シェル＆チューブ熱交換器の構造と種類

シェルアンドチューブ熱交換器は、シェル、伝熱管束、管板、バッフル（バッフル）、および管箱で構成されています。シェルは主に円筒形で、内部に管束があり、管束の両端は管板に固定されています。
熱交換には、高温と低温の 2 種類の流体が使用されます。1 つはチューブ内を流れる流体で、チューブ側流体と呼ばれます。もう 1 つはチューブ外を流れる流体で、シェル側流体と呼ばれます。パイプ外の流体の熱伝達率を向上させるために、通常、シェル内に複数のバッフルが取り付けられます。
バッフルは、シェル側流体の速度を増加させ、流体が指定された経路に従ってバンドルを横方向に複数回通過するように強制し、流体の乱流の程度を高めることができます。
したがって、管束とシェル間の温度差が 50 度を超える場合は、熱応力を除去または軽減するために適切な補償措置を講じる必要があります。採用された補償措置に応じて、シェルアンドチューブ熱交換器は次の主なタイプに分類できます。
①固定管板熱交換器束の両端の管板はシェルと一体化しており、構造がシンプルですが、冷熱流体の温度差が大きくなく、シェル側を機械洗浄する必要がない場合にのみ熱交換操作に適しています。温度差がやや大きく、シェル側の圧力が高すぎない場合は、シェルに弾性補償リングを取り付けて熱応力を軽減することができます。
② 浮上式熱交換器束の一端の管板は自由に浮上し、熱応力を完全に排除します。また、束全体をシェルから取り出すことができるため、機械的な清掃やメンテナンスが容易です。浮上式熱交換器の用途は広いですが、構造が比較的複雑で、コストも高くなります。
③U字管熱交換器の各熱交換管はU字型に曲げられ、両端は同一の管板の上部と下部に固定され、管箱内部の仕切りによって入口室と出口室に分けられています。このタイプの熱交換器は熱応力を完全に排除し、フローティングヘッドタイプよりも構造が簡単ですが、管側の清掃は容易ではありません。
④ パックボックス型熱交換器の構造上の特徴は、管板の一端のみがシェルに固定接続され、他端はパックボックスで密封されていることです。管束は、シェル壁と管壁の温度差による熱応力を発生することなく、自由に伸縮できます。
詰め箱型熱交換器の利点は、フローティングヘッド型熱交換器よりも構造が簡単で、製造が容易で、材料の消費が少なく、コストが低いことです。チューブ束をシェルから取り出すことができ、チューブの内部と間の両方を清掃できるため、メンテナンスが便利です。欠点は、詰め箱の耐圧性が高くなく、一般に4.0MPa未満であることです。
シェル側の媒体はパッキングボックスから漏れる可能性があり、可燃性、爆発性、毒性、および貴重な媒体には適していません。パッキングボックス熱交換器は、チューブとシェルの壁の間に大きな温度差がある場合や、媒体がスケール化しやすく、頻繁な洗浄と低圧を必要とする状況に適しています。
⑤釜熱交換器の構造上の特徴は、釜の上部に適切な蒸発空間を設け、蒸気室としても機能することです。
チューブ束は固定チューブプレート、フローティングヘッド、またはU字型チューブにすることができます。ケトル型熱交換器は、清掃とメンテナンスが容易で、汚れやスケールが発生しやすい媒体を処理でき、高温と高圧に耐えることができます。液体蒸気熱交換に適しており、廃熱ボイラーの最もシンプルな構造として使用できます。