Échangeur de chaleur Fabricant, montage et conception d'échangeur de chaleur à coque et à tube conformément à ASME et TEMA
Qu'est-ce qu'un échangeur de chaleur en coque et en tube (STHE)?
Un échangeur de chaleur en coque et en tube (STHE) est le type d'échangeur de chaleur le plus utilisé dans les applications industrielles en raison de sa robustesse, de sa polyvalence,et capacité à supporter des pressions et des températures élevéesIl se compose d'une coque (un grand récipient sous pression) avec un faisceau de tubes à l'intérieur. Un fluide circule à travers les tubes (côté du tube) et l'autre circule à l'extérieur des tubes à l'intérieur de la coque (côté du coque).La chaleur est transférée entre les deux fluides à travers les parois du tube.
Les ESST sont régies par deux normes clés:
1.Code ASME des chaudières et des récipients sous pression (BPVC), section VIII, section 1: Assure la sécurité des récipients sous pression.
2.TEMA (Association des fabricants d'échangeurs tubulaires): définit la conception mécanique, les tolérances et les pratiques de fabrication.
Détails techniques clés selon ASME et TEMA
1.Normes de conception
La section VIII, division 1 de l'ASME BPVC est modifiée comme suit:
- couvre la conception des limites de pression (enveloppe, feuilles de tubes, canaux).
- Requiert des calculs pour l'épaisseur minimale, le renforcement de la buse et les tests hydrostatiques.
Normes TEMA (classes R, C et B):
-Classe R: Applications sévères dans les raffineries et les procédés (haute pression/température).
-Classe C: Services généraux commerciaux ou industriels.
-Classe B: service de procédés chimiques (environnements corrosifs).
2. Composants et configuration
| Composant |
Définition |
| Coquille |
Récipient cylindrique (acier au carbone, acier inoxydable, etc.) selon la norme ASME VIII-1. |
| Tubes |
Tubes droites/en U (OD 5/8" à 2"), matériau sélectionné pour sa résistance à la corrosion/à la chaleur. |
| Feuille de tuyau |
Plaque épaisse forée pour tubes; conçue selon l'ASME VIII-1 (efficacité du ligament ≥ 50%). |
| Les déflecteurs |
"Système de détection de la pollution atmosphérique" (1) |
| Chaîne/en-tête |
Couvercles amovibles (types de tête avant/arrière TEMA: A, B, N, etc.). |
| Des nozzles |
Les ports d'entrée/sortie sont dimensionnés selon ASME B31.3 ou API 660. |
Exemple de désignation TEMA:
AES:
- A: Tête avant (couvercle boulonné).
- Une seule balle.
-S: Tête arrière flottante.
3. Conception thermique
Le débit thermique (Q):Q=U⋅A⋅ΔTDTMTJe suis désolée.
- Vous.: Coefficient global de transfert de chaleur (W/m2·K).
- Une.: surface de transfert de chaleur (OD du tube × longueur × nombre de tubes).
-ΔTDTMTJe suis désolée.: différence de température moyenne logarithmique (corrigée pour l'arrangement du débit).
Les régimes de flux:
- Contre-écoulement: efficacité thermique maximale.
- Flux parallèle: plus simple mais moins efficace.
- Flux croisé: commun dans les condensateurs.
Méthode NTU d'efficacité:
- Utilisé pour des arrangements de débit complexes ou des propriétés de fluide variables.
4. Conception mécanique
Dimensions de la coque et du tube:
-Shell ID: déterminé par la disposition du faisceau de tubes (triangulaire, carré, carré tourné).
-Passe du tube: minimum 1,25 × D.O. du tube (pour permettre le nettoyage).
Conception de déflecteur:
- Des déflecteurs segmentés (20% à 50% de coupe) avec espacement par TEMA (min 1/5 ID de coque ou 2").
- Pas de tubes dans la fenêtre: élimine les zones mortes.
Réduction de la pression:
- Côté de la coque: optimisé via l'espacement/coupe de déflecteur.
- Côté du tube: fonction de la vitesse du fluide et de la longueur du tube.
5. Sélection du matériel
| Composant |
Matériaux communs |
L'équipement doit être équipé d'un dispositif de contrôle de la qualité. |
| Coquille |
Acier au carbone (SA-516), SS 316, Hastelloy |
Permis de corrosion (3 mm typiquement). |
| Tubes |
SS 304/316, Titane, Cu-Ni, Inconel |
Compatible avec le matériau de la coque pour éviter la corrosion galvanique. |
| Feuille de tuyau |
Matériaux plaqués (acier au carbone + couche SS) |
ASME VIII-1 pour les exigences en matière de collage plaqué. |
| Les joints |
En spirale (SS + graphite), en PTFE |
La classe TEMA R/C/B pour les limites de température/pression. |
6. Conformité et tests ASME
Test hydrostatique:
-1,5 × pression de conception (ASME VIII-1 UG-99).
- Testez les deux côtés de la coque et du tube séparément.
Test pneumatique:
-1.1 × pression de conception (si l'essai hydrostatique est impraticable).
Exigences relatives à la NDT:
- RT (test radiographique) pour les soudures.
-PT (colorant pénétrant) ou MT (particule magnétique) pour les fissures de surface.
7. Applications communes
Pétrole et gaz: préchauffeurs, refroidisseurs, condensateurs.
Les centrales électriques: condensateurs de vapeur, chauffe-eau.
Industrie chimique: refroidissement des réacteurs, distillation.
Les réfrigérateurs, le chauffage urbain.
Avantages et limites
| Les avantages |
Les limites |
| Capacité à haute pression (conforme à l'ASME). |
Prédisposé à l'encrassement (côté de la coquille). |
| Facile à nettoyer (boucles de tubes amovibles). |
Une plus grande empreinte par rapport aux échangeurs de chaleur à plaques. |
| Les paramètres suivants doivent être utilisés pour les paramètres suivants: |
Coût plus élevé pour les matériaux exotiques (titane). |
