가장 널리 사용되는 열교환기: 쉘 앤 튜브 열교환기

소개

열교환기 많은 산업 및 상업 공정에서 필수적인 구성 요소로, 직접적인 접촉 없이 한 매체에서 다른 매체로 열을 전달할 수 있습니다. 플레이트형, 핀형 튜브, 나선형 및 이중 파이프 열교환기를 포함한 다양한 유형 중에서 쉘 앤 튜브 열교환기(STHE)는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 유형입니다. 다용성, 내구성 및 효율성은 발전, 석유 및 가스, HVAC, 화학 처리 등과 같은 분야의 열 관리의 초석이 됩니다.

쉘 앤 튜브 열교환기란 무엇입니까?

쉘 앤 튜브 열교환기는 원통형 쉘 내에 둘러싸인 일련의 튜브로 구성됩니다. 한 유체는 튜브를 통해 흐르고, 다른 유체는 튜브 위로(쉘 내부) 흘러 열을 교환합니다. 이러한 간접 접촉은 유체 혼합 없이 열 전달을 보장합니다.

기본 구조:
튜브: 일반적으로 묶음으로 배열되며 직선형 또는 U자형일 수 있습니다.

껍질(Shell): 튜브를 둘러싸고 있는 원통형 용기로 두 번째 유체가 들어 있습니다.

튜브 시트: 튜브를 제자리에 고정하고 유체를 분리하는 플레이트입니다.

배플: 쉘측 유체를 안내하여 난류와 열 전달을 증가시킵니다.

헤드 또는 엔드 캡: 유체를 튜브 안팎으로 보냅니다.

작동 원리

쉘 앤 튜브 열 교환기의 주요 작동 원리는 서로 다른 온도의 두 유체 사이의 대류 기반 열 전달입니다. 열은 튜브 벽을 통해 더 뜨거운 유체에서 더 차가운 유체로 흐릅니다.

세 가지 주요 흐름 구성이 있습니다.

평행 흐름 – 두 유체가 같은 방향으로 움직입니다.

역류 – 유체는 효율성을 높이기 위해 반대 방향으로 움직입니다.

교차 흐름 – 유체가 서로 수직으로 흐릅니다.

디자인 변형

다양한 응용 분야에 적합하도록 쉘 및 튜브 열교환기는 다양한 구성으로 설계되었습니다.

1회 통과 또는 다중 통과(유체가 튜브를 1회 또는 여러 번 통과함)

고정 튜브 시트 - 간단하고 경제적입니다. 낮은 열팽창으로 제한됩니다.

플로팅 헤드 또는 U자형 튜브 – 열팽창을 수용합니다. 더 쉬운 청소 및 유지 관리.

TEMA 표준 – TEMA(Tubular Exchanger Manufacturer Association)는 STHE를 정유, 상업 및 화학 용도에 맞게 클래스(R, C, B)로 표준화합니다.

왜 가장 널리 사용됩니까?

1. 다양성
쉘 앤 튜브 교환기는 광범위한 온도(최대 1000°C)와 압력(최대 500bar)을 처리할 수 있습니다. 다양한 프로세스 요구 사항, 유체 및 설치 환경에 맞게 맞춤화할 수 있습니다.

2. 내구성과 신뢰성
스테인레스 스틸, 티타늄 또는 인코넬과 같은 견고한 재료로 제작된 이 교환기는 부식성 및 스트레스가 높은 환경에 적합합니다. 적절한 유지 관리를 통해 작동 수명이 길어집니다.

3. 확장성
실험실용 소형 장치부터 대규모 산업 설비에 이르기까지 다양한 크기로 제공됩니다.

4. 유지관리의 용이성
U-튜브 또는 플로팅 헤드 디자인과 같은 모델을 사용하면 전체 시스템을 분해하지 않고도 청소 및 튜브 교체가 가능합니다.

5. 열효율
적절한 설계(예: 배플, 다중 패스)를 사용하면 STHE는 특히 역류 배열에서 매우 효율적인 열 전달을 달성할 수 있습니다.

일반적인 응용

1. 석유 및 가스 산업
냉각 윤활유 및 유압유

배가스로부터의 열 회수

증기 및 증기의 응축

2. 발전
급수 히터

화력 발전소의 증기 응축기

3. 화학 처리
반응기의 온도 제어

제품 가열 및 냉각

4. HVAC 및 냉동
냉각수 시스템

콘덴서 및 증발기

5. 해양 및 항공우주
엔진 냉각 시스템

폐열 회수

건축자재
재료 선택은 매우 중요하며 온도, 압력 및 내식성에 따라 달라집니다.

탄소강 – 저비용 응용 분야에 일반적입니다.

스테인레스 스틸 - 높은 내식성.

구리 합금 - 우수한 열 전도성.

티타늄 – 해수 또는 부식성이 높은 유체에 사용됩니다.

니켈 합금(인코넬, 하스텔로이) – 극한 환경용.