Progettazione e costruzione di scambiatori di calore per impieghi gravosi

Uno scambiatore di calore è un'apparecchiatura che trasferisce il calore tra due o più flussi di processo. La scelta del giusto tipo di design può ridurre al minimo i costi energetici e i tempi di inattività.

Esistono diversi tipi di scambiatori di calore, tra cui flusso parallelo, controcorrente e flusso incrociato. Il miglior design dipende dalla scalabilità futura e dalla facilità di manutenzione.

Progetto

La scelta del design dello scambiatore di calore appropriato inizia con la comprensione dei requisiti di processo, come la quantità di potenza termica e il cambiamento di temperatura necessari tra i fluidi. Altri fattori da considerare includono la viscosità dei fluidi coinvolti, il contenuto di particolato e la composizione chimica. A seconda del tipo di processo, gli scambiatori di calore possono essere gas-gas, gas-liquido, liquido-liquido o bifase.

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero contiene una serie di tubi in un recipiente a pressione cilindrico sigillato. Possono essere costruiti in acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, titanio, Inconel o altri materiali. I tubi sono progettati per resistere a temperatura, pressione e sollecitazioni termiche. Sono posizionati con un perno distanziatore al centro per impedire il bypass e la miscelazione del fluido. La larghezza e l'intercapedine della piastra tubiera sono ottimizzate per la massima efficienza, facilità di accesso e pulizia.

Fabbricazione

Esistono diverse opzioni di fabbricazione per gli scambiatori di calore per impieghi gravosi. Quelli progettati per applicazioni corrosive possono utilizzare tubi rinforzati con fibre per resistere alle difficili condizioni operative che spesso si trovano nelle sostanze organiche clorurate. Gli scambiatori di calore a piastre incorporano una serie di piastre in lega ondulata che sono dotate di guarnizioni e compresse insieme all'interno di un telaio in acciaio al carbonio per creare una serie di canali di flusso. Questi passaggi di flusso dirigono i flussi di fluido e impediscono la miscelazione di fluidi.

Gli acciai inossidabili e le leghe di nichel vengono utilizzati per costruire scambiatori di calore tubolari ea fascio tubiero. Queste unità sono un cavallo di battaglia nell'industria alimentare, delle bevande e farmaceutica. Sono in grado di gestire le alte temperature necessarie per mantenere in funzione la produzione.

Installazione

Nei processi di digestione anaerobica verde che producono biogas da letame, sottoprodotti alimentari e grassi, uno scambiatore di calore a piastre a spirale può trasferire il metano privo di agenti patogeni alle tubazioni per il trasporto e lo stoccaggio. Il biogas può quindi essere bruciato per generare elettricità e calore. I restanti biosolidi privi di agenti patogeni possono essere disidratati e utilizzati per il condizionamento del terreno come fertilizzante.

Nelle case, uno scambiatore di calore aria-aria ricicla l'aria interna viziata, riscaldandola per portare aria fresca e riscaldata ed eliminare il vapore acqueo in eccesso che porterebbe alla condensazione delle finestre. Aiuta anche a mantenere in salute gli occupanti filtrando sostanze chimiche nocive, particolato, radon e altri inquinanti.

Manutenzione

Mantenere uno scambiatore di calore in buone condizioni è la chiave per mantenere la produzione senza intoppi. Un'eccessiva incrostazione può portare a prodotti contaminati o inutilizzabili, corrosione e perdite. Secondo Ethanol Producer Magazine, può persino rappresentare un pericolo di incendio.

Fortunatamente, ci sono molti modi per aiutare a mantenere pulito uno scambiatore di calore. Il campionamento è un modo efficace per valutare le condizioni di un sistema e si consiglia di prelevare più campioni di fluido dall'intero sistema. Queste informazioni sono fondamentali quando si pianifica una giornata di manutenzione.

Per gli scambiatori di calore a fascio tubiero, è importante scegliere un design con una testata del tipo a coperchio per facilitare la manutenzione. Questo tipo di testa può essere flangiata o saldata e in genere presenta coperture del canale rimovibili per un facile esame. La lunghezza dei tubi deve inoltre essere sufficiente per consentire una facile rimozione e sostituzione.