طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله معمولا براساس استانداردهای ارایه شده توسط انجمن سازندگان مبدل حرارتی آمریکا TEMA انجام می شود. براساس این استانداردها، ۳ بخش بسیار مهم برای طراحی مبدلهای پوسته ولوله وجود دارد.
۱- هدر انتهایی جلو
۲- پوسته
۳- هدر انتهایی پشت
انتخاب های موجود برای هریک از این سه بخش، جدول زیر را برای انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله به وجود می آورد :
دیگر بخش های کوچکتر را میتوانید در لینک (دیاگرام تفصیلی مبدل حرارتی پوسته و لوله و در کنار جزییات منطبق بر استاندارد TEMA مشاهده نمایید .
انواع مبدل های حرارتی پوسته ولوله
مدلهای مختلفی از مبدل های حرارتی را میتوان به سادگی و تنها با ترکیب انواع مختلفی از هدرهای ابتدایی و انتهایی آن بدست آورد.
علاوه براین، بسته به اینکه چطور تیوب باندل به کاورهای جلویی و عقبی متصل و فیکس میشود، ما سه نوع ساختار مبدل حرارتی پوسته و لوله داریم.
تیوب شیت فیکس شده
مبدل حرارتی با تیوب شیت فیکس شده تیوب های مستقیم دارد که در تیوب شیت های دو سمت، ساپورت شده اند
مهمترین مزیت مبدل حرارتی با تیوب شیت فیکس شده ، هزینه کمتر آن است زیرا ساختار ساده تری دارد. تیوب شیت فیکس شده ، اگر از اکسپنشن جوینت در آن استفاده نشود میتواند بعنوان ارزانترین نوع مبدل های حرارتی پوسته ولوله در نظر گرفت. اما همین امر اگر اختلاف دمای بین سیالات سمت پوسته و سمت لوله زیاد باشد، با اهمیت میشود زیرا باید از اکسپنشن جوینت استفاده کنیم. از دیگر مزایای استفاده از این نوع مبدل حرارتی، می توان به این امر اشاره کرد که در مبدل های حرارتی با تیوب شیت فیکس، تیوبها به راحتی و با بازکردن کاور چنل یا بونت ، قابل تمیز شدن هستند. علاوه بر این ، عدم وجود جوینت های فلنجی می تواند به کمتر کردن نشتی سیال سمت پوسته کمک کند. یکی از نقاط ضعف این نوع مبدلها، این است که سطح بیرونی تیوبها قابل تمیزکاری مکانیکی نیست زیرا تیوب باندل به پوسته فیکس شده است. به همین دلیل در مبدل های حرارتی با تیوب شیت فیکس، نیازبه یک سیال تمیز داریم که در سمت پوسته جریان یابد. اگر قرار باشد از سیال کثیف در سمت تیوب استفاده کنیم، این نوع مبدل حرارتی بسیار مناسب می باشد.
مبدل حرارتی از نوع U
همانطور که از نامش پیداست ، این نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله به شکل U ( یو انگلیسی ) است. تنها یک تیوب شیت در این نوع مبدل وجود دارد. تمام تیوب ها از نیمه بالایی این تیوب شیت شروع شده و یک نیم دور U شکل را در داخل پوسته کامل کرده و به نیمه پایینی تیوب شیت برمیگردند. همانطور که در دیاگرام زیر نشان داده شده است :
مزیت مبدل های U این است که تیوبها می توانند به صورت آزاد انبساط پیدا کنند زیرا در انتها به شکل یو هستند و به راحتی در داخل پوسته معلق هستند. در نتیجه یک مبدل حرارتی U شکل، برای موقعیتهایی که اختلاف دمایی زیادی بین سیالات پوسته و لوله وجود دارد گزینه مناسب تری است. اما این شکل U کار را برای تمیزکاری مکانیکی تیوب ها سخت میکند. برای این نوع مبدلها نیز تنها تمیزکاری شیمیایی قابل انجام است. در نتیجه در کاربردهایی که سیال سرویس بسیار کثیف است و یا رسوبگذاری زیادی در سمت تیوب وجود دارد کمتر به کار میرود. این مبدل های حرارتی بسیار از نظر اقتصادی به صرفه هستند زیرا به اکسپنش جوینت نیاز نیست و تیوب باندل آزادانه می تواند انبساط یابد.
مبدل حرارتی با سر معلق ( floating head ) در این نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله، یک سر تیوب ها به صورت فیکس در داخل تیوب شیت متصل به پوسته ، نگه داشته شده و سر دیگر آن آزاد است که انتبساط یابد یا در اصطلاح “معلق” است.
به کمک این طراحی، این نوع از مبدل های پوسته و لوله می توانند از پس سیالات با اختلاف دمای زیاد سمت پوسته و سمت لوله برآیند زیرا تیوب ها آزادانه می توانند انبساط یابند. همچنین کاور سر معلق به راحتی قابل جداشدن است تا تمیزکاری مکانیکی درون تیوبها را تسهیل نماید. به همین جهت می توان برای سیالات سرویس دارای رسوب و یا سیالات کثیف در سمت پوسته نیز از این نوع مبدل حرارتی استفاده نمود. اما این نوع طراحی از نظر اقتصادی تقریبا گرانتر است .