1398/01/27 بدون نظر مبدل حرارتی

مبدل خنک کننده روغن داغ چیست؟

مبدل خنک کننده روغن داغ در صنعت برای انتقال گرما از یک ماده به یک ماده دیگر همیشه نیازمند یک مبدل حرارتی هستیم. مبدل حرارتی در واقع وسیله ای است برای انتقال گرما از یک ماده به یک ماده دیگر که معمولا این مواد سیال(مایع یا گاز) هستند.  مبدل حرارتی به دو نوع کلی مبدل مستقیم و غیر مستقیم هستند.

مبدل حرارتی کویلی
مبدل حرارتی پوسته و لوله

انواع مبدل حرارتی برای مبدل خنک کننده روغن داغ

مبدل های حرارتی با توجه به نیاز و  کاربردی که در صنعت دارند به شکل های مختلفی ساخته میشوند. انواع این مبدل ها عبارتند از:

  1. مبدل حرارتی پوسته و لوله: این نوع مبدل پر کاربردترین نوع مبدل در صنعت است که با استفاده از یک پوسته استوانه ای که درون آن لوله های انتقال حرارت وجود دارند ساخته می شود. این نوع مبدل در صنایع بسیار متنوعی استفاده می شوند. از رایج ترین این استفاده ها در کمترین صنایع می توان مبدل استخر، مبدل های موتورخانه و منبع کویل دار را نام برد.
  2. مبدل حرارتی صفحه ای: این نوع مبدل دارای بازده بسیار بالایی است اما دارای مشکلاتی مانند افت فشار و ایجاد رسوب بسیار زیاد است. استفاده از این نوع مبدل ها بیشتر در پکیج های خانگی کاربرد دارد. از استفاده های اصلی این مبدل در صنعت برای تبادل هوا و روغن و یا آب مقطر است که رسوب خاصی در این نوع مبدل ایجاد نمی کند.
طراحی نرم افزاری مبدل حرارتی
طراحی مبدل حرارتی

مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل های پوسته و لوله برای مبدل خنک کننده روغن داغ یکی از انواع پرکاربرد در صنعت هستند. این مبدل های از سه قسمت اصلی تشکیل شده اند. 1- دو Head شامل rear head و stationary head در دو طرف مبدل  2- پوسته (shell) 3- لوله (tube) در این مبدل یکی از سیالات در حال تبادل حرارت درون تیوب و سیال دیگر درون پوسته جریان دارد. سطح انتقال حرارت در این نوع مبدل جداره فلزی تیوب هاست .

پس هرچه تعداد تیوب ها بیشتر باشد، سطح انتقال حرارت نیز بیشتر خواهد شد ولی از طرفی به قطر مبدل نیز افزوده میشود. بر اساس استاندارد TEMA که از مهمترین استاندارد های بین المللی در زمینه ساخت مبدل است. شکل های مختلفی برای مبدل پوسته و لوله وجود دارد که هریک وظیفه ای خاص را به عهده دارند. یکی از علل استفاده از این نوع مبدل سهولت سرویس و نگهداری آن است.

علاوه بر این مبدل پوسته و لوله تنها مبدلی است که در شرایط دمایی بیشتر از 360 درجه سانتی گراد و فشار بیشتر از 30 بار میتواند کار کند. مبدل های پوسته و لوله بر اساس تفاوت در rearhead به سه دسته تقسیم بندی می‌شوند: 1- fixed tubesheet  2- U-Type 3- floating head

انواع مبدل حرارتی نوع TEMA، انواع هد و شل در این قسمت آورده شده است.

  • نوع اول : fixed tubesheet

همان طور که از اسمشان پیداست ، این مبدل ها دارای صفحه لوله (tubesheet) ثابت هستند.

    • در این مبدل به علت وجود کاسه نمد و … احتمال نشتی کمتر میشود.
    • به دلیل عدم وجود اتصالات داخلی، در فضای مربوط به این اتصالات نیز میتوان لوله های بیشتری قرار داد در نتیجه در قطر ثابت پوسته این نوع مبدل تعداد لوله های بیشتری قرار خواهد داشت.
    • امکان تمیز کردن آن به روش مکانیکی وجود دارد
    • در هنگام بالا و پایین رفتن دما در طی فرایند، امکان انبساط و انقباض لوله وجود نداشته ندارد که همین باعث اینجاد نشتی و ترک خودن لوله ها در محل اتصال به صفحه لوله میشود

البته اتصالاتی به نام expansion joint نیز وجود دارند که جهت جلوگیری از رخ دادن این حالت استفاده میشوند.

  • نوع دوم : U-Type

در این مبدل شکل rearhead با مبدل fixed tubesheet متفاوت است. لوله ها در این مبدل به شکل U میباشند و بر خلاف نوع اول تنها دارای یک صفحه لوله هستند. تعداد لوله ها نیز به علت وجود خم انتهایی از مبدل fixed tubesheet کمتر است. این مبدل ها به خاطر شکل لوله هایش دارای حداقل دو گذر می‌باشد و دسته لوله این مبدل نیز قابل تعویض است. ردیف های داخلی دسته لوله به علت خم شدگی بیشتر دارای ضخامت کمتری هستند و در نتیجه مقاومت آن ها در برابر فشار، دما و خوردگی  و فرسایش کمتر است.بنابراین ضخامت لوله ها در ردیف های داخلی بیشتر در در نظر گرفته میشود. با توجه به سهولت ساخت این مبدل، در صنعت از آن بسیار استفاده میشود. به عنوان مثال میتوان به kettle reboiler و tank suction heater اشاره کرد.

 

    • هزینه ساخت آن به دلیل دارا بودن تنها یک صفحه لوله کمتر است.
    • به دلیل عدم وجود اتصالات داخلی،امکان نشتی کم میشود.
    • امکان تمیز کردن لوله های داخلی وجود ندارد و بالاجبار میبایست لوله های دارای نشتی کور (plug) شوند.
  • نوع سوم : Floating Head

همانطور که از نام این مبدل ها مشخص است دارای rear head متحرک می باشند. بنابراین وقتی تغییرات دمایی خیلی زیاد باشد میتوان از این مبدل ها استفاده کرد چرا که امکان انبساط و انقباض لوله ها در این نوع در نظر گرفته شده است. اما به علت وجود اتصالات داخلی تعداد لوله های کمتری نسبت به مبدل fixed tebesheet در آن قرار میگیرد. این مبدل ها به چهار دسته تقسیم بندی میشوند.

نوع T که هد شناور در این مبدل مستقیما به tubesheet پیچ شده است و این یکی از معایب این مبدل است زیرا این پیچ ها علاوه بر خطر نشتی ، جریان نامطلوب ایجاد میکنند و به علت اتصالات ، تعداد لوله ها به مبدل های U-Type و Fixed tubesheet کمتر است. از مزایای این مبدل این است که میتوان برای تعمیر دسته لوله آن را از درون خارج کرد. نوع S: فضای مرده کمتری نسبت به مبدل نوع T دارد و در نتیجه تعداد لوله های بیشتری میتوان در آن به کار برد. در مبدل نوع S فضای مفید بیشتری برای انتقال حرارت وجود دارد و با به کار بردن لوله های بیشتری میتوان انتقال حرارت بهتری نسبت به مبدل نوع T داشت

    • هزینه ساخت آن به دلیل دارا بودن تنها یک صفحه لوله کمتر است.
    • به دلیل عدم وجود اتصالات داخلی،امکان نشتی کم میشود.
    • امکان تمیز کردن لوله های داخلی وجود ندارد و بالاجبار میبایست لوله های دارای نشتی کور (plug) شوند.
مبدل حرارتی استیل استخر
مبدل حرارتی استخری

 مبدل حرارتی صفحه ای (PHE) چیست؟

مبدل حرارتی قاب صفحه ای، مجموعه ای از صفحات موازی است که توسط شیار های موجود روی این صفحات، اشفتگی خاصی به جریان سیال منتفل می شود. این صفحات بین دو کاور واقع می شوند و توسط Tie Bot ها به یکدیگر متصل می گردند. در واقع این صفحات از اختلاط سیال گرم و سرد جلوگیری کرده و موجب انتقال حرارت غیر مستقیم می شوند. این صفحات مستطیلی شامل نازل های حلقوی هستند که سیالات از طریق انها وارد و خارج می شوند. به دلیل انباشتگی و فشردگی صفحات، این مبدل در زیر مجموعه ی مبدل های packed قرار می گیرد. صفحات که وظیفه انتقال حرارت و تبادل گرمایی بین سیال گرم و سرد را دارا می باشند توسط واشر هایی که به صورت یک تکه بین صفحات قرار گرفته اند محافظت شده و مانع از نشت جریان سرد و گرم به خارج از مبدل می گردند.

به دلیل استفاده از اب بند های دو طرف صفحات، هیچ گونه نشتی و نفوذ سیالات به یکدیگر در این مبدل ها وجود نخواهد داشت همچنین برای مبدل کندانسور روغن. معمولا جنس Frame ها از نوع کربن استیل با پوشش Epoxy بوده که جهت محاسبات ضخامت انها از استاندارد ASME استفاده می شود. ورق هایی که مسیر جریان را هدایت می کنند معمولا از جنس Alloy Material یا SS 304 می باشند. این صفحات دارای برامدگی منظم می باشند که توسط قالب یا پرس خاص به وجود امده و مسیر های هدایت سیال را تعریف می کنند. ضخامت این صفحات معمولا0.8mm 0.4 ~ و دارای برامدگی هایی به عمق 2-10mm می باشند.

صفحات انتقال حرارت مبدل حرارتی

در این قسمت به معرفی انواع صفحات مبدل های قاب صفحه ای و کاربرد آن به غنوان مبدل کندانسور روغن از نظر مشخصات، نوع شیار های روی صفحات و تقسیم بندی انها به شرح ذیل می پردازیم :

GFP – Wide – Gap plates

این صفحات بیشتر برای سیالات ویسکوز یا جامدات و دوغابها به کار می روند و دارای شیار هایی به غمق 2 تا 5 برابر ضخامت مرسوم می باشند که موجب عبور ذرات درشت می گردند. از شیار Wide – Narrow برای عبور تنها یک سیال با ذرات درشت استفاده می شود اما زمانی که هر دو سیال،سطح جریان اضافی نیاز داشته باشند از نوعMedium/medium استفاده می شود. در پیکربندی این دو نوع شیار، از هندسه صفحه منفردی استفاده می شود. در ضمن این نوع از صفحات کاربرد خوبی برای گاز ها دارند.

GFP Washboard

صفحات GFP Washboard که دارای شیاری از نوع Washboard می باشند، برای مایعات ویسکوز و محلول هایی با ذرات درشت کاربرد دارند. این صفحات نسبت به صفحات Herringbone می توانند ذرات بزرگتری را از لحاظ سایز عبور دهند و تمایل کمتری برای رسوب ذرات دارند زیرا دارای تماس ننقطه ای کمتر بین فلز با فلز می باشند و همچنین دارای مسیر شستشوی عریضی می باشند.

GCD-Series plates

ضخامت gcd-series plates با ntu بالا و ntu کم، ابتکاری تازه در طراحی سطوح توزیع جریان می باشد که برای بخار ها و سیالات ویسکوز کاربرد دارد و احتیاج به شدت انتقال حرارت بالا در افت فشار پایین دارد.

UXP- Series plate

این صفحات دارای شیار های متداول chevron می باشند که بریا طول های مختلف حرارتی ارائه شده است و دارای کاربرد های چند گانه می باشند. در ضمن به واسطه القا کردن اشفتگی بیشتر در جریان سیالات برای محلول های خالص و تمیز کاربرد دارند.

SXP Series plates

Sxp series plates مکمل صفحات uxp-series plates می باشند. Pitch های محکمتر و فاصله کم مسیر شستشو موجب ایجاد ضریب انتقال حرارت بهتر و نیز تزریق فشار بیشتر به جریان می گردد.

انواع مبدل حرارتی لوله ای
مبدل حرارتی

دسته بندی مبدل های حرارتی

دسته بندی مبدل های حرارتی، بدین گونه می باشد:

  • براساس ساختمان
  • براساس جریان

توصیه می شود علت بیشتر بودن میزان انتقال حرارت جریان نا همسو نسبت به همسو را در مبدل های حرارتی، به صورت زیر تبیین کنید:

در حالت ناهمسو، اختلاف دمای دو سیال در طول مبدل، تقریبا یکنواخت است و حتی در خروجی نیز، تبادل حرارت وجود دارد. در حالی که در جریان همسو، فقط در قسمتی از مسیر، به دلیل اختلاف دما، انتقال حرارت وجود دارد و همین باعث می شود که میزان انتقال حرارت در جریان همسو از ناهمسو کمتر باشد.

ضمنا در جریان همسو، به دلیل اختلاف دمای زیاد در ورودی، تنش های حرارتی بالایی وجود دارد. این نوع جریان در مواردی که یکی از سیالات به دما حساس باشد و نباید دمای ان از یک حدی بالاتر برود، کاربرد دارد.

مبدل حرارتی دوکله پوسته و لوله
نمای مبدل حرارتی برش خورده

مبدل های حرارتی لوله ای

مبدل حرارتی لوله ای برای مبدل کندانسور روغن، برحسب شرایط مورد نیاز می تواند حداقل با دو لوله،(داخلی و خارجی) طراحی شود:

  1. تغییرات دمایی T∆ مورد نظر، کم باشد به طوری که سطح انتقال حرارت مبدل حرارتی دو لوله ای کافی است.
  2. دبی سیال لوله، کم است. در این حالت اگر به T∆ بیشتری نیاز باشد لوله ی داخلی را به شکل مارپیچ یا U شکل می سازند. در حقیقت سطح و زمان انتقال حرارت را افزایش می دهند.

در دبی بالا، از مبدل حرارتی چند لوله ای یا لوله و پوسته استفاده می شود. شکل7-6 یک نمونه مبدل حرارتی لوله و پوسته را نشان می دهد، که در ان سیال درون لوله ها، تنها یک بار طول لوله ها را طی کرده و از مبدل خارج می شود. در بعضی منابع، به این حالت مبدل لوله و پوسته تک مسیره هم می گویند. مبدل خنک کننده روغن داغ

اجزای مبدل حرارتی
نقشه مبدل حرارتی
علت ساخت لوله ها به صورت U چیست

در صورتی که برای سیال درون لوله ها به تغییرات دماییT ∆ بیشتر نیاز باشد، باید زمان بیشتری را در مبدل طی کند و به این منظور لوله ها را به شکل U می سازند. در حقیقت مبدل حرارتی را دومسیره می سازند. مبدل خنک کننده روغن داغ

به طور کلی در مبدل های حرارتی، جهت افزایش میزان انتقال حرارت و دستیابی به T∆ مورد نظر به روش های زیر عمل می شود:

  • افزایش تعداد لوله ها( مبدل حرارتی لوله و پوسته)
  • افزایش سطح و زمان تماس دو سیال (مبدل حرارتی U شکل) یا استفاده از لوله های پره دار

در حقیقت، سطح جانبی لوله، به وسیله پره ها توسعه یافته است. متداول ترین نوع ان در شکل 7-8 مشاهده می شود. این لوله ها به وسیله صفحات دایره ای شکلی که عمود بر محور لوله هستند، احاطه شده اند.

  • ایجاد جریان ناهمسو برای سیالات درون لوله و پوسته
  • نصب بافل ها جهت افزایش به هم خوردگی و ضریب جا به جایی سیال درون پوسته .
مبدل حرارتی ترکیبی
مبدل حرارتی پوسته لوله
برچسب ها

ارسال نظر شما

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