مبدل حرارتی چیست؟ انواع مبدل حرارتی کدامند؟

مبدل حرارتی چیست؟ انواع مبدل حرارتی

مبدل حرارتی چیست؟ انواع مبدل حرارتی کدامند؟

مبدل حرارتی چیست؟ فرآیند انتقال گرما بین دو سیال با دما های گوناگون که به وسیله ی یک تفکیک کننده از هم جدا شده اند در بسیاری از کاربرد های مهندسی یافت می شود.

دستگاهی که این فرآیند تبادل را انجام می دهد به مبدل حرارتی (Heat Exchanger) معروف است.

کاربرد های خاص آنرا می توان در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، نیروگاه ها، سیستم های گرمایش ساختمان ها و تهویه مطبوع و همچنین بازیابی گرمای تلف شده در فرآیند های شیمیایی یافت.

گروه صنعتی مبدل سازان کیمیا طراح و سازنده انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله، صفحه و غیره می باشد.

انتقال حرارت در مبدل حرارتی

مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت از جریانی با دمای بالاتر به جریانی با دمای پایین تر مورد استفاده قرار می گیرد.

انتقال حرارت در هر مبدل بنا بر درجه حرارت سیال ها به سه صورت زیر صورت می پذیرد:

  • انتقال حرارت هدایتی
  • انتقال حرارت جابجایی
  • انتقال حرارت تشعشعی

انواع مبدل ها در تاسیسات مرکزی و تهویه مطبوع

  • پوسته و لوله (shell & tube heat exchanger)
  • مبدل حرارتی صفحه ای (Plate heat Exchanger) 
  •  مبدل حرارتی هوا خنک یا پره ای (Fin Heat Exchanger)

هر کدام از مبدل های فوق ، خود به انواع ذیل تقسیم بندی میشوند:

  • مبدل با جریان همسو
  • مبدل با جریان نا همسو
  • مبدل با جریان متقاطع

مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل های پوسته و لوله | Shell & Tube heat exchanger

این نوع مبدل از معمول ترین تجهیزات انتقال حرارت غیر آتش خوار در صنایع مختلف می باشند.

شکل اغلب استوانه ای این گونه از مبدل ها باعث می شود تا در برابر فشارهای مختلف کاربرد داشته باشند.

همچنین مبدل ها پوسته و لوله به لحاظ شکل، متنوع بوده و تقریباً قابلیت طراحی های مختلف به منظور کاربردهای متنوع را دارا می باشند بجز موارد خاص کاربردی در مبدل های هوا خنک.

(Air Cooled HE) تنها مبدل های حرارتی پوسته و لوله هستند که در سطوح حرارتی بالا قابل استفاده در فشار و دماهای بیش از30bar و 260˚C هستند و این موضوع مبدل های شل اند تیوب را متمایز می سازد.

این نوع مبدل حرارتی بر حسب تعداد پاس های پوسته و لوله خود دارای انواع مختلفی می باشند و ساده ترین آنها، دارای یک پاس پوسته و یک پاس لوله است که در شکل پایین 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 ها پوسته و لوله دارای بفل (صفحات هدایت کننده جریان)، جریان سیال سمت پوسته به صورت متقاطع با لوله ها در بین دو بفل مجاور جهت داده می شود.

مزایای مبدل حرارتی پوسته و لوله

  • در حجم کم ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت می کنند.
  • قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند و بازده بسیار مناسبی را در مقابل طیف وسیعی از سیالات نشان می دهند.
  • به راحتی تمیز می شوند.
  • عملکرد مناسب در فشار های بالا

مبدل حرارتی صفحه ای بیش از 100 سال قدمت دارند و ساختار آن از یک فریم ثابت و یک فریم متحرک و صفحات موجدار که بین دو فریم قرار می گیرند،

تشکیل شده است که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا می کنند.

اساس عملکرد مدل صفحه ای به این شکل است که از دو جهت مخالف سیال سرد به سمت بالا و سیال داغ به سمت پایین جریان دارد تا راندمان انتقال حرارت افزایش یابد.

سیالات وارد شده به این صفحات موجدار به صورت یکی در میان بین صفحات فلزی جریان می‌یابند و با یکدیگر تبادل گرما می‌کنند.

این صفحات به صورت متقارن پشت سرهم قرار می گیرند و سیال گرم و سرد مابین این صفحات در گردش می باشند،

نوع سطح صفحات باعث ایجاد امواجی در سیال شده و به این ترتیب انتقال حرارت و برودت دما بین دو سیال به سرعت صورت می گیرد.

مزیت استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای نسبت به مبدل حرارتی شل و تیوب، این است که با توجه به موجدار بودن صفحات که جریان گردابی سیال را افزایش می دهد.

در نتیجه عدد رینولدز کمتری سبب می شود و اینکه جریان سیال در خلاف جهت است، راندمان انتقال حرارت همیشه 3 تا 5 برابر بیشتر از مبدل حرارتی شل و تیوب می باشد.

در یک مبدل صفحه ای با افزایش تعداد صفحات می توان ظرفیت مبدل را افزایش داد. این تنوع تولید باعث شده اکثریت مصرف کنندگان، مبدل های صفحه ای را به سایر مبدل ها ترجیح دهند.

از آنجا که کانال های جریان کاملا کوچک هستند جریان قوی گردابه ای و توربولانس موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال حرارت و افت فشارها می گردد به علاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی باعث کاهش تشکیل رسوب می شود.

واشرها از نشتی سیال به بیرون مبدل جلوگیری می کنند و سیال ها را در صفحات به شکل مورد نظر هدایت می نمایند.

اجزای اصلی مبدل های صفحه ای
  • دسته صفحات از تعدادی صفحات حرارتی بر اساس سطح انتقال حرارت مورد نیاز تشکیل شده است.
  • واشرهای روی صفحات، مجاری سیال از یکدیگر را به طور مطمئن آب بندی می کنند.
  • جهت جریان داخل مبدل از طریق واشر تعیین می شود.
  • فریم که دسته صفحات را احاطه می نماید با پیچ هایی به یکدیگر محکم می شوند.
  • اتصالاتی برای ورود و خروج سیالات معمولا روی فریم ثابت مبدل حرارتی در نظر گرفته می شود.در صورتی که جریان چندپاسی باشد، اتصالات بایستی روی فریم ثابت و فریم متحرک قرار داده شوند.

مبدل هوا خنک یا پره ای Air-Cooled Heat Exchangers

در مواردی که لازم است حجم و وزن مبدل کم و در عین حال بازده مبدل بالا باشد از مبدل های پره دار استفاده میشود.

مبدل های حرارتی پره دار عمدتا برای کاربرد های “گازـ گاز” یا ” مایع ـ گاز” استفاده می شود که بصورت وسیعی در صنایع مختلف با دمای خیلی کم مانند:

کندانسور و اواپراتور سیستم های سردخانه، بازیابی انرژی، صنایع فرآیندی، تبرید و سیستم های تهویه مطبوع مانند کویل آب سرد آب گرم هواساز ها، فن کویل ها، کویل آب گرم یونیت هیتر ها و … استفاده می گردند.

همچنین مبدل های صفحه ای پره دار برای استفاده در توربین گازی،  نیروگاه های هسته ای و مهندسی پیشرانه و گرمایش و تهویه سیستم های بازیابی گرمای اضافه و صنایع شیمیایی و سرمایش کاربرد دارند.

مبدلهای هوا خنک از نظر شکل جریان، از نوع متقاطع بوده و جریان هوای لازم برای خنک کردن سیال داخل لوله‌ها به وسیله یک فن تأمین می‌شود.

اگر این فن بالای لوله‌ ها قرار گیرد به آن مکشی و اگر پایین لوله‌ها قرار گیرد به آن دمنده می گویند.

ساختمان مبدل هوا خنک :
  • Structure
  • Tube Bundle(دسته لوله ها)
  • Motor
  • Fan
  • Support Mechanism
  • Plenum

کاربردی ترین نرم افزارها برای مدل سازی و آنالیز مبدل حرارتی هوا خنک یا پره ای HTRI , HTFS, B-Jacمی باشد،

و عموما از استاندارد API 661 مربوط به “انیستیتو نفت آمریکا” برای طراحی و تولید مبدل حرارتی پره ای استفاده میگردد.

مقالات

پمبدل حرارتی پتروشیمیخرید مبدل حرارتی استیلساخت مبدل حرارتیساخت مبدل حرارتی پوسته و لولهساخت مبدل حرارتی صفحه ایطراحی مبدل حرارتیفروش مبدل حرارتیقیمت روز مبدل حرارتی استیلقیمت مبدل حرارتیمبدل حرارتیمبدل حرارتی 100 لوله ایمبدل حرارتی آهنیمبدل حرارتی استخر چیستمبدل حرارتی استیلمبدل حرارتی الکل سازیمبدل حرارتی پالایشگاهیمبدل حرارتی پکیجمبدل حرارتی پوسته و لولهمبدل حرارتی چیستمبدل حرارتی رزین سازیمبدل حرارتی شرکتیمبدل حرارتی صفحه ایمبدل حرارتی صنعتیمبدل حرارتی لوله ای

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *