Struttura e tipologie di scambiatori di calore a fascio tubiero

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero è costituito da un involucro, un fascio tubiero di trasferimento di calore, una piastra tubiera, un deflettore (baffle) e una scatola tubiera. L'involucro è per lo più cilindrico, con un fascio tubiero all'interno, e le due estremità del fascio tubiero sono fissate sulla piastra tubiera.
Per lo scambio termico vengono utilizzati due tipi di fluidi, caldo e freddo. Uno scorre all'interno del tubo ed è chiamato fluido lato tubo; un altro tipo di fluido che scorre all'esterno del tubo è chiamato fluido lato mantello. Per migliorare il coefficiente di trasferimento di calore del fluido all'esterno del tubo, di solito vengono installati diversi deflettori all'interno del mantello.
Il deflettore può aumentare la velocità del fluido sul lato del guscio, costringendo il fluido a passare lateralmente attraverso il fascio più volte in base al percorso specificato e aumentando il grado di turbolenza del fluido.
Pertanto, quando la differenza di temperatura tra il fascio tubiero e il mantello supera i 50 gradi, è necessario adottare misure di compensazione appropriate per eliminare o ridurre lo stress termico. In base alle misure di compensazione adottate, gli scambiatori di calore a fascio tubiero possono essere suddivisi nei seguenti tipi principali:
① Le piastre tubiere su entrambe le estremità del fascio di scambiatori di calore a piastre tubiere fisse sono integrate con il guscio, con una struttura semplice, ma adatte solo per operazioni di scambio termico quando la differenza di temperatura tra fluidi freddi e caldi non è grande e il lato del guscio non richiede pulizia meccanica. Quando la differenza di temperatura è leggermente grande e la pressione sul lato del guscio non è troppo alta, è possibile installare un anello di compensazione elastico sul guscio per ridurre lo stress termico.
② La piastra tubiera a un'estremità del fascio di scambiatori di calore a testa flottante può galleggiare liberamente, eliminando completamente lo stress termico; e l'intero fascio può essere estratto dal guscio per una facile pulizia meccanica e manutenzione. Gli scambiatori di calore a testa flottante hanno una vasta gamma di applicazioni, ma le loro strutture sono relativamente complesse e i loro costi sono elevati.
③ Ogni tubo di scambio termico dello scambiatore di calore a tubo a forma di U è piegato a forma di U, con entrambe le estremità fissate nelle zone superiore e inferiore della stessa piastra tubiera e divise in camere di ingresso e uscita da partizioni all'interno della scatola tubiera. Questo tipo di scambiatore di calore elimina completamente lo stress termico e ha una struttura più semplice rispetto al tipo a testa flottante, ma il lato tubo non è facile da pulire.
④ La caratteristica strutturale di uno scambiatore di calore a pacco è che solo un'estremità della piastra tubiera è collegata in modo fisso al guscio e l'altra estremità è sigillata con una scatola di imballaggio. Il fascio tubiero può espandersi e contrarsi liberamente senza generare stress termico causato dalla differenza di temperatura tra la parete del guscio e la parete del tubo.
I vantaggi di uno scambiatore di calore a pacco sono che la sua struttura è più semplice di quella di uno scambiatore di calore a testa flottante, è più facile da produrre, consuma meno materiali e ha un costo inferiore; il fascio tubiero può essere estratto dal guscio e sia l'interno che tra i tubi possono essere puliti, rendendo comoda la manutenzione. Il suo svantaggio è che la resistenza alla pressione della cassa premistoppa non è elevata, generalmente inferiore a 4.0MPa;
Il mezzo lato guscio potrebbe fuoriuscire attraverso la scatola di imballaggio e non è adatto per mezzi infiammabili, esplosivi, tossici e di valore. Lo scambiatore di calore a scatola di imballaggio è adatto per situazioni in cui vi è una grande differenza di temperatura tra le pareti del tubo e del guscio o in cui il mezzo è soggetto a incrostazioni, richiedendo una pulizia frequente e bassa pressione.
⑤ La caratteristica strutturale di uno scambiatore di calore a bollitore è quella di fornire uno spazio di evaporazione adeguato nella parte superiore del guscio, fungendo allo stesso tempo da camera di vapore.
Il fascio tubiero può essere una piastra tubiera fissa, una testa flottante o un tubo a U. Lo scambiatore di calore di tipo bollitore è facile da pulire e manutenere, può gestire supporti sporchi e inclini alla formazione di incrostazioni e può resistere a temperature e pressioni elevate. È adatto allo scambio di calore tra vapore liquido e può essere utilizzato come la struttura più semplice di caldaia a calore di scarto.