Fabbricante, assemblaggio e progettazione di scambiatori di calore a guscio e a tubo secondo ASME e TEMA
Che cos'è lo scambiatore di calore a guscio e tubo (STHE)?
Uno scambiatore di calore a guscio e tubo (STHE) è il tipo di scambiatore di calore più utilizzato nelle applicazioni industriali a causa della sua robustezza, versatilità,e capacità di sopportare elevate pressioni e temperatureÈ costituito da un guscio (un grande vaso a pressione) con un fascio di tubi all'interno.Il calore viene trasferito tra i due fluidi attraverso le pareti del tubo.
Le STI sono disciplinate da due norme chiave:
1.Codice ASME delle caldaie e dei recipienti a pressione (BPVC), sezione VIII, sezione 1: garantisce la sicurezza dei recipienti a pressione.
2.TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association) Standard: definisce la progettazione meccanica, le tolleranze e le pratiche di fabbricazione.
Principali dettagli tecnici secondo ASME e TEMA
1.Norme di progettazione
ASME BPVC Sezione VIII, Div.
- copre la progettazione dei confini di pressione (conchiglie, fogli di tubi, canali).
- Richiede calcoli per spessore minimo, rinforzo dell'ugello e test idrostatici.
Norme TEMA (classi R, C, B):
- Classe R: Applicazioni di raffinazione e di processo gravi (alte pressioni/temperature).
- Classe C: Servizio commerciale/industriale generale.
- Classe B: Servizio di processi chimici (ambienti corrosivi).
2. Componenti e configurazione
| Componente |
Descrizione |
| Conchiglia |
Contenitore cilindrico (acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, ecc.) secondo ASME VIII-1. |
| Fabbricazione a partire da: |
Tubi dritti/a U (OD 5/8" a 2"), materiale selezionato per la resistenza alla corrosione/al calore. |
| Foglio di tubi |
Placca spessa perforata per tubi; progettata secondo la norma ASME VIII-1 (efficienza del legamento ≥ 50%). |
| Fabbricazione a partire da: |
"Fabbricazione" in cui il prodotto è in grado di essere utilizzato per la fabbricazione o la distribuzione di prodotti di fabbricazione o di fabbricazione. |
| Canale/Intestazione |
Coperture rimovibili (TEMA tipo testa anteriore/posteriore: A, B, N, ecc.). |
| Fabbricazione a partire da: |
Portate di ingresso/uscita con dimensioni secondo ASME B31.3 o API 660. |
Esempio di designazione TEMA:
AES:
- A: testa anteriore (coperta a bullone).
- E: proiettile a passaggio unico.
-S: testa posteriore galleggiante (bundle di trazione).
3Progettazione termica
Durazione di calore (Q):Q=U⋅A⋅ΔTLMTD- Sì.
- U: Coefficiente di trasferimento di calore complessivo (W/m2·K).
- Un: area di trasferimento del calore (tubo OD × lunghezza × numero di tubi).
-ΔTLMTD- Sì.: differenza di temperatura media log (corretta per la disposizione del flusso).
Disposizioni di flusso:
- Controflusso: massima efficienza termica.
- Flusso parallelo: più semplice ma meno efficiente.
- Flusso incrociato: comune nei condensatori.
Metodo di efficacia-NTU:
-Utilizzato per sistemi di flusso complessi o proprietà variabili dei fluidi.
4Progettazione meccanica
Dimensioni della conchiglia e del tubo:
- Shell ID: Determinato dalla disposizione del fascio del tubo (triangolare, quadrato, quadrato ruotato).
-Ponte del tubo: minimo 1,25 × OD del tubo (per consentire la pulizia).
Progettazione di deflettore:
- Baffle a segmento (taglio del 20% al 50%) con spaziatura per TEMA (min 1/5 ID della conchiglia o 2").
- No-Tubes-In-Window (NTIW): elimina le zone morte.
Caduta di pressione:
- Lato della conchiglia: ottimizzato tramite spaziatura/taglio.
- lato del tubo: funzione della velocità del fluido e della lunghezza del tubo.
5Selezione del materiale
| Componente |
Materiali comuni |
Guida ASME/TEMA |
| Conchiglia |
Acciaio al carbonio (SA-516), SS 316, Hastelloy |
Permetto di corrosione (3 mm tipici). |
| Fabbricazione a partire da: |
SS 304/316, Titanio, Cu-Ni, Inconel |
Compatibile con il materiale della conchiglia per evitare la corrosione galvanica. |
| Foglio di tubi |
Materiali placcati (acciaio al carbonio + strato SS) |
ASME VIII-1 per i requisiti di incollaggio placcato. |
| Altri dispositivi |
Fabbricazione a sfera (SS + grafite), PTFE |
Classe TEMA R/C/B per i limiti di temperatura/pressione. |
6. Conformità e collaudo ASME
Prova idrostatica:
-1,5 × pressione di progettazione (ASME VIII-1 UG-99).
- Prova entrambi i lati del guscio e del tubo.
Prova pneumatica:
-1.1 × pressione di progettazione (se la prova idrostatica non è praticabile).
Requisiti di NDT:
- RT (radiografia) per saldature.
- PT (colori penetranti) o MT (particelle magnetiche) per le crepe superficiali.
7Applicazioni comuni
Petrolio e gas: pre riscaldatori, refrigeratori, condensatori.
Centrali elettriche: condensatori di vapore, scaldabagni.
Industria chimica: raffreddamento dei reattori, distillazione.
Climatizzatori, riscaldamento urbano.
Vantaggi e limitazioni
| Vantaggi |
Limitazioni |
| Capacità ad alta pressione (conforme all'ASME). |
Incline all'inquinamento (lato del guscio). |
| Facile da pulire (bundini di tubi rimovibili). |
Un'impronta più grande rispetto agli scambiatori di calore a piastre. |
| Personalizzabile (configurazioni TEMA). |
Un costo più elevato per i materiali esotici (titanio). |
