En Yaygın Kullanılan Eşanjör: Kabuk ve Borulu Eşanjör

Giriş

Isı eşanjörleri Birçok endüstriyel ve ticari proseste, ısının bir ortamdan diğerine doğrudan temas olmadan aktarılmasını sağlayan temel bileşenlerdir. Plakalı, kanatlı borulu, spiral ve çift borulu ısı eşanjörleri de dahil olmak üzere mevcut pek çok tür arasında kabuk ve borulu ısı eşanjörü (STHE), küresel olarak en yaygın kullanılanı olarak öne çıkıyor. Çok yönlülüğü, dayanıklılığı ve verimliliği, onu enerji üretimi, petrol ve gaz, HVAC, kimyasal işleme ve daha fazlası gibi sektörlerde termal yönetimin temel taşı haline getiriyor.

Kabuk ve Borulu Isı Eşanjörü Nedir?

Kabuk ve Borulu Isı Eşanjörü, silindirik bir kabuk içine yerleştirilmiş bir dizi borudan oluşur. Bir akışkan boruların içinden akarken, başka bir akışkan ısı alışverişi yapmak için boruların üzerinden (kabuk içinde) akar. Bu dolaylı temas, sıvının karışması olmadan termal transfer sağlar.

Temel Yapı:
Tüpler: Tipik olarak demetler halinde düzenlenir ve düz veya U şeklinde olabilir.

Kabuk: İkinci sıvıyı içeren, tüpleri çevreleyen silindirik bir kap.

Tüp Levhaları: Tüpleri yerinde tutan ve sıvıları izole eden plakalar.

Bölmeler: Türbülansı ve ısı transferini artırmak için kabuk tarafındaki sıvıyı yönlendirin.

Başlıklar veya Uç Kapakları: Sıvıyı tüplerin içine ve dışına yönlendirin.

Çalışma Prensibi

Kabuk-borulu ısı değiştiricinin temel çalışma prensibi, farklı sıcaklıklardaki iki akışkan arasında konveksiyona dayalı ısı transferidir. Isı, boru duvarı boyunca sıcak akışkandan soğuk akışkana doğru akar.

Üç ana akış konfigürasyonu vardır:

Paralel Akış: Her iki akışkan da aynı yönde hareket eder.

Ters akış – Sıvılar daha yüksek verimlilik için zıt yönlerde hareket eder.

Çapraz akış – Akışkanlar birbirine dik olarak akar.

Tasarım Çeşitleri

Çeşitli uygulamalara uyacak şekilde gövde ve borulu ısı eşanjörleri farklı konfigürasyonlarda tasarlanmıştır:

Tek geçişli veya Çok geçişli (sıvı, tüplerden bir veya daha fazla geçiş yapar)

Sabit Tüp Levha – Basit ve ekonomik; düşük termal genleşme ile sınırlıdır.

Yüzer Başlık veya U-boru – Termal genleşmeyi karşılar; daha kolay temizlik ve bakım.

TEMA Standartları – Borulu Eşanjör Üreticileri Birliği (TEMA), STHE'leri rafineri, ticari ve kimyasal kullanım için sınıflara (R, C, B) standartlaştırır.

Neden En Yaygın Olarak Kullanılıyor?

1. Çok yönlülük
Kabuk ve boru eşanjörleri geniş bir sıcaklık aralığına (1000°C'ye kadar) ve basınçlara (500 bar'a kadar) dayanabilir. Birçok proses gereksinimi, akışkan ve kurulum ortamı için özelleştirilebilirler.

2. Dayanıklılık ve Güvenilirlik
Paslanmaz çelik, titanyum veya Inconel gibi sağlam malzemelerle üretilen bu eşanjörler, aşındırıcı ve yüksek stresli ortamlara uygundur. Uygun bakımla uzun ömürlüdürler.

3. Ölçeklenebilirlik
Laboratuvarlara yönelik küçük ünitelerden devasa endüstriyel tesislere kadar geniş bir boyut yelpazesinde mevcutturlar.

4. Bakım Kolaylığı
U-borulu veya hareketli kafalı tasarımlar gibi modeller, tüm sistemi sökmeden temizleme ve tüp değişimine olanak sağlar.

5. Isıl Verimlilik
Uygun tasarımla (örn. saptırma plakaları, çoklu geçişler), STHE'ler özellikle ters akışlı düzenlemelerde çok verimli ısı transferi sağlayabilir.

Ortak Uygulamalar

1. Petrol ve Gaz Endüstrisi
Soğutma yağları ve hidrolik sıvıları

Baca gazlarından ısı geri kazanımı

Buhar ve buharların yoğunlaşması

2. Enerji Üretimi
Besleme suyu ısıtıcıları

Termik santrallerde buhar kondansatörleri

3. Kimyasal İşleme
Reaktörlerin sıcaklık kontrolü

Ürün ısıtma ve soğutma

4. HVAC ve Soğutma
Soğutulmuş su sistemleri

Kondenserler ve evaporatörler

5. Denizcilik ve Havacılık
Motor soğutma sistemleri

Atık ısı geri kazanımı

İnşaat Malzemeleri
Malzeme seçimi kritiktir ve sıcaklığa, basınca ve korozyon direncine bağlıdır:

Karbon Çelik – Düşük maliyetli uygulamalar için yaygındır.

Paslanmaz Çelik – Yüksek korozyon direnci.

Bakır Alaşımları – Mükemmel ısı iletkenliği.

Titanyum – Deniz suyu veya yüksek derecede aşındırıcı sıvılar için kullanılır.

Nikel Alaşımları (Inconel, Hastelloy) – Zorlu ortamlar için.