- ۰۹۱۵۳۲۰۵۹۷۵ - ۰۵۱۳۵۴۲۰۶۶۳
مبدل های حرارتی (heat exchanger) از جمله تجهیزات بسیار مهم و کاربردی در صنایع گوناگون هستند که نقش بسزایی در انتقال حرارت ایفا می کنند. در ادامه به بررسی جزییات بیشتری پیرامون مبدل های حرارتی خواهیم پرداخت:
مبدل های حرارتی وسایلی هستند که قادرند انرژی حرارتی را از یک سیال به سیال دیگر منتقل کنند بدون آنکه دو سیال با هم ترکیب شوند. به بیان دقیق تر، مبدل های حرارتی ابزارهایی برای انتقال گرما از یک ماده به ماده دیگر از طریق یک دیواره جداکننده هستند. طراحی این تجهیزات به گونه ای است که با به حداقل رساندن افت فشار، بیشترین انتقال حرارت صورت گیرد.
کاربرد مبدل های حرارتی در صنایع مختلف از جمله نیروگاهها، پالایشگاهها، پتروشیمی، صنایع غذایی، داروسازی، شیمیایی و حتی ساختمان سازی بسیار گسترده است. به عنوان مثال در نیروگاهها از این مبدلها برای تبدیل آب به بخار و سپس تبدیل بخار به آب استفاده میشود. همچنین در پالایشگاهها و صنایع پتروشیمی، مبدلهای حرارتی نقش مهمی در فرایند تقطیر دارند.
انواع مبدل حرارتی و کاربرد های آن یکی از موضوعاتی است که باید جزو حداقل هایی باشد که یک مهندس در حوضه سیالات باید آموزش ببیند. مبدل حرارتی جزو تجهیزاتی هستند که باعث انتقال حرارت میشوند و این حرارت بین دو یا چند سیال در جریان است و این جریان توسط تجهیزات مکانیکی مانند (لوله، پوسته، صفحه و …) از هم جدا میشوند. مبدل های حرارتی دارای کاربرد های بسیاری هستند و از این مبدل ها هم در خانه و هم در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند. این مبدل ها معمولا برای کار هایی مثل: صنایع نفت و گاز،سیستم های تهویه مطبوع،سیستم های بخار،سیستم های گرمایشی و پلنت شیمیایی و … استفاده میشوند.
مبدل حرارتی صفحه ای نسبت به مبدل های حرارت پوسته و لوله به روز تر و جدید تر است.این نوع مبدل ها بخاطر داشتن صفحه هایی خاص که در فضای بسیار کوچکی جای گرفته حرارت بسیار بالایی را منتقل میکنند. این مبدل از نظر اندازه و ابعاد بسیار کوچک تر از مبدل های حرارتی دیگر بوده.در صنایع شیمیایی و غذایی از این نوع مبدل ها استفاده می کنند.
برای انتقال حرارت سیالات در کارخانجات و صنایع مختلف دیگر از مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده می شود. البته مبدل های دیگر هم استفاده می شود اما پر کاربرد ترین نوع مبدل در این حیطه پوسته و لوله است. از مبدل حرارتی پوسته و لوله برای انتقال حرارت از سیالی به سیال دیگر در سیستم های سرمایشی و گرمایشی استفاده می شود. می توانید این تجهیزات را در پالایشگاه های نفت، کارخانه های فرآیندی و پروسه ای و هم چنین صنایع بسیار عظیم مشاهده کنید.
یک نوع مبدل حرارتی هستند که در آن لولههای حرارتی به شکل مارپیچ درون یک پوسته قرار دارند. این نوع مبدلها به علت تولید جریانهای ثانویه به دلیل نیروی گریز از مرکز، افزایش انتقال حرارت را فراهم میکنند. مبدلهای حرارتی صفحهای مارپیچ در صنایع مختلف، از جمله صنایع پزشکی، غذایی و نیروگاههای هستهای، کاربرد دارند.
مبدل حرارتی با سر شناور (Floating Head Heat Exchanger) دستگاههایی هستند که در آنها سر مجرای لولهها (سر شناور) قابل جدا شدن است. این سر شناور به صورت مستقل از مبدل قابل باز و بسته کردن است، که این ویژگی امکان تعویض لولهها و تعمیرات را فراهم میکند.
مبدل حرارتی از قسمت های کمی تشکیل شده است.حتما می دانید که از مبدل های حرارتی برای انتقال گرما استفاده می شود بنا براین باید یک دریچه ورودی و یک دریچه خروجی داشته باشد تا سیالات بتوانند وارد مبدل شده و از آن خارج شوند.درواقع سیالات به مایعات و گازها می گویند ما در این مقاله از عبارت سیالات استفاده می کنیم تا از هرگونه اشتباه و سردرگمی شما عزیزان جلوگیری کنیم.
هر مبدل حرارتی دارای اجزای اصلی و ثابت و در برخی مبدل ها شاهد اجزای اضافی ولی کاربردی هستیم که بسته به کارایی و کاربرد آن به مبدل حرارتی اضافه شده اند. ما در ابتدا اجزای اصلی همه مبدل ها را توضیح می دهیم و بعد به اجزای اضافی در هر نوع از مبدل ها می پردازیم.
لوله ها یکی از اجزای تشکیل دهنده مبدل های حرارتی هستند به وسیله لوله ها، سیالات به قسمت های مختلف مبدل ها حرارتی منتقل می شوند و در نهایت کار ورود و خروج سیال به عهده لوله ها صورت می گیرد.
لوله به کار رفته شده در مبدل حرارتی به عوامل زیادی بستگی دارد و براساس نیاز باید نوع خاصی از آن را در مبدل استفاده کرد. در ادامه عوامل موثر در لوله به کار رفته شده در مبدل حرارتی را بیان می کنیم:
جنس لوله : فولاد یا مس و گاهی هم از تفلون یا گرافیت برای ساخت لوله استفاده می شود.
شکل لوله : یا به صورت U شکل هستند یا به صورت راست و دو سرباز.این لوله ها یا روی صفحه پرس می شوند و یا جوش داده می شوند.
تعداد لوله
قطر لوله
طول لوله
ضخامت لوله
خورنده یا بی اثر بودن سیال
تمیز یا کثیف بودن سیال
مقدار جریان سیال
فشار سیال
درجه حرارت سیال
بار حرارتی مبدل
در هنگام خرید مبدل حرارتی باید تمام عوامل بالا برای لوله را در نظر بگیریم و بهترین انتخاب را داشته باشیم.
برای حل مشکل خود هنگام خرید مبدل حرارتی باید به پوسته آن دقت کنید،عوامل موثری در پوسته یا SHELL وجود دارد که بر کاربرد مبدل حرارتی تاثیر می گذارند.
جنس پوسته
قطر پوسته
ضخامت پوسته
حجم پوسته
مقدار جریان سیال
فشار و درجه حرارت سیال
صفحه لوله در واقع صفحه ای دایره ای شکل است که سر همه لوله ها روی آن قرار می گیرند. برای تعیین صفحه لوله در هنگام طراحی یا خرید باید به جنس، تعداد و نوع مبدل حرارتی دقت کنیم و براساس آنها جنس، ضخامت و قطر صفحه لوله را تعیین کنیم.ارتباط بین صفحه لوله با لوله می تواند به وسیله جوشکاری صورت گیرد یا به وسیله فلانج انجام شود.لوله ها به دو صورت رو صفحه لوله نصب می شوند یا با آرایش مثلثی و یا با آرایش مربعی.فرق این دو آرایش در این است که آرایش مربعی را برای زمانی به کار می برند که حداقل افت فشار را نیاز داریم زیرا کمترین مقاومت در برابر جریان به وسیله این آرایش اتفاق می افتد.در مقابل آرایش مثلثی را داریم که بیشترین مقاومت در برابر جریان صورت میگیرد و در نتیجه بیشترین افت فشار در هنگام خروج سیال حاصل می شود.نکته جالب اینجاست که در آرایش مثلثی میزان انتقال حرارت بیشتر از آرایش مربعی است.از معایب آرایشی مربعی می توان به این مورد اشاره کرد که مجبور هستیم در یک سطح معین از تعداد کمی لوله استفاده نماییم.
کانال در واقع جایی است که جریان سیال وارد لوله ها می شود.معمولا از یک یا دو کانال در هر مبدل استفاده می شود و مبدل های حرارتی چندگذره یا MULTIPASS به جای یک یا دو کانال از یک صفحه تقسیم کننده جریان استفاده می کنند به همین دلیل کانال به دو یا چند قسمت تقسیم می شود.
تیغه در مبدل حرارتی به شکل دایره برش خورده، دیسک DISK و همچنین حلقه RING دیده می شوند.جالب است بدانید که کاربرد تیغه ها در مبدل حرارتی افزایش زمان تبادل حرارتی بین سیال و لوله های درون پوسته می باشد.برای این کار از چند تیغه استفاده می شود.محل قرارگیری تیغه ها در داخل پوسته ها می باشد.لوله ها از بین سوراخ های تیغه ها عبور میکنند.تعداد تیغه ها برابر با تعداد لوله ها است.اما وظیفه تیغه فقط همین نیست بلکه برای افزایش ضریب انتقال حرارت هم از تیغه ها استفاده می شود.برای این کار جریان های متقاطع می سازد تا بتواند مقاومت فیلمی روی لوله ها را از بین ببرد.
تیفه ها کاربرد دیگری هم دارد و آن این است که لوله ها را سر جای خودشان نگه داشته و از خم شدن و شکستن آنها جلوگیری می کنند.
این تیغه ها دقیقا کاربرد تیغه های بالایی را دارند البته علاوه بر آن یک کاربرد دیگر هم دارند، برای تقسیم کردن جریان، پوسته را به دو 2 یا 3 گذر از تیغه های طولی استفاده می کنند.
بعد از مدت مشخصی که از مبدل حرارتی استفاده می شود باید بررسی کرد که لوله ها در چه وضعیتی قرار دارند تا در صورت لزوم آنها را تعویض کرد یا طرح جدیدی برای مبدل حرارتی به وجود آورد.در این مواقع نیاز است که کل مبدل حرارتی باز شده و بعد از بررسی دوباره سرهم شود.برای این کار نیاز به تایم و هزینه و نیروی کار خبره است اما سرپوسته برای جلوگیری از همین خرج های اضافه در مبدل های حرارتی تعبیه شده است.با استفاده از سرپوسته می توانید به راحتی به بازرسی لوله ها بپردازید.سرپوسته به وسیله پیچ و مهره به پوسته متصل شده است.شکل آن شبیه به نیمکره است و کاربرد آن زمانی مشخص می شود که میخواهید بازرسی لوله انجام دهید.
با آرزوی موفقیت روزافزون برای یکایک شما همراهان گرانقدر در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر و ارتباط با متخصصین یاران قطعه طوس (یارا مبدل) تماس حاصل فرمایید.
مبدل حرارتی پوسته و لوله دارای راندمان بالاتری است یا مبدل حرارتی صفحهای؟
با توجه به کارایی و عملکرد، مبدل حرارتی پوسته و لوله از راندمان بالاتری برخوردار است.