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Intercambiador de calor de placa tubular fija

El intercambiador de calor de placa de tubos fijos es un tipo de intercambiador de calor compuesto principalmente por componentes como una carcasa, una placa de tubos, un haz de tubos y una cubierta de cabezal. Las placas de tubos en ambos extremos del intercambiador de calor de placas de tubos fijos se sueldan a la carcasa para una conexión fija.

DESCRIPCIóN

Intercambiador de calor de placa tubular fija

Un intercambiador de calor de placa de tubos fija es un tipo de intercambiador de calor compuesto principalmente por componentes como una carcasa, una placa de tubos, un haz de tubos y una cubierta del cabezal (también conocida como tapa del extremo). Las placas de tubos en ambos extremos del intercambiador de calor de placas de tubos fijas están soldadas a la carcasa para una conexión fija. Los tubos de intercambio de calor pueden ser tubos lisos o tubos de aletas bajas. Su estructura es simple, el costo de fabricación es bajo, permite un diámetro de carcasa más pequeño y el haz de tubos se puede dividir en varias secciones. El lado de la carcasa también se puede dividir en múltiples secciones usando deflectores longitudinales, lo que lo hace ampliamente utilizado en aplicaciones de ingeniería.

Tabla de contenido

1. Estructura del intercambiador de calor de placas de tubos fijas

2. Juntas de expansión del intercambiador de calor de placas de tubos fijas

3. Número de pasos de tubos en el intercambiador de calor de placas de tubos fijas

4. Características principales del intercambiador de calor de placas de tubos fijas

Estructura del intercambiador de calor de placas de tubos fijas

La Figura 1 ilustra una estructura típica de un intercambiador de calor de placa de tubos fijas. Como se muestra en la Figura 1, la placa de tubos del intercambiador de calor de placa de tubos fijas está soldada a la carcasa y la placa de tubos no se puede desmontar de la carcasa. La ventaja de este tipo de intercambiador de calor es su estructura relativamente simple y compacta, su bajo costo y su amplia aplicación. Sin embargo, su inconveniente es que la limpieza mecánica del exterior del tubo no es factible, lo que requiere que el fluido del lado de la carcasa esté limpio, sea resistente a las incrustaciones o no sea propenso a corroer la carcasa. La diferencia de temperatura entre los fluidos fríos y calientes dentro y fuera de los tubos provoca una diferencia de expansión térmica, lo que resulta en estrés térmico. Esta tensión, conocida como tensión diferencial térmica, puede provocar fugas en las uniones de la placa de tubos o incluso el desprendimiento de los tubos de la placa de tubos, dañando todo el intercambiador de calor.

Juntas de expansión del intercambiador de calor de placas de tubos fijas

La característica de las juntas de dilatación que compensan la tensión diferencial térmica es su estructura simple. Cuando la capacidad de compensación de las juntas de expansión de una sola onda es insuficiente, se pueden usar juntas de expansión de múltiples ondas. Sin embargo, el número de ondas en la junta de expansión no debe exceder de 6. Para proporcionar una buena elasticidad, en la fabricación se utilizan comúnmente placas delgadas de acero inoxidable con un espesor de 1 a 3 mm. En situaciones de alta presión, a menudo se emplea una junta de expansión de tipo fuelle (con una cubierta protectora), como se muestra en la Figura 2.

La cubierta protectora no solo permite que la junta de expansión resista una presión más alta, sino que también evita la deformación lateral, lo que restringe la flexión de la junta de expansión durante la presurización y evita fallas.

En general, los intercambiadores de calor de placa de tubos fijas con juntas de expansión deben usarse cuando la diferencia de temperatura entre la pared del tubo y la pared de la carcasa es inferior a 60-70 °C y la presión del fluido del lado de la carcasa no es alta. Cuando la presión del lado de la carcasa excede los 0,6 MPa, las consideraciones para una presión más alta pueden llevar a paredes de fuelle más gruesas, reduciendo la elasticidad y, en consecuencia, disminuyendo la efectividad de la compensación diferencial térmica. En tales casos, pueden ser más adecuados otros tipos de intercambiadores de calor, como los intercambiadores de calor de cabezal flotante.

Número de pasos de tubos en el intercambiador de calor de placas de tubos fijas

Fixed tube sheet heat exchangers come in two structural types: single tube pass and multiple tube passes. In multiple tube pass heat exchangers, baffles are installed in the tube box at one or both ends of the heat exchanger, allowing the fluid to flow through only one set of heat exchange tubes at a time, exiting the heat exchanger at the end. Each set of heat exchange tubes that the fluid flows through is called a tube pass. The total number of sets of heat exchange tubes is referred to as the number of tube passes. For even numbers of tube passes, both the inlet and outlet of the tube pass fluid are installed at the same end of the heat exchanger, as shown in Figure 3. For odd numbers of tube passes, the inlet and outlet of the tube pass fluid are installed at opposite ends of the heat exchanger, as shown in Figure 4.

Heat exchangers with an even number of tube passes are generally more convenient for manufacturing, operation, and maintenance, making them more widely used. Common numbers of tube passes include 2, 4, and 6. Heat exchangers with an odd number of tube passes, except for single-pass ones, are seldom used. While multiple tube passes can increase the fluid velocity inside the tubes and enhance heat transfer efficiency, they also lead to increased friction losses and local resistance losses at the inlet and outlet; the baffles occupy a larger tube surface area; and the construction is more complex, making installation, disassembly, and cleaning more challenging. Therefore, the number of tube passes should not be too high. Single tube pass fixed tube sheet heat exchangers, besides being convenient for manufacturing, operation, and maintenance, have the advantage of achieving pure countercurrent heat transfer. This means that the flow direction of the shell side fluid is opposite to that of the tube pass fluid, resulting in significantly higher heat transfer efficiency compared to other concurrent or mixed flow heat exchangers. Therefore, the unique characteristics of single tube pass fixed tube sheet heat exchangers should be considered in their design and selection.

Main Features of Fixed Tube Sheet Heat Exchanger

Un intercambiador de calor de placa de tubos fijas consta principalmente de componentes como una carcasa, una placa de tubos , un haz de tubos y una cubierta del cabezal (tapa de extremo). Dentro de la carcasa circular, se instalan haces de tubos paralelos, con los extremos del haz de tubos fijados a la placa de tubos mediante métodos de soldadura o expansión. Las dos placas de tubos están soldadas directamente a la carcasa exterior y la cubierta del cabezal con los tubos de entrada o salida se conecta a los extremos de la carcasa con pernos. Sus características incluyen una estructura simple, sin conexiones selladas del lado de la carcasa, la capacidad de acomodar una cantidad máxima de tubos con el mismo diámetro de carcasa, derivación mínima en el flujo con deflectores y el haz de tubos se puede dividir en cualquier número de pasos. Dado que las dos placas de tubos se sostienen entre sí a través de los tubos, la placa de tubos en este tipo de intercambiador de calor es la más delgada y el costo más bajo, lo que lo hace ampliamente utilizado.

La desventaja de este intercambiador de calor es la dificultad para limpiar el lado de la carcasa y la presencia de tensiones diferenciales térmicas. Cuando hay una diferencia significativa de temperatura promedio entre los dos fluidos o cuando el coeficiente de expansión térmica de los materiales de la carcasa y del tubo de intercambio de calor difiere significativamente, lo que resulta en una tensión térmica que excede la tensión permitida de los materiales, es necesario instalar juntas de expansión en la carcasa. Debido a las limitaciones en la resistencia de la junta de expansión, la presión del lado de la carcasa no puede ser demasiado alta. Este tipo de intercambiador de calor es adecuado para situaciones en las que la diferencia de temperatura entre dos medios no es grande, o si la diferencia de temperatura es significativa, la presión del lado de la carcasa no es alta y el medio del lado de la carcasa está limpio y resistente a las incrustaciones.