ローシェル側流で動作する PTFE 交換器における流量の偏りを防ぐ戦略は何ですか?{0}

PTFE 熱交換器では、低いシェル側の流れが管束の周囲の巨大なバイパス隙間を単に滴り落ち、最も抵抗の少ない経路を選択し、伝熱面とほとんど接触しない可能性があります。流れが制限された状況から最大の熱性能を達成するには、このバイパスを回避することが重要です。

シェルサイドフロー偏在の性質
シェル側の流れが不均一に分布している低流量 PTFE 熱交換器では、シェル側流体にいくつかの競合する流路があります。理想的には、流体は熱伝達が起こる管束全体に送られます。実際には、他にも低抵抗のパスがあります。

シェル壁とバンドルの間の流れバイパス

バッフル-と-シェルの隙間の漏れ

チューブ-とバッフル間の隙間による短絡-

勢いは、より高い流量で流体をより均一に広げるのに役立ちます。ただし、流量レベルが低い場合、駆動圧力は控えめであり、流れは最も簡単なルートに集中する傾向があります。したがって、流体の大部分が管束を完全にバイパスし、熱利用率が低下し、熱交換器の効率が低下する可能性があります。

低流量偏在: 重要なメカニズム
シェル側の速度が低い場合の主な問題は、漏れ抵抗を克服するための圧力差が不足していることです。{0}}流体は以下を優先的に通過します。

シェルからバッフルまでの距離

周囲のチューブ束のギャップ

吸気領域付近の流れ抵抗の低いゾーン

バイパス流が優勢になると、熱交換器の実際の表面積が同等のままであっても、有効熱伝達面積は大幅に減少します。

シェル-サイドフローの設計戦略
バッフルとシェルのクリアランス、調整
偏在を制御する最も簡単な方法は、機械的公差を厳しくして漏れ経路を減らすことです。 TEMA などの規格は、以下の間の許容可能なクリアランスを確立します。

外径、バッフル、シェル、壁内側

管束とシェル壁の外側限界

チューブ穴とバッフルプレート

これらのクリアランスを減らすと、バイパス流量が減少し、より多くの流体がチューブ束を通過します。ただし、製造公差と熱膨張を考慮して、機械的な結合を回避する必要があります。

シーリングストリップの使用
チューブ束とシェルの間のバイパス通路を遮断するために、チューブ束の周囲に沿って配置されるシール ストリップがよく使用されます。これらのストリップは、シェル側の流れを管束領域に偏向させる物理的障壁として機能します。

PTFE 熱交換器のシール ストリップの設計では、動作温度全体にわたってシール特性が確実に維持されるように、材料の柔軟性と材料の熱膨張特性を考慮する必要があります。

バッフル形状の最適化
バッフルの設計は流れの分散にとって重要です。バッフルのカットサイズが小さいと、管束全体に押し付けられ、軸方向にバイパスできない流れの割合が増加します。ただし、バッフルカットを小さくしすぎると圧力損失が大幅に増加します。

流量が非常に低い用途では、完全なバッフルを使用して（カットがほとんどまたはまったくなく、クリアランス ギャップが制御されている）、主にクロスフロー配置を適用できます。{0}}

ヘリカルバッフル配置
より洗練されたソリューションは、ヘリカルまたはスパイラルバッフルシステムです。これらの機能により、シェル側の流体が連続的な螺旋パターンで導かれ、プラグ フローのような挙動が強化され、静止ゾーンが最小限に抑えられます。-

ヘリカルバッフルはコストが高く、技術的にも複雑ですが、漏れや偏在の可能性は大幅に軽減されます。これにより、従来のセグメント型バッフルでは均一な分布を達成することが困難な低流量 PTFE システムで特に効果的です。-

ローシェル-サイドフロー操作の設計ルール
低流量 PTFE 交換器のシェル側の流れの不均一分布の問題を効果的に軽減するために、いくつかの基本的な設計アイデアを要約することができます。

バッフルとシェルおよびバンドルとシェルのクリアランスを許容限度まで最小限に抑える

周囲のバイパスチューブをシールストリップでシールします

バッフルカットを減らすことでチューブ束全体のクロスフロー率を増加-

非常に低い流量での流れの均一性を高めるためのヘリカルバッフルの使用

局所的な噴射を避けるために、入口の分布が可能な限り均一であることを確認してください。