Trocador de calor casca-tubo

Tipos de tubos de trocador de calor de casco e tubo

Um trocador de calor de casco e tubo consiste em várias partes. O feixe de tubos compreende muitos tubos fixados em uma chapa de tubo, com o tubo realizando principalmente o trabalho de transferência de calor.

• Tubo de trocador de calor de casco único:

  Um projeto simples em que um feixe de tubos é fechado dentro de um casco cilíndrico é chamado de trocador de calor de casco único. Os fluidos fluem na mesma direção com um único feixe de tubos. O diâmetro do casco é geralmente maior do que o do tubo. A área frontal é menor, por isso é conveniente usar um trocador de calor de casco único de ponta a ponta. Os trocadores de calor desse tipo representam cerca de 90% de todos os trocadores de calor.

• Tubo de trocador de calor de casco duplo:

  Um trocador de calor de duas cascas possui duas cascas e dois feixes de tubos, e os fluidos fluem na direção oposta. A área frontal é reduzida e a eficiência de transferência de calor é melhorada; no entanto, é pesado e ocupa mais espaço. Além dos trocadores de calor de casco simples e duplo, também existem trocadores de calor de múltiplos tubos com mais de dois feixes de tubos.

• Tubo de trocador de calor de casco com defletor:

  Um defletor é uma placa com aberturas que é fixada ao lado do tubo de um trocador de calor. Ele suporta o feixe de tubos e evita vibrações excessivas. Também separa os fluxos de fluido e direciona o fluxo do fluido do lado do tubo para frente e para trás dos tubos, permitindo uma melhor transferência de calor. Esse tipo de trocador de calor permite uma, duas ou várias configurações de tubos.

Especificações e manutenção

As especificações do tubo de trocador de calor de casco incluem estrutura, capacidade, material, pressão, temperatura e métodos de acoplamento.

• Estrutura

  As estruturas típicas do tubo de trocador de calor de casco são as seguintes:

  • Casco: A carcaça cilíndrica externa que envolve o componente de troca de calor.
  • Feixes de tubos: Múltiplos tubos paralelos pelos quais um fluido flui geralmente estão localizados na parte central do casco.
  • Chapas de tubos: Placas planas usadas para fixar e suportar os feixes de tubos, geralmente localizadas em ambas as extremidades do tubo. As chapas de tubos também fornecem canais para os fluidos entrarem e saírem dos tubos.
  • Defletores: Elementos de suporte e direcionamento do fluxo localizados no casco. Os defletores ajudam a suportar os feixes de tubos e direcionar o fluxo do fluido para melhorar a eficiência da transferência de calor.
  • Tampas de extremidade: Partes que selam as duas extremidades do casco. Elas geralmente são fixadas no exterior do casco e podem fornecer acesso ao interior do trocador de calor para manutenção e reparo.

• Capacidade

  A capacidade dos trocadores de calor de casco e tubo é determinada por fatores como o tamanho do equipamento, o número de feixes de tubos e as condições de operação. Geralmente é expresso em termos da quantidade de calor manipulada ou do fluxo de fluidos.

• Materiais

  Materiais comuns para trocadores de calor de casco e tubo incluem.

  • Aços carbono são amplamente utilizados devido à sua boa resistência e durabilidade.
  • O aço inoxidável possui excelente resistência à corrosão e durabilidade, o que o torna adequado para processamento de alimentos, indústrias química e farmacêutica.
  • As ligas com excelente resistência à corrosão e alta temperatura, como o tubo de cuproníquel para trocador de calor, são adequadas para algumas ocasiões especiais.

  Os materiais do trocador de calor de casco e tubo precisam ser selecionados de acordo com as características dos fluidos e das condições de operação para garantir seu desempenho e vida útil.

  A seleção do material também pode afetar o preço do tubo e do casco do trocador de calor.

• Pressão

  As capacidades de pressão dos trocadores de calor de casco e tubo geralmente são designadas como as seguintes categorias:

  • Pressão de projeto: A pressão máxima de operação permitida sob condições de operação normais especificadas ao projetar o trocador.
  • Pressão de teste: A pressão usada para testar e certificar o trocador de calor de casco e tubo para garantir que ele possa suportar a pressão estipulada.

  Produtos com baixa pressão podem ser usados em baixa pressão ou pressão normal; a pressão de projeto e a pressão de teste dos produtos precisam ser maiores do que a pressão externa.

• Temperatura

  Capacidade de temperatura: As faixas de temperatura dos trocadores de calor de casco e tubo geralmente são indicadas pelo seguinte:

  Temperatura de operação se refere à temperatura na qual o trocador de calor é usado. Normalmente inclui trocadores de calor de alta e baixa temperatura.

• Métodos de acoplamento

  As formas de acoplamento comuns do tubo de trocador de calor de casco incluem:

  • Acoplamento por flange: Conecte o trocador de calor e a tubulação por flanges.
  • Conexões rosqueadas: Um adaptador geralmente é usado para conectar o trocador de calor e o sistema de tubulação por roscas.
  • Soldagem: Soldar diretamente o trocador de calor e a tubulação, o que é adequado para algumas ocasiões que precisam garantir que não haja vazamento.
  • Acoplamento rápido: O acoplamento rápido é um dispositivo mecânico que pode conectar rápida, conveniente e confiávelmente o trocador de calor e a tubulação por meio de aperto e desaperto.

  Os operadores devem entender as características dos vários métodos de conexão e selecionar os métodos de conexão adequados de acordo com as necessidades de uso e as condições do local.

Além dos aspectos acima, os parâmetros de operação, como velocidade do fluido, taxas de fluxo, etc., também influenciam muito o desempenho dos tubos de trocador de calor de casco. Consequentemente, eles podem ter um impacto crítico na eficiência, capacidade e queda de pressão do trocador de calor de casco e tubo.

Manutenção regular é necessária para garantir a operação estável e a longevidade do trocador de calor de casco e tubo.

• Exame de rotina

  Os operadores precisam realizar exames de rotina dos equipamentos, incluindo verificação de corrosão, rachaduras e vazamentos. Particularmente para componentes soldados, eles precisam inspecionar as aparências quanto a defeitos e examinar o processo para garantir que não haja danos visíveis e vazamentos nos cascos e tubos. Uma vez que os problemas forem descobertos, eles precisam ser tratados a tempo.

• Limpeza

  Com o tempo, impurezas como incrustações e lamas podem se acumular no trocador de calor de casco e tubo, o que pode afetar a eficiência da transferência de calor. Como resultado, os operadores precisam selecionar agentes e métodos de limpeza adequados de acordo com os locais e condições de incrustação para limpar os trocadores de calor. Além disso, eles também devem estabelecer sistemas de limpeza regulares para evitar o acúmulo de incrustações e manter a eficiência da transferência de calor.

Cenários de trocadores de calor de casco e tubo

Os tubos de trocador de calor são muito importantes na indústria. Eles são usados principalmente em plantas de processamento petroquímico e químico. Cerca de 70% dos trocadores de calor usados nesses setores são do tipo tubo.

• Em refinarias, os trocadores de calor de tubo resfriam e condensam o petróleo bruto em vários produtos de petróleo. Eles também recuperam calor de produtos que serão externos e usam esse calor para aquecer o petróleo bruto de entrada.
• Em fábricas químicas, os trocadores de calor de tubo são usados para aquecer ou resfriar fluidos quimicamente reativos durante reações químicas. Esse controle de temperatura ajuda a aumentar a eficiência das reações químicas.
• Em usinas hidrelétricas e nucleares, os trocadores de calor de tubo transferem calor da água que é usada para resfriar os núcleos do reator ou turbinas a vapor para gerar eletricidade. Esse processo é importante para a geração de energia elétrica.
• Em refinarias de petróleo e plantas petroquímicas, os trocadores de calor de tubo desempenham um papel crucial no resfriamento e condensação do petróleo bruto. Eles são usados no processo de refino para separar diferentes produtos de petróleo. Além disso, os trocadores de calor de tubo são empregados para recuperar calor de produtos que serão exportados, como petróleo bruto, para manter a qualidade e a temperatura do petróleo bruto de entrada.
• Em fábricas químicas, os trocadores de calor de tubo são utilizados para aquecer ou resfriar fluidos quimicamente reativos durante reações químicas. O controle de temperatura através de trocadores de calor de tubo é essencial para garantir a eficiência e segurança dos processos químicos.
• Em usinas hidrelétricas e nucleares, os trocadores de calor de tubo são usados para transferência de calor. Eles transferem calor da água que é usada para resfriar os núcleos do reator ou turbinas a vapor. Esse processo é importante para manter temperaturas de operação ótimas e evitar superaquecimento. Os trocadores de calor de tubo são cruciais para a geração de energia elétrica de fontes nucleares e hidrelétricas.

Os trocadores de calor de casco e tubo também são comumente usados em uma ampla gama de outras áreas. Aqui estão alguns exemplos de suas aplicações em várias indústrias:

• Na indústria de alimentos e bebidas, os trocadores de calor de casco e tubo são usados para pasteurizar, resfriar e aquecer produtos alimentícios. Eles também são usados na extração e concentração de produtos naturais como sucos, produtos lácteos e bebidas alcoólicas.
• Na indústria farmacêutica, os trocadores de calor de casco e tubo são usados na produção de medicamentos, vacinas e outros produtos farmacêuticos. Eles são empregados para esterilização, resfriamento, aquecimento e controle de temperatura em reações químicas e processos de fermentação.
• Na indústria HVAC, os trocadores de calor de casco e tubo são usados em unidades de refrigeração, que são empregadas para ar condicionado e refrigeração. Eles também são usados para recuperação de calor do ar de exaustão e sistemas de água para melhorar a eficiência energética em edifícios.
• Na indústria petroquímica, os trocadores de calor de casco e tubo são usados na produção de produtos petroquímicos como polímeros, solventes e detergentes. Eles são usados para resfriar e aquecer fluidos químicos durante reações químicas e processos de separação.
• Na indústria de geração de energia, os trocadores de calor de casco e tubo são comumente usados em usinas termoelétricas, usinas nucleares e turbinas a gás. Eles são usados para resfriamento e recuperação de calor em ciclos de geração de energia para melhorar a eficiência da conversão de energia.
• Na indústria de petróleo e gás, os trocadores de calor de casco e tubo são usados em plataformas de perfuração offshore, refinarias e plantas petroquímicas. Eles são usados para resfriamento de petróleo e gás, processamento de gás e recuperação de calor na produção de petroquímicos.

Como escolher tubos de trocador de calor de casco

Os trocadores de calor com casco e tubos podem ser selecionados para uma aplicação da seguinte forma:

• Propriedades do Fluido:

  Identifique o fluido (líquido ou gás) a ser usado como meio de transferência de calor em ambos os lados do trocador. Em seguida, considere as propriedades físicas e térmicas de ambos os fluidos, como temperatura, pressão, viscosidade, densidade, condutividade térmica, etc.

• Arranjo do fluxo:

  Escolha o tipo de padrão de fluxo: contracorrente, corrente concorrente ou fluxo cruzado. Cada arranjo de fluxo tem vantagens, portanto escolha aquele que atenda às necessidades da aplicação.

• Requisitos de temperatura:

  Compreenda as faixas de temperatura de ambos os fluidos de transferência de calor, bem como a temperatura e pressão de operação permitidas. Certifique-se de que o trocador de calor de casco e tubo selecionado possa funcionar nesses extremos.

• Área de transferência de calor:

  Calcule a área de transferência de calor necessária com base na capacidade de transferência de calor. Considere as restrições de tamanho e peso para o local de instalação e certifique-se de que o trocador de calor selecionado possa atender às restrições espaciais.

• Seleção de material:

  Os trocadores de calor geralmente são feitos de materiais resistentes à corrosão. Alguns materiais metálicos comuns para trocadores de calor incluem aço carbono, aço de baixa liga, aço inoxidável, etc. Em casos em que os trocadores de calor são expostos à água salgada, ácido, solução alcalina ou alguns outros produtos químicos agressivos, o aço carbono e o aço de baixa liga não servirão. Em tais situações, o material de aço inoxidável superduplex será adequado para uso, pois pode suportar as condições adversas. Outro exemplo são os trocadores de cobre-níquel que possuem excepcional resistência à corrosão e propriedades antifouling.

• Manutenção:

  Preste atenção aos aspectos de manutenção e limpeza dos trocadores de calor ao selecioná-los. Determine as localizações das portas de manutenção, os métodos de limpeza e a frequência. Também considere os componentes removíveis dos componentes removíveis e as áreas.

• Fabricantes:

  Escolha fabricantes respeitáveis e certifique-se de que o trocador de calor selecionado esteja em conformidade com os códigos e padrões relevantes para garantir sua qualidade e desempenho.

Perguntas e respostas

P1 Quanto tempo dura um trocador de calor?

Geralmente, um trocador de calor pode durar até 20 anos e alguns até 30 anos se houver manutenção e limpeza regulares.

P2 Quais são algumas maneiras eficientes de limpar trocadores de calor?

Os trocadores de calor podem ser limpos usando escovação mecânica, lavagem hidráulica, limpeza química ou limpeza com solventes. Os trocadores de calor também podem ser limpos manualmente desmontando-os, ou podem ser limpos usando sistemas de limpeza inline se o trocador de calor permitir.

P3 Quais são os sinais de um trocador de calor com falha?

Um tubo de trocador de calor de casco pode falhar com o tempo. Alguns sinais que indicam um trocador de calor com falha incluem vazamentos, ruídos incomuns, emissões mais altas ou rachaduras. Se algum dos sinais acima de falha do trocador for observado, é importante verificar o trocador de calor e repará-lo imediatamente para evitar mais danos e riscos à segurança.

P4 Como se mantém trocadores de calor?

Os trocadores de calor podem ser mantidos por meio de limpeza regular, pois isso ajuda a evitar o acúmulo de depósitos e contaminantes. Manter os trocadores de calor secos quando não estiverem em uso pode evitar a corrosão. Além disso, operar os trocadores de calor dentro das condições recomendadas de temperatura e pressão pode ajudar a evitar falhas prematuras e evitar a degeneração prematura.