェル完全性を確保する。

C.高粘度及び汚れ媒体

水力の観点から見ると、PHEは狭い通路と高い乱流によって効率を実現する。しかし、粒子状物質を含む粘性流体または媒体を処理する際には、これは極めて閉塞しやすい。STHEはより大きな油圧直径（管側）とカスタマイズ可能なバッフル間隔（シェル側）を提供し、汚れ係数（$R _ f$）を大幅に低減し、すぐに詰まることなく高い粒子負荷の流体を収容することができる。

3.保守と信頼性：ライフサイクル分析

運営支出（OPEX）はメンテナンス頻度と清掃の複雑さに深く影響されている。

• 汚れの緩和：STHEは、低い水質（例えば、高いTDSを有する冷却塔水）に対してより許容度が高い。この設計により、寸法決定段階でより高い汚れ残量を得ることができる。
• 可用性：AESやBEUなどのTEMA設計は、チューブバンドルの取り外しを容易にします。これにより、ダクトの内径（水力ブラストまたは棒化による）とシェル側の機械的クリーニングが可能になります。PHEとは異なり、PHEはオーバーホール中に数百個のガスケットを手動で交換する必要があり、これは労働集約型でコストが高いプロセスであり、STHEメンテナンスは主に機械洗浄と非破壊検査（NDT）である。

4.ケーススタディ：製油所の水素添加装置の改造

背景： 東南アジアの石化施設では280°C/45バールの予熱ユニットに何度も故障が発生した。従来のPHE装置は、圧力ピークによりガスケット押出を受けていた。

エンジニアリングソリューション： グラノ 316 Lステンレス鋼を用いて製造されたTEMA型BEU（Uチューブ）熱交換器の代替品を設計した。U字管の設計は後管板または膨張節に対する需要を取り除き、直接熱膨張問題を解決した。

運営成果：

• 信頼性：装置は24カ月連続運転を実現し、漏れはゼロだった。
• ROI：修理工数は65%減少した。生産停止時間の解消により、14ヶ月の資本回収期間が発生しました。

5.選択と仕様

GranoはPHEの暖房エアコンと低深刻性動作における実用性を認めているが、工業プロセスの安全性は悪条件で管式熱交換器を使用することを要求している。

私たちの 工事 この方法は、ASMEセクション8のセクション1のコンプライアンスと正確なTEMA名を優先します。適切な冶金（二相、超二相、チタン）とバッフル配置を選択するための腐食性と粘度を含む流体特性を評価した。超過の場合 200℃ さまざまな産業はどのように材料を選ぶのでしょうか。 20バール、または危険媒体、シェルチューブ構成に関連する 提供する 必要な安全係数と機械的信頼性。

FAQについて

Q：PHEと比べて、STHEにおける腐食はどのように管理されているのか？

入口温度の監視は、問題を早期に検出します STHEは材料選択においてより大きな柔軟性を提供する。高腐食性流体は、複合管板と固体異国合金管（チタン、ハースト合金、インカンニッケル合金）を用いて処理することができる。PHEはエキゾチックな板材を使用することができるが、ガスケット材料は依然として化学的互換性の面で弱い部分である。

Q：圧力降下（$デルタP$）について、この2つの設計はどのように比較しますか。

入口温度の監視は、問題を早期に検出します STHEは通常、大きな流動面積とパイプを通る線形流動経路のために低い圧力降下を示す。PHEは波形板を通じて高乱流を引き起こし、これは伝熱を増加させたが、圧力降下の顕著な増加をもたらし、ポンプ送電電力の要求を増加させた。

Q：PHEからSTHEへの移行の敷居基準は何ですか。

入口温度の監視は、問題を早期に検出します 次のような場合にSTHEに移行することをお勧めします。

1. 設計温度は180°Cを超える。
2. 設計圧力は25バールを超える。
3. 流体は大量の懸濁固体(&gt ; 2 mm)を含むか、高粘度を有する。
4. この用途は、顕著な熱衝撃またはサイクル荷重に関する。