معرفی و بررسی انواع مبدل حرارتی

مبدل حرارتی عضو حیاتی و جدایی ناپذیر تمام سیستم های تهویه مطبوع ، سرمایش و گرمایش در ساختمان و صنعت می باشد. بنابراین در این مقاله قصد داریم به معرفی و بررسی این تجهیز بپردازیم. همچنین انواع آن را بیان کرده و با مزایا و کاربرد هر مدل آشنا شویم. سپس پارامترهای مهم در طراحی و خرید این تجهیزات شرح داده می شود. در پایان نیز نکاتی درباره تعمیر و نگهداری مبدل حرارتی بیان خواهد شد و یک فیلم برای شناخت بهتر عملکرد مبدل های حرارتی نمایش داده خواهد شد.

مبدل حرارتی چیست

مبدل حرارتی وسیله ای است که گرما را بین دو یا چند ماده ( غالبا سیال ) با دمای مختلف انتقال می دهد. در بیشتر مبدل ها ، یک دیوار جامد برای جلوگیری از مخلوط شدن بین دو ماده وجود دارد که با دو سیال در تماس است و انتفال حرارت از طریق رسانش گرمایی درون آن رخ می دهد. همچنین این وسیله برای اتلاف یا ذخیره گرما جهت سرمایش یا گرمایش در سیستم تهویه مطبوع ، فرآیند تقطیر ، پاستوریزه کردن ، تغلیظ و … کاربرد دارد.

یک مبدل حرارتی شامل اعضای انتقال دهنده حرارت مانند هسته و اعضای جابجا کننده سیال مانند نازل ورودی و خروجی سیال می باشد. این تجهیزات تبادل حرارتی عضو متحرک ندارد. به استثنا ژنراتور دوار که ماتریس داخل آن با سرعتی مشخص دوران می کند. سطحی که با سیال تماس مستقیم دارد تا گرما را توسط رسانش منتقل کند « سطح تماس اولیه یا مستقیم » نام دارد. برای افزایش سطح تماس می توان از سطح ثانویه به نام « فین » استفاده کرد.

انواع مبدل حرارتی تانتالیوم با پاشنده توپی

انواع کندانسور پاشنده توپی

انواع تجهیزات تبادل حرارت در ساختمان های مسکونی ، اداری و تجاری فراوان استفاده می شوند. تهیه آبگرم بهداشتی ، گرمایش تهویه مطبوع ، وسایل گرمایشی هیدرولیکی مانند رادیاتور و گرمایش از کف ، گرمایش استخر و گرمایش پارکینگ از این مصارف محسوب می شوند. همچنین در صنایع پتروشیمی ، نیروگاه ها ، کارخانه های تولیدی و کارگاه ها کاربرد گسترده ای دارند.

نمایش کاربرد مبدل حرارتی در منازل

کاربرد تجهیزات تبادل حرارت در ساختمان

مشخص ترین موارد مصرف مبدل های حرارتی در زندگی روزمره کندانسور یخچال ، خنک سازی سیستم های الکترونیکی مانند کامپیوتر و رادیاتور خودرو ها هستند.

دسته بندی مبدل حرارتی بنابر ساختار

جدول انواع مبدل حرارتی

انواع مبدل حرارتی

به دلیل کارایی گسترده و امکانات مختلف مبدل حرارتی ، دسته بندی گوناگونی برای آن ها ارایه شده است. از نظر تماس داشتن دو سیال ، این تجهیزات تبادل حرارت به دو دسته ی تماس مستقیم و تماس غیر مستقیم تقسیم می شوند. همچنین می توان مبدل  را از نظر تعداد سیال ، مسیر جریان سیال و نوع سیال طبقه بندی کرد. مرسوم ترین دسته بندی مبدل ، تقسیم آن ها از نظر ساختارشان است که در جدول بالا مشاهده می شود.

انتقال دهنده حرارت گیره سری hairpin

مبدل حراراتی دو لوله ای

مبدل دو لوله ای

این مبدل از دو لوله ی متحد المرکز با شعاع های متفاوت تشکیل شده است. البته بیشتر اوقات بصورت U شکل ساخته می شوند که در آن صورت به آنها سنجاق سری ( Hairpin ) نیز گفته می شود. این مبدل جریان مخالف بوده و برای فشار بالا تا 965 بار و دما بالا تا 600 درجه سانتی گراد استفاده می شود. طراحی و کارایی این مدل بسیار شبیه به مبدل حرارتی پوسته لوله بوده و گاهی با آن اشتباه گرفته می شوند. بهترین گزینه برای استفاده در جایی است که طی فرآیند ، کراس اوور رخ می دهد. یعنی اختلاف دمای خروجی دو سیال زیاد است.

نمای داخلی انتقال دهنده حرارتی گیره سری دو لوله مبدل حرارتی

طراحی ساده ، هزینه نسبتا کم ، نگهداری آسان و کاربرد در فشار بالا از مزایا این مبدل است. در پتروشیمی و پالایشگاه های نفت و گاز برای خنک سازی یا حرارت دهی به گاز فراوان مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین برای سیالات رسوب دار از مبدل دو لوله ای استفاده می شود. چالش اصلی این مبدل این است که میزان انتقال گرما در واحد سطح آن ، کم می باشد. به عبارت دیگر برای یک ظرفیت گرمایی مشخص ، نسبت به انواع دیگر ، بزرگ و گران قیمت هستند. البته اگر ضریب انتقال گرما برای سیال درون لوله خارجی کوچک باشد. لوله داخلی بصورت فین دار طراحی می شود.

انتقال دهنده گرمای شل اند تیوب صنعتی

یک مبدل پوسته لوله صنعتی

مبدل پوسته لوله

بیش از 90 درصد مبدل های حرارتی بکار رفته در صنعت از نوع پوسته لوله هستند. دلیل این محبوبیت ، گستره پر تنوع این مبدل با کارایی های مختلف بوده ، به طوری که در سایز ها ، جنس ها و قابلیت های زیادی عرضه می شوند. مزیت اصلی نوع پوسته لوله در این است که تقریبا محدودیتی در دما و فشار عملکردی آن ها وجود ندارد. ( بازه دمایی از 20- تا 500 درجه سانتی گراد و ماکزیمم فشار 600 بار ) اجزای اصلی مبدل پوسته و لوله عبارتند از لوله ، بافل ، پوسته ، تیوب شیت ، کلاهک جلو و عقب و نازل ها که در شکل مشاهده می کنید.

اجزای انتقال دهنده گرمای STHE

اجزا انتقال دهنده مبدل پوسته لوله

ساختار مبدل پوسته لوله

مبدل پوسته لوله شامل تعداد زیادی لوله کوچک درون محفظه ای سیلندری شکل ( پوسته ) می باشد. این لوله ها باید قابلیت تحمل دما و فشار هر دو سیال را داشته و در برابر خورندگی مقاوم باشند. ممکن است راست یا خمیده ( U شکل ) بوده و بصورت ساده ، فین دار یا دو جداره ساخته شوند. به مجموعه اجزای داخلی پوسته که اغلب به یک تیوب شیت متصل هستند دسته لوله گفته شده که می تواند در پوسته ثابت شده یا قابلیت خارج کردن و نظافت و تعمیر را داشته باشد. یک سیال درون لوله های کوچک جاری شده و دیگری در فضای بین دسته لوله و پوسته جریان می یابد.

نمای برشی و عملکرد انتقال دهنده حرارت شل اند تیوب

نوع خاصی از مبدل های حرارتی

بافل ها صفحاتی هستند که درون فضای پوسته برای محکم نگه داشتن لوله ها ، کاهش ارتعاشات و هدایت مسیر سیال استفاده می شوند. تیوب شیت نیز عضوی مهم در مبدل بوده که کارکرد اصلی آن نگهداری لوله ها و جداسازی بین دو سیال بوده و بیشتر بشکل دایره ساخته می شوند. گسترده کاربردشان از هیتر آب تغذیه ، اواپراتور و کندانسور سیستم تا خنک کننده روغن هیدرولیک و روان کار نیروگاه ها را در بر می گیرد. در صنایع شیمیایی و پتروشیمی ، تهویه مطبوع ، سرمایش و تبرید ، کارخانه ها و نیروگاه ها ، معادن و  … کاربرد دارند.

انواع مبدل حرارتی پوسته و لوله ای صنعتی

چند مبدل پوسته لوله استفاده شده در صنعت

مزایا مبدل پوسته لوله

از مزایا مبدل پوسته لوله می توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • بازدهی گرمایی مناسب
  • طراحی ساده و قیمت پایین ساخت
  • انعطاف پذیری دما و فشار عملکرد
  • نظافت و تعمیرشان آسان است
  • آپشن های نصب زیادی دارند
  • مناسب استفاده های هیدرولیکی هستند مانند گرمایش استخر یا معادن
فرآیند ساخت Coiled Tube صنعتی بر ای مبدل حرارتی پوسته لوله

مبدل لوله مارپیچ صنعتی

مبدل لوله مارپیچ

در مبدل لوله مارپیچ ، تعداد زیادی لوله رسانا گرما با قطر کم ، به دور یک هسته لوله ای بصورت مارپیچی تابیده شده اند. یک سیال با فشار بالا وارد لوله های کوچک شده و سیال کم فشار در فضا بین لوله های کوچک و پوسته بیرونی جریان می یابد. طی تبادل گرما فشار سیال درون لوله ها افت کرده و مایع می شود.

راکتور ایزوترمال هیدروژن مایع Linde

راکتور ایزوترمال هیدروژن مایع

یکی از مزایا منحصر به فرد این مبدل لوله مارپیچ کاربرد در مواردی است که دمای پایین و فشار بالا بصورت همزمان وجود دارد. مانند فرآیند میعان در مقیاس بزرگ و صنعتی که در شکل مشاهده می کنید. بخاطر تعداد زیاد لوله های کوچک ، امکان نظافت مکانیکی لوله ها وجود ندارد. بنابراین این مبدل لوله مارپیچ مناسب استفاده برای سیالات بدون رسوب و املاح بوده و بیشتر در مصارف صنعتی بکار می روند. جنس لوله ها استیل ضدزنگ برای دما بالا و آلیاژ آلومینیوم برای مصارف برودتی می باشد.

انواع مبدل حرارتی صفحه ای واشر دار , لاملا و جوشکاری

انواع مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل صفحه ای

یک مبدل صفحه ای از سوار شدن چند صفحه فلزی موج دار یا برجسته روی هم ساخته شده که یک شبکه لانه زنبوری را شکل می دهند. هر صفحه چند روزنه داشته که با اتصال نازل به عنوان پورت ورودی و خروجی استفاده می شوند. صفحات بیشتر از جنس استیل ضدزنگ ، تیتانیوم و آلیاژ کروم / مس ساخته می شوند. فاصله بین دو صفحه مجاور بین 1.3 تا 6.4 میلیمتر بوده و تعداد و سایز صفحات به دبی ، خواص فیزیکی سیال ها، افت فشار و تغییرات دما بستگی دارد.این تجهیزات به طور گسترده در اواپراتور ها استفاده می شود.

انواع صفحه لانه زنبوری مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

شبکه لانه زنبوری صفحات مبدل صفحه ای

مبدل صفحه ای بصورت جریان مخالف ، جریان متقاطع یا جریان موازی طراحی می شود که نوع جریان مخالف ، بازدهی بیشتری دارد. همچنین یک قاب ، مجموعه صفحات را محکم نگاه داشته و با کمک میله  نگهدارنده و پیچ و مهره ها ، فشرده سازی مطلوب را تضمین می کند. ساختار مبدل صفحه ای به گونه ای است که برای کاربردهای مایع – مایع و مایع – گاز عملکرد بهتری داشته و مناسب مصارف گاز – گاز نیستند. در سال 1930 این مبدل برای مصارف بهداشتی در صنایع لبنیات طراحی شد. اما امروزه در زمینه های فراوانی مانند گرمایش ، تهویه مطبوع ، پتروشیمی ها ، نیروگاه ها ، صنایع نفت و گاز ، کارخانه های داروسازی ، تولید مواد غذایی و کاغذسازی و … بکار می روند.

اجزای انتقال گرما مبدل صفحه ای واشردار

اجزای یک مبدل صفحه ای

مزایا مبدل صفحه ای

از مزایا مبدل صفحه ای می توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • بازده گرمایی بالا تا 93 درصد
  • کاهش اختلاف دمای خروجی دو سیال تا 1 درجه سانتی گراد
  • امکان انتقال حرارت همزمان بین دو یا چند سیال
  • طراحی جمع و جور و وزن نسبی کمتر
  • سرویس آسان و دسترسی راحت به اجزای داخلی
  • قابلیت ارتقا ظرفیت حرارتی با افزایش تعداد صفحات
  • هزینه ساخت و نگهداری پایین تر بدلیل طراحی ساده
نمای برشی و عملکرد انتقال دهنده مبدل حرارتی صفحه ای واشر دار

نحوه عملکرد مبدل صفحه ای واشردار

انواع مبدل صفحه ای

انواع مبدل صفحه ای عباتند از :

  • مبدل واشر دار صفحه ای
  • مبدل صفحه ای لحیم شده یا Brazed
مبدل صفحه ای واشردار

در حاشیه صفحات مبدل ، شیاری برای قرارگیری واشر طراحی شده که از نشتی سیال به محیط جلوگیری کند. این واشر بصورت مقاوم در برابر دما ، فشار و خورندگی طراحی شده اند تا ضمن تماس با سیال موجب فرسایش و آسیب آن نشوند. برای جنس واشر از انواع فیبر فشرده آزبست ، پلاستیک فلوئورکربنی ، اتیلن پروپیلن و الاستومر سیلیکونی استفاده می شود. مزیت این مدل در آسانی جداسازی صفحات برای تمیز کردن ، تعمیر و یا تعویض آن ها است. با انتخاب واشر مناسب یک مبدل صفحه ای واشردار قابلیت تحمل دمای 200 درجه سانتی گراد و فشار 25 بار را دارد.

انواع مبدل صفحه ای لحیم شده Brazed

مبدل صفحه ای لحیم شده

مبدل صفحه ای لحیم شده

مبدل صفحه ای لحیم شده برای کاربرد دما و فشار بالا طراحی شده اند. واشربندی ، قاب ، پیچ ها و میله های نگه دارنده حذف شده و صفحات استیل ضد زنگ با لحیم مسی یا نیکلی درون کوره خلا آب بندی می شوند.

انتقالگر گرمای جوشکاری شده Kelvion

مبدل جوشی

مبدل صفحه ای جوشی

مبدل صفحه ای جوشی صفحات به هم جوش داده شده تا در برابر دما بالا و مواد خورنده مقاوم بوده و احتمال نشتی را کاهش دهند. فشار تا 40 بار و دمای 350 درجه سانتی گراد را می توانند تحمل کنند که قابل توجه است.

انتقال دهنده حرارتی اسپیرال آلفا لاوال

دو نمونه مبدل حرارتی اسپیرال

مبدل صفحه ای  اسپیرال

یک مبدل با صفحات نواری که بصورت مارپیچی ساخته شده است. جنس صفحه این مبدل حرارتی می تواند از فولاد کربنی ، آلیاژ نیکل ، آلومینیوم ، تیتانیوم یا مس باشد. برای سیالات لزج و رسوب دار با بیش از 50 درصد ذرات جامد از قبیل PVC مایع ، سیالات لزج خورنده ، فاضلاب ، مواد ویسکوز مانند نفت سنگین و یا سیالات غیر نیوتنی در فرآیند داروسازیی یا غذایی کاربرد دارند.

انتقال دهنده گرمایی صفحه ای لامل دار

مبدل گرمایی صفحه ای لاملا

مبدل صفحه ای لاملا

مبدل صفحه ای لاملا پربازده و فشرده که شامل لامل انتقال حرارت درون یک پوسته استوانه ای است. این مبدل حرارتی در واقع ترکیب مبدل صفحه ای با مبدل پوسته لوله بدون بافل است که در آن ورق فلزی تخت نازک ، جایگزین لوله ها شده است. نبود بافل احتمال افت فشار را کاهش داده و بصورت جریان مخالف عمل می کند. این مبدل بیشتر برای کاربرد خاص مانند کندانسور فلوگاز یا خنک کننده روغن استفاده شده و قابلیت تحمل فشار بالا تا 300 psi را دارد.

انتقال دهنده حرارتی فین تیوب Vulcan

انواع مبدل حرارتی لوله فین دار

مبدل لوله فین دار

اگر ضریب گرمایی سیال مورد نظر پایین باشد، برای افزایش میزان انتقال حرارت به سطح تماس بیشتری نیاز خواهد بود که با کمک سطوح ثانویه بنام « فین » بازدهی مبدل یویه فین دار افزایش خواهد یافت. مقاطع لوله ها بصورت گرد یا مستطیلی بوده و فین ها در داخل ، خارج و یا هر دو طرف لوله استفاده می شوند. هر کدام از دو سیال که فشار بالاتر یا ضریب انتقال حرارتی بیشتری داشته باشد ، درون لوله جریان می یابد. به عنوان مثال ، در یک مبدل حرارتی گاز – مایع، ضریب انتقال حرارت در طرف مایع بیشتر از طرف گاز است. به همین دلیل در سمت گاز ، برای افزایش سطح تماس از فین ها استفاده می شود.

رادیاتور خودرو و کندانسور یخچال انتقال دهنده لوله فین دار

دو نمونه مبدل لوله فین دار : رادیاتور ماشین و کندانسور یخچال خانگی

مبدل لوله فین دار به عنوان کندانسور و اواپراتور در سیستم تهویه مطبوع و سیکل تبرید به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. مثال واضح آن خنک کننده آب یا روغن موتور احتراق داخلی در خودرو بوده که این مبدل حرارتی بصورت مشخص رادیاتور نامیده می شود. آب، روغن یا مبرد در لوله ها جریان یافته و جریان هوا آن را خنک می کند.

انتقال دهنده مبدل حرارتی صفحه فین دار صنعتی BAHXL

مبدل حرارتی صفحه فین دار

مبدل صفحه فین دار

فین ها بشکل لایه های موج دار برجسته ، مابین صفحات تخت جدا کننده قرار گرفته و بهشان لحیم می شوند. بنا به جهت قرارگیری فین می توانند جریان مخالف یا جریان متقاطع طراحی شده و سیال در شیار بین فین ها جریان می یابد. این مبدل حرارتی بیشتر برای مصارف گاز – گاز با فشار پایین طراحی شده اند. حداکثر دما عملیاتی به جنس لحیم صفحات بستگی دارد.

اجزای انتقال دهنده صفحه گسترده میدل حرارتی صفحه فین دار PFHE

احتمال کم نشتی یا مخلوط شدن دو سیال ، سطح انتقال حرارت در واحد حجم بالا ( 25 برابر مدل پوسته لوله با ابعاد و اندازه مشابه ) و تبادل حرارت همزمان بین چند سیال از مزایا آن است. قیمت مبدل صفحه فین دار نسبت به دیگر انواع مبدل حرارتی بالاتر است چون روش ساخت پیچیده و انرژی بری دارند. در مصارف تبریدی ، پتروشیمی ها ، پالایش نفت و گاز ، صنایع هوافضا ، حمل و نقل زمینی (خودرو یا قطار) استفاده می شود.

مبدل حرارتی رژنراتور چرخ گرمایی Howden

نحوه عملکرد یک رژنراتور بنام چرخ گرمایی

رژنراتور

معنای کلمه رژنراتور ، احیا کردن یا بازیابی مجدد است که در این جا به معنا بهره برداری مجدد از گرما تخلیه ( اگزاست ) یک سیستم است. واضح است که با این کار در مصرف انرژی صرفه جویی شده و بازدهی به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. رژنراتور شامل یک ماتریس یا شبکه است که جریان داغ و جریان سرد به صورت متناوب و با فواصل زمانی معین وارد آن می شوند. با عبور جریان داغ ، ماتریس گرما را گرفته و سپس با عبور جریان سرد ، گرما از ماتریس گرفته می شود. در خصوص سرمایش نیز همین روند بالعکس انجام می گیرد. انتقال گرما در رژنراتور تناوبی بوده و مشخصه فیزیکی هر نقطه ، به مکان و زمان بستگی دارد. اما در دیگر مبدل های حرارتی این موضوع فقط به مکان وابسته است.

ماتریس ثابت و گردان نوع درام و دیسک رژنراتور حرارتی و اجزای چرخ گرمایی

اجزا و انواع رژنراتور

از آنجا که جریان سیال بصورت تناوبی است ، یا ماتریس باید ثابت بماند و جریان سیال از آن عبور کند، یا ماتریس باید بین جریان گرم و سرد چرخانده شود. این عضو گردان می تواند بصورت یک دیسک تخت یا یک درام ( طبل ) باشد. رژنراتور هم برای دما بالا تا 1000 (ماتریس فلزی) و 2000 درجه سانتی گراد ( ماتریس سرامیکی توربین های گازی ) و هم برای دماهای پایین ( چرخ گرمایی تهویه مطبوع ) بکار می رود.

اکونومایزر مدور و مکعبی Etech

اکونومایزر صنعتی مدور و مکعبی

اکونومایزر یا رژنراتور صنعتی

در یک سیستم گرمایشی با بویلر، برای پیش گرم کردن آب ورودی بویلر یا هوای احتراق ، از نوعی رژنراتور صنعتی بنام اکونومایزر استفاده می شود. با این کار مصرف سوخت بویلر کاهش می یابد. چرا که با هر 20 درجه سانتی گراد افزایش دمای هوای احتراق یا هر 6 درجه سانتیگراد افزایش دمای آب تغذیه ، 1٪ در مصرف سوخت بویلر صرفه جویی می شود.

انتقال دهنده گرمای مدار چاپی Printed Circuit Heatric

مبدل مدار چاپی ساخت شرکت هیتریک

مبدل حرارتی با کاربرد صنعتی

چند نوع مبدل حرارتی با کاربرد تخصصی تر عبارتند از :

  • مبدل حرارتی مدار چاپی
  • مبدل حرارتی صفحه زدوده
  • مبدل حرارتی گرافیتی

مبدل حرارتی مدار چاپی

هسته این مبدل حرارتی از صفحات فلزی ای تشکیل شده است. مسیر جابجایی سیال در این صفحات ، با دستگاه پرس یا محلول شیمیایی ایجاد می شود. قابلیت تحمل فشار 600 بار با دما 700 درجه سانتی گراد را دارند. می توانند جریان مخالف یا جریان متقاطع بوده و بازده شان به 98 درصد هم می رسد. در فرآیند تبریدی ، شیمیایی ، تولید الیاف ، مواد غذایی، رنگ، دارو و پنل خورشیدی بکار می روند.

نمای برشی انتقال دهنده حرارت صفحه زدوده Scrapped Surface Series R

عمکرد مبدل صفحه زدوده یا تیغه ای

مبدل صفحه زدوده

برای سیالات رسوب دار و سوسپانسیون به ویژه در صنایع غذایی بکار می روند. یک عضو گردان با کمک تیغه ، سطح انتقال حرارت را بصورت مداوم از رسوب زدوده و بازدهی را بالا می برد.

تبادلگر پوسته لوله صفحه ای گرافیتی

انواع مبدل گرافیتی

مبدل گرافیتی

اگر هر دو سیال ( چه مایع چه گاز ) بکار رفته در مبدل خورنده باشند می توان انواع مبدل را از جنس گرافیت ساخت که چند نمونه آن را در عکس بالا مشاهده می کنید.

چگونگی انتخاب مبدل حرارتی

برای انتخاب یک مبدل گرمایی ، معیارهای زیادی وجود دارد. طراح طی فرآیندی این معیار ها را ارزیابی کرده تا مناسب ترین مبدل حرارتی را برای کاربرد مورد نظر انتخاب کند. مهم ترین این معیار ها عبارتند از:

  • فشار و دما عملیاتی
  • جنس مبدل حرارتی
  • دبی سیال ها
  • بازده حرارتی مبدل گرمایی
  • افت فشار در مبدل گرمایی
  • رسوب دهی سیال
  • جهت جریان سیال
  • نوع و فاز سیال
  • بازرسی ، نظافت ، تعمیر و نگهداری
  • مجموع هزینه مبدل حرارتی
  • تکنیک ساخت مبدل گرمایی

در ادامه تعدادی از این موارد توضیح داده می شوند.

فشار و دما عملیاتی

قاعده کلی در مورد فشار : برای افزایش انتقال حرارت بهتر است سیال فشار پایین ، بیرون سطوح لوله باشد.

دانستن درجه حرارت نیز برای سنجش میزان مقاومت مبدل حرارتی در دمایی خاص اهمیت دارد.

نمای برشی انتقال دهنده مبدل حرارتی پوسته لوله و جنس اجزای داخلی آن

جنس قسمت های مختلف مبدل پوسته لوله

جنس مبدل حرارتی

ماده انتخابی باید قابلیت تحمل دما و فشار مورد نظر را داشته باشد. انواع مبدل پوسته لوله با هر ماده مقاوم در برابر خوردگی مانند شیشه ، تفلون ، گرافیت ، تیتانیوم و … تولید می شوند. مبدل صفحه ای گسترده بیشتر از فلزات شکل پذیر، منعطف و مقاوم ساخته شده و انواع مبدل صفحه ای از فلزاتی که قابلیت جوشکاری و پرس را داشته باشند.

 دبی سیال ها

دبی ، مسیر حرکت سیال را مشخص می کند. هر قدر دبی بالاتر باشد برای محدود کردن سرعت ، سطح و حجم مسیر باید بیشتر باشد.

 بازده حرارتی مبدل گرمایی

برای بیشترین بازدهی حرارتی باید از مبدل صفحه ای لحیم شده و رژنراتور استفاده کرد. انواع لوله فین دار و پوسته لوله برای بازدهی متوسط گزینه مناسبی هستند. همچنین محاسبه افت فشار بدلیل اثرگذاری در پمپاژ و هزینه آن ، اهمیت زیادی دارد.

رسوب و گرفتگی انتقال دهنده حرارت مبدل پوسته لوله

رسوب و گرفتگی مبدل حرارتی

رسوب دهی سیال

رسوب ها مانع انتقال حرارت صحیح شده و در مسیر جریان سیال اختلال ایجاد می کنند. در پوسته لوله ، سیال رسوب دار بهتر است در لوله باشد. چرا که بدلیل وجود بافل تمیز کردن فضای درون پوسته دشوارتر است. بهترین گزینه برای این سیالات استفاده از مبدل اسپیرال و دیگر انواع مبدل صفحه ای می باشد.

جهت جریان سیال

موازی ، متقاطع یا مخالف بودن جریان دو سیال بر بازدهی و طراحی دیگر عوامل اثرگذار است.

نوع و فاز سیال

سه حالت را می توان متصور شد که عبارتند از:

  • مایع – مایع
  • گاز – مایع
  • گاز – گاز

برای نوع مایع – مایع اساس انتقال حرارت ، همرفت اجباری است و بیشتر در مبدل پوسته لوله استفاده می شود. البته ممکن است مبدل صفحه ای نیز بکار رود. از آنجا که ضریب انتقال حرارت در مایعات بالاست. به ندرت از فین و دیگر ابزار برای افزایش سطح تماس استفاده می شود. در انواع گاز – گاز معمولا یک گاز کم فشار و دیگری پرفشار است. از نظر اندازه بزرگتر از نوع مایع – مایع هستند و سطوح ثانویه نیز برای افزایش بازدهی کاربرد دارند. برای انواع گاز – مایع ، مبدل لوله فین دار کارایی بیشتری دارند.

شستشوی انتقال دهنده حرارتی مبدل پوسته لوله پین مان

نظافت مبدل پوسته لوله

بازرسی ، نظافت ، تعمیر و نگهداری

برای بررسی این معیار ها توجه به کاربرد اهمیت ویژه ای دارد. به عنوان مثال در صنایع دارویی و غذایی ، اجزای مبدل بایست هر روز تمیز شوند. پس باید از مبدل گرمایی که آسان تمیز می شود و به اجزای داخلی آن دسترسی بیشتری وجود دارد ، استفاده کرد.

مجموع هزینه مبدل حرارتی

به مجموع هزینه خرید ، فعالیت و نگهداری گفته می شود. در کل هر قدر سطح انتقال حرارت کمتر و طراحی مبدل ساده تر باشد؛ هزینه خرید کمتر خواهد بود. هزینه فعالیت ، میزان انرژی صرف شده برای جابجایی سیال توسط پمپ ، فن یا بلوور است. هزینه نگهداری نیز به کنترل خوردگی و رسوب دهی سیال بستگی دارد.

تکنیک ساخت مبدل حرارتی

در ساخت مبدل پوسته لوله از جوشکاری و در مبدل صفحه فین دار و رادیاتور از لحیم کاری استفاده می شود.

متخصص در حال جوشکاری ساخت انتقال دهنده مبدل حرارتی پوسته لوله صنعتی

ساخت مبدل پوسته و لوله صنعتی

تعمیر و نگهداری مبدل گرمایی

برای تعمیر و نگهداری مبدل حرارتی باید نکات زیر را در نظر داشت :

  • در فواصل زمانی مشخص عملکرد دستگاه ارزیابی شود تا در صورت نیاز قطعات آن تمیز یا جایگزین شوند.
  • محل های آب بندی در مبدل حرارتی ، برای تشخیص نشتی آب یا روغن چک شود.
  • حین بازدید دقت شود تا تَرَکی در اجزا وجود نداشته و روکش عایق سالم باشد.
  • بررسی شود اجزا مبدل حرارتی دچار خوردگی / گرفتگی نشده باشد.
  • طبق برنامه زمانی مشخص دستگاه می بایست پیاده سازی شده و اجزا داخلی آن تمیز شوند.
  • اگر نیاز به پیاده سازی مبدل حرارتی بود ، ابتدا لوله ها بسته شوند.
  • پمپ هیدرولیک را در موقع تعمیر متوقف کرده و اطمینان حاصل شود فشار داخلی مبدل گرمایی صفر است.
  • تمامی داده ها از قبیل راه اندازی ، خاموش کردن یا تغییر عملکرد مبدل حرارتی باید ثبت گردند.
  • رسوب یا گرفتگی در لوله ، به میزان قابل توجهی کارایی مبدل حرارتی را کاهش می دهد.
  • نشانه گرفتگی مبدل حرارتی افت فشار مشخص و یا کاهش بازده حرارتی می باشد.
  • باید در اولین فرصت گرفتگی و رسوب مبدل حرارتی را رفع نمود.

منبع : Titan Metal Fabricators , Kelvion

تحریریه کلینیک ساختمانی بیلدینگ پلاس

“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس امری حرفه ای و اخلاقی است”

تاریخ : 1397 / 11 / 10
دسته :

نظرات کاربران

کارشناس بیلدینگ پلاس

سلام کارشناس بیلدینگ پلاس هستم به شما کمک میکنم متناسب با کار و نیاز خود محصول مناسب را انتخاب نمایید از صحبت با شما خوشحال خواهم شد.

02188662433