Shell-and-tube warmtewisselaar | ASME-gecertificeerd | Roestvrij staal
Wat is een shell-and-tube warmtewisselaar (STHE)?
Een shell-and-tube warmtewisselaar (STHE) is het meest gebruikte type warmtewisselaar in industriële toepassingen vanwege zijn robuustheid, veelzijdigheid en het vermogen om hoge drukken en temperaturen te verwerken. Het bestaat uit een shell (een groot drukvat) met een bundel tubes (buizen) erin. Eén vloeistof stroomt door de tubes (tube-zijde) en de andere stroomt buiten de tubes in de shell (shell-zijde). Warmte wordt overgedragen tussen de twee vloeistoffen door de tube-wanden.
STHE's worden beheerst door twee belangrijke normen:
1. ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), Sectie VIII, Divisie 1: Zorgt voor de veiligheid van drukvaten.
2. TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association) Standards: Definieert mechanisch ontwerp, toleranties en fabricagepraktijken.
Belangrijke technische details volgens ASME en TEMA
1. Ontwerpnormen
ASME BPVC Sectie VIII, Div. 1:
-Behandelt het ontwerp van de drukgrens (shell, tubesheets, kanalen).
-Vereist berekeningen voor minimale dikte, nozzle-versterking en hydrostatische tests.
TEMA Standards (Klassen R, C, B):
-Klasse R: Zware raffinage- en procestoepassingen (hoge drukken/temperaturen).
-Klasse C: Algemene commerciële/industriële service.
-Klasse B: Chemische procestoepassingen (corrosieve omgevingen).
2. Componenten & Configuratie
| Component |
Beschrijving |
| Shell |
Cilindrisch vat (koolstofstaal, roestvrij staal, etc.) volgens ASME VIII-1. |
| Tubes |
Rechte/U-vormige tubes (OD 5/8" tot 2"), materiaal geselecteerd voor corrosie-/thermische weerstand. |
| Tubesheet |
Dikke plaat met gaten voor tubes; ontworpen volgens ASME VIII-1 (ligament-efficiëntie ≥ 50%). |
| Baffles |
Segmentale, spiraalvormige of staafvormige baffles om de shell-side flow te sturen (TEMA-afstandsregels). |
| Kanaal/Header |
Verwijderbare deksels (TEMA front/rear head types: A, B, N, etc.). |
| Nozzles |
Inlaat/uitlaat poorten, afmetingen volgens ASME B31.3 of API 660. |
TEMA-aanduiding Voorbeeld:
AES:
-A: Front head (vastgeschroefd deksel).
-E: One-pass shell.
-S: Floating rear head (pull-through bundle).
3. Thermisch Ontwerp
Warmtebelasting (Q): Q=U⋅A⋅ΔTLMTD
-U: Totale warmteoverdrachtscoëfficiënt (W/m²·K).
-A: Warmteoverdrachtsoppervlak (tube OD × lengte × aantal tubes).
-ΔTLMTD: Logaritmische Gemiddelde Temperatuurverschil (gecorrigeerd voor flow-opstelling).
Flow-opstellingen:
-Tegenstroom: Hoogste thermische efficiëntie.
-Parallelle stroom: Eenvoudiger maar lagere efficiëntie.
-Kruisstroom: Veelvoorkomend in condensors.
Effectiviteit-NTU Methode:
-Gebruikt voor complexe flow-opstellingen of variabele vloeistofeigenschappen.
4. Mechanisch Ontwerp
Shell & Tube Afmetingen:
-Shell ID: Bepaald door de tube-bundel lay-out (driehoekig, vierkant, geroteerd vierkant).
-Tube pitch: Minimaal 1,25 × tube OD (om reiniging mogelijk te maken).
Baffle Ontwerp:
-Segmentale baffles (20–50% cut) met afstand volgens TEMA (min 1/5 shell ID of 2").
-No-Tubes-In-Window (NTIW): Elimineert dode zones.
Drukval:
-Shell-zijde: Geoptimaliseerd via baffle-afstand/cut.
-Tube-zijde: Functie van vloeistofsnelheid en tube-lengte.
5. Materiaalselectie
| Component |
Veelvoorkomende Materialen |
ASME/TEMA Richtlijnen |
| Shell |
Koolstofstaal (SA-516), SS 316, Hastelloy |
Corrosietoeslag (3 mm typisch). |
| Tubes |
SS 304/316, Titanium, Cu-Ni, Inconel |
Compatibel met shell-materiaal om galvanische corrosie te voorkomen. |
| Tubesheet |
Beklede materialen (koolstofstaal + SS-laag) |
ASME VIII-1 voor eisen aan de hechting van bekleding. |
| Pakkingen |
Spiraalvormig (SS + grafiet), PTFE |
TEMA Klasse R/C/B voor temperatuur-/druklimieten. |
6. ASME Compliance & Testing
Hydrostatische Test:
-1,5 × ontwerp druk (ASME VIII-1 UG-99).
-Test zowel shell- als tube-zijden afzonderlijk.
Pneumatische Test:
-1,1 × ontwerp druk (als hydrostatische test onpraktisch is).
NDT Eisen:
-RT (radiografisch onderzoek) voor lassen.
-PT (kleurstofpenetrant) of MT (magnetisch deeltje) voor oppervlaktescheuren.
7. Veelvoorkomende Toepassingen
Olie & Gas: Voorverwarmers, koelers, condensors.
Energiecentrales: Stoomcondensors, voedingswaterverwarmers.
Chemische Industrie: Reactor koeling, destillatie.
HVAC: Chillers, stadsverwarming.
Voordelen & Beperkingen
| Voordelen |
Beperkingen |
| Hoge drukcapaciteit (ASME-conform). |
Gevoelig voor vervuiling (shell-zijde). |
| Gemakkelijk schoon te maken (verwijderbare tube-bundels). |
Grotere voetafdruk vs. platenwarmtewisselaars. |
| Aanpasbaar (TEMA-configuraties). |
Hogere kosten voor exotische materialen (Titanium). |
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
