Ang Pinakalawak na Ginagamit na Heat Exchanger: Shell at Tube Heat Exchanger

Panimula

Mga palitan ng init ay mga mahahalagang bahagi sa maraming prosesong pang-industriya at komersyal, na nagpapahintulot sa init na lumipat mula sa isang daluyan patungo sa isa pa nang walang direktang kontak. Kabilang sa maraming uri na magagamit — kabilang ang plate, finned tube, spiral, at double-pipe heat exchanger — ang shell at tube heat exchanger (STHE) ay namumukod-tangi bilang ang pinakamalawak na ginagamit sa buong mundo. Ang versatility, tibay, at kahusayan nito ay ginagawa itong pundasyon ng thermal management sa mga sektor gaya ng power generation, langis at gas, HVAC, pagproseso ng kemikal, at higit pa.

Ano ang Shell at Tube Heat Exchanger?

Ang Shell at Tube Heat Exchanger ay binubuo ng isang serye ng mga tubo na nakapaloob sa loob ng isang cylindrical shell. Ang isang likido ay dumadaloy sa mga tubo, habang ang isa pang likido ay dumadaloy sa mga tubo (sa loob ng shell) upang makipagpalitan ng init. Tinitiyak ng hindi direktang kontak na ito ang thermal transfer nang walang paghahalo ng likido.

Pangunahing Istruktura:
Mga tubo: Karaniwang nakaayos sa mga bundle at maaaring tuwid o U-shaped.

Shell: Isang cylindrical na sisidlan na nakapalibot sa mga tubo, na naglalaman ng pangalawang likido.

Mga Tube Sheet: Mga plato na humahawak sa mga tubo sa posisyon at naghihiwalay ng mga likido.

Mga Baffle: Gabayan ang shell-side fluid upang mapataas ang turbulence at heat transfer.

Mga Head o End Caps: Idirekta ang likido sa loob at labas ng mga tubo.

Prinsipyo sa Paggawa

Ang pangunahing prinsipyo ng pagtatrabaho ng isang shell at tube heat exchanger ay convection-based na heat transfer sa pagitan ng dalawang likido sa magkaibang temperatura. Ang init ay dumadaloy mula sa mas mainit patungo sa mas malamig na likido sa dingding ng tubo.

Mayroong tatlong pangunahing configuration ng daloy:

Parallel Flow - Ang parehong mga likido ay gumagalaw sa parehong direksyon.

Counterflow – Ang mga likido ay gumagalaw sa magkasalungat na direksyon para sa mas mataas na kahusayan.

Crossflow - Ang mga likido ay dumadaloy nang patayo sa bawat isa.

Mga Variant ng Disenyo

Upang umangkop sa iba't ibang mga aplikasyon, ang mga shell at tube heat exchanger ay idinisenyo sa iba't ibang mga configuration:

One-pass o Multi-pass (ang likido ay gumagawa ng isa o maramihang pagpasa sa mga tubo)

Nakapirming Tube Sheet – Simple at matipid; limitado sa mababang thermal expansion.

Lumulutang Ulo o U-tube – Tumatanggap ng thermal expansion; mas madaling paglilinis at pagpapanatili.

Mga Pamantayan ng TEMA – Ang Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA) ay nag-standardize ng mga STHE sa mga klase (R, C, B) para sa refinery, komersyal, at paggamit ng kemikal.

Bakit Ito ang Pinakamalawak na Ginagamit?

1. Kagalingan sa maraming bagay
Ang mga shell at tube exchanger ay kayang humawak ng malawak na hanay ng temperatura (hanggang 1000°C) at pressures (hanggang 500 bar). Nako-customize ang mga ito para sa maraming kinakailangan sa proseso, mga likido, at mga kapaligiran sa pag-install.

2. Matibay at Maaasahan
Binuo gamit ang matitibay na materyales gaya ng hindi kinakalawang na asero, titanium, o Inconel, ang mga exchanger na ito ay angkop para sa mga kinakaing unti-unti at mataas na stress na kapaligiran. Mayroon silang mahabang buhay sa pagpapatakbo na may wastong pagpapanatili.

3. Scalability
Available ang mga ito sa isang malawak na hanay ng mga sukat — mula sa maliliit na yunit para sa mga laboratoryo hanggang sa napakalaking mga pang-industriyang instalasyon.

4. Dali ng Pagpapanatili
Ang mga modelo tulad ng U-tube o floating head na mga disenyo ay nagbibigay-daan sa paglilinis at pagpapalit ng tubo nang hindi binabaklas ang buong system.

5. Thermal Efficiency
Sa naaangkop na disenyo (hal., mga baffle, maraming pass), makakamit ng mga STHE ang napakahusay na paglipat ng init, lalo na sa mga pagsasaayos ng counterflow.

Mga Karaniwang Aplikasyon

1. Industriya ng Langis at Gas
Mga pampalamig na pampalamig at hydraulic fluid

Pagbawi ng init mula sa mga flue gas

Pagkondensasyon ng singaw at singaw

2. Power Generation
Mga pampainit ng feedwater

Mga steam condenser sa mga thermal power plant

3. Pagproseso ng Kemikal
Pagkontrol sa temperatura ng mga reaktor

Pagpainit at paglamig ng produkto

4. HVAC at Refrigeration
Mga sistema ng pinalamig na tubig

Mga condenser at evaporator

5. Marine at Aerospace
Mga sistema ng paglamig ng makina

Pagbawi ng init ng basura

Mga Materyales ng Konstruksyon
Ang pagpili ng materyal ay kritikal at depende sa temperatura, presyon, at paglaban sa kaagnasan:

Carbon Steel – Karaniwan para sa mga murang aplikasyon.

Hindi kinakalawang na asero - Mataas na paglaban sa kaagnasan.

Copper Alloys - Napakahusay na thermal conductivity.

Titanium – Ginagamit para sa tubig-dagat o mga likidong lubhang kinakaing unti-unti.

Nickel Alloys (Inconel, Hastelloy) – Para sa matinding kapaligiran.