Tube d'échangeur de chaleur haute performance : une solution aux défis de l'efficacité dans le secteur de l'énergie

Spécifications du produit :

Matériau : acier inoxydable, alliage de cuivre, alliage d'aluminium

Type de revêtement de surface : revêtement anticorrosion

Tolérance : ±0,01 mm

Méthode de traitement : fraisage, soudage, traitement thermique

Contrôle de la qualité : Contrôle par rayons X, contrôle par ultrasons, test de pression

1. Principe structurel de l'échangeur de chaleur tubulaire
L'échangeur de chaleur tubulaire se compose d'une enveloppe, d'un faisceau de tubes de transfert de chaleur, d'une plaque tubulaire, d'une chicane et d'une boîte à tubes. L'enveloppe est généralement cylindrique, avec un faisceau de tubes à l'intérieur, et les deux extrémités du faisceau de tubes sont fixées sur la plaque tubulaire. Les fluides chauds et froids pour l'échange de chaleur, dont l'un circule dans le tube, sont appelés fluides côté tube ; l'autre circule à l'extérieur du tube, est appelé fluide côté calandre. Afin d'améliorer le coefficient de transfert de chaleur du fluide à l'extérieur du tube, plusieurs chicanes sont généralement installées dans l'enveloppe. La chicane peut augmenter la vitesse du fluide côté calandre, forçant le fluide à passer plusieurs fois à travers le faisceau de tubes le long d'un itinéraire spécifique, et augmentant la turbulence du fluide. Les tubes d'échange thermique peuvent être disposés en triangle équilatéral ou en carré sur la plaque tubulaire. Le triangle équilatéral est compact, la turbulence du fluide à l'extérieur du tube est élevée et le coefficient de transfert de chaleur est important. La disposition en carré facilite le nettoyage à l'extérieur du tube et convient aux fluides susceptibles de s'entartrer.
2. Avantages des échangeurs de chaleur tubulaires
L'échangeur de chaleur tubulaire est facile à fabriquer, a un faible coût de production, une large gamme de choix de matériaux, est facile à nettoyer, a une forte capacité d'adaptation, une grande capacité de traitement, un fonctionnement fiable et peut s'adapter à des températures et des pressions élevées. Bien qu'il ne puisse être comparé aux échangeurs de chaleur à plaques et à ailettes en termes de structure compacte, de transfert de chaleur léger et de consommation unitaire de métal, il occupe toujours une position de premier plan dans les applications des industries chimiques, pétrolières et énergétiques en raison des avantages susmentionnés.
3. Principes de sélection de la tête d'un échangeur de chaleur tubulaire : 1. si le côté de l'enveloppe doit être nettoyé ; 2. si le faisceau de tubes doit être déplacé ; 3. si la dilatation thermique doit être prise en compte ; Type de tête avant : a, b, c, d, n Type de tête arrière : l, m, n, p, s, t, w Les têtes arrière sont divisées en type fixe, type flottant et tube en U. Par rapport au type fixe, le type flottant a un coût plus élevé, un diamètre d'enveloppe plus grand et un effet d'échange de chaleur plus faible (en raison des fuites C). Par rapport au type fixe, le type à tête flottante a un coût plus élevé, un diamètre d'enveloppe plus grand et un effet d'échange de chaleur plus faible (en raison de la fuite C). Son avantage réside dans le fait qu'une extrémité a la liberté de traiter les problèmes de dilatation thermique.

Auteur : Académie Baolan
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Source : Zhihu
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1. Comment sont classés les équipements d'échange de chaleur ?
Réponse : Selon le "Equipment Classification Catalog of Petrochemical Corporation", il peut être divisé en plusieurs catégories :
(1) Échangeur de chaleur à calandre et à tubes
(2) Échangeur de chaleur à tubes
(3) Échangeur de chaleur à immersion d'eau
(4) Échangeur de chaleur à pulvérisation
(5) Échangeur de chaleur rotatif (serpentin)
(6) Échangeur de chaleur à plaques
(7) Échangeur de chaleur à plaques
(8) Échangeur de chaleur à tubes et ailettes
(9) Chaudière à chaleur perdue
(10) Autres
2. Comment l'échangeur de chaleur transfère-t-il la chaleur ?
Réponse : Dans l'échangeur de chaleur à paroi le plus courant, les principales méthodes de transfert de chaleur sont la conduction et la convection. Le fluide chaud transfère d'abord la chaleur à un côté de la paroi du tube par convection, puis transfère la chaleur d'un côté de la paroi du tube à l'autre côté par conduction, et enfin l'autre côté de la paroi du tube transfère la chaleur au fluide froid par convection, complétant ainsi le processus de transfert de chaleur de l'échangeur de chaleur.
3. Quel est l'effet du débit du fluide sur l'effet d'échange de chaleur ?
Réponse : Plus le débit du fluide dans l'échangeur de chaleur est important, plus son coefficient de transfert de chaleur est élevé. Par conséquent, l'augmentation du débit du fluide dans l'échangeur de chaleur peut grandement améliorer l'effet de l'échange de chaleur, mais l'impact négatif de l'augmentation du débit est qu'il augmente la chute de pression à travers l'échangeur de chaleur et augmente la consommation d'énergie de la pompe, il doit donc y avoir une certaine plage appropriée.
4. Quel est l'effet de la structure de la surface du tube d'échange thermique sur l'effet d'échange thermique ?
Réponse : L'utilisation de structures de surface de tubes d'échange thermique spécialement conçues, telles que les tubes à ailettes, les tubes à tête de clou, les tubes filetés, etc., permet d'une part d'augmenter la zone de transfert de chaleur, et d'autre part, la turbulence de la surface spéciale augmente considérablement la turbulence du fluide à l'extérieur du tube. Ces deux aspects peuvent améliorer l'effet d'échange thermique global de l'échangeur de chaleur, de sorte que ces structures de surface sont plus performantes que la surface nue du tube.
5. Quelles sont les méthodes couramment utilisées pour détartrer la surface des tubes d'échange thermique ?
Réponse : Les méthodes courantes de détartrage de la surface des tubes d'échange thermique sont les suivantes :
Détartrage mécanique : détartrage manuel avec des burins en acier, détartrage avec de l'eau sous pression
Détartrage chimique
6. Quelles sont les méthodes permettant d'éviter l'entartrage de la surface des tubes d'échange de chaleur ?
Réponse : (1) Placage nickel-phosphore
(2) Revêtement chimique, 847 revêtement
7. Quelles sont les méthodes courantes pour améliorer le transfert de chaleur dans les équipements d'échange thermique ?
Réponse : Les principales méthodes pour améliorer le transfert de chaleur dans les équipements d'échange de chaleur
La première consiste à utiliser une structure qui augmente la surface de transfert de chaleur, telle que
1) Utilisation de tubes à ailettes, de tubes à tête de clou, de tubes filetés, de soufflets, etc.
2) Traitement mécanique de la surface du tube : tubes à anneau en spirale, tubes à rainure en spirale, tubes filetés, etc.
3) L'utilisation de tubes de petit diamètre permet d'augmenter le nombre de tubes sur la même surface de plaque tubulaire et d'accroître la surface de transfert de chaleur.
La seconde consiste à augmenter le débit du fluide dans l'échangeur de chaleur, ce qui permet d'améliorer considérablement son coefficient de transfert de chaleur :
1) L'ajout de spoilers, comme l'insertion de bandes en spirale dans le tube, la mise en place de déflecteurs et de faux tubes à l'extérieur du tube, etc.
2) Augmentation du nombre de passages de tubes ou de coquilles
En outre, l'utilisation de matériaux ayant une bonne conductivité thermique pour fabriquer les échangeurs de chaleur, l'adoption de mesures anticorrosion et antitartre pour les échangeurs de chaleur et le nettoyage en temps utile des dépôts sont autant de moyens d'améliorer l'effet de transfert de chaleur.
8. Lors de la révision d'un échangeur de chaleur à calandre, quelles sont les exigences relatives au nombre de tubes bloqués ?
Réponse : La corrosion et la perforation des tubes individuels dans le faisceau de tubes peuvent être bloquées à l'aide d'un piston en métal traité avec une conicité de 3 à 5°. En général, dans le même passage de tubes, le nombre de tubes bloqués ne dépasse pas 10% du nombre total de tubes, mais il peut être augmenté de manière appropriée en fonction des exigences du processus.
9. Pourquoi les joints des deux côtés de la plaque tubulaire doivent-ils être fabriqués dans le même matériau ?
Réponse : Comme les boulons de fixation de la bride des deux côtés de la plaque tubulaire sont les mêmes, la pression spécifique appliquée aux joints des deux côtés de la plaque tubulaire est la même.
Si des matériaux différents sont choisis pour les joints des deux côtés, il est inévitable que la pression spécifique d'un côté du joint soit insuffisante, ce qui entraîne une défaillance de l'étanchéité, ou que la pression spécifique de l'autre côté du joint soit trop élevée, ce qui entraîne une défaillance de l'étanchéité. Par conséquent, les joints des deux côtés de la plaque tubulaire doivent être fabriqués dans le même matériau.
10. Pourquoi l'échangeur de chaleur de l'eau de refroidissement produit-il du tartre ?
Réponse : Le tartre est formé par la cristallisation des sels dissous dans l'eau et adhère à la paroi du tube de l'échangeur de chaleur. Il se caractérise par sa densité et sa dureté, sa fixation solide et sa difficulté à s'enlever.
Un grand nombre de particules en suspension dans l'eau peuvent devenir des germes de cristaux. D'autres ions d'impuretés, des bactéries, des surfaces métalliques rugueuses, etc. ont un fort effet catalytique sur le processus de cristallisation, réduisant considérablement la sursaturation nécessaire à la cristallisation. Par conséquent, le tartre est facilement produit dans les échangeurs de chaleur de l'eau de refroidissement.
11. Quels sont les principaux composants des échangeurs de chaleur à tête flottante ?
Réponse : Les principaux composants sont les suivants : faisceau de tubes, déflecteur, plaque anticollision, tirant, tube à distance fixe, coque, boîte à tubes, plaque tubulaire, bride d'entrée, bride de sortie, plaque tubulaire flottante, bride de tête flottante, couvercle de tête flottante, anneau de crochet de tête flottante, joint de tête flottante, bride de couvercle de tête externe, bride latérale de couvercle de tête externe, couvercle de tête externe, joint de couvercle de tête externe, évent, drain, bride de boîte à tubes, bride latérale de boîte à tubes, joint de boîte à tubes, joint latéral de boîte à tubes, selle fixe, selle mobile.
12. Quels sont les principaux composants des échangeurs de chaleur à plaques tubulaires fixes ?
Réponse : Les principaux composants sont : le faisceau de tubes, le déflecteur, le tirant, le tube d'écartement, la coque, la boîte à tubes (couvercle supérieur), la plaque tubulaire, la bride d'entrée, la bride de sortie, la bride de la boîte à tubes, le joint de la boîte à tubes, la selle fixe, la selle mobile, le support d'oreille, le joint de dilatation.
13. Quels sont les principaux composants d'un échangeur de chaleur à tube en U ?
Réponse : Les principaux composants sont les suivants : faisceau de tubes en U, déflecteur, plaque anti-impact (tube de guidage intérieur), tirant, tube d'écartement, coque, boîte à tubes, plaque tubulaire, bride d'entrée, bride de sortie, bride de la boîte à tubes, bride latérale de la boîte à tubes, joint de la boîte à tubes, joint latéral de la boîte à tubes, sellette fixe, sellette mobile.
14. Quels sont les principaux composants d'un échangeur de chaleur tubulaire ?
Réponse : Les principaux composants d'un échangeur de chaleur tubulaire sont : le tube intérieur, le tube extérieur et le coude de retour.
15. Quels sont les principaux composants d'un échangeur de chaleur à immersion d'eau ?
Réponse : Les principaux composants d'un échangeur de chaleur à bain d'eau sont : le tuyau d'entrée, le tuyau de sortie, le collecteur, le serpentin, le réservoir d'eau de refroidissement.
16. Quels sont les principaux composants d'un échangeur de chaleur à pulvérisation ?
Réponse : Les principaux composants de l'échangeur de chaleur à pulvérisation sont les suivants : faisceau de tubes, ventilateur, buse d'eau, tuyau d'évacuation, pompe à eau.
17. Quelles sont les caractéristiques d'un échangeur de chaleur à plaques tubulaires fixes, d'un échangeur de chaleur à tubes en U et d'un échangeur de chaleur à tête flottante ?
Réponse : Les caractéristiques de l'échangeur de chaleur à plaques à tubes fixes sont les suivantes : structure compacte, simple, faible coût, le plus grand nombre de tubes dans le même diamètre d'enveloppe, remplacement et maintenance aisés d'un seul tube, nettoyage aisé à l'intérieur du tube, mais nettoyage difficile à l'extérieur du tube, et grande différence de contrainte de température entre le tube et l'enveloppe.
Les caractéristiques de l'échangeur de chaleur à tube en U sont les suivantes : structure simple, pas de problème de stress lié à la différence de température, débit de fluide élevé, faible consommation de métal, adapté aux fluides à haute température et à haute pression, le faisceau de tubes peut être retiré pour faciliter le nettoyage de l'enveloppe et du tube, mais le coude à l'intérieur du tube n'est pas facile à nettoyer, le nombre de tubes sur la plaque tubulaire est faible, l'espacement des tubes est important, il y a un espace au centre du faisceau de tubes, et le fluide à l'extérieur du tube est facile à court-circuiter.
Les caractéristiques de l'échangeur de chaleur à tête flottante sont les suivantes : le faisceau de tubes peut se déplacer librement, il n'y a pas de problème de stress lié à la différence de température, le faisceau de tubes peut être retiré librement et il est facile de nettoyer l'extérieur du tube et du faisceau de tubes, mais la structure de la tête flottante est complexe, le coût est élevé, les exigences d'étanchéité au niveau de la tête flottante sont strictes, et la tête flottante est facile à fuir en cours de fonctionnement et n'est pas facile à vérifier et à trouver.
18. Quelles sont les applications des échangeurs de chaleur à plaques tubulaires fixes ?
Réponse : Les échangeurs de chaleur à plaques tubulaires fixes conviennent aux fluides côté calandre qui sont propres, qui ne s'entartrent pas facilement et dont la différence de température moyenne est relativement faible.
19. Quelles sont les applications des échangeurs de chaleur à tubes en U ?
Réponse : Les échangeurs de chaleur à tube en U conviennent aux situations de haute température et de haute pression avec une grande différence de température entre les parois du tube et de l'enveloppe et un fluide propre dans le tube.
20. Quelles sont les applications des échangeurs de chaleur à tête flottante ?
Réponse : Les échangeurs de chaleur à tête flottante conviennent aux situations où la différence de température entre le tube et la calandre est importante, où le fluide est impur et où les nettoyages sont fréquents.
21. La disposition des échangeurs de chaleur à calandre comprend la disposition triangulaire et la disposition à rotation carrée avec un angle de 45°. Pourquoi ?
Réponse : La disposition triangulaire et la disposition à rotation carrée avec un angle de 45° ont chacune leurs propres avantages et inconvénients. Les avantages de la disposition triangulaire sont la compacité, l'efficacité élevée du transfert de chaleur et le plus grand nombre de tubes sur la même surface de plaque tubulaire, environ 15% de plus que la disposition carrée, mais il n'est pas facile de nettoyer la surface extérieure du tube ; tandis que la disposition carrée avec un angle de 45° est plus pratique pour le nettoyage de la surface extérieure du tube, mais le nombre de tubes est beaucoup moins élevé que la disposition triangulaire.
22. Quels sont les matériaux couramment utilisés pour les tubes des échangeurs de chaleur à calandre ?
Réponse : Les matériaux couramment utilisés pour les tubes sont les suivants : 10#, 20#, 12CrMo, 15CrMo, 0Cr13, 1Cr13, 1Cr5Mo, 0Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9Ti, tube en titane, 410, 321, etc.
23. Dans les échangeurs de chaleur à calandre, pourquoi les diamètres des tubes sont-ils respectivement de φ32, φ25, φ19 et φ16 ?
Réponse : La taille du diamètre du tube affecte directement les performances de l'échangeur de chaleur. Plus le diamètre du tube est petit, plus le coefficient de transfert de chaleur est élevé et plus la surface de transfert de chaleur effective est grande dans le même volume. Cela permet de rendre la structure compacte et d'économiser des matériaux. Cependant, si le diamètre du tube est trop petit, cela aura également des effets négatifs. Pour des fluides ayant le même débit, plus le diamètre du tuyau est petit, plus la résistance à l'écoulement est grande, et la perte de pression augmente en conséquence. En outre, les tuyaux trop fins sont facilement obstrués par la saleté, ce qui rend le nettoyage difficile. C'est pourquoi le diamètre des tuyaux de l'échangeur de chaleur est généralement compris entre 16 et 32 mm.
24. Pourquoi y a-t-il des trous de boulons ronds et longs sur le support de l'échangeur de chaleur ?
Réponse : Les trous de boulon du support fixe sont ronds, de sorte que la coque peut être solidement fixée sur la fondation. Les trous de boulon du support mobile sont longs et ronds, de sorte que la coque puisse être librement dilatée et contractée en cas de changement de température, ce qui permet d'éviter les contraintes importantes et de protéger l'équipement.
25. Quels sont les joints d'échangeur de chaleur couramment utilisés ?
Réponse : Les joints d'échangeur de chaleur les plus couramment utilisés sont les joints en amiante résistant à l'huile, les joints en fer, les joints ondulés et les joints métalliques.
26. A quoi faut-il faire attention lors du choix des petits boulons à tête flottante pour les échangeurs de chaleur à tête flottante ?
(1) Longueur
(2) Corrosion sous contrainte par H2S humide
(3) Température
27. Quelle est la fonction du déflecteur (tige de déflecteur) dans l'échangeur de chaleur à calandre ?
R : Le déflecteur (tige de déflecteur) dans l'échangeur de chaleur peut changer la direction du flux du fluide du côté de l'enveloppe, augmenter le débit du fluide du côté de l'enveloppe, augmenter la turbulence du fluide, améliorer l'efficacité du transfert de chaleur et soutenir le faisceau de tubes.
28. Pourquoi y a-t-il des tubes à une passe, à deux passes, à quatre passes, à six passes et à huit passes dans l'échangeur de chaleur à calandre ?
R : Lorsque le nombre total de tubes dans l'échangeur de chaleur est identique, l'augmentation du nombre de passages de tubes peut accroître le débit dans chaque passage de tube, augmentant ainsi le coefficient de transfert de chaleur et réduisant la zone de transfert de chaleur requise. Cependant, cela augmente également la perte de charge et empêche le fluide d'échanger complètement la chaleur à contre-courant, ce qui complique la structure de l'échangeur de chaleur. Par conséquent, le nombre de passages de tubes généralement utilisé n'est pas inférieur à 2 ni supérieur à 8, et le nombre spécifique doit être choisi en fonction des exigences réelles du processus.
29. Quelles sont les causes des fuites internes dans les échangeurs de chaleur à calandre ?
Réponse : Les raisons suivantes peuvent être à l'origine d'une fuite interne dans l'échangeur de chaleur :
Corrosion, perforation ou rupture du tube d'échange thermique
Corrosion et amincissement de l'embouchure du tube provoquant des fuites
Desserrage du joint de dilatation entre le tube d'échange thermique et la plaque tubulaire
Fissures, pores ou perforations dues à la corrosion au point de soudure entre le tube d'échange thermique et la plaque tubulaire
Desserrage ou rupture du petit boulon à tête flottante
Détérioration du petit joint de tête flottant
Endommagement du joint de la petite tête flottante ou de la feuille du tube flottant
30. Pourquoi faut-il tester la pression de l'eau après la révision de l'échangeur de chaleur ?
Réponse : L'objectif du test de pression de l'eau après la révision de l'échangeur de chaleur est de vérifier si l'échangeur de chaleur peut supporter en toute sécurité la pression de conception (c'est-à-dire la résistance à la pression), l'étanchéité, la qualité de l'interface ou du joint, la qualité de la soudure et l'étanchéité de la structure de scellement. En outre, la déformation résiduelle des soudures du matériau de base du conteneur et du pipeline après la pression peut être observée afin de découvrir rapidement les problèmes liés au matériau.
31. Pourquoi certains échangeurs de chaleur à calandre sont-ils installés verticalement et d'autres horizontalement ?
Réponse : Certains échangeurs de chaleur à calandre sont verticaux et d'autres horizontaux. Les principales considérations sont les suivantes :
①Les exigences du processus de production : Par exemple, certains rebouilleurs exigent un niveau de liquide moyen d'une certaine hauteur. Si un échangeur de chaleur horizontal est utilisé, l'exigence de hauteur du niveau de liquide ne peut pas être respectée, et un échangeur de chaleur vertical doit donc être sélectionné ;
②Grande échelle : Si une unité de traitement nécessite une zone d'échange de chaleur de plusieurs milliers de mètres carrés, si un échangeur de chaleur horizontal avec une longueur de tube de chaleur de 6 mètres est sélectionné, plusieurs échangeurs de chaleur peuvent être nécessaires, ce qui occupe une grande surface et n'est pas propice à une disposition spatiale efficace de l'appareil. Si l'on choisit un échangeur de chaleur vertical avec une longueur de tube d'échange de chaleur de 12 mètres, une seule unité peut résoudre le problème ;
③Réduire la perte de charge : Certains processus de production exigent de minimiser la perte de charge dans le processus de transport du fluide. Choisissez un échangeur de chaleur vertical et disposez-le en parallèle avec la tour pour raccourcir la conduite de raccordement à la tour et réduire la perte de charge.
32. Pourquoi certains endroits choisissent-ils des échangeurs de chaleur à calandre et des échangeurs de chaleur à immersion dans l'eau, alors que d'autres choisissent des échangeurs de chaleur à calandre ?
R : À l'heure actuelle, les équipements d'échange de chaleur choisis par les raffineries de pétrole et les équipements de production chimique sont principalement des échangeurs de chaleur à faisceau tubulaire, mais dans certains équipements de production, on trouve encore un petit nombre d'échangeurs de chaleur à faisceau tubulaire et d'échangeurs de chaleur à immersion dans l'eau. Bien que l'échangeur de chaleur tubulaire ait une structure compacte et une grande efficacité d'échange de chaleur, il est facile de le bloquer s'il est utilisé pour des milieux contenant des particules solides en raison de la petite taille des tubes d'échange de chaleur. Par conséquent, dans les endroits où le milieu contient des particules solides, les échangeurs de chaleur à tubes et à calandre ou les échangeurs de chaleur à immersion dans l'eau sont généralement choisis.

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