Теплообменник оболочки и трубки, высокая температура и высокое давление, STHE против PHE

В промышленном тепловом управлении выбор соответствующего оборудования является вопросом баланса между эффективностью передачи тепла, надежностью оборудования и стоимостью жизненного цикла. Пластинные теплообменники могут обеспечить очень эффективную теплопередачу в компактном формате, но ограничиваются относительно узкими диапазонами механического допуска, тем самым ограничивая их применение. В процессах с высокими последствиями, особенно при высокой температуре и высоком давлении, STHE продолжают занимать золотой стандарт среди процессных теплообменников. В следующем анализе рассматриваются как механические основы, так и фактический опыт эксплуатации, которые объясняют доминирование СТЭ в тяжелых сервисных приложениях, основанных на Grano’ Ознакомление с инженерным проектированием тепловых процессов.

1. Механическая целостность и сдерживание давления

Основное различие между конструкциями STHE и PHE заключается в их реакции на внутренние напряжения. STHE использует цилиндрическую геометрию, которая по своей сути превосходит конструкцию сосуда под давлением.

• Распределение напряжения круга:Цилиндрическая оболочка и геометрия трубки позволяют равномерно распределять напряжение обручка, что позволяет оборудованию выдерживать внутреннее давление, превышающее 600 бар - пределы, недоступные прямоугольной геометрией пластинных пакетов, которые полагаются на сжатие рамы.
• Управление тепловым расширением:В высокотемпературных приложениях дифференциальное тепловое расширение между оболочкой и трубкой является критическим режимом сбоя. Проекты STHE смягчают это с помощью стандартных конфигураций TEMA. Например, U-Tube (Тип U) и Плавающая голова (тип S/T) конструкции позволяют пучке труб расширяться и сжаться независимо от оболочки, устраняя концентрации теплового напряжения, которые в противном случае поставили бы под угрозу структурную целостность. Напротив, PHE являются жесткими сборами, где экстремальный термический цикл часто приводит к расслаблению уплотнения и утечке.

Сравнительные параметры конструкции:

2. Специфическая производительность в условиях HTHP

Прочность конструкции STHE делает его необходимым выбором для конкретных сценариев высокого спроса на процессы, где PHE подвержены катастрофическим сбоям.

А. Изменение фазы и конденсация пара

Применения пара включают в себя значительные изменения в определенном объеме и высокие латентные тепловые нагрузки. STHE предназначены для удовлетворения высоких скоростей и колебаний давления, связанных с входом пара. Столкновенные пластины и прочные соединения от трубки к трубке предотвращают эрозию и повреждения вибрацией, которые часто возникают в тонких пластинах PHE. Кроме того, СТЭ устраняют риск сбоя уплотнения из-за быстрых переходных давлений (паровой молоток).

В. Тепловое масло и теплопередающие жидкости

В системах, использующих органические теплопередающие жидкости при температурах, превышающих 300°C, предотвращение утечки имеет первостепенное значение из-за опасности пожара. ПХЭ с уплотнением полагаются на эластомеры (Viton / EPDM), которые быстро разрушаются при этих температурах. Полностью сваренная конструкция или герметические возможности STHE обеспечивают целостность удержания во время теплового цикла.

C. Средства высокой вязкости и фаулирования

С гидравлической точки зрения PHE полагаются на узкие каналы и высокую турбулентность для достижения эффективности. Однако это создает высокую восприимчивость к забиванию при обработке вязких жидкостей или сред с содержанием твердых частиц. STHE предлагают более большие гидравлические диаметры (сторона трубки) и настраиваемые штрихи (сторона оболочки), значительно снижая коэффициент загрязнения ($R_f$) и размещая жидкости с высокими нагрузками твердых частиц без немедленной блокировки.

3. Техническое обслуживание и надежность: анализ жизненного цикла

На оперативные расходы (ОПЕКС) сильно влияет частота обслуживания и сложность уборки.

• Смягчение нарушений:STHE более терпимы к более низкому качеству воды (например, охлаждающей башни воды с высоким TDS). Конструкция позволяет более высокие допустимости загрязнения во время фазы измерения размеров.
• Обслуживаемость:Конструкции TEMA (такие как AES или BEU) облегчают удаление трубки. Это позволяет механическую очистку ID-трубки (с помощью гидровзрыва или штанга) и стороны оболочки. В отличие от PHE, которые требуют ручной замены сотен уплотнений во время капитального ремонта - трудоемкий и дорогостоящий процесс - обслуживание STHE в основном является механической очисткой и нерушительным испытанием (NDT).

4. Исследование случая: Переоборудование гидрообработчика нефтеперерабатывающего завода

Контекст: Нефтехимический завод в Юго-Восточной Азии неоднократно испытывал сбои в предварительном нагревальном поезде, работающем при температуре 280 ° C / 45 бар. Существующие блоки PHE пострадали от экструзии уплотнения из-за пиков давления.

Инженерное решение: Грано разработал замену, используя обменники типа TEMA BEU (U-Tube), изготовленные из нержавеющей стали 316L. Конструкция U-трубки устранила необходимость в заднем листе трубки или расширительном соединении, непосредственно решая проблемы теплового расширения.

Оперативный результат:

• Надежность:Устройство достигло 24 месяца непрерывной работы с нулевой утечкой.
• РОИ:Рабочие часы по обслуживанию были сокращены на 65%. Устранение простоев производства привело к периоду возврата капитала в 14 месяцев.

5. Выбор и спецификация

В то время как Grano признает полезность PHE в HVAC и задачах с низкой тяжестью, безопасность промышленных процессов диктует использование трубообменников для тяжелого обслуживания.

Наши инженерные подход уделяет приоритет соответствию разделу VIII раздела 1 ASME и точным обозначениям TEMA. Мы оцениваем свойства жидкости, включая коррозию и вязкость, чтобы выбрать соответствующие металлургии (дуплекс, супер-дуплекс, титан) и расположения бафеля. Для операций, превышающих 200°C Как разные отрасли выбирают материалы? 20 Барили с использованием опасных средств массовой информации, конфигурация оболочки и трубки предоставляет необходимый фактор безопасности и механическая надежность.

Часто задаваемые вопросы

В: Как коррозия управляется в СТЭ по сравнению с ПЭ?

Мониторинг температуры входа обнаруживает проблемы на раннем этапе STHE предлагают большую гибкость в выборе материалов. Мы можем использовать пластинированные трубки и трубки из твердых экзотических сплавов (титан, хастеллой, инконел) для обработки высококоррозионных жидкостей. Хотя PHE могут использовать экзотические пластины, материал уплотнения остается слабым звеном в отношении химической совместимости.

В: относительно падения давления ($Delta P$), как сравнивать две конструкции?

Мониторинг температуры входа обнаруживает проблемы на раннем этапе STHE обычно демонстрируют более низкие падения давления из-за больших площадей потока и линейных путей потока через трубки. PHE вызывают высокую турбулентность через гофрированные пластины, что увеличивает теплопередачу, но приводит к значительно более высокому падению давления, увеличивая потребности в мощности насоса.

В: Каковы пороговые критерии для перехода от PHE к STHE?

Мониторинг температуры входа обнаруживает проблемы на раннем этапе Переход на STHE рекомендуется, когда:

1. Температура конструкции превышает 180°C.
2. Давление конструкции превышает 25 бар.
3. Жидкости содержат значительные суспендированные твердые вещества ( > 2 мм) или являются высоковязкими.
4. Применение предполагает значительный термический удар или циклическую нагрузку.