Structure et types d'échangeurs de chaleur à calandre et à tubes

Un échangeur de chaleur à calandre et à tubes se compose d'une calandre, d'un faisceau de tubes de transfert de chaleur, d'une plaque tubulaire, d'un déflecteur (déflecteur) et d'un boîtier tubulaire. La calandre est essentiellement cylindrique, avec un faisceau de tubes à l'intérieur, et les deux extrémités du faisceau de tubes sont fixées sur la plaque tubulaire.
Deux types de fluides, chaud et froid, sont utilisés pour l'échange de chaleur. L'un circule à l'intérieur du tube et est appelé fluide côté tube ; l'autre type de fluide qui circule à l'extérieur du tube est appelé fluide côté calandre. Pour améliorer le coefficient de transfert de chaleur du fluide à l'extérieur du tube, plusieurs chicanes sont généralement installées à l'intérieur de la calandre.
Le déflecteur peut augmenter la vitesse du fluide côté coque, forçant le fluide à traverser le faisceau latéralement plusieurs fois selon le chemin spécifié, et améliorant le degré de turbulence du fluide.
Par conséquent, lorsque la différence de température entre le faisceau tubulaire et la calandre dépasse 50 degrés, des mesures de compensation appropriées doivent être prises pour éliminer ou réduire la contrainte thermique. Selon les mesures de compensation adoptées, les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes peuvent être divisés en principaux types suivants :
① Les plaques tubulaires aux deux extrémités du faisceau d'échangeurs de chaleur à plaques tubulaires fixes sont intégrées à la coque, avec une structure simple, mais ne conviennent qu'aux opérations d'échange de chaleur lorsque la différence de température entre les fluides froids et chauds n'est pas importante et que le côté coque ne nécessite pas de nettoyage mécanique. Lorsque la différence de température est légèrement importante et que la pression côté coque n'est pas trop élevée, une bague de compensation élastique peut être installée sur la coque pour réduire la contrainte thermique.
② La plaque tubulaire à une extrémité du faisceau d'échangeurs de chaleur à tête flottante peut flotter librement, éliminant ainsi complètement les contraintes thermiques ; et l'ensemble du faisceau peut être extrait de la coque pour un nettoyage et un entretien mécaniques faciles. Les échangeurs de chaleur à tête flottante ont une large gamme d'applications, mais leurs structures sont relativement complexes et leurs coûts sont élevés.
③ Chaque tube d'échange de chaleur de l'échangeur de chaleur à tubes en U est plié en forme de U, les deux extrémités étant fixées dans les zones supérieure et inférieure de la même plaque tubulaire, et divisé en chambres d'entrée et de sortie par des cloisons à l'intérieur de la boîte à tubes. Ce type d'échangeur de chaleur élimine complètement les contraintes thermiques et a une structure plus simple que le type à tête flottante, mais le côté tube n'est pas facile à nettoyer.
④ La structure d'un échangeur de chaleur à caisson garni est caractérisée par le fait qu'une seule extrémité de la plaque tubulaire est solidement reliée à la coque et que l'autre extrémité est scellée par un caisson garni. Le faisceau de tubes peut se dilater et se contracter librement sans générer de contrainte thermique causée par la différence de température entre la paroi de la coque et la paroi du tube.
Les avantages d'un échangeur de chaleur à boîte garnie sont que sa structure est plus simple que celle d'un échangeur de chaleur à tête flottante, qu'il est plus facile à fabriquer, qu'il consomme moins de matériaux et qu'il a un coût inférieur. Le faisceau de tubes peut être extrait de la coque et l'intérieur et les espaces entre les tubes peuvent être nettoyés, ce qui facilite l'entretien. Son inconvénient est que la résistance à la pression du presse-étoupe n'est pas élevée, généralement inférieure à 4.0MPa.
Le fluide côté calandre peut fuir à travers le boîtier d'emballage et ne convient pas aux fluides inflammables, explosifs, toxiques et précieux. L'échangeur de chaleur à boîtier d'emballage convient aux situations où il existe une grande différence de température entre les parois du tube et de la calandre ou lorsque le fluide est sujet à l'entartrage, nécessitant un nettoyage fréquent et une basse pression.
⑤ La caractéristique structurelle d'un échangeur de chaleur à bouilloire est de fournir un espace d'évaporation approprié dans la partie supérieure de la coque, tout en servant également de chambre à vapeur.
Le faisceau de tubes peut être une plaque tubulaire fixe, une tête flottante ou un tube en U. L'échangeur de chaleur de type bouilloire est facile à nettoyer et à entretenir, peut traiter des milieux sales et sujets à l'entartrage et peut résister à des températures et des pressions élevées. Il convient à l'échange de chaleur liquide-vapeur et peut être utilisé comme structure la plus simple de chaudière à récupération de chaleur.