Οι εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας εξελιγμένες και τεχνικές παραμέτρους σχεδιασμού υπολογιστή. Τα εξαρτήματα της συσκευής περιλαμβάνουν το κέλυφος, το κάλυμμα του κελύφους, τους σωλήνες, το κανάλι, το κάλυμμα καναλιού, το φύλλο σωλήνα, τα διαφράγματα και τα ακροφύσια. Οι προδιαγραφές και τα πρότυπα για τα SHE έχουν θεσπιστεί από την Ένωση Κατασκευαστών Σωληνωτών Ανταλλάκτη (TEMA).
Πριν από την παραγωγή ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνων, υπάρχουν πολλά στοιχεία που απαιτούν οι κατασκευαστές, όπως ρυθμοί ροής, θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου, πίεση, πτώση πίεσης, παράγοντες αντίστασης, φυσικές ιδιότητες των προς επεξεργασία ουσιών, μεγέθη γραμμής και το κέλυφος διάμετρος. Σε αυτούς τους βασικούς παράγοντες προστίθενται περισσότερες τεχνικές απαιτήσεις που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της βέλτιστης διαδικασίας παραγωγής του σωστού εναλλάκτη θερμότητας για την εφαρμογή.
Κέλυφος
Το κέλυφος ενός εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνας είναι κατασκευασμένο από σωλήνες ή συγκολλημένες μεταλλικές πλάκες χρησιμοποιώντας υλικά που αντέχουν σε ακραίες θερμοκρασίες και που είναι ανθεκτικά στη διάβρωση. Το εσωτερικό κέλυφος πρέπει να είναι στρογγυλό με σταθερή διάμετρο για να ελαχιστοποιείται ο χώρος μεταξύ της μπερδεμένης εξωτερικής άκρης και του κελύφους.
Κανάλια ή κεφαλές
Ο τύπος καναλιού ή κεφαλής εξαρτάται από τη χρήση του εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα, με τις κεφαλές τύπου καπό να είναι οι πιο συνηθισμένες για χρήση σε εφαρμογές όπου η κεφαλή δεν χρειάζεται να αφαιρείται συχνά. Τα αφαιρούμενα κανάλια καλύμματος, απαραίτητα για τη συντήρηση, είναι φλάντζα ή συγκολλημένα. Όταν είναι απαραίτητη η συχνή εξέταση του καναλιού και των σωλήνων, είναι απαραίτητο ένα αφαιρούμενο κάλυμμα καναλιού.
Σωλήνες
Οι σωλήνες ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα είναι συγκολλημένοι ή εξωθημένοι και είναι κατασκευασμένοι από ανθρακούχο χάλυβα, ανοξείδωτο χάλυβα, τιτάνιο, Inconel ή χαλκό. Οι διάμετροι σωλήνων {{0}},625 ίντσες (16 mm), 0,75 ίντσες (19 mm) ή μία ίντσα (25 mm) χρησιμοποιούνται σε συμπαγείς εναλλάκτες θερμότητας. Το πάχος των σωλήνων επιλέγεται για πίεση, θερμοκρασία, θερμική καταπόνηση και αντοχή στη διάβρωση σε μήκη από 6 έως 24 πόδια ή 2 μέτρα έως 7 μέτρα. Οι σωλήνες που είναι μακρύτεροι μειώνουν τη διάμετρο του κελύφους και οδηγούν σε υψηλή πτώση της πίεσης του κελύφους.
Φύλλο σωλήνα
Το φύλλο σωλήνα είναι μια πλάκα ή φύλλο που είναι διάτρητο με οπές για την εισαγωγή σωλήνων ή σωλήνων και έχει σχεδιαστεί για να υποστηρίζει τους σωλήνες σε κάθε άκρο του κυλινδρικού κελύφους. Το κέλυφος εκτείνεται πέρα από τα φύλλα του σωλήνα και σφραγίζεται και στα δύο άκρα για να σχηματίσει τον κλειστό θάλαμο που καλύπτεται από τις κεφαλές.
Αρμός διαστολής
Ο σκοπός ενός εναλλάκτη θερμότητας είναι να ανταλλάσσει θερμότητα από μια θερμή ουσία στη μία πλευρά του εναλλάκτη με μια ψυχρή ουσία στην άλλη πλευρά. Εξαιτίας αυτού, οι μονάδες υπόκεινται συχνά σε μεγάλα εύρη θερμοκρασιών.
Τα υλικά που θερμαίνονται μεγαλώνουν σε μήκος, ενώ τα υλικά που ψύχονται συστέλλονται. Εάν δεν υπάρχει περιθώριο για τη διαστολή και τη συστολή, τα υλικά στον εναλλάκτη θα μπορούσαν να καταπονηθούν σε σημείο αστοχίας. Αυτό συνήθως έχει ως αποτέλεσμα να λυγίζουν οι σωλήνες ή να σκίζονται έξω από τα φύλλα σωλήνων, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει λυγισμό στο κέλυφος ή παραμόρφωση των συνδέσεων των ακροφυσίων. Όλες αυτές οι παρενέργειες θέτουν σε κίνδυνο την ακεραιότητα του εναλλάκτη, καθιστώντας δυνητικά μη ασφαλή τη λειτουργία του.
Εδώ μπαίνει ένας αρμός διαστολής. Αυτό το εύκαμπτο στοιχείο είναι κατασκευασμένο για να αντέχει τις αλλαγές θερμοκρασίας και πίεσης.
Εναλλάκτης θερμότητας Shell and Tube, με αρμό διαστολής, από την Enerquip, LLC
Σωλήνας Pitch
Το βήμα του σωλήνα είναι η απόσταση από το κέντρο ενός σωλήνα έως το κέντρο ενός παρακείμενου σωλήνα. Οι σωλήνες είναι τοποθετημένοι σε τριγωνικό ή τετράγωνο μοτίβο με τη διαμόρφωση τετράγωνου σχεδίου να είναι η πιο εύκολη στον καθαρισμό και να παράγει τη μικρότερη ποσότητα αναταράξεων. Η διάταξη τετράγωνου βήματος επιτρέπει στους ατμούς να ανεβαίνουν μεταξύ των σωλήνων, ένα πλεονέκτημα έναντι των τριγωνικών και περιστρεφόμενων σωλήνων τετράγωνου βήματος.
Διαφράγματα
Τα διαφράγματα χρησιμοποιούνται για να κατευθύνουν τη ροή στις πλευρές του κελύφους και του σωλήνα έτσι ώστε η ταχύτητα του ρευστού να αυξάνεται αρκετά ώστε να φτάσει σε υψηλό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και να μειώσει σημαντικά τη ρύπανση, όταν σχηματίζονται ανεπιθύμητα υλικά στην επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας. Η συσσώρευση ρύπων αυξάνει την αντίσταση μεταφοράς θερμότητας και οδηγεί σε κακή απόδοση του εναλλάκτη θερμότητας. Στους οριζόντιους εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων, τα διαφράγματα υποστηρίζουν τους σωλήνες και αποτρέπουν τη χαλάρωση ή τη ζημιά από κραδασμούς.
Ράβδοι και αποστάτες
Οι ράβδοι σύνδεσης και οι αποστάτες είναι στηρίγματα και δομικά εξαρτήματα που έχουν σχεδιαστεί για να συγκρατούν τα διαφράγματα στη θέση τους καθώς και να διατηρούν το χώρο μεταξύ των διαφραγμάτων. Ο αριθμός των ράβδων και των διαχωριστών καθορίζεται από τον αριθμό των διαφραγμάτων και τη διάμετρο του κελύφους. Οι ράβδοι σύνδεσης βιδώνονται στο φύλλο σωλήνα και επεκτείνουν το μήκος μιας δέσμης μέχρι το τελευταίο διάφραγμα.