تُعد مبادلات الحرارة ذات القشرة والأنابيب منتشرة بشكل كبير في صناعة النفط والغاز، حيث تلعب دورًا حاسمًا في العديد من العمليات من التكرير وإنتاج البتروكيماويات إلى معالجة الغاز الطبيعي. تُعدّ تنوعها وموثوقيتها أمرًا لا غنى عنه لإدارة نقل الحرارة في العديد من التطبيقات.
فهم التصميم:
كما يشير اسمها، تتكون هذه مبادلات الحرارة من مجموعة من الأنابيب الموجودة داخل غلاف أسطواني أكبر. يتدفق السائل المراد تسخينه أو تبريده عبر الأنابيب، بينما يدور سائل آخر، عادةً وسط تسخين أو تبريد، حول الأنابيب داخل الغلاف. يحدث تبادل الحرارة عبر جدران الأنابيب، مما ينقل الحرارة بين السائلين.
أنواع مبادلات الحرارة ذات القشرة والأنابيب:
يوجد العديد من الاختلافات في مبادلات الحرارة ذات القشرة والأنابيب، كل منها مصمم خصيصًا لمتطلبات العملية المحددة:
مزايا مبادلات الحرارة ذات القشرة والأنابيب:
التطبيقات في النفط والغاز:
التحديات والاعتبارات:
الاستنتاج:
تظل مبادلات الحرارة ذات القشرة والأنابيب من المكونات الأساسية في صناعة النفط والغاز، حيث تُعالج مهام نقل الحرارة الحرجة بكفاءة وموثوقية. يُعدّ تصميمها المُتعدد الاستخدامات وهيكلها القوي قابلاً للتكيف مع مختلف التطبيقات، مما يضمن تشغيلًا سلسًا وكفاءة لعديد من العمليات. في حين أن التحديات مثل التلوث والتآكل تحتاج إلى معالجة، فإن السجل الحافل والمزايا المتأصلة لمبادلات الحرارة ذات القشرة والأنابيب تضمن أهميتها المستمرة في الصناعة لسنوات قادمة.
Instructions: Choose the best answer for each question.
1. Which of the following is NOT a type of shell and tube heat exchanger? a) Single-pass
This is a type of shell and tube heat exchanger.
This is a type of shell and tube heat exchanger.
This is the correct answer. Double-tube is not a type of shell and tube heat exchanger.
This is a type of shell and tube heat exchanger.
2. Which of the following is NOT an advantage of shell and tube heat exchangers? a) High thermal efficiency
This is an advantage of shell and tube heat exchangers.
This is the correct answer. While shell and tube heat exchangers are generally reliable, they can require regular maintenance.
This is an advantage of shell and tube heat exchangers.
This is an advantage of shell and tube heat exchangers.
3. Which of these applications DOES NOT utilize shell and tube heat exchangers in the oil and gas industry? a) Crude oil preheating
Shell and tube heat exchangers are used for this purpose.
Shell and tube heat exchangers are used for this purpose.
Shell and tube heat exchangers are used for this purpose.
This is the correct answer. While shell and tube heat exchangers are used in various industries, they are not typically used for water desalination.
4. What is a significant challenge associated with shell and tube heat exchangers? a) High initial cost
While they can be expensive, this is not the most significant challenge.
This is the correct answer. Fouling can significantly reduce efficiency and require regular cleaning.
Shell and tube heat exchangers are designed for long lifespans.
While installation can be complex, this is not the most significant challenge.
5. Which of the following statements is TRUE about shell and tube heat exchangers? a) They are only suitable for high-pressure applications.
This is incorrect. They can be used for various pressure applications.
This is incorrect. Shell and tube heat exchangers are known for their high thermal efficiency.
This is the correct answer. Their proven design and robust construction make them reliable and efficient.
This is incorrect. Shell and tube heat exchangers are widely used in natural gas processing.
Scenario: You are tasked with designing a shell and tube heat exchanger for a refinery process that requires heating a high-viscosity crude oil stream from 20°C to 80°C. The crude oil flow rate is 500 kg/hr.
Requirements:
Instructions:
Exercice Correction:
1. **Type of Heat Exchanger:** A **multi-pass, fixed tube sheet shell and tube heat exchanger** would be suitable for this application. The high viscosity of the crude oil requires a larger heat transfer area, which can be achieved with a multi-pass design. The fixed tube sheet construction provides a rigid structure for high-pressure applications. 2. **Heat Transfer Area Calculation:** * **Q (Heat Transfer Rate):** * Assuming the specific heat capacity of the crude oil is 2 kJ/kg°C, Q = m * Cp * ΔT = 500 kg/hr * 2 kJ/kg°C * (80°C - 20°C) = 60,000 kJ/hr = 16.67 kW * **ΔTlm (Log Mean Temperature Difference):** Assuming the heating medium is steam at 100°C and the outlet temperature of the heating medium is 90°C: * ΔT1 = (100°C - 80°C) = 20°C * ΔT2 = (90°C - 20°C) = 70°C * ΔTlm = [(ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)] = [(20°C - 70°C) / ln(20°C / 70°C)] = 38.3°C * **A (Heat Transfer Area):** * A = Q / (U * ΔTlm) = 16.67 kW / (500 W/m²K * 38.3°C) = 0.87 m² 3. **Materials:** * **Shell:** Carbon steel would be suitable for the shell due to its resistance to moderate temperatures and pressures. * **Tubes:** Consider using stainless steel tubes like 316L or 316SS, as they have excellent corrosion resistance to crude oil and can handle the operating temperature.
Comments