مشاوره و طراحی و ساخت مبدل حرارتی نسل سوم ( exchanger )مختص کارخانجات قیر

تخصصی ترین مطالب، کلیپ ها و فیلم های آموزشی، راهکارها و رفع مشکلات صنعت قیر، آسفالت و عایق را در کانال تخصصی ما دریافت کنید
https://www.instagram.com/fgp_engineerng_company

https://telegram.me/FGPco

طراحی و ساخت مبدل های حرارتی نسل سوم مختص واحدهای قیر سازی

مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت از سیالی با دمای بالاتر به سیالی با دمای پایین تر مورد استفاده قرار می گیرد.
برای تبادل گرمای دو سیال بدون آنکه با هم آمیخته شوند، نیاز به سطح انتقال حرارت داریم. کارخانجات تولید قیر نیز از دسته واحدهایی هستند که برای تأمین حرارت ماده اولیه (وکیوم باتوم) و رساندن آن به دمای مورد نیاز جهت پالایش به مبدل های حرارتی نیاز دارند. فرآیند تبادل بیشگرما بین دو سیال با دماهای متفاوت که توسط دیواره جامدی از هم جدا شده‌اند در بسیاری از کاربردهای مهندسی روی می‌دهد. وسیله‌ای را که برای این تبادل به کار می‌رود «مبدل گرمایی» می‌گویند. موارد کاربرد این وسیله در سیستم‌های گرمایش ساختمان‌ها، تهویه مطبوع، تولید قدرت، بازیابی گرمای هدر رفته، و فرآوری شیمیایی است. ما در فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی نیاز به گرم کردن و یا سرد کردن سیالاتی داریم که مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای تبادل گرمای دو سیال بدون آنکه با هم آمیخته شوند، نیاز به سطح انتقال حرارت داریم.امروزه در سراسر دنیا کارخانه‌های فراوانی یافت می‌شوند که در زمینه ساخت مبدل‌های حرارتی فعالیت می‌کنند. آن‌ها بر اساس نیاز مشتری خود و بر اساس استانداردهای تعیین شده به طراحی و ساخت مبدل‌های حرارتی در سایزها و گونه‌های مختلف مبادرت می‌ورزند.

آز آنجا که در واحدهای قیر سازی، مصرف انرژی، زمان گرم شدن خوراک اولیه و در نتیجه زمان تولید قیر و حفظ کیفیت خوراک از اهمیت بالایی برخوردار است. لذا واحد پژوهش شرکت فنی مهندسی فناور گستر پیمان اقدام به طراحی و ساخت مدلی از مبدل های حرارتی نموده که علاوه بر اینکه در طراحی و ساخت آن فرآیند تولید بهینه قیر مد نظر بوده مورد تأیید وزارت راه و شهرسازی نیز می باشد.

نرم افزارهای تخصصی در طراحی و ساخت پروژهای نسل سوم
شرکت فنی مهندسی فناور گستر پیمان مفتخر است که در تمامی مراحل طراحی و ساخت پروژهای خود , مدارک لازم را با استفاده از نرم افزار های تخصصی این صنعت همچونHTRT , HYSYS , PDMS و SOLIDWORKS و AUTOCAD و TANKS و ANSYS وAuto cad P&ID و Auto cad civil 3D land و csi safe و ... تولید می کند .

انواع مبدل حرارتی

انواع مبدل حرارتی از نظر فشار کاری به دو دسته کم فشار و پر فشار و از نظر ساختار به انواع زیر تقسیم می شوند :

۱ . مبدل های لوله ای

۲ . مبدل حرارتی صفحه ای

۳ . مبدل های پره ای یا هوا خنک

هر کدام از این سه نوع ، خود به انواع دیگری تقسیم می شوند که تمرکز ما در این متن بیشتر روی انواع مبدل حرارتی لوله ای است.

انواع مبدل حرارتی لوله ای

۱ . مبدل حرارتی دو لوله ای

در این نوع یک لوله با قطر کوچک درون لوله ای دیگر با قطر بزرگتر و به صورت هم مرکز قرار می گیرد و انتقال حرارت از طریق جداره لوله کوچک تر بین دو سیال انجام می شود. این نوع ساده ترین نوع مبدل است که بزرگترین عیب آن ، توان انتقال حرارت کمتر نسبت به سایر مبدل ها به خاطر سطح تبادل حرارتی کم آن است. از این نوع بیشتر برای تبادل حرارت بین سیالات گازی شکل استفاده می شود. همچنین زمانی که فشار یکی از دو سیال یا هر دو بالا باشد می توان از این نوع استفاده نمود.

مزایای مبدل حرارتی دو لوله ای عبارت است از :

طراحی ساده

هزینه ساخت کم

کنترل ساده جریان

پاک سازی آسان

کاربرد در فشارهای بالا

نکته : عیب این نوع این است که سطح انتقال حرارت کمی داشته و فقط برای مبدل های کوچک و با ظرفیت کم مناسب است.

۲ . مبدل حرارتی پوسته و لوله

این مبدل ها کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحدهای تقطیر نفت خام دارند.همانطور که از نام آن پیداست مبدل حرارتی پوسته و لوله از یک مخزن استوانه‌ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است.مایع در داخل لوله‌ها حرکت می‌کند و بخار داغ بر روی لوله‌ها و درون پوسته جریان دارد.به علت تعداد زیاد این لوله‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌کند،حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش می‌آورد.
نوع مرسوم مبدل های گرمایی ،مبدل های حرارتی پوسته – لوله ای است که بر حسب تعداد پاس های پوسته و لوله این مبدل ها خود دارای انواع مختلفی می باشند و ساده ترین آنها، دارای یک پاس پوسته و یک پاس لوله است که در شکل فوق نشان داده شده است. در این مبدل ها معمولا دیوارک هایی نصب می شوند تا با ایجاد تلاطم و ایجاد مؤلفه سرعت عرضی در جریان ، ضریب جا به جایی سیال در قسمت پوسته افزایش یابد که به این دیوارکها بافل (Baffle) می گویند.مبدل های حرارتی دیوارک دار(Baffle) معمولا با یک پاس پوسته و دو پاس لوله و یا با دو پاس پوسته و چهار پاس لوله تولید می شوند.
در مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای بافل (صفحات هدایت کننده جریان)، جریان سیال سمت پوسته به صورت متقاطع با لوله ها در بین دو بافل مجاور جهت داده می شود.
مبدل های حرارتی پوسته و لوله ای U شکل دارای کم هزینه ترین ساختار هستند، زیرا فقط به یک صفحه لوله نیاز است . سطح داخلی لوله ها به دلیل خم U شکل تند، نمی توانند با وسایل مکانیکی تمیز شوند.در این مبدل ها تعداد زوجی از گذر های لوله به کار می رود ولی محدودیتی از نظر انبساط گرمایی وجود ندارد.

جنس لوله ها وظیفه تبادل را در مبدل پوسته و لوله به عهده دارند به گونه ای که از دو طرف در تماس با سیالات مورد انتقال حرارت قرار دارند . در واقع لوله ها در مبدل پوسته و لوله نقش جدا کننده را بر عهده دارند سایز این لوله ها متفاوت می باشد . لوله ها معمولاً از جنس مس می باشند البته بنا به کاربرد می توانند از فولاد ضد زنگ ( استیل ) ، نیکل ، آلومینیوم ، برنج و تیتانیوم نیز باشند ولی با توجه به ضریب انتقال حرارت سیال درون یا بیرون لوله در هر سمت که این ضریب کم‌تر باشد می توان از لوله های پره دار از داخل یا پره دار از خارج استفاده نمود که به طبع هزینه ساخت این دستگاه آن بالا تر است .

مبدل حرارتی پوسته و لوله از تعدادی لوله و یک پوسته بزرگ که لوله ها را احاطه می کند، تشکیل شده است. از درون لوله ها معمولا یک سیال مایع با دمای کم و اطراف لوله ها یک سیال گازی شکل با دمای بالا جریان می یابد (البته حالت و نوع سیال در کاربردهای متفاوت مختلف است) که تبادل حرارتی زیادی به علت وجود تعداد زیادی لوله صورت می گیرد و آن را به پر کاربردترین مبدل در صنعت تبدیل کرده است. جنس لوله ها معمولا از مس و در برخی موارد با توجه به نوع کاربری می تواند از برنج ، آلومینیوم ، استیل ، نیکل و غیره باشد. در مبدل حرارتی پوسته و لوله اجزای دیگری مانند تیوب شیت ، بافل و … نیز وجود دارد که در شکل زیر نشان داده شده اند.

پوسته یک ورودی و یک خروجی دارد و ورود و خروج لوله ها توسط تیوب شیت انجام می شود. بافل ها (Baffle) در واقع تیغه هایی هستند که درون پوسته جاسازی شده اند و باعث می شود که سیال اطراف لوله ها مسیر پر پیچ و خم تری را طی کرده و انتقال حرارت بیشتری صورت بگیرد.

پوسته مبدل حرارتی پوسته و لوله که به همراه تیوپ شیت ها وظیفه نگهدارنده لوله‌ها ، اتصال ورودی و خروجی ها و ... را بر عهده دارد .عمل انتقال حرارت نیز در داخل پوسته انجام می‌گیرد. ضخامت پوسته به فشار کار و قطر پوسته بستگی دارد.

در ساخت پوسته مبدل حرارتی پوسته و لوله معمولاً از فولاد یا فولاد ضد زنگ استفاده می‌گردد . چرا که باید انتقال حرارت آن در پایین ترین حد و تحمل فشار آن در بالا ترین حد ممکن باشد روی پوسته مبدل حرارتی پوسته و لوله باید مسیر ورود و خروج آب - قلاب ‌آویز- اتصال تخلیه- محل نصب شیر اطمینان سنسور و... در نظر گرفته شود.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای آرایش های مختلف از نظر جریان سیال در سمت پوسته و سمت لوله می باشند و براساس سطح انتقال حرارت ،فشار کار ، افت فشارکویل ،شیوه های ساخت و هزینه کنترل خوردگی و مسائل تمیز کاری، مورد انتخاب و استفاده قرار می گیرند. بافل ها در مبدل های پوسته و لوله برای افزایش ضریب انتقال گرما در سمت پوسته و همچنین برای مستقر نگه داشتن بهتر لوله ها استفاده می گردند.

مزایای مبدل های پوسته و لوله را میتوان به شرح زیر نام برد:

در حجم کم ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت می کنند.
قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند.
به راحتی تمیز می شوند.

انواع مبدل حرارتی پوسته و لوله

۱ . نوع U شکل

همانطور که مشاهده می کنید لوله ها به صورت U خمکاری شده اند و فقط در یک سمت آن از تیوب شیت استفاده شده است.

نکته : به خاطر U شکل بودن لوله ها ، امکان تمیز کردن لوله ها به صورت مکانیکی وجود ندارد.

۲ . نوع مستقیم یک پاس

منظور از یک پاس این است که سیال از یک سمت وارد لوله ها شده و مستقیم از سمت دیگر خارج می شود.

۳ . نوع مستقیم دو پاس

منظور از دو پاس این است که سیال از یک سمت وارد لوله ها شده و بعد از یک حرکت رفت و ۱۸۰ درجه چرخش مجددا وارد لوله های دیگر شده و از همان سمت ورودی خارج می شود.

کاربرد مبدل های حرارتی

در صنایع گوناگون مانند :

پالایشگاه نفت و گاز و صنایع پتروشیمی

نیروگاه تولید برق

صنایع تولیدی

صنعت مواد غذایی

داروسازی

صنعت ذوب

‍ رسوب زدایی لوله های مبدل حرارتی
تکنولوژی RTC تکنولوژی روز اروپا برای رسوب زدایی و تمیز کردن لوله های رسوب گرفته مبدل های حرارتی است. در این روش نوک فرز مانند دستگاه همزمان با پیشروی در درون لوله های رسوب گرفته، ضمن رسوب زدایی سطحی صاف و براق از خود به جا می گذارد. بر خلاف روشهای سنتی، در این روش نیازی به مواد شیمیایی و فشار آب بسیار بالا نیست.

مزایای نسل سوم تولید قیر که طراحی و ساخت و راه اندازی توسط شرکت فنی مهندسی فناور گستر پیمان نسبت به نسلهای پیشین شامل موارد ذیل است:
• هزینه تولید پایین تر نسبت به نسل های قبل
• کیفیت محصول بالاتر نسبت به نسل های پیشین
• پایین بودن هزینه ساخت به علت بومی شدن تکنولوژی
• تنوع محصول تولیدی متناسب با خوراک اولیه
• ایجاد سیستم جمع آوری بخارات آروماتیک و چربیهای نات کندانسور و سیرکوله مخازن قیر که مورد تأیید سازمان بهداشت و حفاظت محیط زیست می باشد.
• در این نسل از ترکیب چندین روش تولید موجود روز دنیا استفاده می شود. این تکنولوژی ها بصورت موازی استفاده می شود و واحد را برای تولید در هر شرایطی آماده می سازد.
• امکان استفاده از مواد پلیمری ضایعاتی با استفاده از فن آوري GTR/TD
• در طراحی و پایینگ واحد، امکان افزایش ظرفیت تولید و تنوع خوراک و محصول به راحتی امکانپذیر است.
• استفاده از کمپرسورهای با دینام های کم مصرف و همچنین پایین بودن مصرف حامل های انرژی در پروسه تولید
• تغییر حجم هوا و افزایش و کاهش دما و فشار راکتورهای نسل سوم با توجه به نوع خوراک در اختیار control man قرار دارد.
• کاهش 40 درصدی مصرف سوخت به علت عدم استفاده از حرارت مستتقیم در سیستم پالایش و کاهش خطر آتش سوزی و انفجار

انواع مبدل های گرمایی بر حسب عملکرد

مبدل‌های گرمایی معمولاَ بر حسب آرایش جریان و نوع ساخت رده‌بندی می شوند. ساده ترین مبدل گرمایی مبدلی است که در آن سیالات گـرم و سـرد در جهت‌های یکسان یا مخالف در یک ساختـار لوله ای هم‌مرکز (tubular) حرکت می کنند.

در آرایش جریان همسو ( parallel-flow یا concurrent flow) سیالات گرم و سرد از انتهای یکسان وارد می شوند، در جهت یکسان جریان می یابند، و از انتهای یکسان خارج می شوند. در آرایش جریان ناهمسو (counter-flow) سیالات از دو سر متقابل وارد می شوند، در جهت های مخالف جریان می یابند، و از دو سر متقابل دیگر خارج می شوند. برای موازنه گرما خواهیم داشت:

${\dot {Q}}={\dot {m}}_{h}*(C_{p})_{h}*(T_{h2}-T_{h1})$
${\dot {Q}}={\dot {m}}_{c}*(C_{p})_{c}*(T_{c2}-T_{c1})$
${\dot {Q}}=U*A_{ex}*\Delta {T_{m}}$

T_0.0 یا T_h1 دمای سیال گرم ورودی
T_h2 یا T_0.0 دمای سیال گرم خروجی
T_c1 یا T_0.0 دمای سیال سرد ورودی
T_c2 یا T_0.0 دمای سیال سرد خروجی

سیالات ممکن است دارای جریان عرضی ( عمود بر هم ) نیز باشند، این نوع جریان عموما در مبدل های گرمایی لوله ای پره دار بکار می رود.
یکی از انواع مهم مبدل های گرمایی دارای سطح تبادل گرمای بزرگی در حجم واحد است و به آن مبدل گرمایی فشرده می گویند. این مبدل ها دارای صفحات یا لوله های پره دار، با آرایش بسیار فشرده هستند و معمولاَ وقتی به کار می روند که حداقل یکی از سیالات گاز، و لذا دارای یک ضریب جابجایی کوچک باشد، لوله ها ممکن است تخت یا دایره‌ای باشند.

مبدلهای گرمایی با صفحات موازی ممکن است پره دار یا کنگره ای باشد و از آنها در حالت تک پاس یا چند پاس استفاده کرد. مجراهای جریان در مبدل های گرمایی فشرده معمولاَ کوچک اند و جریان در آنها معمولاَ لایه ای است . اشکال دیگری از مبدل‌های حرارتی را در شکل‌ها ملاحظه می کنید.

مبدل گرمایی با جریان همسو

در شکل توزیع دمای سیال گرم و سرد در مبدل گرمایی با جریان همسو ( مبدل tubular ) نشان داده شده است . اختلاف دمای ابتدا بزرگ است اما با افزایش x سریعاَ کاهش می یابد و به طور مجانبی به صفر نزدیک می شود. باید توجه داشت که در چنین مبدلی دمای خروجی سیال سرد هیچ وقت از دمای خروجی گرم بیشتر نمی شود. در شکل اندیس های ۱ و ۲ دو سر متقابل را در مبدل نشان می دهد از این قرارداد برای تمام انواع مبدل های گرمایی استفاده می شود.

نمودار دما در طول مبدل برای جریان همسو وناهمسو

طبق تعریف ${\dot {Q}}=UA\Delta T_{m}$ که در آن U ضریب انتقال حرارت کلی مبدل و A سطح تبادل حرارت در مبدل است.همچنین با کاربرد موازنه انرژی برای عناصر دیفرانسیلی از سیالات گرم و سرد شکل ${\Delta T_{m}}$ را می توان تعیین کرد البته اثبات آن در اینجا بیان نمی شود . هر عنصر دارای طول dx و مساحت سطح انتقال گرمای dA است . برای موازنه های انرژی و تحلیل پیرو آن ، فرض های زیر را در نظر می گیریم :
۱- مبدل گرمایی از اطراف خود عایق شده است ،و در این حالت تبادل گرما فقط بین سیالات گرم و سرد است .
۲- رسانش محوری در امتداد لوله ها ناچیز است .
۳- تغییرات انرژی پتانسیل و جنبشی ناچیز است .
۴- گرماهای ویژه سیالات ثابت اند .
۵- ضریب کلی انتقال گرما ثابت است .
البته گرماهای ویژه بر اثر تغییرات دما تغییر می کنند ، و ضریب کلی انتقال گرما بر اثر تغییرات خواص سیال و شرایط جریان ممکن است تغییر کند . ولی ، در بسیاری از کاربردها این تغییرات خواص قابل توجهی نیستند و می توان با مقادیر متوسط c_pc ,، c_ph ,h و U کار کرد. برای بدست آوردن U داریم.

${\frac {1}{A}}U_{pre}=\Sigma {\frac {1}{hA}}+\Sigma R$

${\frac {1}{U_{exp}}}$ = ${\frac {1}{U_{pre}}}+R_{f}$

R = مقاومت گرمایی دیواره لوله ها
h = ضریب انتقال حرارت سیال ( سیال گرم و سیال سرد) که از روابط تئوری و تجربی بدست می آید. بسته به این که تغییر فاز داشته باشیم یا نداشته باشیم و هندسه انتقال حرارت . روابطی برای محاسبه آن در کتابهای انتقال حرارت موجود است.
$U_{exp}$ =ضریب انتقال حرارت کلی برای مبدل با محاسبه تاثیر رسوبات
$U_{pre}$ =ضریب انتقال حرارت بر مبنای تمیز بودن(بدون رسوب) مبدل
$R_{f}$ =مقاومت گرمایی لوله ها بر اثر رسوب
که معمولا از R ( مقاومت گرمایی لوله ها) صرف نظر میکنیم . در نهایت برای جریان همسو داریم.

$\Delta {T_{m}}={\frac {\Delta T_{1}-\Delta T_{2}}{\ln \left({\frac {\Delta T_{1}}{\Delta T_{2}}}\right)}}$
$\Delta T_{1}=T_{h1}-T_{c1}$
$\Delta T_{2}=T_{h2}-T_{c2}$

مبدل گرمایی با جریان ناهمسو

بر خلاف مبدل با جریان همسو، در مبدل با جریان ناهمسو انتقال گرما بین قسمت های گرم دو سیال در یک سر، و همچنین بین قسمت های سرد دو سیال در سر دیگر روی می دهد. به همین دلیل اختلاف دما، در طول مبدل در هیچ جا به بزرگی ناحیه ورودی مبدل با جریان همسو نیست. توجه کنید که دمای خروجی سیال سرد در اینجا می تواند بزرگ تر از دمای خروجی سیال گرم باشد.

برای مبدل با جریان ناهمسو اختلاف دما در نقاط انتهایی به صورت زیر تعریف می شود:

$\Delta {T_{m}}={\frac {\Delta T_{1}-\Delta T_{2}}{\ln \left({\frac {\Delta T_{1}}{\Delta T_{2}}}\right)}}$

$\Delta T_{1}=T_{h1}-T_{c2}$
$\Delta T_{2}=T_{h2}-T_{c1}$

باید دانست که برای دماهای ورودی و خروجی یکسان، اختلاف دمای میانگین لگاریتمی در جریان ناهمسو از اختلاف دمای میانگین لگاریتمی در جریان همسو بیشتر است. لذا، با فرض مقدار U یکسان، مساحت سطح لازم برای ایجاد آهنگ انتقال گرمای معین q در جریان ناهمسو کمتر از مساحت لازم در جریان همسو است. همچنین در جریان ناهمسو $T_{c2}$ می تواند بیشتر $T_{h2}$ از باشد ولی برای جریان همسو این طور نیست.
البته روشهای دیگری نیز برای تحلیل مبدل ها به کار می رود که در اینجا بیان نمی شود از جمله روش NTU و روشهای تجربی.

در مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای بافل (صفحات هدایت کننده جریان)، جریان سمت پوسته به صورت متقاطع با لوله ها در بین دو بافل مجاور جهت داده می شود و در حالیکه از فاصله ما بین دو بافل به فاصله بعدی منتقل می شود، موازی با لوله ها، جهت می یابد.

اهداف اصلی طراحی، در این مبدل ها در نظر گرفتن انبساط گرمایی پوسته و لوله ها، تمیز کردن آسان مجموعه، و در صورت با اهمیت نبودن سایر جنبه‌ها، کم هزینه ترین روش ساخت و تولید آنهاست.

در مبدل های پوسته و لوله با صفحه لوله های ثابت، پوسته، به صفحه لوله، جوش شده است و هیچ گونه دسترسی به خارج از دسته لوله، برای تمیزکاری وجود ندارد. این انتخاب کم هزینه و دارای انبساط گرمایی محدود است.

مبدل های پوسته و لوله با دسته لوله U شکل دارای کم هزینه ترین ساختار است، زیرا فقط به یک صفحه لوله نیاز است. سطح داخلی لوله ها به دلیل خم U شکل تند، نمی توانند با وسایل مکانیکی تمیز شود. در این مبدل‌ها تعداد زوجی از گذرهای لوله به کار می رود ولی محدودیتی از نظر انبساط گرمایی وجود ندارد.

چندین طرح ایجاد شده اند که به صفحه لوله امکان می‌دهند تا شناور باشد (یعنی بتواند با انبساط گرمایی، حرکت کند). نوعی کلاسیک از طراحی سر شناور در شکل نشان داده شده است که بیرون کشیدن دسته لوله ها را از پوسته با حداقل جداسازی قطعات، ممکن می سازد. به این نوع مبدل ها برای واحدهایی با تشکیل زیاد رسوب، نیاز می باشد. هزینه این مبدل ها زیاد است.

آرایش های مختلف جریان در سمت پوسته و سمت لوله، بسته به وظیفه گرمایی (ظرفیت گرمایی)، افت فشار، سطح فشار، تشکیل رسوب، شیوه های ساخت و هزینه بری، کنترل خوردگی و مسائل تمیز کاری، استفاده می شوند. بافل ها در مبدل های پوسته و لوله برای افزایش ضریب انتقال گرما در سمت پوسته و برای نگه داشتن لوله ها استفاده می گردند.

مزایای مبدل های پوسته و لوله را می شود به شرح زیر نام برد:

۱- در حجم کم ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت می کنند.

۲- طراحی مکانیکی خوبی دارند.

۳- روش ساخت تثبیت شده خوبی دارند.

۴- قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند.

۵- به راحتی تمیز می شوند.

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای

مبدل حرارتی صفحه‌ای اساساً با توجه به سادگی نت و با توجه به نیازهای صنایع غذائی در دهه ۱۹۳۰ ابداع شد و طراحی بهینه آن در دهه ۱۹۶۰ با تکامل موثرتر هندسه صفحات، مونتاژ اجزا و مواد بهینه تر برای ساخت واشرهای مورد استفاده در این نوع مبدل‌ها کارآمدتر از گذشته مورد بازبینی قرار گرفت و موارد استفاده از آنها به تمامی صنایع راه پیدا کرد و توانسته است از رقیب خود (مبدل‌های لوله‌ای) پیشی بگیرد. به دلیل تنوع بسیار زیاد محدوده‌های طراحی این نوع مبدل‌ها که در نوع صفحات و آرایش آنها قابل بررسی است عملاً شرکت‌های سازنده آنها اطلاعات محرمانه طراحی را اعلام نمی‌کنند.

مبدل‌های صفحه‌ای واشردار تشکیل شده است از تعدادی صفحه نازک با سطح چین دار و یا موج دار که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا می‌کنند. صفحات دارای قطعاتی در گوشه‌ها هستند و به نحوی چیدمان شده‌اند که دو سیال عامل به صورت یک در میان میان صفحات جریان دارند. طراحی و واشربندی بهینه این امکان را فراهم می‌کند که مجموعه‌ای از صفحات در کنار یگدیگر تشکیل یک مبدل صفحه‌ای مناسب را بدهند. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای معمولاً در جریان سیالاتی با فشار پائین تر از ۲۵bar و دمای کمتر از ۲۵۰ درجه محدود می‌شوند. از آنجا که کانال‌های جریان کاملاً کوچک هستند جریان قوی گردابه‌ای و توربولانس موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال حرارت و افت فشارها می‌گردد؛ به علاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی باعث کاهش تشکیل رسوب می‌شود. واشرها از نشتی سیال به بیرون از مبدل جلوگیری می‌کنند و سیال‌ها را در صفحات به شکل مورد نظر هدایت می‌نمایند. شکل جریان عموماً به نحوی انتخاب می‌شود که جریان سیال‌ها خلاف جهت یکدیگر باشند.

شمایلی از مبدل حرارتی صفحه‌ای

مبدل های صفحه ای حلزونی یا مارپیچ

صفحه ای حلزونی با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی و با استفاده از مندرل و جوش دادن لبه های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می شود. در هر یک از دو مسیر حلزونی یک جریان ثانویه ایجاد می شود که انتقال حرارت را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش می دهد. این نوع مبدل های حرارتی بسیارفشرده هستند و طبعا گران قیمت تمام می شوند. سطح انتقال حرارت برای این مبدل ها درمحدوده ۰٫۵ تا m۲۵۰۰ و فشارکارکرد تا ۱۵ بار و دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد می باشد. این نوع مبدل بیشتر در کاربرد سیال لجن آلود، مایعات لزج و مایعاتی با ذرات جامد معلق شامل ذرات بزرگ و جریان دو فازی مایع – جامد استفاده می شود. چون این مبدل ها توانایی زیادی در خود تمیز کنی و کم کردن رسوب گیری دارند.

از معایب و مزایای این نوع از مبدل‌ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

معایب:
۱- به دلیل کوچک بودن لوله مارپیچ تعمیر و جوشکاری آنها مشکل و زمان بر است
۲- به دلیل مارپیچ بودن لوله ها تمیز کردن آنها عملا مشکل است
مزایا:
۱- راندمان بالا
۲- مونتاژ آسان
۳- مقاومت مکانیکی در مقابل انبساط و انقباض
۴- مناسب برای دبی های کم و بارهای حرارتی پایین

شمایلی از مبدل حلزونی یا مارپیچ

مبدل های حرارتی هوا خنک

کولر های هوایی، مبدل هایی هستند که در آنها سیال فرآیندی با جریان هوا خنک می‌شود. در این مبدل ها بخارات گرم درون مجموعه ای از لوله ها که به صورت افقی کنار هم قرار گرفته اند توزیع می شود. جداره خارجی لوله ها به پره مجهز شده است تا سطح انتقال حرارت بین سیال داخل لوله ها با هوای خنک افزایش یابد.

این مبدل ها از نظر شکل جریان، از نوع متقاطع می باشند که جریان هوای لازم برای خنک کردن سیال داخل لوله ها به وسیله یک فن تامین می شود . اگر این فن بالای لوله ها قرار گیرد به آن مکشی و اگر پایین لوله ها قرار گیرد به آن دمشی گویند . نوع مکشی به علت ایجاد توزیع یکنواخت جریان هوا بازدهی بیشتری دارد. در نوع مکشی اگر موتور گرداننده نیز به همراه فن در بالای لوله ها قرار گیرد به علت قرار گرفتن در معرض هوای گرم زودتر مستهلک می شود. برای رفع این مشکل می توان نیرو را با استفاده از شفت به فن انتقال داد و موتور را در محل مناسب تری قرار داد.

انتخاب مواد برای ساخت مبدل‌های حرارتی

طیف گسترده‌ای از مواد در ساخت مبدل‌های حرارتی استفاده می‌گردد. این مواد ممکن است فلزی یا غیر فلزی (مانند گرافیت، شیشه، سرامیک و پلاستیک) باشند. به طور ساده، فاکتورهای زیر را می‏‌توان در مورد انتخاب مواد برای مبدل‌های حرارتی و لوله‌ها مطرح کرد:
- سازگاری ماده با سیال‏‌های فرایند و سایر مواد تشکیل دهنده مبدل (مانند خوردگی و واکنش با موادی مانند هیدروژن)
- سهولت تولید و ساخت با استفاده از روشهای استاندارد تولید مانند ماشین‌کاری، ریخته‏‌گری، نورد و... و روش‌های جوشکاری
- تحمل شرایط عملیاتی مانند دما و فشار (مواردی مانند استحکام، استحکام خستگی، شکست ترد، سختی، خزش، مقاومت در برابر دما، و ...)
- مسایل مربوط به قیمت و ایمنی از جمله قیمت ساخت، ایمنی و خسارات ناشی از شکست، هزینه‌های نگهداری و سرویس
- در دسترس بودن ماده از لحاظ منابع،
- و مسایل مربوط به اندازه تاسیسات، و مدت زمان کارایی و نگهداری و سرویس
- و ...
مواد به طور معمول بر اساس تجربیات پیشین، تست‌های خوردگی، نوشته‌ها و هندبوک‌ها و پیشنهاد تولید کنندگان مواد انتخاب می‌گردند. میزان موفقیت در انتخاب مواد و پروسه ساخت، در رفتار تاسیسات در عمل، منعکس می‌گردد. برای دستیابی به ایمنی و اطمینان کافی، و کارکرد دایمی و مزایای اقتصادی، بهتر است انتخاب مواد را به صورت مرحله به مرحله انجام داده و از مرحله طراحی شروع کنیم؛ و سپس به ترتیب به سراغ ساخت و تولید، نصب و نگه‌داری برویم. در عمل یک بار، تاسیسات برای یک بازده معین باید چک گردد. مواد متداول در طراحی مبدل‌های حرارتی:
۱-چدن ۲- فولاد کربن دار ۳- آلیاژهای فولاد
۴- فولاد ضد زنگ ۵- آلومینیم و آلیاژهای آن ۶- مس و آلیاژهای آن
۷- نیکل ۸- تیتانیوم ۹- زیرکونیم
۱۰- تانتالیوم ۱۱-گرافیت ۱۲- شیشه
۱۳- تفلون ۱۴-سرامیک

رسوب در مبدل ها

رسوب‌زدائی در مبدل‌های حرارتی یکی از پرهزینه ترین مسائل در تعمیر و نگهداری مبدل‌هاست که باعث اتلاف سرمایه و همچنین زمان می شود. بطور مثال هزینه‌های ناشی از ایجاد رسوب در صنایع کشور آمریکا سالانه به ۵ میلیارد دلار می رسد که هزینه هنگفتی را بر صنایع تحمیل می‌کند. ایجاد رسوب بر روی سطوح انتقال حرارت باعث کاهش نرخ انتقال حرارت و همچنین افزایش افت فشار می‌گردد و لذا رسوب زدائی امری اجتناب ناپذیر است که باعث اتلاف زمان تولید و ایجاد هزینه فراوانی می گردد.

محاسبات انواع مبدل‌ها

اصول کلی محاسبه برای مبدل‌ها همان اصول بیان شده در قبل است یعنی یافتن اختلاف دمای لگاریتمی و ضریب کلی انتقال حرارت با استفاده از ابعاد و شرایط کاری مبدل و سیال‌های مورد استفاده و در نهایت انتخاب نوع و آرایش مبدل‌ها. در مورد انواع مبدل‌ها روابط خوبی برای محاسبات موجود است که می‌توان با مراجعه به کتاب‌ها و اطلاعات کارخانه سازنده به آنهادسترسی پیدا کرد.
از انواع دیگر مبدل‌ها می‌توان به مبدل‌های هوا هوا، مبدل‌های بلوکی، مبدلهای پره‌ای اشاره کرد.

معمولا طراحی و ساخت هر نوع مبدل باید مطابق نیازها ، نوع کاربری ، نوع سیالات و میزان انتقال حرارت و … و به صورت خاص برای هر پروژه انجام شود. جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد ویژگی های انواع مبدل حرارتی ، فروش و استعلام قیمت مبدل حرارتی پوسته و لوله و … با مهندسان متخصص در زمینه فروش مبدل حرارتی پوسته و لوله تماس بگیرید.

ارتباط با ما

	ایران - تهران - فلكه سوم تهران پارس - پلاك 547 - طبقه 4 - واحد 7
	support@fgpco.ir
	( ساعت پاسخگویی : همه روزه از8 الی 17 به جز ایام تعطیل ) تلفن : 77730245-77730239-77730238(21-98+)
	همراه : 09128090057- 09122757394 تنها در ساعات کاری تعیین شده پاسخگوی شما هستیم