Intercambiadores de calor de placas de tubos verticalesson un elemento básico en muchas industrias. Son simples, confiables y ampliamente disponibles. Pero no son una solución universal y los hemos visto especificados para aplicaciones equivocadas más veces de las que nos gustaría admitir.
Hemos instalado unidades verticales en plantas químicas, centrales eléctricas e instalaciones de procesamiento de alimentos. También reemplazamos algunos que estaban mal diseñados o mal aplicados. Esto es lo que realmente hemos aprendido.
¿Qué hace que el diseño de una placa tubular vertical sea diferente?
En un intercambiador de calor de placa de tubos vertical, el haz de tubos está orientado verticalmente. La placa tubular se encuentra en la parte superior o inferior-o a veces en ambos extremos-con tubos que atraviesan verticalmente la carcasa.
Las diferencias clave con los diseños horizontales:
- Drenaje de condensado: la gravedad trabaja a su favor, no en su contra. El condensado en los servicios de condensación drena hacia abajo y no se acumula en las superficies de los tubos.
- Circulación natural: los efectos de sifón térmico ayudan al flujo, reduciendo los requisitos de la bomba en algunos casos.
- Eliminación de sedimentos: los sólidos y depósitos tienden a depositarse en el fondo, donde pueden recolectarse o expulsarse.
La compensación-:
- Espacio libre de altura: se necesita espacio vertical, a veces mucho
- Soporte de tubo: los tubos verticales más largos requieren soportes intermedios para evitar hundimientos y vibraciones.
- Acceso de mantenimiento: trabajar en un paquete vertical puede ser más complicado que en uno horizontal a nivel del suelo
Las dos configuraciones comunes
Trabajamos con dos diseños verticales principales:
Placa tubular-montada en la parte superior (flujo descendente):
- El líquido entra por la parte superior y fluye hacia abajo a través de los tubos.
- El condensado se drena naturalmente
- Ideal para: tareas de condensación, donde el líquido debe salir rápidamente
- Peor para: servicios con gases no-condensables (se acumulan en la parte inferior)
Placa tubular montada en la parte inferior-(flujo ascendente):
El líquido entra por la parte inferior y fluye hacia arriba a través de los tubos.
Mejor para hervir o evaporar (el vapor se escapa por la parte superior)
Ideal para: hervidores, evaporadores
Peor para: servicios con sólidos en suspensión (se depositan en el fondo y tapan la entrada)
Hemos usado ambos. La elección depende completamente de la fase de su fluido y de dónde desea que vaya el vapor o el líquido.
Donde realmente sobresalen los diseños verticales
Basado en nuestra experiencia de campo:
Servicios de condensación
El condensado se drena libremente, lo que reduce el espesor de la película líquida en los tubos.
Los coeficientes de transferencia de calor suelen ser entre un 15% y un 25% más altos que los horizontales en el mismo servicio.
Hemos visto que los condensadores verticales superan a los horizontales en aplicaciones de condensación de vapor e hidrocarburos.
Servicios de incrustaciones (con sólidos razonables)
La gravedad ayuda a que los depósitos se deslicen de los tubos o se depositen en el fondo.
Los puertos de drenaje o purga-inferiores permiten la eliminación periódica de los sólidos acumulados.
Los intervalos de limpieza suelen ser entre un 20 % y un 40 % más largos que los de las unidades horizontales en el mismo servicio.
Espacio-pisos con restricciones de espacio
Si el espacio es limitado, las unidades verticales pueden caber en áreas donde las unidades horizontales no
Hemos instalado intercambiadores verticales en salas de máquinas donde ninguna unidad horizontal podría llegar.
Donde los diseños verticales tienen un rendimiento inferior
1. Servicios con alto contenido de gases no-condensables
Los no-condensables tienden a acumularse en la parte superior de un condensador de flujo descendente, lo que cubre los tubos y reduce la transferencia de calor.
En servicio de flujo ascendente, pueden acumularse en la parte superior y causar unión de vapor.
Necesita ventilaciones dedicadas en los puntos altos, lo que significa más complejidad
2. Servicios de gas de alta-velocidad
Los tubos verticales pueden vibrar más que los horizontales debido a los efectos del flujo cruzado-
Hemos tenido que agregar soportes de tubo adicionales para evitar daños por vibración.
Las placas de soporte también reducen el área efectiva de transferencia de calor.
3. Servicios que requieren inspecciones internas frecuentes
El acceso a un paquete vertical es más difícil sin equipo de elevación especializado
Hemos visto equipos de mantenimiento retrasar las inspecciones porque es complicado acceder a la placa del tubo superior.
Nuestras pautas prácticas de mantenimiento:
Asegure un espacio libre superior para retirar el paquete (al menos 1,5 veces la longitud del tubo)
Proporcione puntos de elevación permanentes o un polipasto exclusivo
Instalar entradas de acceso o puertos de inspección tanto en la parte superior como en la inferior-escatimar en el puerto inferior es un error común que hemos visto
Lo único que siempre verificamos: el espacio entre los soportes de los tubos
Los tubos verticales son propensos a pandearse por su propio peso si la longitud sin soporte es demasiado larga. Esto es especialmente cierto para tubos-de pared delgada y materiales de alta-aleación.
Nuestras especificaciones para soporte de tubos verticales:
Longitud máxima sin soporte: 1,5 a 2,0 m para la mayoría de los materiales
Utilice placas de soporte intermedias (deflectores) con una separación de 1,0 a 1,5 m para tubos más largos.
Compruebe la tensión de pandeo del tubo bajo la cabeza hidrostática
Lista de verificación de selección para intercambiadores de láminas de tubos verticales
Antes de especificar vertical:
- Tipo de servicio: ¿condensación o ebullición? La vertical sobresale en la condensación. Para calefacción/refrigeración sensible, la horizontal puede ser igualmente efectiva.
- No-condensables: ¿están presentes? En caso afirmativo, considere horizontal o agregue disposiciones de ventilación.
- Espacio de piso versus altura: ¿tiene espacio libre vertical para retirar el tubo?
- Soporte del tubo: verifique la longitud sin soporte según las recomendaciones del fabricante.
- Drenaje: ¿se acumulará condensación o sedimento donde se pueda eliminar?
- Acceso de mantenimiento: ¿tiene grúa o polipasto? ¿Es accesible el cabezal superior?
- Material: las aleaciones altas pueden ser más propensas a pandearse. Controlar.
- Capacidad CIP: ¿puede el líquido de limpieza llegar a todas las superficies? En unidades verticales, esto suele ser más fácil que en las horizontales.