縦型管板熱交換器多くの業界で定番となっています。シンプルで信頼性が高く、広く利用可能です。しかし、それらは普遍的な解決策ではなく、私たちが認めたい以上に、間違ったアプリケーションに指定されているのを目にしてきました。
化学工場、発電所、食品加工施設などに縦型ユニットを設置してきました。また、設計が不十分であったもの、または不適切に使用されていたものをいくつか交換しました。私たちが実際に学んだことは次のとおりです。
垂直管シート設計の違い
縦型管板熱交換器では、管束が垂直に配置されます。チューブシートは上部または下部-、場合によっては両端-に位置し、チューブはシェルを垂直に通過します。
水平デザインとの主な違いは次のとおりです。
- 凝縮水の排水 – 重力はあなたに逆らうのではなく、あなたに有利に働くのです。凝縮サービスにおける凝縮水は下方に排出され、チューブ表面に溜まることはありません。
- 自然循環 – 熱サイフォン効果により流れが促進され、場合によってはポンプの要件が軽減されます。
- 沈殿物の除去 – 固形物や堆積物は底に沈む傾向があり、そこで集めたり吹き飛ばしたりすることができます。
トレードオフ:-
- 高さのクリアランス - 垂直方向のスペースが必要であり、場合によってはかなりのスペースが必要です
- チューブサポート – 長い垂直チューブには、たわみや振動を防ぐために中間サポートが必要です
- メンテナンスアクセス – 垂直バンドルでの作業は、地上レベルでの水平バンドルよりも難しい場合があります
2 つの一般的な構成
私たちは 2 つの主要な垂直デザインに取り組んでいます。
トップ-チューブシート（ダウンフロー）:
- 液体は上部から入り、チューブを通って下に流れます
- 凝縮水は自然に排出されます
- 最適な用途: 液体を素早く排出する必要がある凝縮作業
- 最悪の場合: 非凝縮性ガスを使用するサービス（底に集まります）-
底部取り付けチューブシート（上昇流）:
液体は底部から入り、チューブを通って上に流れます
沸騰または蒸発に優れています（蒸気は上部から逃げます）
最適な用途: リボイラー、エバポレーター
最悪の場合: 懸濁物質を含むサービス (底に沈殿し、注入口が詰まる)
うちは両方使ったことがあります。どちらを選択するかは、流体の相と、蒸気または液体をどこに送りたいかによって決まります。
垂直デザインが実際に優れている場所
私たちの現場での経験に基づいて：
コンデンシングサービス
凝縮水が自由に排出され、チューブ上の液膜の厚さが減少します
熱伝達係数は通常、同じ使用において水平のものより 15 ～ 25% 高くなります。
蒸気および炭化水素の凝縮用途では、垂直型凝縮器が水平型凝縮器よりも優れた性能を発揮することがわかっています。
汚損サービス（適度な固形物を使用）
重力は堆積物がチューブから滑り落ちたり、底に沈んだりするのに役立ちます
底部のブローダウンポートまたはドレンポートにより、蓄積した固形物を定期的に除去できます。{0}
清掃間隔は通常、同じサービスの水平ユニットよりも 20 ～ 40% 長くなります。
スペースに制約のあるフロア-
床面積が限られている場合、横型ユニットが収まらない場所にも縦型ユニットを設置できます。
水平ユニットが入れない機械室に垂直熱交換器を設置しました。
垂直型デザインのパフォーマンスが低い場合
1. 非凝縮性ガス含有量が高いサービス-
非凝縮性物質はダウンフロー凝縮器の上部に集まる傾向があり、チューブを覆い、熱伝達を低下させます。-
上昇流サービスでは、それらが上部に蓄積し、蒸気の結合を引き起こす可能性があります
高所に専用の通気口が必要になるため、より複雑になります
2. 高速ガスサービス-
直交流効果により、垂直のチューブは水平のチューブよりも振動する可能性があります。-
振動による損傷を防ぐために追加のチューブサポートを追加する必要がありました
サポートプレートも有効熱伝達面積を減少させます
3. 頻繁な社内検査が必要なサービス
特殊な吊り上げ装置がないと垂直束にアクセスするのは困難です
トップチューブシートにアクセスするのが面倒なため、メンテナンスチームが検査を遅らせているのを見てきました。
メンテナンスに関する実際的なガイドラインは次のとおりです。
バンドルを取り外すための頭上のクリアランスを確保します (チューブの長さの少なくとも 1.5 倍)
常設の吊り上げポイントまたは専用のホイストを提供する
マンウェイまたは検査ポートを上部と下部の両方に設置します-下部のポートをケチるのはよくある間違いです
私たちが常にチェックしていること: チューブサポートの間隔
垂直チューブは、支持されていない長さが長すぎると、自重で座屈する傾向があります。これは、薄肉チューブや高合金材料に特に当てはまります。-
垂直チューブサポートの仕様:
サポートされていない最大長さ: ほとんどの材料で 1.5 ～ 2.0 m
長いチューブの場合は、1.0 ～ 1.5 m の間隔で中間サポート プレート (バッフル) を使用します。
静水頭下でのチューブの座屈応力を確認します
縦型管板交換器の選択チェックリスト
垂直方向を指定する前に:
- サービスの種類 – 凝縮または沸騰?縦型は集光性に優れています。適切な加熱/冷却の場合、水平方向も同様に効果的です。
- 非凝縮性物質 – 存在しますか? 「はい」の場合は、水平を検討するか、通気設備を追加してください。
- 床面積と高さ – チューブを取り外すための垂直方向のスペースはありますか?
- チューブサポート – サポートされていない長さをメーカーの推奨に従って確認してください。
- 排水 - 凝縮水や堆積物は除去できる場所に集まりますか?
- メンテナンスアクセス – クレーンまたはホイストはありますか?トップヘッドはアクセス可能ですか？
- 材質 – 高合金は座屈しやすい可能性があります。チェック。
- CIP 機能 – 洗浄液はすべての表面に到達できますか?垂直方向のユニットでは、通常、水平方向よりも簡単です。