High-Performance Heat Exchanger Tube Solution to Efficiency Challenges in the Energy Sector - CHINA MACHINERY ENGINEERING WUXI CO.,LTD.

製品仕様

材質：ステンレス鋼、銅合金、アルミニウム合金

表面コーティングの種類: 防錆コーティング

公差範囲：±0.01mm

加工方法：フライス加工、溶接、熱処理

品質検査：X線検査、超音波検査、圧力検査

1.管状熱交換器の構造原理
管状熱交換器は、シェル、伝熱管束、チューブシート、バッフル(baffle)、チューブボックスから構成される。シェルはほとんどが円筒形で、内部に伝熱管束があり、伝熱管束の両端はチューブシートに固定されている。熱交換用の高温流体と低温流体は、一方がチューブ内を流れ、チューブ側流体と呼ばれ、もう一方はチューブの外側を流れ、シェル側流体と呼ばれる。管外流体の熱伝達率を向上させるため、通常、シェル内に複数のバッフルが設置される。バッフルは、シェル側流体の流速を上げ、流体を所定の経路でチューブ束を複数回通過させ、流体の乱流を高めることができる。熱交換チューブは、チューブシート上に正三角形または正方形に配置することができる。正三角形はコンパクトに配置でき、チューブ外の流体の乱流が大きく、熱伝達率が大きい。正方形配置は、チューブ外の洗浄に便利で、スケーリングしやすい流体に適している。
2.管状熱交換器の利点
チューブラー式熱交換器は、製造が容易で、製造コストが低く、材料選択の幅が広く、洗浄が容易で、適応性が強く、処理能力が大きく、運転が確実で、高温・高圧に適応できる。コンパクトな構造、軽い熱伝達、単位金属消費量の点で、プレート式やプレートフィン式の熱交換器とは比較にならないが、前述の利点により、化学、石油、エネルギー産業での用途で主導的な地位を占めている。
3.チューブラー式熱交換器のヘッド選択の原則：1.シェル側を洗浄する必要があるかどうか、2.チューブ束を移動する必要があるかどうか、3.熱膨張を考慮する必要があるかどうか、フロントエンドタイプ：a、b、c、d、n リアヘッドタイプ：l、m、n、p、s、t、w リアヘッドは固定式、フローティングヘッド式、U字管式に分けられる。固定式に比べ、フローティングヘッド式はコストが高く、シェル径が大きく、熱交換効果（漏れCによる）が低い。その利点は、一端が熱膨張の問題に自由に対処できることである。

著者バオラン・アカデミー
リンク：https://zhuanlan.zhihu.com/p/694081093
ソースジフー
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1.熱交換器はどのように分類されますか？
回答石油化学公団設備分類目録」によると、次のように分けられる：
(1) シェル＆チューブ式熱交換器
(2) チューブ式熱交換器
(3) 水浸式熱交換器
(4) スプレー熱交換器
(5) ロータリー（コイル）熱交換器
(6) プレート式熱交換器
(7) プレートフィン式熱交換器
(8) チューブフィン熱交換器
(9) 廃熱ボイラー
(10）その他
2.熱交換器はどのように熱を伝えるのか？
回答最も一般的な壁式熱交換器では、主な熱伝達方法は伝導と対流です。まず高温の流体が対流によって管壁の片側に熱を伝え、次に伝導によって管壁の片側から反対側に熱を伝え、最後に管壁の反対側が対流によって低温の流体に熱を伝え、熱交換器の伝熱プロセスが完了します。
3.熱交換効果に対する媒体流量の影響は？
答え熱交換器内の媒体の流量が多いほど、その熱伝達率は大きくなります。従って、熱交換器内の媒体の流量を増加させれば、熱交換効果を大幅に向上させることができますが、流量を増加させることの弊害は、熱交換器を通過する圧力損失が増加し、ポンプのエネルギー消費量が増加することであり、一定の適切な範囲が必要です。
4.熱交換チューブの表面構造が熱交換効果に及ぼす影響は？
回答フィン付きチューブ、ネイルヘッドチューブ、スレッドチューブなど、特別に設計された熱交換チューブ表面構造の使用は、一方では伝熱面積を増加させ、他方では、特別な表面の乱流はチューブ外の流体の乱流を大幅に増加させます。どちらの面も熱交換器の全体的な熱交換効果を向上させることができるので、これらの表面構造は裸のチューブ表面の性能よりも優れている。
5.熱交換チューブの表面をスケール除去する一般的な方法は何ですか？
回答熱交換チューブの表面をスケール除去する一般的な方法は以下の通りです：
機械的スケール除去：鋼製ノミによる手動スケール除去、加圧水によるスケール除去
化学スケール除去
6.熱交換チューブの表面のスケールを防ぐには、どのような方法がありますか？
答え：(1) ニッケル-リンめっき
(2) ケミカルコーティング、847
7.熱交換器における熱伝達を促進する一般的な方法とは？
回答熱交換器の熱伝達を促進する主な方法
一つ目は、熱伝達面を増やすような構造を使うことである。
1) フィンチューブ、ネイルヘッドチューブ、スレッドチューブ、ベローズなどを使用する。
2) 管表面の機械加工：スパイラルリング管、スパイラル溝管、ねじ管など。
3) 小口径チューブを使用することで、同じチューブシート面積のチューブ数を増やし、伝熱面積を増やすことができる。
第二は、熱交換器内の流体の流量を増やすことで、熱伝達率を大幅に向上させることができる：
1) スパイラルストリップをチューブ内に挿入する、バッフルやダミーチューブをチューブ外に設置する、などのスポイラーを追加する。
2) チューブ・パスまたはシェル・パスの回数を増やす
さらに、熱伝導率の良い材料を使用して熱交換器を製造すること、熱交換器の防錆・スケーリング対策を講じること、スケールを適時に洗浄することなども、伝熱効果を向上させるための手段である。
8.シェルアンドチューブ式熱交換器をオーバーホールする場合、閉塞管の本数にはどのような要件がありますか？
回答チューブバンドル内の個々のチューブの腐食や穿孔は、3～5°のテーパーを持つ加工金属プランジャーでブロックすることができます。一般に、同じチューブパスにおいて、ブロックされるチューブの数は、チューブ総数の10%を超えることはありませんが、プロセスの要求に応じて適切に増やすことができます。
9.なぜチューブシートの両側のガスケットは同じ材質でなければならないのですか？
回答チューブシートの両側のフランジ固定ボルトは同じボルトなので、チューブシートの両側のガスケットにかかる比圧は同じです。
両面のガスケットに異なる材質を選択した場合、ガスケットの片面の比圧が不足してシール不良を起こしたり、ガスケットのもう片面の比圧が大きすぎてシール不良を起こしたりすることは避けられない。したがって、チューブシートの両側のガスケットは同じ材質でなければならない。
10.冷却水熱交換器にスケールが発生するのはなぜですか？
回答スケールは、水中の溶存塩が結晶化することで形成され、熱交換器のチューブ壁面に付着する。緻密で硬く、強固に付着し、除去しにくいのが特徴です。
水中の多くの浮遊粒子が結晶の種になることができる。その他の不純物イオン、バクテリア、粗い金属表面などは、晶析プロセスに強い触媒作用を及ぼし、晶析に必要な過飽和度を大幅に低下させる。そのため、冷却水熱交換器ではスケールが発生しやすい。
11.フローティングヘッド式熱交換器の主な構成部品は何ですか？
答え管束、バッフル、衝突防止板、タイロッド、固定距離管、シェル、管箱、管シート、入口フランジ、出口フランジ、フローティング管シート、フローティングヘッドフランジ、フローティングヘッドカバー、フローティングヘッドフックリング、フローティングヘッドガスケット、外側ヘッドカバーフランジ、外側ヘッドカバーサイドフランジ、外側ヘッドカバー、外側ヘッドカバーガスケット、ベント、ドレン、管箱フランジ、管箱サイドフランジ、管箱ガスケット、管箱サイドガスケット、固定サドル、可動サドル。
12.固定管式シート熱交換器の主な構成部品は何ですか？
回答チューブバンドル、バッフル、タイロッド、ディスタンスチューブ、シェル、チューブボックス（トップカバー）、チューブシート、インレットフランジ、アウトレットフランジ、チューブボックスフランジ、チューブボックスガスケット、固定サドル、可動サドル、イヤーサポート、エキスパンションジョイント。
13.U字管式熱交換器の主な構成部品を教えてください。
答え主な構成部品は以下の通り：U字管束、バッフル、衝撃防止板（内側ガイド管）、タイロッド、ディスタンスチューブ、シェル、チューブボックス、チューブシート、入口フランジ、出口フランジ、チューブボックスフランジ、チューブボックスサイドフランジ、チューブボックスガスケット、チューブボックスサイドガスケット、固定サドル、可動サドル。
14.シェル＆チューブ式熱交換器の主な構成部品は？
回答シェルアンドチューブ式熱交換器の主な構成部品は、内管、外管、リターンエルボです。
15.水浸式熱交換器の主な構成部品は何ですか？
回答水浸式熱交換器の主な構成部品は、入口パイプ、出口パイプ、マニホールド、コイル、冷却水タンクです。
16.スプレー式熱交換器の主な構成部品を教えてください。
回答スプレー熱交換器の主なコンポーネントは、チューブバンドル、ファン、水ノズル、ドレインパイプ、水ポンプです。
17.固定管式シート熱交換器、U字管式熱交換器、フローティングヘッド式熱交換器の特徴は？
回答固定された管のシート熱交換器の特徴は密集した構造、簡単、安価、同じ貝の直径の管の最も大きい数、便利な単一の管の取り替えおよび維持、管の中の便利なクリーニング、しかし困難な管の外のクリーニング、および管と貝間の大きい温度差の圧力である。
U字管式熱交換器の特徴は、構造が簡単、温度差応力問題がない、流体流量が多い、金属消費量が少ない、高温・高圧流体に適している、管束を引き出してシェル・チューブの洗浄を容易にできるが、管内のエルボは洗浄しにくい、管シート上の管数が少ない、管間隔が大きい、管束の中央に隙間がある、管外の流体が短絡しやすい、などである。
フローティングヘッド式熱交換器の特徴は、管束が自由に動くことができ、温度差応力の問題がなく、管束を自由に引き抜くことができ、管外と管束の洗浄が容易であるが、フローティングヘッドの構造が複雑で、コストが高く、フローティングヘッドのシール要求が厳しく、運転中にフローティングヘッドが漏れやすく、チェックと発見が容易でない。
18.固定式チューブシート熱交換器はどこに適していますか？
回答固定管式シート熱交換器は、シェル側の媒体がきれいで、スケールがつきにくく、中温の温度差が比較的小さい場合に適しています。
19.U字管式熱交換器はどこに適していますか？
回答U字管式熱交換器は、管壁とシェル壁の温度差が大きく、管内の媒体が清浄な高温・高圧の場合に適しています。
20.フローティングヘッド式熱交換器はどこに適していますか？
回答フローティングヘッド熱交換器は、チューブとシェルの温度差が大きく、媒体が不潔で、頻繁に洗浄する場合に適しています。
21.シェル＆チューブ式熱交換器の配置には、三角形配置と正方形回転45°角度配置がある。なぜですか？
答え三角形配列と正方形回転45°配列にはそれぞれ長所と短所があります。三角形配列の利点は、コンパクトで伝熱効率が高く、同じチューブシート面積でチューブの本数が最も多く、正方形配列より約15%多いことですが、チューブの外面を清掃するのが容易ではありません。一方、45°角度の正方形配列は、チューブの外面を清掃するのに便利ですが、チューブの本数は三角形配列よりはるかに少なくなります。
22.シェル＆チューブ式熱交換器のチューブによく使われる材料は何ですか？
答え一般的に使用される管材は以下の通りです：10#、20#、12CrMo、15CrMo、0Cr13、1Cr13、1Cr5Mo、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti、チタン管、410、321などです。
23.シェル＆チューブ式熱交換器において、チューブ径がそれぞれφ32、φ25、φ19、φ16に選ばれているのはなぜですか？
回答チューブ径は熱交換器の性能に直接影響します。チューブ径が小さいほど伝熱係数が大きくなり、同じ体積での有効伝熱面積が大きくなります。これにより構造をコンパクトにでき、材料を節約できる。しかし、管径が小さすぎると弊害も生じる。同じ流量の流体の場合、パイプ径が小さいほど流動時の抵抗が大きくなり、それに伴って圧力損失も大きくなる。また、細すぎるパイプは汚れが詰まりやすく、洗浄が困難になる。そのため、熱交換器のパイプ径は16mmから32mmが一般的である。
24.熱交換器サポートに丸いボルト穴と長い丸いボルト穴があるのはなぜですか？
回答固定サポートのボルト穴は丸いので、シェルは土台にしっかりと固定できます。可動支持部のボルト穴は長くて丸いので、温度変化でシェルが自由に伸縮でき、大きな応力を避けて装置を保護できる。
25.一般的に使用されている熱交換器のガスケットは何ですか？
回答一般的に使用されている熱交換器のガスケットには、耐油性の石綿パッド、鉄被覆パッド、波形パッド、金属パッドなどがあります。
26.フローティングヘッド熱交換器用の小型フローティングヘッドボルトを選定する際に注意すべき点は？
(1) 長さ
(2) 湿潤H2S応力腐食
(3) 温度
27.シェル＆チューブ式熱交換器におけるバッフルプレート（バッフルロッド）の機能は何ですか？
A: 熱交換器のバッフル版（バッフル棒）は貝の側面の液体の流れ方向を変え、貝の側面の液体の流動度を高め、媒体の乱れを高め、熱伝達効率を改善し、そして管の束を支えることができます。
28.シェル＆チューブ式熱交換器には、なぜ1パス、2パス、4パス、6パス、8パスのチューブがあるのですか？
A: 熱交換器のチューブ総数が同じ場合、チューブパス数を増やせば、各チューブパスの流量を増やすことができ、伝熱係数を高め、必要伝熱面積を小さくすることができます。しかし、圧力損失も大きくなり、流体が向流で十分に熱交換できなくなり、熱交換器の構造が複雑になる。したがって、一般的に使用されるチューブパスの数は2以上8以下であり、具体的な数は実際のプロセスの要求に応じて選択されるべきである。
29.シェル＆チューブ式熱交換器の内部リークの原因は？
回答熱交換器の内部リークの原因として、以下の理由が考えられます：
熱交換チューブの腐食穿孔または破損
チューブ口部の腐食と菲薄化により漏れが生じる。
熱交換チューブとチューブシートの間の伸縮継手の緩み
熱交換チューブとチューブシートの溶接部に亀裂、気孔、腐食穿孔がある。
小さなフローティングヘッドボルトの緩みや破損
小型フローティングヘッドガスケットの損傷
小型フローティング・ヘッドまたはフローティング・チューブ・シート・シールの損傷
30.熱交換器をオーバーホールした後、なぜ水圧テストが必要なのですか？
回答熱交換器のオーバーホール後に水圧試験を行う目的は、熱交換器が設計圧力に安全に耐える能力（耐圧性）を持っているか、気密性、界面や接合部の品質、溶接品質、シール構造の気密性などを確認するためです。また、加圧後の容器やパイプラインの母材溶接部の残留変形を観察することで、材料の問題をいち早く発見することができる。
31.なぜシェルアンドチューブ式熱交換器には縦置きと横置きがあるのですか？
答えシェルアンドチューブ式熱交換器には縦型と横型があります。主な注意点は以下の通りです：
生産プロセス要件：例えば、一部のリボイラーでは、一定の中液面高さが要求される。横型熱交換器を使用した場合、液面高さの要求を満たすことができないため、縦型熱交換器を選択しなければならない；
大規模：数千平方メートルの熱交換面積を必要とするプロセス装置の場合、ヒートパイプの長さが6メートルの水平型熱交換器を選択すると、複数の熱交換器が必要になる可能性があり、占有面積が大きく、装置の効果的な空間レイアウトにつながらない。熱交換管の長さが12メートルの縦型熱交換器を選択すれば、1台で問題を解決できる；
圧力損失の低減：生産工程によっては、媒体輸送工程での圧力損失を最小限に抑える必要がある。縦型熱交換器を選択し、タワーと並列に配置することで、タワーとの接続パイプラインを短縮し、圧力損失を低減します。
32.シェルアンドチューブ式熱交換器や水浸式熱交換器を選ぶところと、シェルアンドチューブ式熱交換器を選ぶところがあるのはなぜですか？
A：現在、石油精製・化学製造装置で選択される熱交換器はシェルアンドチューブ式熱交換器が主流ですが、一部の製造装置ではシェルアンドチューブ式熱交換器や水浸式熱交換器がまだ少数存在しています。シェルアンドチューブ式熱交換器はコンパクトな構造で熱交換効率が高いが、熱交換管が細いため、固体粒子を含む媒体に使用すると閉塞を起こしやすい。そのため、固体粒子を含む媒体には、一般にシェルアンドチューブ式熱交換器や水浸式熱交換器が選択される。