Scambiatori di calore a piastre tubiere verticalisono un punto fermo in molti settori. Sono semplici, affidabili e ampiamente disponibili. Ma non sono una soluzione universale e li abbiamo visti specificati per le applicazioni sbagliate più volte di quanto vorremmo ammettere.
Abbiamo installato unità verticali in impianti chimici, centrali elettriche e impianti di lavorazione alimentare. Ne abbiamo anche sostituiti alcuni che erano mal progettati o applicati in modo errato. Ecco cosa abbiamo effettivamente imparato.
Ciò che rende diverso il design di una piastra tubiera verticale
In uno scambiatore di calore a piastra tubiera verticale, il fascio tubiero è orientato verticalmente. La piastra tubiera si trova nella parte superiore o inferiore-o talvolta su entrambe le estremità-con i tubi che corrono verticalmente attraverso il guscio.
Le principali differenze rispetto ai design orizzontali:
- Drenaggio della condensa: la gravità lavora per te, non contro di te. La condensa nei servizi di condensazione drena verso il basso e non si accumula sulle superfici dei tubi.
- Circolazione naturale: gli effetti di sifonamento termico favoriscono il flusso, riducendo in alcuni casi i requisiti della pompa.
- Rimozione dei sedimenti: i solidi e i depositi tendono a depositarsi sul fondo, dove possono essere raccolti o espulsi.
Il compromesso-off:
- Altezza libera: hai bisogno di spazio verticale, a volte molto
- Supporto del tubo: i tubi verticali più lunghi richiedono supporti intermedi per evitare cedimenti e vibrazioni
- Accesso per la manutenzione: lavorare su un fascio verticale può essere più complicato di uno orizzontale a livello del suolo
Le due configurazioni comuni
Lavoriamo con due principali design verticali:
Piastra tubiera montata- in alto (flusso verso il basso):
- Il fluido entra dall'alto e scorre verso il basso attraverso i tubi
- La condensa si scarica naturalmente
- Ideale per: attività di condensazione, in cui il liquido deve fuoriuscire rapidamente
- Peggiore per: servizi con gas non-condensabili (si raccolgono sul fondo)
Piastra tubiera montata sul lato inferiore- (verso l'alto):
Il fluido entra dal basso, scorre verso l'alto attraverso i tubi
Meglio per la bollitura o l'evaporazione (il vapore fuoriesce dall'alto)
Ideale per: ribollitori, evaporatori
Peggiore per: servizi con solidi sospesi (si depositano sul fondo e ostruiscono l'ingresso)
Li abbiamo usati entrambi. La scelta dipende interamente dalla fase del fluido e da dove desideri che vada il vapore o il liquido.
Dove i design verticali eccellono davvero
Sulla base della nostra esperienza sul campo:
Servizi di condensazione
La condensa drena liberamente, riducendo lo spessore del film liquido sui tubi
I coefficienti di trasferimento del calore sono generalmente superiori del 15-25% rispetto a quelli orizzontali nello stesso servizio
Abbiamo visto che i condensatori verticali superano quelli orizzontali nelle applicazioni di condensazione di vapore e idrocarburi
Servizi di incrostazione (con solidi ragionevoli)
La gravità aiuta i depositi a scivolare via dai tubi o a depositarsi sul fondo
Le porte di scarico o di scarico sul fondo- consentono la rimozione periodica dei solidi accumulati
Gli intervalli di pulizia sono generalmente più lunghi del 20–40% rispetto alle unità orizzontali nello stesso servizio
Piani con spazio-vincolato
Se lo spazio sul pavimento è limitato, le unità verticali possono adattarsi ad aree in cui le unità orizzontali non lo fanno
Abbiamo inserito gli scambiatori verticali in sale meccaniche dove nessuna unità orizzontale potrebbe entrare
Dove i design verticali hanno prestazioni inferiori
1. Servizi ad alto contenuto di gas non-condensabili
I materiali non-condensabili tendono a raccogliersi nella parte superiore del condensatore a deflusso, ricoprendo i tubi e riducendo il trasferimento di calore
Nel servizio con flusso verso l'alto, possono accumularsi nella parte superiore e causare il legame del vapore
Sono necessarie prese d'aria dedicate nei punti più alti, il che significa maggiore complessità
2. Servizi di gas ad alta-velocità
I tubi verticali possono vibrare più di quelli orizzontali a causa degli effetti del flusso incrociato-
Abbiamo dovuto aggiungere ulteriori supporti per i tubi per evitare danni dovuti alle vibrazioni
Le piastre di supporto riducono inoltre l'area effettiva di trasferimento del calore
3. Servizi che richiedono frequenti ispezioni interne
L'accesso a un fascio verticale è più difficile senza attrezzature di sollevamento specializzate
Abbiamo visto squadre di manutenzione ritardare le ispezioni perché è una seccatura accedere alla piastra del tubo superiore
Le nostre linee guida pratiche per la manutenzione:
Garantire spazio sopra la testa per la rimozione del fascio (almeno 1,5 volte la lunghezza del tubo)
Fornire punti di sollevamento permanenti o un paranco dedicato
Installare passi d'uomo o porte di ispezione sia in alto che in basso-lesinare sulla porta inferiore è un errore comune che abbiamo riscontrato
L'unica cosa che controlliamo sempre: la spaziatura del supporto del tubo
I tubi verticali tendono a deformarsi sotto il proprio peso se la lunghezza non supportata è eccessiva. Ciò è particolarmente vero per i tubi a pareti sottili-e i materiali alto-legati.
Le nostre specifiche per il supporto del tubo verticale:
Lunghezza massima non supportata: 1,5–2,0 m per la maggior parte dei materiali
Utilizzare piastre di supporto intermedie (deflettori) a una distanza di 1,0–1,5 m per tubi più lunghi
Controllare la sollecitazione di deformazione del tubo sotto la colonna idrostatica
Checklist di selezione per scambiatori a piastre tubiere verticali
Prima di specificare la verticale:
- Tipo di servizio: condensazione o bollitura? Il verticale eccelle nella condensazione. Per un riscaldamento/raffreddamento sensibile, l’orizzontale può essere altrettanto efficace.
- Non-condensabili: sono presenti? Se sì, prendere in considerazione misure orizzontali o aggiungere disposizioni di ventilazione.
- Spazio sul pavimento rispetto all'altezza: c'è spazio verticale sufficiente per la rimozione del tubo?
- Supporto del tubo: verificare la lunghezza non supportata rispetto alle raccomandazioni del produttore.
- Drenaggio: la condensa o i sedimenti si raccolgono dove è possibile rimuoverli?
- Accesso per la manutenzione: hai una gru o un paranco? La testata superiore è accessibile?
- Materiale: le leghe ad alto contenuto di leghe possono essere più soggette a deformazioni. Controllo.
- Funzionalità CIP: il liquido detergente può raggiungere tutte le superfici? Nelle unità verticali, questo di solito è più semplice che in quelle orizzontali.