Schimbătoare de căldura cu țevi și mantă

Schimbătoarele de căldura cu ţevi şi manta reprezintă tipul cel mai răspândit în industrie datorită simplităţi sale constructive, fiabilităţii ridicate şi costului relativ coborât.

ELEMENTE CONSTRUCTIVE

Fig.1.30 Tipuri constructive de schimbătoarecu ţevi şi manta.

1- capac tubular fix; 2- capac elipsoidal sau tronconic fix; 3- flanşa capacului fix; 4- placă de capăt; 5- racord fix de legătură; 6- placă tubulară fixă; 7- ţevi; 8- manta; 9- capac de capăt al mantalei; 10,11-flanşe ale mantalei; 12- racord al mantalei; 13- flanşa capacului de capăt; 14- liră de dilatare; 15- placă tubulară mobilă; 16- capac mobil; 17- flanşa capacului mobil; 18- flanşe de strângere; 19- inel de oprire; 20- flanşe de strângerea plăcii de capăt;21- placă de capăt a capacului mobil;

22- partea cilindrică a plăcii tubulare mobile; 23- cutia de etanşare; 24- garnitură de etanşare; 25- presetupa etanşării; 26- inel distanţier; 27- tiranţi; 28- şicane; 29- placă deflectoare; 30- şicană longitudinală; 31- perete despărţitor; 32- aerisire; 33- drenaj; 34- racord aparat de măsură; 35- suport; 36- inel de ridicare; 37- suport lateral; 38- placă de limitare ; 39- racorduri pentru indicatorul de nivel.

a) Alegerea tipului de manta – se face în funcţie de tipul de circulaţie : - cu o singură trecere,fiind şi cea mai utilizată, se foloseşte TEMA-E,care asigură cea mai ridicată diferenţă de temperatură între agenţii termici (factor de corecţie F maxim) - cu număr mare de treceri pe partea de ţevi (factor de corecţie F scade) se pot folosii două aparate tip E în serie sau un schimbător cu două treceri prin manta (TEMA-F) – dezavantajul că prezenţa şicanei longitudinale poate produce scurgeri importante de fluid pe lângă aceasta şi înrăutăţirea transferului convectiv în acea zonă - pentru reducerea pierderilor de presiune pe partea mantalei se poate utiliza o manta cu curgere dirijată (TEMA-J),la care pierderile de presiune sunt de circa 8 ori mai mici decât la o manta tip (TEMA-E) - pentru reducerea pierderilor de presiune cu păstrarea unei duble treceri se pot adopta schemele cu curgere separată, simpă sau dublă (TEMA-G şi H), cu reducerea însă a factorului de corecţie al diferenţei medii de temperatură F – pentru curgerea încrucişată fără şicane interioare (TEMA-X) se pot obţine cele mai mici pierderi de presiune(utilizată pentru condensarea vaporilor cu presiunescăzută)

b) Alegerea capacului de distribuţie – principalul criteriu de alegere îl constituie uşurinţa accesului la placa tubulară în vederea curăţirii sale.Astfel se disting soluţiile : - cu capac tubular demontabil (TEMA-A) care permite cel mai simplu acces, fiind recomandată în cazul fluidelor cu depuneri - cu capac elipsoidal (TEMA-B) necesită o demontare ceva mai complicată, în schimb asigură pierderi de presiune locale mai mici, în special la un număr mai mare de treceri prin ţevi - celelalte tipuri de capace au fie construcţii speciale pentru presiuni ridicate (TEMA-D) , fie cu număr redus de flanşe (TEMA-C şi N)

c) Alegerea capacului de capăt- se face la fel ca la alegerea capacului de distribuţie ţinându-se cont de preluarea dilatărilor inegale între ţevi şi manta. – soluţiile tip L,M,N , care nu permi preluarea dilatărilor diferite , pot fi utilizate doar pînă la diferenţe de temperatură între ţevi şi manta de 55 ˚C sau 80˚C dacă se prevede o liră de dilatare pe manta - soluţiile tip P,S,T sau W, cu o complicare a soluţiei constructive însă cu o rezolvare a problemei preluării dilataţiilor diferite ale ţevilor şi mantalei – o soluţie eficientă pentru preluarea dilatărilor o constitue utilizarea ţevilor în formă de U.

d) Alegerea şicanelor – şicanele transversale au rolul de susţinere a ţevilor, de a prevenii vibraţiile acestora şi mai ales de a mării viteza de curgere afluidului peste ţevi, mărind atât transferul de căldură convectiv cât şi pierderile de presiune .

Fig. 1.31 Tipuri constructive de şicanetransversale

a)Şicană simplu segment; b)Şicană dublu segment; c)Şicană triplu segment; d) şicană fără ţevi în fereastră; e) şicană disc coroană circulară; f)orificii în şicane.

Fig.1.32 Structura curgerii fluidului în interiorul mantalei

(LBH- înălţimea ferestrei şicanei; LBC- distanţa între şicane)

Fig.1.35 Tipuri de aşezare a ţevilorpe placa tubulară

- şicanele simplu segment sunt cele mai folosite ele amplasâdu-se la o distanţă minimă de 0,1 (unde este diametrul mantalei) dar nu mai puţin de 50 mm, iar distanţa maximă dintre ele nu trebuie să depăşească 1 ; - şicanele cu dublu sau triplu segment se pot utiliza dacă pierderile de presiune sunt prea mari sau sunt necesare mai multe suporturi de ţevi .

e) Alegerea ţevilor – pot fi utilizate ţevi linse sau cu aripioare. Pentru a obţine un transfer de căldură ridicat se indică utilizarea unor ţevi cu diametre mici (min 20 mm) şi lungimi de maxim 5 m, limitele de dimensionare fiind impuse pentru a se putea face curătirea mecanică a lor. – aşezarea ţevilor pe placa tubulară se poate realiza în vârful unor triunghiuri echilaterale sau în pătrate (fig.1.35); - pasul dintre ţevi se alege de obicei între 1,2 şi 1,5 din diametrul exterior al ţevilor, spaţiul minim dintre diametrele exterioare ale ţevilor trebuind să depăşească 6 mm pentru a permite curăţirea mecanică .

f) Intrarea fluidului în manta – se face prin ştuţuri speciale sudate pe aceasta. Dacă viteza fluidului este mai mare la impactul cu ţevile se poate produce o eroziune a acestora sau vibraţia lor.Pentru a preveni acest efect se utilizează: - plăci de protecţie (fig. 1.36 a şi c ) ; - ţevi de protecţie (fig. 1.36 b) sau un distribuitor inelar cu fereastă (fig. 1.36 b) .