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Principe de fonctionnement des échangeurs de chaleur tubulaires
Deux fluides de températures différentes circulent respectivement côté calandre et côté tube. Le fluide chaud se plie à travers le faisceau de tubes côté calandre, transférant la chaleur à la paroi du tube. Le fluide froid circule à l’intérieur du tuyau, absorbant la chaleur de la paroi du tuyau. La paroi du tube sert de surface de transfert de chaleur pour réaliser l'échange thermique, tandis que les deux fluides ne se mélangent pas. Cette conception est structurellement robuste et adaptée aux conditions de travail à haute pression et haute température.
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Structure d'échangeur de chaleur à calandre et à tubes
L'échangeur de chaleur à calandre et à tubes est composé de composants tels que la calandre, le faisceau de tubes de transfert de chaleur, la plaque tubulaire, le déflecteur (déflecteur) et la boîte à tubes. La coque est principalement de forme cylindrique, avec des faisceaux de tubes installés à l'intérieur. Les deux extrémités des faisceaux de tubes sont fixées sur les plaques tubulaires.
Les deux fluides qui subissent un échange thermique, chaud et froid, l'un circule à l'intérieur du tube et est appelé fluide côté tube. Un autre type s'écoule à l'extérieur du tube et est appelé fluide côté coque. Pour améliorer le coefficient de transfert thermique du fluide à l'extérieur du tube, plusieurs chicanes sont généralement installées à l'intérieur de la calandre.
Les chicanes peuvent augmenter la vitesse du fluide du côté de la coque, forçant le fluide à passer latéralement à travers le faisceau de tubes plusieurs fois le long du trajet prescrit et augmentant le degré de turbulence du fluide.
Les tubes d'échange thermique peuvent être disposés en triangles ou carrés équilatéraux sur la plaque tubulaire. L'agencement triangulaire équilatéral est relativement compact, le degré de turbulence du fluide à l'extérieur du tube est élevé et le coefficient de transfert thermique est élevé. La disposition carrée facilite le nettoyage de l'extérieur du tube et convient aux fluides sujets au tartre.
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Sélection de côtés de tubes et de calandres
Les fluides impurs, facilement entartrants et corrosifs doivent être acheminés à travers le côté du tube pour empêcher la corrosion simultanée du faisceau de tubes et de l'enveloppe, et pour faciliter le nettoyage et l'entretien.
Les fluides à haute pression doivent passer par le côté du tube pour éviter une pression simultanée sur la coque.
Les fluides toxiques doivent passer par le côté du tuyau pour réduire les risques de fuite.
Le fluide refroidi doit de préférence passer par le côté coque, ce qui facilite la dissipation de la chaleur et améliore l'effet de refroidissement.
Il est conseillé de faire passer la vapeur saturée par le côté calandre, ce qui facilite l'évacuation des condensats et des gaz non condensables, et la vapeur est propre et non polluante.
Les fluides à faible débit ou à haute viscosité conviennent au côté calandre. Grâce à l'effet du déflecteur, des turbulences peuvent être obtenues à un faible nombre de Reynolds (Re > 100).
Si la différence de température entre les deux fluides est importante, il est conseillé de laisser le fluide ayant un α plus élevé s'écouler à travers le côté calandre afin de réduire la différence de température entre la paroi du tube et la paroi de la calandre.
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Différence entre les échangeurs de chaleur à plaques et les échangeurs de chaleur à calandre
La principale différence entre les échangeurs de chaleur à plaques et les échangeurs de chaleur à calandre réside dans leur efficacité de transfert de chaleur, leur taille, leur poids et leur facilité de démontage et de nettoyage. Les échangeurs de chaleur à plaques conviennent aux conditions de pression faible à moyenne, de température relativement basse et de milieux propres, tels que la climatisation, l'eau chaude sanitaire et l'échange thermique industriel général. Les échangeurs de chaleur à calandre, quant à eux, ont une structure robuste et fiable, capable de résister à des températures élevées, à des pressions élevées et à des fluides sales. Ils conviennent aux conditions complexes telles que les industries pétrochimiques et énergétiques, impliquant des températures élevées, des pressions élevées, des solides ou du tartre. Dans les mêmes conditions, leur efficacité de transfert de chaleur est légèrement inférieure et leur taille est plus grande, mais leur durée de vie et leur applicabilité sont plus larges. En général, les échangeurs de chaleur à plaques sont préférés pour les environnements propres, basse à moyenne pression, tandis que les échangeurs de chaleur à calandre et tubes sont préférés pour les environnements difficiles, à haute température et haute pression.
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