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L'échangeur thermique à enveloppe et à tube, également appelé échangeur thermique tubulaire ou en colonne, est le type le plus typique d'échangeur thermique cloisonné. Il a une longue histoire d'utilisation industrielle et conserve toujours une position dominante parmi tous les échangeurs thermiques. Ce type d'échangeur thermique consiste principalement en une coque, des faisceaux de tubes, des feuilles de tubes et des bouchons d'extrémité, la coque étant généralement cylindrique et contenant des faisceaux de tubes parallèles fixés aux deux extrémités des feuilles de tubes. Dans les échangeurs thermiques à coque et à tube, deux fluides facilitent l'échange de chaleur, l'un s'écoulant à l'intérieur des tubes, appelé côté tube, et l'autre à l'extérieur des tubes, appelé côté enveloppe. Les parois des faisceaux de tubes servent de surfaces de transfert thermique. Pour améliorer le coefficient de transfert thermique du fluide à l'extérieur des tubes, un certain nombre de déflecteurs transversaux sont généralement installés dans l'enveloppe. Ces déflecteurs empêchent non seulement les courts-circuits de fluide et augmentent la vitesse du fluide, mais ils obligent également le fluide à circuler à travers le faisceau de tubes plusieurs fois de manière à courant transversal, ce qui augmente considérablement la turbulence. Les déflecteurs les plus couramment utilisés sont de type segmental et disque, les premiers étant plus largement utilisés. Chaque passage du fluide à travers les tubes est appelé passage de tube, et chaque passage à travers la coque est appelé passage de coque. Pour augmenter la vitesse du fluide à l'intérieur des tubes, des déflecteurs appropriés peuvent être placés dans les bouchons d'extrémité, divisant les tubes en plusieurs groupes. Cela permet au fluide de passer par une seule partie des tubes et de faire un va-et-vient plusieurs fois, appelés passages de tubes multiples. De même, pour augmenter la vitesse à l'extérieur des tubes, des déflecteurs longitudinaux peuvent être installés à l'intérieur de la coque, ce qui permet de passer plusieurs fois. Les échangeurs thermiques à plaque fixe soudent les plaques de tube directement sur la coque aux deux extrémités. Composés principalement de la coque extérieure, des plaques de tube, du faisceau de tube et des bouchons d'extrémité, les tubes sont fixés aux plaques de tube à l'aide de joints soudés, expansions ou laminés, et la périphérie de la feuille de tube et la bride de bouchon d'extrémité sont boulonnées ensemble. Bien que ce type d'échangeur thermique ait une structure simple, est peu coûteux à fabriquer, et facilite le nettoyage et l'entretien du côté du tube, le nettoyage du côté de la coque est difficile, et les contraintes induites par la température peuvent exister après la fabrication. Lorsqu'il y a un différentiel de température important entre les tubes d'échange thermique et la coque, un joint d'expansion peut également être nécessaire sur la coque. Les échangeurs thermiques à tête flottante sont dotés d'une extrémité de la plaque de tube fixée entre la coque et le boîtier de tube, l'autre extrémité pouvant se déplacer librement dans la coque, permettant ainsi une expansion thermique libre entre la coque et le faisceau de tube et éliminant la contrainte thermique. En général, la tête flottante est amovible et le faisceau de tubes peut être facilement extrait et réinséré. Cette structure convient aux conditions où il existe une différence de température significative entre le faisceau de tubes et la coque. Il permet un nettoyage et une maintenance pratiques pour le faisceau de tubes et la coque, mais la structure est relativement complexe et nécessite des performances d'étanchéité élevées. Les échangeurs thermiques à tube en U tordez les tubes d'échange thermique en U, les deux extrémités étant fixées sur la même feuille de tube. Comme la coque et les tubes d'échange thermique sont séparés, le faisceau de tubes peut se dilater librement sans contrainte des différences de température dans le milieu. Les échangeurs thermiques à tube en U sont dotés d'une seule tôle tubulaire et d'une tête flottante, ce qui simplifie leur structure. Le faisceau de tubes peut être extrait et inséré librement pour un nettoyage facile, en combinant les avantages des échangeurs thermiques à tête flottante. Cependant, comme les tubes d'échange thermique sont pliés en rayons variables, seuls les tubes endommagés les plus à l'extérieur peuvent être remplacés ; les autres doivent être bouchés s'ils sont endommagés. En outre, par rapport aux échangeurs thermiques à tube fixe, la partie centrale du faisceau de tubes présente des écarts en raison du rayon de courbure, ce qui peut entraîner un court-circuit des fluides et affecter l'efficacité du transfert thermique. |
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