Merancang dan menganalisis penukar panas shell and tube adalah tugas kompleks yang melibatkan pemahaman aspek teoritis dan praktis perpindahan panas, dinamika fluida, dan ilmu material. Penukar panas jenis ini adalah salah satu yang paling umum dan serbaguna dalam aplikasi industri, berkat desainnya yang kokoh dan kemampuannya dalam menangani tekanan tinggi dan suhu. Mari selami detailnya.

Pengantar Penukar Panas Shell dan Tabung

Penukar panas shell and tube terdiri dari serangkaian tabung, satu set membawa cairan panas dan yang lainnya membawa cairan dingin. Pertukaran panas terjadi antara cairan ini melalui dinding tabung. Desain ini populer karena kemampuannya menangani berbagai suhu dan tekanan, serta kemampuan beradaptasinya terhadap berbagai jenis cairan.

Komponen Penukar Panas Shell dan Tabung

1. Kerang: Selubung luar yang menahan bundel tabung. Biasanya berbentuk silinder dan terbuat dari logam untuk menahan tekanan tinggi.
2. Tabung: Ini adalah jalur bagi cairan. Mereka bisa dibuat dari berbagai bahan, termasuk baja tahan karat, tembaga, atau titanium, tergantung pada aplikasinya.
3. Lembaran Tabung: Ini adalah pelat yang menahan tabung pada tempatnya. Mereka dibor dengan lubang untuk menampung tabung dan dilas atau diperluas untuk memastikan kesesuaiannya.
4. membingungkan: Ini digunakan untuk mengarahkan aliran cairan di dalam cangkang, meningkatkan turbulensi dan meningkatkan efisiensi perpindahan panas.
5. Tutup Akhir atau Kepala: Ini digunakan untuk menutup ujung cangkang dan mengarahkan aliran cairan masuk dan keluar dari tabung.
6. Nozel: Ini adalah titik masuk dan keluarnya fluida.

Pertimbangan Desain

1. Desain Termal

Tujuan utama dari desain termal adalah untuk memastikan perpindahan panas yang efisien antar fluida. Ini melibatkan penghitungan luas perpindahan panas yang dibutuhkan, jumlah tabung, dan susunan tabung-tabung ini di dalam cangkang.

• Koefisien Perpindahan Panas: Ini merupakan faktor penting dalam menentukan efisiensi penukar panas. Hal ini tergantung pada sifat fluida, laju aliran, dan sifat permukaan perpindahan panas.
• Profil Suhu: Perbedaan suhu antara cairan mendorong perpindahan panas. Desainnya harus memastikan bahwa perbedaan ini dipertahankan di seluruh penukar panas.
• Catat Perbedaan Suhu Rata-Rata (LMTD): Ini digunakan untuk menghitung luas perpindahan panas. Ini adalah representasi yang lebih akurat dari perbedaan suhu antara cairan yang melintasi penukar panas.

2. Desain Mekanik

Desain mekanis berfokus pada memastikan integritas struktural penukar panas dalam kondisi pengoperasian.

• Penurunan Tekanan: Ini adalah hilangnya tekanan saat fluida mengalir melalui penukar panas. Hal ini harus diminimalkan untuk mengurangi konsumsi energi.
• Pemilihan Bahan: Bahan yang digunakan harus tahan terhadap suhu dan tekanan pengoperasian, serta sifat korosif cairan.
• Analisis Getaran: Aliran fluida dapat menimbulkan getaran, yang dapat menyebabkan kegagalan mekanis. Desain harus memperhitungkan hal ini dan mencakup langkah-langkah untuk mengurangi getaran.

3. Dinamika Fluida

Memahami karakteristik aliran fluida sangat penting untuk mengoptimalkan desain.

• Pengaturan Aliran: Fluida dapat mengalir secara paralel, menangkal, atau pengaturan aliran silang. Masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan dalam hal efisiensi perpindahan panas dan penurunan tekanan.
• Pergolakan: Meningkatnya turbulensi dapat meningkatkan perpindahan panas tetapi juga meningkatkan penurunan tekanan. Desainnya harus menyeimbangkan faktor-faktor ini.

Analisis Penukar Panas Shell dan Tube

1. Kinerja Termal

Kinerja suatu alat penukar panas diukur dari kemampuannya memindahkan panas secara efisien. Hal ini melibatkan penghitungan koefisien perpindahan panas keseluruhan dan membandingkannya dengan spesifikasi desain.

• Metode Efektivitas-NTU: Metode ini digunakan untuk mengevaluasi kinerja penukar panas dengan membandingkan perpindahan panas aktual dengan perpindahan panas maksimum yang mungkin terjadi.
• Keseimbangan Panas: Memastikan bahwa panas yang hilang oleh fluida panas sama dengan panas yang diperoleh oleh fluida dingin sangat penting untuk memverifikasi desain.

2. Integritas Mekanik

Analisis mekanis melibatkan pemeriksaan komponen struktural terhadap tegangan dan deformasi dalam kondisi pengoperasian.

• Analisis Elemen Hingga (FEA): Metode komputasi ini digunakan untuk mensimulasikan tegangan dan regangan pada komponen penukar panas.
• Analisis Kelelahan: Siklus termal yang berulang dapat menyebabkan kegagalan kelelahan. Desain harus memperhitungkan hal ini dengan memilih bahan dan ketebalan yang sesuai.

3. Pertimbangan Operasional

• pelanggaran: Akumulasi endapan pada permukaan perpindahan panas dapat mengurangi efisiensi. Desainnya harus mencakup ketentuan untuk pembersihan dan pemeliharaan.
• Penskalaan: Mirip dengan pengotoran, penskalaan melibatkan penumpukan deposit mineral. Pemilihan material dan laju aliran dapat membantu mengurangi masalah ini.
• Korosi: Pemilihan material harus mempertimbangkan sifat korosif cairan untuk mencegah degradasi penukar panas.

Kesimpulan

Merancang dan menganalisis penukar panas shell and tube memerlukan pendekatan multidisiplin, menggabungkan prinsip-prinsip termodinamika, mekanika fluida, dan ilmu material. Dengan mempertimbangkan aspek termal dan mekanik secara cermat, serta kondisi operasional, para insinyur dapat menciptakan penukar panas yang efisien dan andal yang memenuhi permintaan berbagai aplikasi industri.

Posting terkait

Apa perbedaan antara pipa stee hitam dan pipa baja galvanis?

Pipa Baja Hitam dan Pipa Baja Galvanis keduanya merupakan jenis pipa baja yang digunakan dalam berbagai aplikasi, dan perbedaan utamanya terletak pada lapisan dan ketahanannya terhadap karat dan korosi.

Apa kelebihan menggunakan sistem pelapisan FBE dua lapis dibandingkan dengan pelapisan satu lapis?

Sulit, lapisan atas yang kuat secara mekanis untuk semua lapisan pelindung korosi pipa epoksi berikat fusi. Ini diterapkan pada lapisan dasar untuk membentuk lapisan luar yang keras dan tahan terhadap gouge, dampak, abrasi dan penetrasi. baja abter dirancang khusus untuk melindungi lapisan korosi primer dari kerusakan selama aplikasi pengeboran arah pipa, bosan, penyeberangan sungai dan pemasangan di medan yang kasar.

tabel perbandingan standar pipa baja – DIA | ASTM | DARI | pipa baja GB

Tabel perbandingan standar pipa baja DIN Jerman ASTM ASTM Amerika JIS Jepang GB Cina baru

Menyambungkan Pipa Stainless Steel ke Fitting Pipa Baja Karbon

Dalam aplikasi industri dan perumahan, seringkali diperlukan untuk menggabungkan berbagai jenis logam. Sambungan ini dapat berupa antara baja tahan karat dan baja karbon, dua bahan yang paling umum digunakan dalam sistem perpipaan. Artikel ini akan memandu Anda melalui proses penyambungan pipa baja tahan karat ke alat kelengkapan pipa baja karbon, tantangan yang terlibat, dan cara mengatasinya.

Ukuran & Berat Pipa Baja yang Dilas dan Mulus ASME B 36.10 / B 36.19

Berdasarkan informasi yang diberikan, ASMEB 36.10 dan B 36.19 standar menentukan dimensi dan berat pipa baja yang dilas dan mulus. Standar-standar ini memberikan pedoman untuk pembuatan dan pemasangan pipa baja di berbagai industri, termasuk minyak dan gas, petrokimia, dan pembangkit listrik. ASME B 36.10 menentukan dimensi dan berat pipa baja tempa yang dilas dan mulus. Ini mencakup pipa mulai dari NPS 1/8 (hari 6) melalui NPS 80 (hari 2000) dan mencakup berbagai ketebalan dan jadwal dinding. Dimensi yang tercakup termasuk diameter luar, ketebalan dinding, dan berat per satuan panjang.

Perbedaan Antara Pipa Baja Karbon dan Pipa Baja Hitam

Pipa baja karbon dan pipa baja hitam sering digunakan secara bergantian, tetapi ada beberapa perbedaan utama di antara keduanya. Komposisi: Pipa Baja Karbon terbuat dari karbon sebagai elemen paduan utama, bersama dengan unsur lain seperti mangan, silikon, dan terkadang tembaga. Komposisi ini memberikan kekuatan dan daya tahan pada pipa baja karbon. Di samping itu, pipa baja hitam adalah jenis pipa baja karbon yang belum mengalami perawatan atau pelapisan permukaan tambahan. Permukaan Selesai: Perbedaan paling nyata antara pipa baja karbon dan pipa baja hitam adalah permukaan akhir. Pipa baja karbon memiliki warna gelap, lapisan oksida besi yang disebut skala pabrik, yang terbentuk selama proses pembuatan. Skala pabrik ini membuat pipa baja karbon tampak hitam. Sebaliknya, pipa baja hitam memiliki polos, permukaan yang tidak dilapisi. Tahan korosi: Pipa baja karbon rentan terhadap korosi karena kandungan besinya. Namun, lapisan skala pabrik pada pipa baja karbon memberikan beberapa tingkat perlindungan terhadap korosi, terutama di lingkungan dalam ruangan atau kering. Di samping itu, pipa baja hitam lebih rentan terhadap korosi karena tidak memiliki lapisan pelindung. Karena itu, pipa baja hitam tidak disarankan untuk digunakan di area yang terkena kelembapan atau elemen korosif.