اجزاء مختلف مبدل ها :

مبدل های حرباتی موجود در صنایع و کارخانجات به خصوص صنعت پتروشیمی ، معمولا" از نوع پوسته و لوله (Shell & Tube) می باشند .از مزایای این مبدل ها می توان به سطح تماس زیاد در حجم کم ،طرح مکانیکی خوب و توزیع یکنواخت فشار و راحتی تمیز کردن آنها اشاره کرد . می توان گفت که ساختمان مبدل ها شامل تعدادی لوله واست که در داخل یک استوانه قرار می گیرند ، و دو سیال مورد نطر که یکی سرد و دیگری گرم است ، بدون اینکه بطور مستقیم با یکدیگربرخورد کنند از طریق دیواره فلزی لوله ها با یکدیگر تبادل حرارت خواهند کرد . به عبارت دیگر یکی از این دو سیال در لوله ها و دیگری در اطراف لوله ها ، درون پوسته جریان خواهد داشت .

 

با توجه به توضیح مختصری که داده شد ، اجزاء یک مبدل حرارتی عبارتند از :

لوله ها (Tubes) :

جنس ، تعداد ، قطر ، طول و ضخامت لوله ها به طبیعت سیال ( خورنده یا بی اثر ، تمیز یا کثیف و ... ) مقدار جریان سیال ، فشار و درجه حرارت سیال و بار حرارتی مبدل بستگی دارد . لوله ممکن است به صورت راست ( دو سر باز) یا به شکل U روی صفحه ای به نام Tube Sheet پرس یا جوش داده شوند . لوله ها معمولا" به قطر خارجی�� اینچ تا 1 اینچ و از جنس فولاد یا مس و گاهی نیز از گرافیت یا تفلون ساخته می شوند .

 

پوسته (Shell) :

جنس ، قطر ، ضخامت و حجم پوسته به طبیعت سیال ، مقدار جریان سیال ، فشار و درجه حرارت سیال و مشخصات دسته لوله (Tube Bundle) از نظر قطر و طول آن بستگی دارد . نوع کاربرد نیز تعیین کننده خواهد بود . از جمله پوسته مبدل های از نوع تبخیر کننده و همینطور جوشاننده دارای فضای تبخیر می باشند. پوسته ها معمولا" قطری بین�� تا�� اینچ دارند .

 

صفحه لوله (Tube Sheet) :

صفحه ای دایره ای شکل که سر لوله ها روی آن قرار می گیرد ، جنس و ضخامت و قطر این صفحه به جنس لوله ها ، تعداد لوله ها و نوع مبدل حرارتی بستگی دارد . لوله ها ممکن است به آن جوش داده شده یا توسط فلانج به آن متصل باشد.

لوله ها عموما" با دو آرایش مربعی یا مثلثی روی صفحه لوله ها نصب می گردند . در آرایش مربعی کمترین مقاومت در مقابل جریان و در نتیجه حداقل افت فشار به وجود می آید . یکی از معایب آرایش مربعی قرار گرفتن نعداد کمتر لوله در یک سطح معین می باشد . وقتی که آرایش لوله ها مثلثی باشد ، افت فشار جریان پوسته بیشتر از وقتی است ک آرایش مربعی باشد ، اما میزان انتقال حرارت در آرایش مثلثی بیشتر است .

 

کانال (Channel) :

جریان سیال به داخل لوله ها از طریق کانال صورت می کسرد . تعداد یک یا دو کانال در هر مبدل موجود است . در مبدل های حرارتی چند گذره (Multipass) از یک صفحه تقسیم کننده جریان استفاده می شود تا کانال به دو یا چند قسمت تقسیم شود .

 

تیغه (Baffle) :

تیغه ها به شکل دایره برش خورده یا دیسک و حلقه (Disc & Ring) ساخته می شوند . برای افزایش زمان تبادل حرارتی بین لوله ها و سیال درون پوسته از تعداد معین و مناسبی تیغه استفاده می شود . تیغه ها در داخل پوسته قرار گرفته و لوله ها از میان سوراخ های آنها که به تعداد لوله ها می باشند عبور می کنند . این صفحات دو نقش عمده دیگر نیز به عهده دارند . با ایجاد جریان های متقاطع مقاومت فیلمی تشکیل شده روی لوله ها را از بین برده و ضریب انتقال حرارت را بالا می برند . همینطور لوله ها را نگهداشته و از خم شدن آنها جلوگیری� می کنند .

 

تیغه های طولی (Longitudinal Baffle) گاهی اوقات برای تقسیم کردن جریان پوسته به دو یا سه گذر قرار می گیرند .

 

سر پوسته� (Shell Head) :

معمولا" به شکل نیمکره ساخته شده و به وسیله پیچ و مهره به پوسته وصل می شود و در مواقع لزوم برای بازرسی لوله ها برداشته می شود .

 

جریان در لوله ها و پوسته :

در پوسته یک گذر، سیال از یک انتهای مبدل وارد شده و از انتهای دیگر خارج می شود . در یک مبدل حرارتی دو گذر لازم است که سیال از یک انتها وارد و از همان انتها خارج شود . در یک مبدل حرارتی دو گذر لازم است که سیال از یک انتها وارد و از همان انتها خارج شود . انتخاب ترتیب جریان در پوسته بستگی به مقدار سدر یا گرم کردن و نیز افت فشار مورد نیاز و نوع کار دارد . مثلا" مبدل جوشاننده نوع کتری برای جریان های تبخیر شونده در پوسته مناسب است .

برا ی جریان در لوله ها از 1 تا 16 گذر ممکن است استفاده شود .در یک مبدل حرارتی که دارای دو گذر است ، سیال در میان نیمی از لوله ها در یک جهت و در� میان نیمی دیگر از لوله ها در جهت مخالف جریان می یابد . انجام این کار نیاز به یک صفحه تقسیم کننده در کانال ورودی دارد.

 

انواع مبدل های لوله و پوسته� :

مبدل های سر ثابت (Fixed Tube Sheet Exchanger) :

در مبدلهای نوع سر ثابت ، صفحه لوله ها به پوسته جوش یا به وسیله پیچ و مهره محکم شده است ، لذا با تغییرات درجه حرارت جائی برای انبساط لوله و پوسته هر یک به طور جداگانه وجود ندارد. انبساط یا انقباض هر یک از دو جزء فوق به تنهایی ممکن است موجب شکستن و یا خمیدگی لوله ها شود ، لذا اختلاف درجه حرارت دو سیال که با هم تبادل حرارت می کنند نباید زیاد باشد .

برای غلبه بر این مشکل معمولا" از اتصالات انبساطی (Expansion Joint) روی پوسته مبدل استفاده می شود . وقتی که لوله و پوسته سرد شوند اتصال انبساطی و لوله ها منقبض می شوند و کشش وارده بر نقاط جوش خورده کاهش می یابد . به دلیل مشکلاتی که در بازرسی و تمیز کردن مبدل های سر ثابت وجود دارد عموما" در جایی استفاده می شوند که احتمال کثیف شدن پوسته محدود باشد .

 

مبدل های سر شناور (Floating Head Heat Exchanger) :

در این نوع مبدل ، یکی از صفحع لوله ها بین کانال و پوسته پیچ و مهره شده و در وضعیت ثابتی قرار می گیرد ، اما صفحه لوله دیگر در داخل پوسته به صورت شناور در آمده ، امکان انبساط یا انقباض برای هر یک از دو جزء حامل سیال یعنی لوله و پوسته وجود دارد . از این رو اختلاف درجه حرارت دو سیالی که با هم تبادل حرارت می کنند هر چند که زیاد باشد اشکالی ایجاد نخواهد کرد .

بعد از باز کردن صفحه ثابت ، دسته لوله و سر شناور را می توان مانند واحد یکپارچه بیرون کشید . بدین طریق امکان امکان تمیز کردن و بازرسی� قسمت خارجی لوله ها میسر می گردد . ایراد این مبدل ها فاصله نسبتا" زیاد بین پوسته و لوله می باشد . این فاصله برای تطبیق دادن صفحه شناور لوله ها با پوسته می باشد . چون در این فضا نمی توان لوله ای به کار برد ، این فضا بلااستفاده می ماند و بازده این مبدلها کاهش می یابد .

 

مبدل با لوله های U شکل (U – Tube Exchanger) :

این نوع مبدل حرارتی شامل فقط یک کانال و یک صفحه لوله می باشد. از این رو ورودی و خروجی لوله ها از طریق یک کانال که به دو قسمت تقسیم شده است ، صورت می گیرد . همانطور که از نام این مبدل حرارتی پیدا است لوله ها به شکل حرف لاتین U ساخته می شوند . با باز کردن پیچ و مهره ها ، کانال از پوسته جدا می شود و صفحه لوله ها و دسته لوله ها را می توان از پوسته خارج نمود به طوری که امکان تمیز کردن و بازرسی قسمت داخلی لوله ها می باشد . از طرفی نمی توان جریان های حاوی مواد جامد (کثیف) را به خاطر ایجاد ساییدگی در خم موجود در لوله ها استفاده کرد . این مبدل ها برای سیالاتی به کار می روند که اختلاف درجه حرارت زیادی داشته باشند ، زیرا انتهای U شکل لوله ها ، امکان انبساط و انقباض را تا حد زیادی به وجود می آورند .

 

تشخیص نوع و اندازه مبدل های پوسته و لوله :

 

 

اندازه نبدل با توجه به کد TEMA با قطر پوسته و طول لوله ها بر حسب اینچ مشخص می شود ، مبدل با اندازه� 192 – 23 داری قطر 23 و طول لوله ها 192 اینچ می باشد . با توجه به نوع سر ثابت (Stationary Head) نوع پوسته (Shell Type) و نوع سر انتهایی (Rear Head) نیز نوع مبدل� توسط سه حرف لاتین مشخص می شود . مثلا" مبدلی با اندازه 192 – 17 نوع AES دارای� پوسته ای به قطر 17 اینچ می باشد . این مبدل دارای یک کانال و یک سرپوش قابل جدا کردن می باشد و دارای پوسته ای با یک گذر و دارای سر شناور با دو نیم حلقه می باشد .

 

مبدل های دو لوله ای (Double Pipe Heat Exchanger) :

این مبدل حرارتی از دو لوله هم مرکز ساخته شده که یکی کوچکتر از دیگری می باشد. یکی از جریانات از داخل لوله کوچکتر و دیگری از بین دو لوله عبور می کند . گاهی اوقات برای ازدیاد سطح تماس و تبادل حرارتی بهتر سطح خارجی لوله داخلی با پره های (Fins) طولی پوشیده شده می شود . این مبدل ها برای بار حرارتی زیاد مناسب نیستند .

 

کولر یا خنک کننده هوایی (Fin Fan or Air Cooler ) :

کولر های هوایی برای خنک کردن سیالاتی چون گاز ، مایعات نفتی ، آب و نیز مایع کردن بخارات در صنایع به کار می روند . کولرهای هوایی به اشکال مختلف ساخته می شوند که در زیر شرح مختصری در مورد هر یک داده خواهد شد :

 

کولر های هوایی با پنکه مکنده (Induced Draft) ، فن بالای کولر قرار می گیرد .

 

کولر های هوایی با پنکه دمنده� (Forced Draft) ، فن پایین کولر قرار می گیرد .

 

کولر های هوایی با جریان طبیعی هوا (Natural Draft) ، بدون استفاده از فن ، عمل خنک کردن سیالات را توسط جریان طبیعی هوا انجام می دهد .

 

کولر های هوایی با استفاده از هوای مرطوب (Humidity Air Cooler) ، علاوه بر داشتن فن ، در زیر آن حوضچه ای پرآب قرار دارد که هوای مورد نیاز را مرطوب می کند . در این حالت عمل خنک کردن بهتر صورت می گیرد .

ساختمان هر چهار نوع مبدل حرارتی فوق از تعداد زیادی لوله های افقی که در داخل آنها سیالی جریان دارد تشکیل می شود .سطح خارجی لوله ها توسط پره های (Fins )عرضی پوشیده شده و در ارتفاعی بالاتر از سطح زمین نصب می گردد .

 

کاربرد هر ک از مبدل های حرارتی :

به طورکلی هریک ازمبدل های حرارتی یابرای گرمایش یا سرمایش جریان استفاده می شوند .

 

مبدل های حرارتی سرد کننده :

خنک کننده (Cooler) :

در این نوع مبدل درجه حرارت بدون اینکه حالت سیال عوض شود کاهش می یابد . به عبارت دیگر قسمتی از گرمای محسوس سیال گرفته می شود . اگر عمل سرد کردن توسط آب صورت گیرد به آن کولر آبی (Water Cooler) می گویند و دارای ساختمان معمولی مبدل های حرارتی پوسته و لوله می باشد .

 

چگالنده (Condenser) :

وظیفه این مبدل تبدیل بخار به مایع است� و بر این اساس لازم است که گرمای نهان تبخیر یک بخار را جذب تا به مایع تبدیل شود . این مبدل می تواند ساختمان یکی از انواع خنک کننده های آبی یا هوایی را داشته باشد و معمولا" به طور افقی نصب می شوند .

سرد کننده (Chiller) :

می دانیم هر مایعی که بخواهیم تبخیر شود احتیاج به انرژی حرارتی دارد و اگر این انرژی را از محیط بگیرد به ناچار محیط سرد خواهد شد ، در صنایع نفت برای تولید سرما از مایعات نفتی مثل پروپان و بوتان که در شرایط متعارفی بخارند استفاده می شود .

سرد کننده دارای ساختمان پوسته و لوله بوده و در قسمت فوقانی پوسته دارای فضایی جهت تبخیر پروپان می باشد. مایع پروپان از ته مبدل وارد و در اطراف لوله ها تبخیر و تولید سرما می کند .

مبدل های حرارتی گرم کننده :

تمام مبدل های حرارتی که وظیفه افزایش درجه حرارت مواد را به عهده دارند در حقیقت گرم کننده (Heater) می باشند . مانند جوشاننده ، تبخیر کننده ، کوره و ...

جوشاننده (Reboiler) :

این مبدل بر خلاف تبخیر کننده (Vaporizer) ، تنها جزئی از کل مایع را که مورد نظر می باشد به حالت بخار تبدیل می کند . جوشاننده ها معمولا" دارای ساختمان لوله و پوسته و به قسمت پایین برج تفکیک متصل می شود . جوشاننده ها به سه نوع مختلف در صنایع نفت یافت می شوند که عبارتند از :

جوشاننده نوع سیفونی (Thermosyphon) :

معمولا" به طور عمودی در کنار برج نصب می شود . جریان مایع از ته برج� به لوله ها بر اساس خاصیت سیفونی برقرار می شود . به این ترتیب که تبخیر جزئی از مایع داخل لوله بر اساس خاصیت سیفونی بر قرار می شود . به این ترتیب که تبخیر جزئی از مایع داخل لوله توسط سیال گرم باعث می شود که سطح مایع در نبدل حرارتی نسبت به برج پایین تر رفته و به وجود آمدن این اختلاف سطح موجب جریان مایع از برج به مبدل حرارتی خواهد شد .

منبع: boss2016

نظرات شما عزیزان: