Tuyau échangeur de chaleur dans le tuyau: caractéristiques de conception

Échangeurs de chaleur Un tuyau dans une conduite est destiné à assurer le chauffage ou le refroidissement (en fonction de l'emplacement de l'échangeur de chaleur) du caloporteur dans les systèmes de chauffage, ainsi que dans les systèmes industriels. Les échangeurs de chaleur de ce type sont également utilisés dans les industries du pétrole et du gaz, des produits chimiques et autres.

Dans ce document, nous allons essayer de considérer la conception des échangeurs de chaleur de ce type, ainsi que de mettre en évidence le calcul du tube de l’échangeur de chaleur dans le tube.

Échangeur de chaleur du type "pipe in pipe"

échangeurs de chaleur «tuyau dans tuyau»

Informations générales sur les échangeurs de chaleur

Les échangeurs de chaleur (également appelés échangeurs de chaleur) servent à assurer un échange de chaleur entre les deux fluides caloporteurs. Dans ce cas, un liquide de refroidissement est chauffé et le second, respectivement, est refroidi.

Selon le but, les échangeurs de chaleur situés sur des caloducs sont divisés en:

• Réchauffeurs
• Réfrigérateurs

L'un des systèmes d'échange de chaleur

Selon la méthode de transfert de chaleur, les échangeurs de chaleur sont divisés en:

• Surface- les liquides de refroidissement qu’ils contiennent sont séparés par un mur, à travers lequel se produit un échange de chaleur
• Régénératrice- le processus de transfert de chaleur est divisé en deux périodes et se produit avec un chauffage /refroidissement alternatif d'une buse spéciale
.
• Mélange- Le transfert de chaleur dans de tels dispositifs a lieu par contact direct et mélange des fluides caloporteurs.

La conception du tuyau de l'échangeur de chaleur dans le tuyau

Les échangeurs de chaleur de type tuyau dans tuyau sont appelés échangeurs de chaleur de surface.

Comment fonctionne un échangeur de chaleur tube à tube?

Sa conception est assez simple:

• Le plus souvent, un tel échangeur de chaleur est constitué de plusieurs liens superposés et interconnectés. Un schéma du tuyau de l'échangeur de chaleur dans le tuyau est fourni ci-dessous.

Circuit échangeur de chaleur

• Chaque lien d'un tel échangeur de chaleur est constitué de tubes insérés les uns dans les autres, entre lesquels s'effectue l'échange de chaleur.
• Le tuyau extérieur a un diamètre plus grand et est raccordé aux tuyaux extérieurs d’autres liaisons; les tuyaux d’un diamètre inférieur posés à l’intérieur sont également connectés en série les uns aux autres.

Faites attention!

Pour garantir le nettoyage de l'échangeur de chaleur, il est nécessaire de détacher les raccords de tous les tuyaux.

Le plus souvent, des gâteaux amovibles sont utilisés pour connecter les chambres à air.

• Une petite section de l’échangeur thermique permettra d’atteindre une vitesse élevée du liquide de refroidissement dans les tuyaux et dans l’espace annulaire.
• Si le transfert de chaleur nécessite une quantité importante de liquide de refroidissement, la conception de l'échangeur de chaleur comprend plusieurs sections, qui sont combinées les unes aux autres par des collecteurs communs.

Échangeur de chaleur multiple

Avantages des échangeurs de chaleur à tubes dans le tube

Malgré la simplicité du designles échangeurs de chaleur à tubes de ce type sont très populaires.

Cela s'explique principalement par les avantages évidents de tels échangeurs de chaleur:

• Premièrement, les échangeurs de chaleur conçus selon le principe du «tuyau dans le tuyau» garantissent la vitesse optimale du liquide de refroidissement en sélectionnant des tuyaux d'eau du diamètre approprié .
• Deuxièmement, ces échangeurs de chaleur sont assez simples à fabriquer et à entretenir. Le nettoyage de ces échangeurs de chaleur est également assez simple, ce qui prolonge considérablement la durée de vie et le service.
• En outre, les échangeurs de chaleur «pipe in pipe» présentent une polyvalence suffisante: non seulement le liquide, mais également la vapeur peuvent jouer le rôle de liquide de refroidissement dans un tel système.

Inconvénients des échangeurs de chaleur à tubes dans le tuyau

Les échangeurs de chaleur ont pour inconvénients le tuyau dans le tuyau:

• Grand format
• Coût élevé (les conduites externes ne participant pas à l'échange de chaleur, ainsi que les conduites pour un échangeur de chaleur souterrain, sont assez coûteuses, si elles sont incluses dans la conception globale)
• Difficulté de conception (le calcul de l'échangeur entre tubes sera décrit ci-dessous)

Ces inconvénients sont toutefois contrebalancés par les avantages ci-dessus, car de tels échangeurs de chaleur sont largement utilisés.

Conception des tubes échangeurs de chaleur dans le tube

Calcul des échangeurs de chaleur

Le calcul du tuyau dans le tuyau de l'échangeur de chaleur comprend le choix du matériau pour sa fabrication,et aussi - définition des paramètres clés de la structure.

Nous examinons ci-dessous les points principaux liés à la conception d'échangeurs de chaleur de ce type. Il convient toutefois de noter qu'il est conseillé de confier l'exécution des travaux de conception à des professionnels du secteur de la thermotechnique.

Échangeur de chaleur industriel

Compte tenu de la corrosivité de plusieurs liquides de refroidissement et de la nécessité de garantir la plus longue durée de vie possible de l'échangeur thermique, l'acier inoxydable est le plus souvent utilisé pour la fabrication de ses principaux éléments ( tuyaux en acier de chauffage ). Il est possible de fabriquer un échangeur de chaleur à partir d'un autre matériau, mais dans ce cas, une analyse minutieuse de ses conditions d'utilisation est nécessaire.

En ce qui concerne le calcul des dimensions des principaux éléments du tuyau de l'échangeur de chaleur dans le tuyau, nous prenons en compte ici les valeurs suivantes:

• La différence de température moyenne entre le liquide de refroidissement
• Charge thermique de l'appareil
• Coefficient de transfert de chaleur de la paroi de l'échangeur de chaleur à la solution
• Résistance thermique du mur d'échangeur thermique
• Coefficient de transfert de chaleur
• Surface d'échange thermique calculée

Schéma de fonctionnement de l'échangeur de chaleur

Outre les performances thermiques, les caractéristiques hydrauliques du système sont calculées pour calculer l'échangeur de chaleur dans le tuyau situé dans le tuyau. Un calcul structurel est effectué afin de déterminer la charge mécanique exercée sur tuyaux métalliques pour le chauffage de l'échangeur de chaleur.

Tableau des coefficients de transfert de chaleur

Vous trouverez ci-dessous le tableau des coefficients d'échange de chaleur pour les tuyaux d'un échangeur de chaleur «tuyau dans tuyau» avec différents milieux de travail. Vous pouvez utiliser les données de cette table en calculant indépendamment le système d'échange de chaleur.

En raison de la conception simple du type de tuyau dans le tuyau, ce type d’échangeur de chaleur peut être utilisé très largement. Et si vous n’êtes pas effrayé par ses dimensions considérables, son design “pipe in pipe” est une excellente option!