Lo scambiatore di calore a fascio tubiero è un tipo di dispositivi di ingegneria del calore ed esegue la funzione di trasferimento del calore dal liquido di raffreddamento alla sostanza riscaldata. A seconda del caso specifico, il ruolo del liquido di raffreddamento può essere vapore o liquido. Ad oggi, il modello a fascio tubiero del riscaldatore ha ricevuto l'uso più diffuso.

Scambiatore di calore a fascio tubiero

Uno scambiatore di calore è un dispositivo piuttosto complesso utilizzato come condensatore, riscaldatore o evaporatore

Aree di utilizzo

La produzione di questi dispositivi iniziò all'inizio del XX secolo. Ciò era dovuto al fatto che le stazioni termiche necessitavano di riscaldatori di grandi superfici che funzionavano ad alta pressione.

I riscaldatori a fascio tubiero sono utilizzati in molti settori, tra cui:

  • Industria petrolifera e del gas;
  • produzione chimica;
  • industria alimentare.

Quasi ogni produzione è associata alla generazione o all'assorbimento di calore, pertanto gli scambiatori di calore sono richiesti in vari settori dell'attività umana. Le prestazioni delle apparecchiature nelle imprese, nonché il funzionamento di condizionatori e riscaldatori domestici, radiatori di raffreddamento nelle automobili, ecc., Dipendono dal loro design e dalle loro proprietà.

Nota! I riscaldatori di questo tipo vengono spesso utilizzati per raffreddare fluidi di lavoro e riscaldare il refrigerante per il funzionamento di pompe di calore.

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono ampiamente utilizzati sia come condensatori che come evaporatori. Oggi, grazie allo sviluppo di tecnologie industriali, la progettazione di scambiatori di calore è diventata più avanzata e continua ad essere modernizzata.

Vantaggi e svantaggi degli scambiatori di calore a fascio tubiero

Da un punto di vista strutturale, gli scambiatori di calore di questo tipo sono simili ai primi modelli prodotti all'inizio del ventesimo secolo. La modernizzazione di questi dispositivi ha interessato solo alcuni elementi, tuttavia la base è rimasta invariata. I materiali moderni utilizzati per i riscaldatori a fascio tubiero possono migliorare le loro proprietà operative.

Scambiatore di calore a fascio tubiero

Nella produzione di scambiatori di calore, vengono utilizzati materiali moderni che migliorano significativamente la qualità dei dispositivi finiti

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero si distinguono per una serie di qualità positive, che consentono loro di rimanere elementi indispensabili di vari settori fino ad oggi:

  • resistenza al colpo d'ariete nel sistema;
  • la capacità di lavorare con ambienti inquinati;
  • basse velocità di trasferimento del calore;
  • buona performance;
  • resistenza all'usura;
  • manutenibilità;
  • resistenza all'alta pressione;
  • resistenza ai prodotti chimici aggressivi;
  • sicurezza operativa;
  • affidabilità e durata.

I riscaldatori di questo tipo hanno i loro svantaggi, tra cui:

  • dimensioni piuttosto grandi;
  • alto prezzo.

Il dispositivo e il principio di funzionamento

Lo scambiatore di calore a fascio tubiero comprende diversi elementi strutturali. Considera i principali:

  • involucro (alloggiamento);
  • camere di distribuzione e guida;
  • sistema di tubi interni;
  • fogli tubolari;
  • partizioni e sigilli.
Scambiatore di calore a fascio tubiero

Questo modello di dispositivo si distingue per la presenza di un involucro che nasconde i tubi interni, da cui il nome "shell-and-tube"

Due ugelli sono saldati al corpo. Uno di questi è responsabile della fornitura dell'ambiente di lavoro e l'altro della conclusione. Le flange speciali sono saldate alle estremità dell'involucro.

Inoltre, la struttura di un tale riscaldatore include fogli di tubi, tra cui i tubi sono saldati, dotati di reti remote. Questo design costituisce il sistema di tubazioni del recuperatore e consente al riscaldatore di essere multi-pass.

Due ugelli sono inseriti nella parte inferiore del recuperatore, che, allo stesso modo degli ugelli dell'involucro, svolge le funzioni di ingresso e uscita. La parte inferiore del recuperatore è dotata di flange. Le flange del recuperatore sono flange di accoppiamento dell'alloggiamento. Il sistema di tubi di tale dispositivo è inserito nell'alloggiamento. Le griglie sono fissate utilizzando speciali elementi di tenuta e bulloni tra le flange del recuperatore e l'alloggiamento. Ciò consente, se necessario, di riparare senza problemi qualsiasi elemento del dispositivo a fascio tubiero.

Il principio di funzionamento di questo tipo di riscaldatore è il seguente: il mezzo caldo e freddo circola attraverso due canali diversi. Il processo di trasferimento del calore viene eseguito tra le pareti di questi canali.

Tipi di scambiatori di calore a fascio tubiero

Il riscaldatore a fascio tubiero è piuttosto complesso, da un punto di vista strutturale, l'apparato e ha diverse varietà alle quali vale la pena prestare attenzione. A causa delle caratteristiche di progettazione (presenza di un recuperatore), i dispositivi a fascio tubiero sono classificati come tipo rigenerativo.

Scambiatore di calore a fascio tubiero

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono un tipo rigenerativo di dispositivi simili.

Inoltre, a seconda della direzione di movimento dei mezzi di lavoro, i riscaldatori a fascio tubiero sono suddivisi nei seguenti tipi:

  • dirigere-flusso;
  • flusso incrociato;
  • controcorrente.

Il modello a fascio tubiero ha preso il nome dal fatto che i tubi attraverso i quali circola il refrigerante sono collocati all'interno dell'involucro. Vi è una dipendenza della velocità del mezzo di lavoro dal numero di tubi situati nell'involucro. A sua volta, maggiore è la velocità, maggiore è la velocità di trasferimento del calore del dispositivo.

Considera i materiali di base con cui sono realizzati tali riscaldatori:

  • acciaio legato;
  • acciaio inossidabile;
  • acciaio ad alta resistenza.

I tubi di tali dispositivi possono essere realizzati con i seguenti materiali:

  • acciaio;
  • rame;
  • ottone;
  • titanio.

L'uso di tali materiali è associato al fatto che gli scambiatori di calore vengono normalmente utilizzati in condizioni difficili e vengono a contatto con sostanze aggressive che possono causare corrosione.

Scambiatore di calore a fascio tubiero

Gli scambiatori di calore sono realizzati con materiali ad alta resistenza alla corrosione, come titanio o acciaio inossidabile.

Importante! L'acciaio convenzionale non è adatto per uno scambiatore di calore a fascio tubiero perché ha una bassa resistenza alla corrosione.

Anche i modelli a fascio tubiero sono suddivisi in tipi. Oggi ci sono 4 tipi di questi dispositivi:

  • un riscaldatore dotato di un compensatore di temperatura;
  • riscaldatore con tubi statici (fissi);
  • dispositivo con tubi a forma di U e a forma di W;
  • dispositivo a testa flottante.

I riscaldatori a fascio tubiero possono essere posizionati nello spazio orizzontalmente, verticalmente o ad un certo angolo.

Aumento del coefficiente di scambio termico

L'industria non si ferma - aggiornando costantemente gli scambiatori di calore. Il miglioramento delle caratteristiche tecniche si ottiene attraverso l'uso dei seguenti metodi:

  • creazione di flussi turbolenti;
  • l'implementazione di inserti a spirale, grazie ai quali si forma un flusso longitudinale e trasversale attorno ai tubi;
  • produzione di profili e tubi ritorti;
  • l'uso di miscele, che includono liquidi e gas;
  • creando vibrazioni di superfici che sono responsabili del trasferimento di calore;
  • flusso pulsante dell'ambiente di lavoro.

I metodi sopra indicati possono aumentare il coefficiente di trasferimento del calore. È anche comune utilizzare diversi metodi contemporaneamente. Una tale combinazione può aumentare significativamente le caratteristiche operative di un riscaldatore a fascio tubiero di un fattore 2-3. Vale anche la pena notare che alcuni metodi non solo aumentano le velocità di trasferimento del calore, ma possono anche svolgere altre utili funzioni. Ad esempio, i flussi turbolenti impediscono la formazione di depositi di sale sulle pareti interne dei tubi, il che elimina il restringimento del lume dei tubi.

Scambiatore di calore a fascio tubiero

Il miglioramento continuo del design dello scambiatore di calore consente di aumentare il trasferimento di calore e aumentare le caratteristiche operative

Suggerimenti per la selezione dello scambiatore di calore

Il programma di calcolo del riscaldatore a fascio tubiero richiede una chiara dichiarazione dei dati iniziali. Un buon dispositivo di recupero richiede un circuito ben definito. Ci sono diversi punti da considerare quando si sceglie uno scambiatore di calore a fascio tubiero. Queste disposizioni sono molto importanti per i calcoli.

Prima di tutto, vale la pena notare che per i refrigeranti liquidi e gassosi c'è una velocità di circolazione specifica attraverso i tubi. Come accennato in precedenza, maggiore è la velocità, migliore è il trasferimento di calore, rispettivamente. Per fluidi liquidi, la velocità varia da 0,6 a 6 m / s. Per i media gassosi, la velocità può variare da 3 a 30 m / s. Tuttavia, la quantità di energia consumata dipende anche dalla velocità, pertanto, in alcuni casi, la velocità del refrigerante viene sottovalutata per ridurre il consumo di elettricità.

Quando si scelgono i tubi, è necessario prestare attenzione al materiale di cui sono realizzati, nonché al loro diametro. Il materiale dei tubi viene selezionato in base al mezzo di lavoro che circolerà attraverso di essi. Va ricordato: più aggressivo è l'ambiente, più affidabile dovrebbe essere il materiale del tubo.

Importante! Se il sistema verrà pulito con acido, si consiglia di scegliere un tubo in acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile è caratterizzato da elevate proprietà anticorrosive, ha un'eccellente resistenza ai reagenti aggressivi e, inoltre, ha un basso coefficiente di conducibilità termica.

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono dispositivi piuttosto ingombranti, quindi, quando li si sceglie, vale la pena considerare le loro dimensioni, in modo che in futuro non ci siano difficoltà con il loro trasporto e installazione.

Scambiatore di calore a fascio tubiero

I dispositivi di grandi dimensioni hanno un peso significativo, il che aumenta i costi di trasporto

È inoltre necessario tenere conto del fatto che dopo i lavori di installazione, è necessario che vi sia spazio sufficiente davanti al recuperatore per eseguire le riparazioni operative del dispositivo, se necessario. Dovrebbe esserci spazio sufficiente affinché il sistema di tubazioni possa essere rimosso dall'alloggiamento. Lo scambiatore di calore a fascio tubiero deve avere un design che tenga conto del libero accesso non solo agli elementi principali, ma anche ad altri pezzi di ricambio. Ciò è particolarmente vero per i dispositivi di controllo.

Suggerimenti per l'uso dello scambiatore di calore a fascio tubiero

Scambiatori di calore di questo tipo, anche se sono dispositivi piuttosto senza pretese, e prima o poi hanno bisogno di pulizia preventiva o riparazione.

La riparazione dello scambiatore di calore comporta alcune conseguenze: molto spesso si tratta di una diminuzione del coefficiente di trasferimento del calore. La parte più vulnerabile del riscaldatore a fascio tubiero è il tubo. Di norma, sono loro che causano il guasto. Conoscendo questa caratteristica degli scambiatori di calore, gli esperti consigliano di acquistarli con un margine. Inoltre, spesso sorgono problemi quando questi dispositivi sono regolati dalla condensa. Eventuali modifiche comportano deviazioni nell'area di trasferimento del calore. I cambiamenti nell'area di trasferimento del calore sono generalmente non lineari.

Fare un dispositivo del genere con le tue mani è abbastanza difficile e in alcuni casi impossibile. Lo scambiatore di calore a fascio tubiero è un'apparecchiatura molto complessa, la cui produzione richiede una stretta aderenza al processo tecnologico, che comprende molte fasi.