مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله چیست؟

مبدل حرارتی پوسته و لوله یکی از پرکاربردترین انواع مبدل های حرارتی در صنایع مختلف هستند. این مبدل ها از یک مجموعه لوله ها و یک پوسته تشکیل شده اند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله مناسب برای کاربردهایی است که دارای فشار و دمای بالا هستند. این مبدل بیشترین کاربرد را در صنایع مختلف داشته و از دو جز اصلی ساخته شده است. بطور کلی ساختار تشکیل دهنده این مبدل دسته ای از لوله ها(تیوب باندل) است که درون یک پوسته قرار گرفته اند. بدین ترتیب یک سیال درون لوله ها جاری می شود و یک سیال نیز درون پوسته جریان پیدا می کند. در نتیجه حرارت از یک سیال به سیالی دیگر، به وسیله دیواره لوله ها منتقل می شود.

لوله ها حامل سیال داغ مانند بخار یا روغن داغ بوده و داخل پوسته، سیال سردتری مانند آب جریان دارد. با این ترتیب انتقال حرارت از سیال داغ به سیال سرد انجام می شود.

انواع مبدل حرارتی پوسته و لوله

حالا که به طور مختصر با عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله آشنا شدیم به بررسی انواع مختلف مبدل های پوسته و لوله میپردازیم.

مبدل حرارتی پوسته و لوله به سه دسته تقسیم بندی می شود :

–  تک پاس با دو تیوب شیت

–  دو پاس با دو تیوب شیت

–  تک پاس با یک تیوب شیت

* نوع تک پاس با دو تیوب شیت : منظور از پاس تعداد دفعاتی است که سیال جاری در لوله، طول لوله را طی می کند. در این نوع مبدل حرارتی یک جریان سیالی وجود دارد که از دو تیوب شیت راست و چپ عبور می کند. سیال از ورودی مبدل وارد شده و بعد از گذر از تیوب شیت اول، در مبدل جاری می‌شود. سپس از تیوب شیت دوم عبور کرده و از خروجی خارج می شود.

مهمترین مزیت مبدل حرارتی پوسته و لوله (تک پاس و دو تیوب شیت) این است که در صورت رسوب و گرفتگی لوله ها به راحتی می توان با ابزار فیزیکی رسوب زدایی را انجام داد.

* نوع دو پاس با دو تیوب شیت : در این نوع مبدل بر خلاف نوع قبل، ورودی و خروجی هر دو در یک سمت قرار دارند. سیال از ورودی داخل مبدل شده و مسیر خود را ادامه می دهد، وقتی به انتهای دستگاه رسید چرخشی 180 درجه زده و دوباره همان مسیر را به سمت خروجی طی می کند. بنابراین سیال دومرتبه طول مبدل را طی می کند.

توجه داشته باشید که:

از مزیت های مبدل حرارتی پوسته و لوله (دو پاس با دو تیوب شیت) این است که سیال زمان کافی را برای انتقال حرارت خواهد داشت. مانند نوع قبل، رسوب زدایی این نوع مبدل نیز با ابزارهای فیزیکی انجام می شود.

* نوع دو پاس با یک تیوب شیت : این نوع مبدل حرارتی نیز ورودی و خروجی هر دو در یک سمت قرار دارند. سیال از ورودی وارد لوله ها شده با طی کردن مسیری تا انتهای مبدل،لوله ها 180 درجه خم خورده و سیال همان مسیر را مجدد تا خروجی طی می کند.

از مزیت های مبدل حرارتی پوسته و لوله (دو پاس با یک تیوب شیت) این است که هزینه ی ساخت مقرون به صرفه ای داشته و آب بندی نیز مطلوب تر انجام می شود. اما برای رسوب زدایی نمی توان از ابزار های فیزیکی استفاده کرد و رسوب زدایی باید با مواد شیمیایی انجام شود.

مزایا و معایب مبدل حرارتی پوسته و لوله

در مورد مزایا و معایب مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله می‌توان نکات زیر را بیان کرد:

مزایای مبدل حرارتی پوسته و لوله:

انتقال حرارت بالا: این مبدل‌ها به دلیل سطح تماس بالای بین دو سیال دارای راندمان انتقال حرارت بالایی هستند.

افت فشار کم: طراحی مناسب این مبدل‌ها موجب می‌شود افت فشار در آن‌ها نسبتاً کم باشد.

قابلیت استفاده با ظرفیت‌های متفاوت: این مبدل ها را می توان در ظرفیت های مختلفی طراحی و تولید کرد.

هزینه نگهداری کم: هزینه‌های نگهداری و تعمیرات این مبدل‌ها معمولاً پایین می‌باشد.

معایب مبدل حرارتی پوسته و لوله:

وزن بالا: به دلیل استفاده از فلزات سنگین مانند فولاد در ساخت بدنه مبدل، وزن آن‌ها زیاد است.

حجم بزرگ: این مبدل‌ها اغلب دارای ابعاد بزرگی هستند و فضای زیادی را اشغال می‌کنند.

خوردگی و رسوب‌گذاری: برخی شرایط مانند دما و فشار بالا و خورندگی سیال‌ها منجر به خوردگی و رسوب‌گذاری در این مبدل‌ها می‌شود.

در مجموع، مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله یکی از پرکاربردترین انواع مبدل‌های حرارتی به شمار می‌روند که با وجود برخی محدودیت‌ها، بازدهی و قابلیت اطمینان بالایی دارند.

ساخت مبدل پوسته و لوله در شرکت یاران قطعه توس خراسان طبق استانداردهای روز انجام می شود. تولید این مبدل چند مرحله ای بوده و مهندسان زبده شرکت بعد از بررسی و جمع آوری اطلاعات مورد نظر به طراحی و ساخت می پردازند. این مبدل در انواع و ظرفیت های مختلفی ساخته و عرضه می شود. 

کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله

در این بخش به کاربرد های مختلف مبدل حرارتی پوسته و لوله می پردازیم.

مبدل حرارتی پوسته و لوله به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان از جمله راندمان حرارتی و مکانیکی بالا، کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارند که به برخی از مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌شود:

صنایع نفت و گاز و پتروشیمی: این مبدل‌ها به طور گسترده در فرایندهای گوناگون از جمله تقطیر، تبخیر، کراکینگ، احیا و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نیروگاه‌های حرارتی و تولید بخار: در آب‌گرمکن‌ها، مولدهای بخار، کندانسورها و سیستم‌های خنک‌کننده به کار می‌روند.

صنایع غذایی و دارویی: استریلیزاسیون، پاستوریزاسیون، خشک کردن مواد غذایی و داروها از کاربردهای مهم این مبدل‌هاست.

صنعت خودروسازی: در سیستم خنک‌کننده موتور، رادیاتور و کولر خودروها به کار می‌روند.

صنایع شیمایی: در فرایندهایی مانند تصفیه، خالص‌سازی، پلیمریزاسیون و کریستالیزاسیون مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ساختمان: در سیستم‌های گرمایش و سرمایش، ایستگاه‌های تبادل حرارت مرکزی و برج‌های خنک‌کننده به کار می‌روند.

بنابراین می‌توان گفت این نوع مبدل‌ها دارای کاربردهای وسیع و متنوعی در صنایع مختلف هستند که نقش بسزایی در فرایندهای انتقال حرارت صنعتی ایفا می‌کنند.

نانوسیالات، راهکار مناسبی برای بهبود عملکرد مبدل‌های حرارتی است.

اجزای تشکیل دهنده مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله از اجزا و قسمت‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که عبارتند از:

１. پوسته: پوسته اصلی‌ترین بخش مبدل پوسته و لوله است که معمولاً از جنس فولاد کربنی ساخته می‌شود.

２. لوله‌ها: لوله‌ها در داخل پوسته قرار گرفته و مسیر عبور یکی از سیالات هستند. معمولا از جنس مس یا فولاد ضد زنگ ساخته می‌شوند.

３. نازل ها : شامل اتصالات و دریچه‌هایی برای ورود و خروج سیالات به مبدل می‌باشد.

４. بافل ها: برای افزایش سطح انتقال حرارت و هدایت بهتر جریان ها به کار می رود.

５. بست‌ها و اتصالات: شامل پیچ‌ها، مهره‌ها و واشرها برای نگهداری اجزای مبدل می‌باشند.

６. عایق‌بندی: برای کاهش اتلاف حرارت از سطح مبدل، عایق‌هایی مانند فایبرگلاس اطراف آن قرار می‌دهند.

７. هدر ها: برای محافظت در برابر آسیب‌های فیزیکی و محیطی مبدل و انتقال سیال به داخل یا خارج مبدل کار می رود.

اجزای یاد شده، مجموعه کاملی را برای انتقال بهینه حرارت بین دو سیال تشکیل می‌دهند تا مبدل حرارتی پوسته و لوله بتوانند بازدهی مناسبی داشته باشند.

فرایند تولید مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله به عنوان یکی از مهمترین دستگاه های صنعتی در صنایع حرارتی شناخته شده‌اند. تولید این دستگاه ها نیازمند استفاده از فناوری های پیشرفته و بالاترین سطح کیفیت است. در این مطلب، مروری بر فرآیند تولید مبدل حرارتی پوسته و لوله ، ابزارها و تجهیزات مورد نیاز، مشکلات و راه حل های مرتبط با کیفیت، بهبود و بهینه سازی فرآیند تولید، و نحوه انتخاب مناسب تجهیزات و تکنولوژی ها، خواهیم داشت.

مراحل، فناوری ها و ابزارهای پیشرفته

تولید مبدل حرارتی پوسته و لوله ، فرآیندی دشوار است که نیازمند مراحل مختلفی از قبیل برش، خم، جوشکاری و تست است. در اینجا با مروری بر ابزارها و تجهیزات مورد نیاز در هر یک از این مراحل، فناوری های پیشرفته مورد استفاده در تولید مبدل های حرارتی پوسته و لوله، نکاتی در مورد کیفیت و بهبود فرآیند تولید، و نیز مشکلات و راه حل های مرتبط با آن، آشنا خواهید شد.

فرآیند تولید مبدل های شل تیوب با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته، تجهیزات با کیفیت بالا و بررسی مستمر فرآیند تولید، بهینه و پایدار می شود.

فرآیند طراحی، مهندسی و تولید مبدل حرارتی پوسته و لوله

یکی از عوامل اصلی در بهبود کیفیت تولید مبدل حرارتی پوسته و لوله ، فرآیند طراحی و مهندسی محصول است. در این فرآیند، با استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی مانند CAD و SolidWorks و Aspen طراحی بهینه و دقیقی برای مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله انجام می‌شود. همچنین، با شبیه‌سازی حرارتی و جریانی می‌توان مشکلات قابل پیش بینی در فرآیند تولید را شناسایی و رفع نمود.

از جمله آزمایشاتی که جهت کنترل کیفیت مبدل پوسته و لوله انجام می شود، شامل :

– تست ترک خوردگی تنشی SCC

– آزمایش مقاومتی اجزاء Combined Test

– Tube Test

– Bottle Test(در شرایط ویژه)

– Shell Test

به طور کلی تست ها شامل تست مقاومت و نشتی سیال و تست های هیدوراستاتیک و هیدرولیکی می شود. علاوه بر این، دقت و کیفیت بالا در مراحل تولید مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله بسیار مهم است. این مراحل شامل برش، خم‌کاری، جوشکاری، تمیزکاری، تست‌های غیرمخرب و… هستند. برای تولید مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله با کیفیت بالا، تکنولوژی‌های پیشرفته در این مراحل استفاده می‌شوند.

مراحل تولید:

تولید مبدل حرارتی پوسته و لوله در چندین مرحله انجام می‌شود. در مرحله اول قطعات لوله و پوسته با استفاده از دستگاه‌های CNC برشکاری و شکل می گیرند. سپس در مرحله دوم، قطعات لوله با استفاده از دستگاه‌های خم‌کاری و CNC خم می شوند و به شکل مورد نظر می رسند. در مرحله سوم قطعات لوله و پوسته با استفاده از روش ها و دستگاه‌های مختلف جوشکاری از جمله TIG،MIG و تیغه‌جوش به یکدیگر جوش داده می شوند. سپس در مرحله چهارم، قطعات جوش داده شده با استفاده از دستگاه‌های تمیزکننده برقی و شیمیایی تمیز شده و آماده برای تست می‌شوند. و در مرحله آخر، با انجام تست‌های غیرمخرب مانند آزمایش هیدروستاتیک، آزمایش نشتی، آزمایش فشار و غیره، کیفیت و عملکرد مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله بررسی و تضمین می‌شود .

به دلیل پیچیدگی و چالش‌های فرآیند تولید مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، تنها شرکت‌های با تجربه که دارای تجهیزات پیشرفته و کارکنان ماهر و متخصص هستند می‌توانند این محصولات را تولید کنند. این شرکت‌ها با استفاده از تکنولوژی‌های نوین و مواد اولیه با کیفیت، مبدل‌های حرارتی عالی و با عملکرد بالا را تولید می‌کنند.

برای بهره‌مندی از مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله با کیفیت و عملکرد بالا، مشتریان باید برای انتخاب تامین‌کننده، تخصص و تجربه شرکت را در زمینه تولید این محصولات بررسی کنند. علاوه بر این، می‌توانند با جمع‌آوری نظرات و تجربیات مشتریان دیگر، از کیفیت و عملکرد این مبدل‌های حرارتی اطمینان حاصل کنند و یک انتخاب صحیح داشته باشند.

در پایان

مهندسین متخصص و ماهر شرکت یاران قطعه طوس خراسان (یارا مبدل ) قادر هستند طراحی مبدل حرارتی شما را با توجه به تمام ویژگی‌های خاص فرآیند شما به بهترین شکل ممکن انجام دهند.