シェルアンドチューブ熱交換器は、2 つの流体間の効率的な熱伝達のためにさまざまな業界で広く使用されています。さまざまな構成があり、水平方向と垂直方向が最も一般的です。シェルチューブ熱交換器のサプライヤーとして、これら 2 つのタイプの違いを理解することは、お客様に適切なソリューションを提供するために重要です。このブログでは、水平シェルチューブ熱交換器と垂直シェルチューブ熱交換器の主な違い、その長所、短所、用途について説明します。
物理構成
水平シェルチューブ熱交換器と垂直シェルチューブ熱交換器の最も明らかな違いは、その物理的な向きにあります。水平シェルチューブ熱交換器はシェルが水平に配置されているのに対し、垂直シェルチューブ熱交換器はシェルが直立しています。この方向の違いは、熱交換器の性能と設置要件のいくつかの側面に影響します。
横型熱交換器では、チューブがシェル内に水平に配置されます。この構成により、メンテナンスや洗浄のためにチューブに簡単にアクセスできます。水平レイアウトでは、追加の支持構造を必要とせずに平らな面に配置できるため、設置プロセスも簡素化されます。一方、縦型熱交換器にはチューブが垂直に配置されているため、スペースが限られている用途では有益です。垂直方向に配置すると、特定の用途において凝縮水の排水が向上します。
フローパターン
熱交換器の向きも、内部の流体の流れパターンに影響します。水平シェルチューブ熱交換器では、通常、シェル側の流体はチューブを横切って水平に流れ、チューブ側の流体はチューブを通って流れます。このクロスフロー パターンは効率的な熱伝達を提供しますが、チューブ全体でシェル側の流体が不均一に分布する可能性もあります。この問題に対処するために、シェルの内側にバッフルがよく使用され、シェル側の流体の流れを整え、熱伝達効率を向上させます。
垂直シェルチューブ熱交換器では、シェル側の流体は用途に応じて垂直に上向きまたは下向きに流れることができます。チューブ側の流体は依然としてチューブを通って流れます。垂直方向の流れパターンにより、特に流体の粘度が高い用途において、シェル側の流体をより適切に分散させることができます。ただし、垂直方向に配置すると、シェル側から非凝縮性ガスを除去することがより困難になる可能性があり、熱伝達効率が低下する可能性があります。
熱伝達効率
シェルチューブ熱交換器の熱伝達効率は、流れのパターン、チューブの表面積、流体の特性などのいくつかの要因によって影響されます。一般に、水平熱交換器と垂直熱交換器はどちらも、適切に設計および操作されれば、高い熱伝達効率を達成できます。
ただし、熱交換器の向きは熱伝達効率にわずかな影響を与える可能性があります。水平型熱交換器では、直交流パターンにより、平行流パターンの垂直型熱交換器と比較して全体の熱伝達係数が高くなります。これは、クロスフロー パターンにより 2 つの流体間の温度差が大きくなり、熱伝達が強化されるためです。
一方、垂直熱交換器は、流体のチューブ側の熱伝達係数が高い用途では、より優れた熱伝達を実現できます。垂直方向に配置すると、チューブ側の流体の混合が促進され、熱伝達効率が向上します。さらに、垂直方向の流れパターンは、熱伝達を低減する可能性があるチューブ内の停滞ゾーンの形成を防ぐのに役立ちます。
圧力損失
圧力損失は、シェルチューブ熱交換器の設計と操作において重要な考慮事項です。これは、流体が熱交換器を通って流れるときに発生する圧力損失を指します。圧力損失が大きいと、システムのエネルギー消費が増加し、全体の効率が低下する可能性があります。
熱交換器の向きは、シェル側とチューブ側の両方の圧力損失に影響を与える可能性があります。水平型熱交換器では、直交流パターンにより、平行流パターンの垂直型熱交換器と比較して、シェル側での圧力損失が大きくなる可能性があります。これは、クロスフロー パターンではシェル側の流体が多数のチューブを通って流れる必要があり、流れに対する抵抗が増加するためです。
一方、縦型熱交換器は、特に流体の粘度が高い用途では、チューブ側での圧力降下が大きくなる可能性があります。垂直方向に配置すると、流体が重力に逆らって流れる可能性があり、圧力降下が増加します。ただし、適切なチューブのサイズと流量を使用すると、チューブ側の圧力降下を最小限に抑えることができます。
設置とメンテナンス
水平シェルチューブ熱交換器と垂直シェルチューブ熱交換器では、設置とメンテナンスの要件も異なります。横型熱交換器は、追加の支持構造を必要とせずに平らな面に配置できるため、一般に設置が簡単です。水平レイアウトにより、メンテナンスや洗浄の際にチューブに簡単にアクセスできます。
対照的に、縦型熱交換器は適切に支持して位置を調整する必要があるため、より複雑な設置手順が必要になる場合があります。また、垂直方向の配置により、特に大型の熱交換器では、メンテナンスや清掃のためにチューブにアクセスすることが難しくなります。ただし、一部の縦型熱交換器は取り外し可能なチューブ束を使用して設計されており、メンテナンス プロセスを簡素化できます。
アプリケーション
水平シェルチューブ熱交換器と垂直シェルチューブ熱交換器のどちらを選択するかは、特定の用途要件によって異なります。各タイプの熱交換器が推奨される一般的な用途をいくつか示します。
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横型シェルチューブ熱交換器: これらは、スペースに大きな制約がなく、メンテナンスや洗浄のためにチューブに簡単にアクセスできることが必要な用途で一般的に使用されます。化学、石油化学、発電、食品加工など幅広い業界に適しています。たとえば、化学プラントでは、分離ユニットに入る前に高温のプロセス流体を冷却するために水平型熱交換器が使用されることがあります。
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縦型シェルチューブ熱交換器: これらは、オフショアプラットフォームやコンパクトな産業プラントなど、スペースが限られている用途でよく使用されます。また、蒸気復水器など、凝縮水の排水が重要な用途にも適しています。たとえば、発電所では、縦型熱交換器を凝縮器として使用して、蒸気を水に戻すことができます。
結論
結論として、水平シェルチューブ熱交換器と垂直シェルチューブ熱交換器のどちらを選択するかは、物理的構成、流れパターン、熱伝達効率、圧力降下、設置とメンテナンスの要件、用途などのいくつかの要因によって決まります。シェルチューブ熱交換器のサプライヤーとして、当社は各顧客の特定のニーズに適したタイプの熱交換器を選択することの重要性を理解しています。
必要かどうか縦型シェルチューブ熱交換器、カウンターフローシェルアンドチューブ熱交換器、またはステンレス鋼シェルアンドチューブ熱交換器、当社の専門家チームが、お客様のアプリケーションに最適なオプションを決定するお手伝いをいたします。当社は、最高の性能と信頼性の基準を満たすように設計された高品質のシェルチューブ熱交換器を幅広く提供しています。
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参考文献
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- カーン、DQ (1950)。プロセス熱伝達。マグロウヒル。
- RK シンノット、GP タウラー (2009)。化学工学設計: プラントおよびプロセス設計の原則、実践、経済学。バターワース＝ハイネマン。