مبدل حرارتی
مبدل حرارتی صنعتی چیست؟
مبدل حرارتی یا مبدل گرمایی (Heat exchanger) دستگاهی است که برای انتقال حرارت بین دو مایع سیال در صنایع و برنامه‌های صنعتی استفاده می‌شود. رایج ترین نوع مبدل حرارتی رادیاتور خودرو می باشد. مبدل پوسته لولی مسی معمولاً در سیستم‌های بزرگ تر و با مقیاس صنعتی استفاده می‌شود. برای مثال، در صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، نیروگاه‌ها، صنایع غذایی و سایر بخش‌های صنعتی کاربردهای فراوانی دارد. قبل از خرید مبدل حرارتی باید این نکات را بدانید.
انواع مبدل حرارتی
مبدل‌های حرارتی صنعتی می‌توانند به صورت مختلفی عمل کنند، از جمله مبدل‌های حرارتی:
- لوله‌ای
- صفحه‌ای
- آب‌شویی
- جعبه ای
مبدل‌ها عموماً دارای سطوح بزرگ تبادل حرارتی هستند و می‌توانند به صورت تک مرحله‌ای یا چند مرحله‌ای عمل کنند و با توجه به کارایی قیمت مبدل های حرارتی بسیار متفاوت است. مهم ترین مزیت استفاده از مبدل‌های حرارتی صنعتی بهبود کارایی فرآیندهای حرارتی، صرفه‌جویی در انرژی، کاهش هزینه‌های عملیاتی و بهبود عملکرد سیستم‌های صنعتی می باشد.
مهم ترین مبدل های حرارتی به 4 دسته زیر تقسیم می شوند:
1. مبدل حرارتی لوله‌ای (Shell and Tube Heat Exchanger)
مبدل حرارتی لوله‌ای شامل یک لوله داخلی که ماده گرم به آن ورود می‌کند و یک پوسته بیرونی که ماده سرد از آن عبور می‌کند، است. حرارت بین دو ماده به کمک سطح بیرونی لوله‌ها انتقال می‌یابد. این نوع مبدل حرارتی در برنامه‌های مختلفی از جمله صنایع پتروشیمی، نیروگاه‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شود.
2. مبدل حرارتی صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger)
مبدل حرارتی صفحه‌ای شامل صفحات فلت دوبل یا چندبل می‌باشد که بین آنها متداول سیال گرم و سرد قرار دارد. این صفحات برای افزایش سطح تبادل حرارتی و بهبود کارایی استفاده می‌شوند. مبدل حرارتی صفحه‌ای به طور گسترده‌ای در سیستم‌های تهویه مطبوع، صنایع غذایی و صنایع داروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3. مبدل حرارتی آب‌شویی (Air-to-Water Heat Exchanger)
این نوع مبدل حرارتی برای انتقال حرارت بین هوا و آب استفاده می‌شود. هوا از یک سمت مبدل عبور کرده و حرارت خود را به آب انتقال می‌دهد. مبدل حرارتی آب‌شویی در سیستم‌های تهویه مطبوع، سیستم‌های گرمایشی و سیستم‌های خنک‌کننده هوا استفاده می‌شود.
4. مبدل حرارتی جعبه‌ای (Plate and Frame Heat Exchanger)
این نوع مبدل حرارتی شامل صفحه‌های فلت یا مستطیلی است که بین آنها متداول سیال گرم و سرد قرار دارد. صفحات درون یک جعبه قرار گرفته و سیال‌ها از کنار صفحات عبور می‌کنند. این نوع مبدل حرارتی در صنایع شیمیایی، نفت و گاز، و صنایع غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
شناخت کامل مبدل حرارتی پوسته
مبدل حرارتی Shell and Tube Heat Exchanger شامل یک پوسته (shell) بیرونی و یک یا چندلوله (tube) داخلی می‌باشد. در مبدل حرارتی پوسته، ماده گرم یا سرد درون لوله‌ها جریان دارد و ماده سرد درون پوسته خارج از لوله‌ها عبور می‌کند. انتقال حرارت از ماده گرم به ماده سرد از طریق سطح خارجی لوله‌ها در پوسته انجام می‌شود. در این فرآیند، ماده سرد در اطراف لوله‌ها جریان دارد و حرارت از ماده گرم به ماده سرد منتقل می‌شود.
مبدل حرارتی پوسته در برخی از کاربردها می‌تواند شامل بیش از یک لوله داخلی باشد که به آنها بانک لوله (tube bundle) می‌گویند. این بانک لوله‌ها داخل پوسته قرار می‌گیرد و سطح بیشتری برای انتقال حرارت فراهم می‌کند.
مبدل حرارتی پوسته به دلیل ساختار مقاوم و قابل تنظیم، مناسب برای کاربردهای صنعتی و صنایع پراکنده است. از جمله کاربردهای رایج آن می‌توان به خنک کننده‌ها، گرم‌کننده‌ها، تبادل‌کننده‌های حرارتی در نیروگاه‌ها، صنایع شیمیایی، صنایع نفت و گاز، صنایع غذایی و سیستم‌های تهویه مطبوع
اشاره کرد.
مبدل حرارتی با چه سیالاتی می تواند کار کند؟
مناسب بودن سیال با مبدل حرارتی به نوع مبدل حرارتی مورد استفاده و مواد موجود بستگی دارد. مبدل های حرارتی استاندارد bokhartajhiz برای اکثر سیالات از جمله روغن، آب، مناسب هستند. برای سیالات خورنده بیشتر مانند آب نمک کلردار، مبردها و اسیدها باید به جای آن از مواد دیگری مانند فولاد ضد زنگ و تیتانیوم استفاده شود.
مبدل حرارتی چگونه طراحی می شود؟
برای اینکه بتوانیم مبدل حرارتی را انتخاب کنیم، باید بدانیم؛
- نوع سیال مدار اولیه، دما و سرعت جریان (معمولا سیال داغ)
- آنچه می‌خواهید از مدار اولیه خارج کنید (اتلاف گرما یا دمای خروجی هدف)
- نوع سیال مدار ثانویه، دما و سرعت جریان (معمولاً خنک کننده)
فیلدهای بالا فقط پایه هستند. هنگام جمع آوری یک استعلام، باید کارشناسان بخارتجهیز را از هرگونه محدودیت کاهش فشار و سایر الزامات خاص آگاه کنید.
- مبدل های حرارتی پوسته و لوله
Cross Over دما چیست؟
تلاقی دما اصطلاحی است که برای توصیف سناریویی استفاده می شود که در آن دمای هر دو مدار در یک مبدل حرارتی خنک شده با مایع شروع به عبور می کند. این می تواند عامل مهمی در طراحی مبدل حرارتی باشد،. در بسیاری از موارد مبدل حرارتی صفحه ای بهترین گزینه برای کاربردهایی است که نمی توان از تلاقی دما جلوگیری کرد.
“گذر” مبدل حرارتی چیست و چگونه می توانم بدانم به چند پاس نیاز دارم؟
پاس مبدل حرارتی به حرکت سیال از یک سر مبدل حرارتی به سر دیگر اشاره دارد. به عنوان مثال، هنگامی که به مدار “از طریق لوله” (معمولا مایع خنک کننده) اشاره می شود. · Single Pass – سیال از یک سر مبدل حرارتی وارد می شود و از انتهای دیگر خارج می شود. · دو گذر – سیال در همان انتها وارد مبدل حرارتی می شود و وجود دارد. · عبور سه گانه – سیال قبل از خروج سه بار طول بدنه مبدل حرارتی را طی می کند. تصاویر زیر به نشان دادن این امر کمک می کند.
مبدل حرارتی تک گذر (1 پاس)
مبدل حرارتی دابل پاس (2 پاس)
گذرنامه سه گانه (3 پاس)
- تعداد بیشتری از گذرها میزان انتقال حرارت موجود را افزایش می دهد، اما همچنین می تواند منجر به کاهش فشار و سرعت بالا شود.
- با مجموعه ای کامل از داده های عملیاتی، مبدل های حرارتی بخارتجهیز می تواند کارآمدترین مبدل حرارتی ممکن را در حالی که در محدوده افت فشار و محدودیت های سرعت کار می کند، انتخاب کند.
- تعداد پاس ها در مدار اولیه را نیز می توان برای بهینه سازی عملکرد و کارایی حرارتی با تغییر کمیت و گام بافل تنظیم کرد.
نحوه کار مبدل شلنگ تیوپ چگونه است؟
مبدل شلنگ تیوپ یا مبدل حرارتی Hose-in-Tube Heat Exchanger (HIT)، یک نوع مبدل حرارتی است که استفاده از شلنگ‌های فلزی نازک به عنوان لوله‌های حرارتی دارد. در این سیستم، یک شلنگ فلزی نازک به عنوان لوله داخلی استفاده می‌شود که در داخل یک لوله خارجی محفظه می‌شود.
مبدل شلنگ تیوپ برای انتقال حرارت بین دو سیال گرم و سرد استفاده می‌شود. سیال گرم از داخل شلنگ فلزی عبور می‌کند و حرارت خود را به شلنگ منتقل می‌کند. سپس سیال سرد از داخل محفظه بیرونی لوله عبور کرده و حرارت را از شلنگ جذب می‌کند. انتقال حرارت در مبدل شلنگ تیوپ به وسیله سطح داخلی و خارجی شلنگ فلزی صورت می‌گیرد.
مزیت اصلی مبدل شلنگ تیوپ، انعطاف پذیری آن است. شلنگ‌های فلزی نازک قابل انعطاف هستند و می‌توانند به شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی تنظیم شوند، که این امر امکان پذیری برای استفاده در فضاهای محدود و پیچیده را فراهم می‌کند.
مبدل شلنگ تیوپ در برخی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد، مانند سیستم‌های خنک کننده در خودروها، سیستم‌های تبدیل حرارت در صنایع خودروسازی، صنایع دریایی، صنعت نفت و گاز، و سایر برنامه‌های صنعتی که نیاز به انتقال حرارت در فضاهای محدود و خاص دارند.
کار مبدل حرارتی در موتورخانه چیست؟
مبدل حرارتی در موتورخانه (موتور خودرو) معمولاً به عنوان یک سیستم خنک کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. وظیفه اصلی آن، از طریق انتقال حرارت، حفظ دمای بهینه درون موتور و جلوگیری از افزایش غیرقابل کنترل دمای موتور است که می‌تواند به عملکرد نامطلوب و آسیب به قطعات موتور منجر شود.
این دستگاه در موتورخانه شامل دو بخش است:
1. رادیاتور: رادیاتور یک مبدل حرارتی است که به هوا اجازه می‌دهد از طریق آن عبور کند و حرارتی که توسط سیال خنک‌کننده درون موتور (معمولاً آب خنک‌کننده و گاز مبرد) جمع شده است را به هوا منتقل کند. هوا از طریق رادیاتور عبور کرده و با تماس با سطح خارجی لوله‌های رادیاتور، حرارت را جذب می‌کند و در نهایت به بیرون از خودرو تخلیه می‌شود.
2. کولر: برخی خودروها به جای رادیاتور، از سیستم کولر برای خنک کردن سیال خنک‌کننده استفاده می‌کنند. کولر در واقع یک مبدل حرارتی است که هوای سرد را به سیال خنک‌کننده می‌دهد تا حرارت را جذب کرده و به هوا منتقل کند. در این سیستم، هوا با استفاده از فن یا کمپرسور به سیستم کولر منتقل می‌شود.
هدف از استفاده از مبدل حرارتی در موتورخانه، حفظ دمای مناسب درون موتور برای بهبود عملکرد، کاهش آلودگی و استفاده بهینه از سوخت موتور است. در صورتی که مبدل حرارتی صحیح عمل نکند یا دچار مشکل شود، ممکن است دمای موتور بالا برود و عملکرد موتور کاهش یابد و حتی به خرابی قطعات موتور منجر شود.
چگونه یک مبدل حرارتی را کارآمدتر کنیم؟
راندمان مبدل حرارتی را می توان به روش های مختلفی تعریف کرد، از نظر عملکرد حرارتی چندین فاکتور کلیدی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود.
تفاوت دما
همانطور که در نقطه 3 (تقاطع دما) بحث شد، تفاوت بین سیال داغ و خنک کننده هنگام طراحی مبدل حرارتی بسیار مهم است. مایع خنک کننده همیشه باید در دمای پایین تری نسبت به سیال داغ باشد. دمای پایین‌تر خنک‌کننده، گرمای بیشتری را از سیال داغ خارج می‌کند تا دمای خنک‌کننده گرم‌تر. برای مثال، اگر یک لیوان آب آشامیدنی در دمای اتاق می‌نوشیدید، خنک کردن آن با استفاده از یخ به جای آب خنک بسیار مؤثرتر است، همین اصل در مورد مبدل‌های حرارتی نیز صدق می‌کند.
سرعت جریان
یکی دیگر از عوامل مهم جریان سیالات در هر دو سمت اولیه و ثانویه مبدل حرارتی است. سرعت جریان بیشتر، توانایی مبدل برای انتقال گرما را افزایش می دهد، اما دبی بیشتر به معنای جرم بیشتر نیز می باشد که می تواند حذف انرژی و همچنین افزایش سرعت و افت فشار را دشوارتر کند.
نصب
مبدل حرارتی باید همیشه بر اساس دستورالعمل سازنده نصب شود. به طور کلی کارآمدترین راه برای نصب مبدل حرارتی این است که سیالات در یک ترتیب مخالف جریان داشته باشند (بنابراین اگر مایع خنک کننده از چپ به راست حرکت کند، سیال داغ از راست به چپ حرکت می کند) و برای مبدل های حرارتی پوسته و لوله، مایع خنک کننده جریان دارد. باید در پایین ترین موقعیت ورودی (همانطور که در نمودارهای بالا نشان داده شده است) وارد شود تا اطمینان حاصل شود که مبدل حرارتی همیشه پر از آب است. برای مبدل‌های حرارتی خنک‌شده با هوا، مهم است که هنگام نصب کولر جریان هوا را در نظر بگیرید، هر قسمتی از هسته که مسدود شود ظرفیت خنک‌کننده را به خطر می‌اندازد.
چه چیزی باعث از کار افتادن مبدل حرارتی می شود؟
دلایل احتمالی زیادی برای خرابی مبدل حرارتی وجود دارد، چند مثال برای پوسته و لوله عبارتند از:
| علامت | علت احتمالی | راه حل ممکن | جلوگیری |
| اختلاط آب و روغن | 1.شکست حلقه |
به طور معمول یک کیت مهر و موم تمام چیزی است که برای حل مشکل مورد نیاز است، اما دما باید بررسی شود تا مطمئن شوید که مهر و موم های خریداری شده مناسب هستند. |
قبل از خرید کولر روغن، مطمئن شوید که متخصصین ما از فشار و دمای مورد استفاده مطلع هستند. |
| 2.اسپلیت تیوب | |||
| فرسایش روی صفحه لوله | سرعت آب خیلی بالاست |
سرعت جریان آب را بررسی کنید و به کارشناسان بخارتجهیز اطلاع دهید. در برخی موارد ممکن است به درجه بالاتری از مواد مانند CuNi 70/30 یا تیتانیوم نیاز باشد. |
هنگام استفاده از آب دریا، مطمئن شوید که سرعت جریان از قابلیت مبدل حرارتی فراتر نرود. برای مشاوره با ما تماس بگیرید. |
| تقسیم سربرگ / انتهای کلاهک | آب منجمد در حال گسترش در مبدل حرارتی / کولر روغن. | کیت هدر جدید و کیت مهر و موم مورد نیاز خواهد بود. | اگر از کولر استفاده نمی شود، سیستم آب را در زمستان تخلیه کنید. |
| ظرفیت حرارتی ناکافی، یا کاهش عملکرد. | 1.شرایط عملیاتی مطابق با شرایط طراحی نیست |
شرایط طراحی و شرایط عملیاتی را با مهندسان بخارتجهیز مرور کنید، ممکن است یک پشته لوله یا پمپ جدید مورد نیاز باشد. |
اطمینان حاصل کنید که داده های عملیاتی ارائه شده به متخصصین بخارتجهیز تا حد امکان دقیق هستند. |
| 2.رسوبات، خاک یا سایر انسدادها در داخل مبدل حرارتی | برای بررسی لوله ها هدرها را بردارید، با مایع یا پاک کننده لوله مناسب تمیز کنید. |
از یک سیستم فیلتراسیون برای جلوگیری از انسداد درون لوله ها یا افزایش سرعت جریان آب خنک کننده استفاده کنید. |
|
| 3.تعداد زیادی لوله وصل شده | پشته لوله جدید مورد نیاز خواهد بود. |
از انجام اقداماتی که باعث مسدود شدن لوله ها یا کاهش تعداد آنها در کار می شود خودداری کنید. |
نحوه افزایش طول عمر مبدل حرارتی
مبدل های حرارتی از مواد مستحکم ساخته می شوند، قطعات متحرک ندارند و در فشارها و دماهای مختلف کار می کنند، بنابراین اگر مبدل حرارتی به روش صحیح استفاده شود، دلیلی وجود ندارد که نتواند برای مدت زمان طولانی کار کند. خیلی سال. برای کمک به افزایش طول عمر یک مبدل حرارتی، مراحل مختلفی باید انجام شود.
مطمئن شوید که داده‌های طراحی دقیق هستند
اگر داده‌ها را برای انتخاب مبدل حرارتی برای مهندسان ما ارسال می‌کنید، بهتر است مطمئن شوید که تا حد امکان دقیق است. این کار نه تنها تضمین می کند که مبدل حرارتی شما از نظر حرارتی کارآمد است، بلکه همچنین می تواند برای مدت طولانی کار کند. اگر سرعت جریان خیلی زیاد باشد، فرسایش می تواند مشکل ساز باشد، اگر فشارها خیلی زیاد باشد، نشت ممکن است رخ دهد و اگر هر گونه مواد شیمیایی غیرعادی در سیالات (مانند اسیدهای موجود در آب خنک کننده) وجود داشته باشد، لطفاً برای بررسی سازگاری با ما تماس بگیرید. . اگر مواد استاندارد ما مناسب نیستند، معمولاً می‌توانیم جایگزینی را ارائه کنیم که مناسب باشد.
کارمزد و نصب
هنگام نصب مبدل حرارتی خود، مطمئن شوید که از اتصالات و لوله کشی صحیح استفاده شده است. برای مبدل های حرارتی در کاربردهایی که از آب دریای آلوده، کم عمق یا شور به عنوان خنک کننده استفاده می کنند و دارای لوله های آلیاژی مسی هستند، توصیه می شود مبدل حرارتی را ابتدا برای چند هفته در آب تمیز دریا کار کنید، این یک لایه محافظ روی مواد لوله ایجاد می کند. به محافظت در برابر خوردگی کمک می کند. در صورت امکان، برای جلوگیری از فرسایش لوله در جایی که سیال ممکن است دارای ذرات جامد باشد، باید از فیلترها نیز استفاده شود.
تعمیر و نگهداری و سرویس منظم
همه مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله بخار تجهیز خراسان به گونه‌ای طراحی شده‌اند که امکان تعمیر و نگهداری آسان را فراهم کنند. درپوش‌های انتهایی را می‌توان برداشت تا بسته‌بندی لوله داخلی برای تمیز کردن جدا شود. کیت های مهر و موم جدید را نیز می توان از موجودی تهیه کرد و برای خرید در فروشگاه اینترنتی ما در دسترس است. برای کسب اطلاعات و راهنمایی در مورد تعمیر مبدل حرارتی خود، لطفاً با کارشناسان ما در ارتباط باشید.
جمع بندی
در این مقاله با نکات بسیار مهمی از مبدل های حرارتی آشنا شدیم. در نظر داشته باشید، چنانچه پس از مطالعه این مقاله همچنان به مشاوره نیاز دارید، کارشناسان و متخصصین بخار تجهیز پاسخگو سوالات شما عزیزان خواهند بود. برای دریافت مشاوره رایگان از طریق راه های تماس با بخارتجهیز در ارتباط باشید.
1 نظر