ヘリカルバッフル熱交換器これは、シェルやチューブの設計における「ステップ チェンジ」としてよく説明されます。{0}}-主張は単純明快です。よりスムーズな流れ、より良い熱伝達、より少ない振動、より低い圧力損失です。そして多くの場合、彼らはまさにそれを実現します。
しかし、設計が悪いためではなく、間違った用途に指定されているか、サイズが間違っているために、パフォーマンスが低下することも確認されています。{0}実際に現場で計測した結果がこちらです。
ヘリカルバッフル設計が実際に行うこと
従来のセグメント型バッフル交換器では、シェル側の流体が管束内をジグザグ パターンで前後に移動します。{0}流れはバッフルごとに方向を変えます。これにより乱流が発生しますが、デッドゾーン、高い圧力降下、横流を引き起こす振動も発生します。-
らせん状バッフル設計は、部分的なバッフルを連続的ならせん状の表面に置き換えます。流体はシェルに沿ってらせん状の経路をたどります。流れはよりスムーズで均一になります。
ヘリカルデザインがもたらすもの:
- バンドル全体にわたるより均一な速度分布
- 同じ熱伝達でより低い圧力損失 (または同じ圧力損失でより優れた熱伝達)
- 流れによる振動の減少-（急激な方向の変化はありません）
- 汚れが蓄積するデッドゾーンが減少
得られないもの:
- 適切なチューブサポートの必要性がなくなるわけではありません（チューブをサポートするためのバッフルは依然として必要です）
- 入口での流れの分配不良によって引き起こされる問題は解決されません
- すべての液体に対して同様にうまく機能するわけではありません
熱伝達と圧力損失: 本当のトレードオフ-
これは、ヘリカル バッフル設計の中核となる主張です。単位圧力降下あたりの熱伝達が向上します。複数の設置環境でこれを測定しました。
| パラメータ | 部分的 | バッフルヘリカル | バッフルヘリカルアドバンテージ |
| シェルの-サイド U- 値 | 1,850 W/m²·K | 2,100 W/m²·K | +13.5% |
| 圧力損失 | 45kPa | 32kPa | -29% |
| 比率(U/ΔP) | 41.1 | 65.6 | +60% |
ヘリカル設計により、圧力損失が 29% 低くなり、熱伝達が 13.5% 向上しました。それは意味のある改善です。 5 年間の運転期間で、ポンプのエネルギー節約は総運転コストの約 15% でした。
ただし、問題があります。改善は自動的には行われないということです。螺旋設計は、流体速度が螺旋流パターンを維持するのに十分に高い場合にのみうまく機能します。低速では改善は縮小します。
ねじれ角: 当社が使用する具体的な計算
よく見られる間違いは、エンジニアが螺旋角度を指定せずに「螺旋バッフル熱交換器」を指定するというものです。メーカーは標準角度を使用しています-通常は 30～40 度-ですが、これが最適な場合とそうでない場合があります。
ねじれ角に関する私たちの経験:
| ねじれ角 | 熱伝達への影響 | 圧力損失への影響 | 最適な用途 |
| 20～25度 | 中等度の改善 | 最低の増加 | 高速、クリーンな流体 |
| 30～40度 | ベストバランス | 中程度の増加 | 最も一般的なサービス |
| 45～60度 | 最高の改善 | 最も高い増加率 | ファウリングサービス、乱気流が必要 |
当社の標準的な仕様: 一般的なサービスでは 35 度。汚れた流体には調整を上げ、圧力-降下-が制限された用途には調整を下げます。
ヘリカルバッフルとファウリング: 測定されたデータセット
ヘリカルバッフルの利点の 1 つは、汚れの減少であると主張されています。らせん状の流れは粒子を懸濁状態に保ち、堆積物の沈降を防ぐと考えられています。
複数のサービスにわたる当社の汚れデータ:
| サービス | セグメントファウリング率 | ヘリカルファウリング率 | 削減 |
| プロセス水（処理水） | 1.0x | 0.6x | -40% |
| 冷却塔水 | 1.0x | 0.7x | -30% |
| 軽質炭化水素 | 1.0x | 0.8x | -20% |
| 重油（高速） | 1.0x | 0.85x | -15% |
| 重油（低速） | 1.0x | 1.1x | +10% (悪化) |
パターンは一貫しています。ヘリカルバッフルはほとんどの作業で汚れを軽減しますが、それは速度が十分な場合に限られます。低速では、らせんによって堆積物が付着する表面積が増加し、実際に汚れが悪化する可能性があります。
私たちのルール: シェル側の速度が 0.5 m/s 未満の場合は、ヘリカル バッフルによる汚れの軽減を期待しないでください。{0}それらは状況をさらに悪化させる可能性があります。
当社が参照する API 標準
当社は、バッフル設計については TEMA RCB-4.3.1、バンドル サポートについては RCB-4.7 を具体的に参照して、TEMA クラス R 規格に準拠してヘリカル バッフル熱交換器を設計しています。
TEMA RCB-4.3.1 では、バッフルが振動を防ぐためにチューブを適切にサポートすることを要求しています。螺旋状バッフルはこの要件を満たしますが、螺旋リードの長さとバッフルの厚さを慎重に設計する必要があります。 TEMA RCB-4.7 は、バンドル サポートの間隔に対処します。これは、連続的なヘリックスがセグメント バッフルとは異なるサポート パターンを作成するため、ヘリカル設計にとって特に重要です。
当社の慣行: 製造を開始する前に、TEMA RCB-4.3.1 および RCB-4.7 を参照して、承認を得るためにバッフル サポートの計算をクライアントに提出します。これはセグメントバッフルに使用する計算と同じですが、らせん形状に合わせて調整されています。主な違いは、サポートされていないチューブのスパンです。セグメント設計では、サポートされていないスパンは、隣接するバッフル間の距離です。らせん状の設計では、らせんが束の周りを包み込み、サポート ポイントの間隔が広くなるため、サポートされていないスパンが長くなります。サポートされていない最大スパンは 1.2 m になるように設計していますが、セグメント設計では 0.8 ～ 1.0 m です。
機械的洗浄へのアクセス: 特定の制限
これについては上で触れました。ヘリカルバッフルは、チューブの周りを包み込む連続した構造です。シェル側-またはロッドの個々のチューブ-を機械的にクリーニングする必要がある場合、ヘリカル バッフルが邪魔になります。
私たちのガイドライン:
- サービスで機械的なシェル側のクリーニングが必要な場合は、代わりにセグメント バッフルを検討してください。{0}
- 汚染サービスでヘリカル バッフルを使用する場合は、化学洗浄 (CIP) のみを計画してください。
- ロッドチューブが必要な場合は、取り外し可能なチューブまたはチューブにアクセスできるデザインを指定してください。
ヘリカルバッフル熱交換器の選択チェックリスト
ヘリカルバッフルを指定する前に:
- シェル-側の速度 – 0.5 m/s 以上ですか?そうでない場合、メリットは最小限になる可能性があります。水力直径に基づいて Re_shell を計算します。
- 流体タイプ – 液体は気体よりもメリットが大きくなります。速度が適切であれば、汚れた流体の効果が得られます。
- 振動のリスク – 振動が現在の問題である場合、ヘリカルバッフルが実績のある解決策です。
- アクセスの清掃 – 機械による清掃が必要ですか? 「はい」の場合、ヘリカルは正しい選択ではない可能性があります。続行する場合は、CIP を指定します。
- スペースの制約 – 既存のシェルに収まりますか?ヘリカルは改造に適しています。
- ねじれ角度 – リードの長さと角度を指定します。製造業者に任せないでください。. 35 学位を取得するのが良い出発点です。
- コスト – ヘリカルバンドルは 15 ～ 25% 高価です。経済を動かしてください。
- TEMA 準拠 – 仕様で TEMA RCB-4.3.1 および RCB-4.7 を参照してください。承認のためにサポート計算を提出します。
- ベンダーの経験 – すべての製造業者がヘリカル設計をうまく行うわけではありません。同様のアプリケーションからの参照を求めます。