مقالات

به روزترین مقالات در زمینه برج های خنک کننده
طراحی و ساخت انواع مبدل های حرارتی

طراحی و ساخت انواع مبدل های حرارتی

ژانویه 11, 2021

مبدل های حرارتی بر اساس کاربرد و مدل دسته بندی می شوند، طراحی و ساخت انواع مبدل های حرارتی بر اساس موقعیت اجرا بررسی می شود. در این مقاله ضمن بررسی انواع مبدل های حرارتی در مورد روند ساخت آنها نیز صحبت خواهیم کرد.

طراحی مبدل های حرارتی پوسته و لوله
مبدل های حرارتی پوسته و لوله در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و هدف اصلی این مبدل نیز تهویه مطبوع و برودت صنعتی است. اینطور که از نام این مبدل مشخص است از تعدادی پوسته و لوله تشکیل شده است که در داخل پوسته ای به شکل استوانه قرار دارد.
در مورد جریان سیال این مبدل شرایط به این صورت است که شامل دو جریان سیال با دماهای اولیه متفاوت بوده که وارد مبدل می شوند.
یکی از گزینه ها در داخل لوله و گزینه دیگر مربوط به بخش پوسته یا بیرون لوله ها است. حرارت می بایست از طریق دیواره لوله ها حرکت نماید و سپس بین دو سیال انتقال یابد. به طور کلی انتقال گاه از بخش سیال داخل لوله به سیال جاری و گاه نیز برعکس است.
سیال هایی که در این راستا استفاده می شوند از جنس مایعات و گازها هستند. هر یک در داخل لوله یا پوسته جریان پیدا می کنند. به طور کلی مبدل تک فازی وجود دارد که فقط سیال مایع و سیال گاز در دو سمت جریان می دهد. نوع دیگر مبدل های دو فازی هستند که برای انتقال حرارت استفاده می شوند به طوری که حرارت را برای جوشاندن به مایع تبدیل می کنند و سپس عملیات تبخیر توسط بویلر صورت می گیرد و برای خنک کردن بخار نیز از کندانسور با تغییر فازی استفاده می شود. این تغییر در سمت پوسته صورت می گیرد.
برای ساخت مبدل های حرارتی پوسته و لوله معمولاً تنوع زیادی مطرح است. نیاز است که ابتدا و انتهای لوله ها به واسطه سوراخ هی تعبیه شده در بخش تیوب شیت شامل یک سری فضاها در ابتدا شود. همینطور این فضاها برای انتهای مبدل نیز وجود دارد و راهکار اتصال را شامل می شود.


در داخل پوسته ها یک سری بافل ها وجود دارد که وظیفه آنها این است که جریان سیال ورودی را هدایت نمایند. در واقع این بافل ها کمک می کنند که تلاطم در جریان سیال ایجاد شوند و سبب شود که ضریب انتقال حرارت بیشتر شود. زمانی که تماس با بسیاری از لوله ها صورت می گیرد زمان بیشتری نیز برای تبادل حرارت بین جریان سیال و لوله ها دیده می شود.
بسیاری از تولیدکننده ها ترجیح می دهند که از مبدل های حرارتی دو پاس استفاده کنند که شامل لوله های خم شده است. هرچند که این مدل مقاومت کمتری دارد و بخش زیادی از لوله ها خمیده شده است و از سوی دیگر هزینه ساخت آن نیز بالا است اما برای ظرفیت های پایین استفاده می شود.
صفحات بافل در مبدل های حرارتی پوسته و لوله
یک شاخص دیگر در مورد لوله هایی به فرم مستقیم در مبدل های حرارتی پوسته و لوله است و به صورت یو شکل نمایش داده می شود. طراحی این مبدل ها توسط لوله های مستقیم بوده و به صورت یک و دو و 4 مدار خواه بود. به طور کلی تعداد مدار به تعداد دفعاتی گفته می شود که قرار است جریان سیال در داخل لوله ها از بین سیال جاری درون پوسته گذر نماید. اینطور که مشخص است جریان سیال از یک سمت لوله وارد می شود و از سمت دیگر خارج میشود.
طراحی و ساخت مبدل های حرارتی صفحه ای
یک نوع دیگر از مبدل حرارتی نیز وجود دارد که به صورت صفحات نازک فلزی است که سبب می شود که حرارت بین دو سیال منتقل شود و رویکرد سرد و گرم اتفاق بیفتد. دقت کنید که یک سری صفحات با سطح صاف در این مدل دیده می شود که کانال هایی برای جریان سیال ایجاد می کنند اما از سوی دیگر سبب جداسازی آن می شوند. مبدل های حرارتی صفحه ای یک سری مزایا به نسبت سایر مدل ها دارند. اول اینکه جریان سیال در معرض سطح بزرگتری قرار می گیرد و در چنین حالتی تبادل گرما بیشتر می شود. در واقع سیال های سرد و گرم بر روی صفحات فلزی پخش می شوند.
در این شاخص انتقال حرارت بهتر صورت می گیرد و دما نیز با سرعت بیشتری تغییر می کند. نزدیکی دم در یک مبدل حرارتی صفحه ای به میزان 1 درجه سانتی گراد است. در طراحی مبدل های حرارتی پوسته و لوله این میزان به 5 سانتی گراد می شود.

اگر بخواهیم یک نرخ یکسانی از مبدل حرارت برای مدل های صفحه ای و پوسته و لوله در نظر داشته باشیم ، نوع صفحه ای ابعادی به مراتب کوچکتر از پوسته و لوله دارد. در واقع سطوح انتقال حرارت بزرگی به صورت فشرده توسط صفحات مبدل فراهم می شود.
در خصوص طراحی مبدل های حرارتی صفحه ای شرایط کمی متفاوت است. در واقع به جای اینکه لوله ها از داخل محفظه عبور نمایند به واسطه یک سری صفحات فلزی موج دار از هم جدا می شوند. این صفحات فلزی که در مبدل های صفحه ای استفاده می شوند شامل یک سری ورق های نازک فلزی هستند که رویکرد پرس شده دارند. معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ برای آن استفاده می شود و استحکام خوبی نیز دارد. از سوی دیگر این توانایی را دارد که بتواند دمای بالایی را تحمل کند و در برابر خوردگی نیز شرایط بهتری برای آن گزارش شده است. صفحات این مدل از مبدل به شکلی پرس می شود که شامل یک سری فرورفتگی ها بوده که بر اساس زاویه های مستقیم ارزیابی می شود. برای مبدل های حرارتی صفحه ای دو نوع طراحی وجود دارد که نوع اول به صورت واشردار بوده و نوع دوم به صورت لحیم کاری شده است.
طراحی و ساخت مبدل های حرارتی لوله ای دوبل
اگر بخواهیم در مورد ساده ترین مبدل هایی که در صنعت استفاده می شود صحبت کنیم، مبدل های حرارتی لوله ای دوبل بهترین گزینه هستند. این مبدل ها به نسبت سایر موارد ارزان تر هستند و طراحی و تعمیر و نگهداری آنها نیز قابل قبول است. این مبدل ها برای صنایع کوچک انتخاب بسیار عالی محسوب می شوند.
راندمان این مدل از مبدل های حرارتی معمولاً پایین است به طوری که فضای زیادی نیز اشغال می کند و سبب می شود که در صنایع مدرن به ندرت از آن استفاده شود. طراحی مبدل های حرارتی در ساده ترین شکل خود شامل دو لوله بوده که از نظر قطر با هم تفاوت دارند. لوله کوچکتر به صورت هم مرکز در داخل لوله دیگر قرار می گیرد.
در صورتی که یکی از سیال ها داخل لوله های کوچکتر قرار می گیرد و سیال دیگر وارد فضای حلقوی بین دو لوله می شود. سطح انتقال حرارت مربوط به دیواره لوله داخلی است. برای دستیابی به سطح بیشتر نیز فین گذاری شود.
در طراحی مبدل های حرارتی لوله ای یکی از مهمترین بخش ها نوع الگوی جریان است. هر دو الگوی جریان موازی و مخالف معمولاً قابل طراحی است اما اگر هدف الگوی جریان متعامد باشد در چنین مبدلی کارایی نخواهد داشت.

مزیت خوبی که مبدل حرارتی لوله ای دارد اینکه تحت شرایط الگوی جریان مخالف نیز کار می کند. این الگو شامل بیشترین راندمان می شود و از نظر ضریب انتقال حرارت نیز شامل طراحی مبدل های لوله ای مخصوص هستند.
در صورتی که در صنعتی نیاز به نرخ جریان سیال عبوری کم باشد و یا تغییرات دمایی زیاد مد نظر باشد و همینطور نیاز است که برای انتقال حرارت کمی مورد استفاده قرار بگیرد، گزینه بسیار خوبی است.
بارها دیده شده که برای اینکه بتوان ظرفیت های بیشتری ایجاد کرد نیاز است که چندین واحد مبدل لوله ای را به صورت سری یا موازی با هم به شکل عمودی نصب کرد. مبدل های حرارتی لوله ای نیز در صنایع غذایی و همینطور در تهویه مطبوع استفاده شده است. این رویکرد بیشتر به صورت بویلر و اواپراتور و کندانسور کاربرد دارد.
نتیجه گیری
اگر به چیلر و هواساز و ایرواشر و حتی فن کویل دقت کنیم همگی دارای یک مبدل حداقل ساده هستند. مبدل های حرارتی سبب می شود که فرایند سرمایش و گرمایش به درستی صورت بگیرد و اگر نیاز باشد که حجم زیادی از سرمایش و گرمایش مطرح باشد می توان از مبدل های حرارتی پوسته و لوله بهترین استفاده را کرد. موضوع دیگر این است که در کاربردهای معمول استفاده از مبدل های حرارتی لوله و پوسته مربوط به نیروگاه تولید برق و تبرید و تولید کاغذ می شود. وضعیت داروسازی و پتروشیمی و همینطور موقعیت پالایشگاه ها و وضعیت تولید اسید سولفوریک نیز بیشتر شده است.
ارزیابی ها نشان می دهد که مبدل های حرارتی می توانند شاخص گذاری های ویژه ای در زمینه پتروشیمی و سایر بخش ها داشته باشند. ساختار مشخصی در زمینه هواساز دیده می شود و مبدل های حرارتی می تواند یاری دهندگان خوبی در این زمینه باشند. رایج ترین مبدل های حرارتی موجود در بازار پوسته و لوله هستن که برای سرمایش و گرمایش مایعات و گازها عملکرد بسیار خوبی دارند و طراحی آنها نیز منعطف است.

جهت کسب اطلاعات بیشتر و استعلام قیمت سیستم های تهویه مطبوع و انتخاب مناسب ترین سیستم برای پروژه های خود با مهندسین ما تماس بگیرید.
همراه: 5188-149-0912
دفتر: 021-2290-2169 کارخانه: 7119-5658-021

نویسنده: