Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes sont conçus à l'aide de paramètres de conception informatique sophistiqués et techniques. Les composants du dispositif comprennent la coque, le couvercle de coque, les tubes, le canal, le couvercle de canal, la plaque tubulaire, les déflecteurs et les buses. Les spécifications et normes des STHE ont été établies par la Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA).
Avant de produire un échangeur de chaleur à calandre et à tubes, les fabricants ont besoin de plusieurs données, telles que les débits, les températures d'entrée et de sortie, la pression, la chute de pression, les facteurs de résistance, les propriétés physiques des substances à traiter, les tailles des conduites et la coque. diamètre. À ces facteurs de base s’ajoutent des exigences plus techniques qui sont utilisées pour déterminer le meilleur processus pour produire l’échangeur de chaleur adapté à l’application.
Coquille
La coque d'un échangeur de chaleur à calandre et à tubes est constituée de tuyaux ou de plaques métalliques soudées utilisant des matériaux capables de résister à des températures extrêmes et à la corrosion. La coque intérieure doit être ronde avec un diamètre constant pour minimiser l'espace entre le bord extérieur du déflecteur et la coque.
Canaux ou têtes
Le type de canal ou de tête dépend de l'utilisation de l'échangeur thermique à calandre et à tubes, les têtes à chapeau étant les plus courantes pour une utilisation dans les applications où la tête ne doit pas être retirée fréquemment. Les canaux de couverture amovibles, nécessaires à la maintenance, sont bridés ou soudés. Lorsqu’un examen fréquent du canal et des tubes est nécessaire, un couvercle de canal amovible est nécessaire.
Tubes
Les tubes d'un échangeur de chaleur à calandre et à tubes sont soudés ou extrudés et fabriqués à partir d'acier au carbone, d'acier inoxydable, de titane, d'Inconel ou de cuivre. Des diamètres de tubes de {{0}},625 pouces (16 mm), 0,75 pouces (19 mm) ou un pouce (25 mm) sont utilisés dans les échangeurs de chaleur compacts. L'épaisseur des tubes est choisie en fonction de la pression, de la température, des contraintes thermiques et de la résistance à la corrosion sur des longueurs de 6 à 24 pieds ou de 2 mètres à 7 mètres. Les tubes plus longs réduisent le diamètre de la coque et entraînent une chute de pression élevée dans la coque.
Feuille tubulaire
La plaque tubulaire est une plaque ou une feuille perforée de trous pour l'insertion de tuyaux ou de tubes et conçue pour supporter les tubes à chaque extrémité de la coque cylindrique. La coque s'étend au-delà des plaques tubulaires et est scellée aux deux extrémités pour former la chambre fermée recouverte par les têtes.
Joint de dilatation
Le but d'un échangeur de chaleur est d'échanger la chaleur d'une substance chaude d'un côté de l'échangeur avec une substance froide de l'autre côté. Pour cette raison, les unités sont souvent soumises à de larges plages de températures.
Les matériaux chauffés s’allongent tandis que les matériaux refroidis se contractent. S'il n'y a aucune marge pour la dilatation et la contraction, les matériaux de l'échangeur pourraient être soumis à des contraintes au point de se rompre. Cela entraîne généralement un flambage des tubes ou un arrachement des plaques tubulaires, mais peut également provoquer un flambage de la coque ou une distorsion des connexions des buses. Tous ces effets secondaires mettent en péril l’intégrité de l’échangeur, rendant potentiellement son fonctionnement dangereux.
C’est là qu’intervient le joint de dilatation. Cet élément flexible est construit pour résister aux changements de température et de pression.
Échangeur de chaleur à calandre et à tubes, avec joint de dilatation, d'Enerquip, LLC
Pas de tube
Le pas du tube est la distance entre le centre d'un tube et le centre d'un tube adjacent. Les tubes sont disposés selon un motif triangulaire ou carré, la configuration carrée étant la plus facile à nettoyer et produisant le moins de turbulences. La disposition à pas carré permet aux vapeurs de monter entre les tubes, un avantage par rapport aux tubes à pas triangulaire et carré tourné.
Chicanes
Les chicanes sont utilisées pour diriger le flux dans les côtés de la calandre et du tube de telle sorte que la vitesse du fluide augmente suffisamment pour atteindre un coefficient de transfert de chaleur élevé et réduire considérablement l'encrassement, c'est-à-dire lorsque des matériaux indésirables se forment sur la surface de transfert de chaleur. L'accumulation d'encrassement augmente la résistance au transfert de chaleur et conduit à de mauvaises performances de l'échangeur de chaleur. Dans les échangeurs de chaleur horizontaux à calandre et à tubes, les déflecteurs soutiennent les tubes et empêchent l'affaissement ou les dommages causés par les vibrations.
Tirants et entretoises
Les tirants et les entretoises sont des supports et des composants structurels conçus pour maintenir les déflecteurs en place ainsi que pour maintenir l'espace entre les déflecteurs. Le nombre de tiges et d'entretoises est déterminé par le nombre de chicanes et le diamètre de la coque. Des tirants sont vissés à la plaque tubulaire et s'étendent sur toute la longueur d'un faisceau jusqu'au dernier déflecteur.