Os trocadores de calor de casco e tubo são projetados usando parâmetros de projeto de computador sofisticados e técnicos. Os componentes do dispositivo incluem o invólucro, a tampa do invólucro, os tubos, o canal, a tampa do canal, a folha do tubo, os defletores e os bicos. As especificações e padrões para STHEs foram estabelecidos pela Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA).
Antes de produzir um trocador de calor de casco e tubo, há vários dados exigidos pelos fabricantes, como taxas de fluxo, temperaturas de entrada e saída, pressão, queda de pressão, fatores de resistência, propriedades físicas das substâncias a serem processadas, tamanhos de linha e o casco. diâmetro. Somados a esses fatores básicos estão mais requisitos técnicos que são usados para determinar o melhor processo para produzir o trocador de calor correto para a aplicação.
Concha
O invólucro de um trocador de calor de casco e tubo é feito de tubo ou placas metálicas soldadas, utilizando materiais que podem suportar temperaturas extremas e que são resistentes à corrosão. O invólucro interno deve ser redondo e com um diâmetro consistente para minimizar o espaço entre a borda externa defletida e o invólucro.
Canais ou Heads
O tipo de canal ou cabeçote depende da utilização do trocador de calor casco e tubo, sendo os cabeçotes do tipo castelo os mais comuns para uso em aplicações onde o cabeçote não precisa ser removido com frequência. Os canais de cobertura removíveis, necessários para manutenção, são flangeados ou soldados. Quando for necessário o exame frequente do canal e dos tubos, é necessária uma tampa removível do canal.
Tubos
Os tubos de um trocador de calor tipo casco e tubo são soldados ou extrudados e feitos de aço carbono, aço inoxidável, titânio, Inconel ou cobre. Diâmetros de tubo de {{0}},625 polegadas (16 mm), 0,75 polegadas (19 mm) ou uma polegada (25 mm) são usados em trocadores de calor compactos. A espessura dos tubos é escolhida de acordo com pressão, temperatura, estresse térmico e resistência à corrosão em comprimentos de 6 a 24 pés ou de 2 a 7 metros. Tubos mais longos reduzem o diâmetro do casco e resultam em alta queda de pressão no casco.
Folha de tubo
A chapa tubular é uma placa ou chapa perfurada com orifícios para a inserção de canos ou tubos e projetada para suportar os tubos em cada extremidade do invólucro cilíndrico. O invólucro se estende além das placas do tubo e é selado em ambas as extremidades para formar a câmara fechada que é coberta pelas cabeças.
Junta de Expansão
A finalidade de um trocador de calor é trocar calor de uma substância quente de um lado do trocador com uma substância fria do outro lado. Por causa disso, as unidades são frequentemente submetidas a amplas faixas de temperaturas.
Os materiais que são aquecidos aumentam de comprimento, enquanto os materiais que são resfriados se contraem. Se não houver tolerância para expansão e contração, os materiais no trocador poderão ser tensionados a ponto de falharem. Isso geralmente resulta em tubos empenados ou arrancados dos espelhos, mas também pode causar empenamento na carcaça ou distorção das conexões dos bicos. Todos estes efeitos secundários comprometem a integridade do permutador, tornando potencialmente inseguro o seu funcionamento.
É aqui que entra uma junta de expansão. Este elemento flexível é construído para suportar as mudanças de temperatura e pressão.
Trocador de calor casco e tubo, com junta de expansão, da Enerquip, LLC
Passo do tubo
O passo do tubo é a distância do centro de um tubo ao centro de um tubo adjacente. Os tubos são dispostos em um padrão triangular ou quadrado, sendo a configuração do padrão quadrado a mais fácil de limpar e produzindo menos turbulência. O arranjo de passo quadrado permite que os vapores subam entre os tubos, uma vantagem em relação aos tubos de passo quadrado triangulares e girados.
Defletores
Os defletores são usados para direcionar o fluxo nas laterais do casco e do tubo, de modo que a velocidade do fluido aumente o suficiente para atingir um alto coeficiente de transferência de calor e reduzir significativamente a incrustação, que ocorre quando materiais indesejados se formam na superfície de transferência de calor. O acúmulo de incrustações aumenta a resistência à transferência de calor e leva a um mau desempenho do trocador de calor. Em trocadores de calor horizontais de casco e tubo, os defletores sustentam os tubos e evitam flacidez ou danos por vibração.
Tirantes e espaçadores
Os tirantes e espaçadores são suportes e componentes estruturais projetados para manter os defletores no lugar, bem como manter o espaço entre os defletores. O número de hastes e espaçadores é determinado pelo número de defletores e pelo diâmetro da carcaça. Os tirantes são aparafusados à placa do tubo e estendem-se pelo comprimento de um feixe até o último defletor.