nasimadmin بدون دیدگاه

بررسی مزایا و معایب انواع مبدل های حرارتی در استاندارد TEMA

استانداردهای TEMA به صورت جهانی در حوزه طراحی وتولید مبدل های حرارتی پوسته و لوله مورد قبول هستند. این استانداردها در طیف گسترده‌ای از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد از جمله پالایشگاه‌ها صنایع نفت و گاز صنایع تولید برق و…TEMA مخفف نام انجمن تولیدکنندگان مبدل های حرارتی پوسته و لوله می باشد. این استاندارد دارای یک جدول بسیار معروف در خصوص ترکیب انواع هدر ها و پوسته ها است که بسته به نوع کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله تنظیمات آن متفاوت می شود.

در این مقاله به بررسی مزایا و معایب مربوط به هرکدام از این ترکیبات هدر و پوسته می پردازیم.

مبدلهای با تیوب باندل جداشونده از نوع split ring floating head

پرکاربردترین انواع این نوع مبدل ها AES و BES میباشد.

این نوع طراحی ها معمولاً زمانی پیشنهاد می‌شود که تعداد مراتب  بیرون آوردن تیوب باندل زیاد باشد. همچنین این نوع مبدل ها در مقایسه با مبدلهای نوع BEW و AEW برای مقاومت در برابر شوک حرارتی بسیار مناسب هستند و مقاومت بالایی در مقابل گازهای سبک یا سیالات سمی دارند.

مزایا

داشتن طراحی floating head به مبدل این امکان را می دهد که از نظر حرارتی انبساط کند.

داشتن سطح انتقال حرارت بزرگتر نسبت به طرحهای  AET و یا BET

قابل طراحی با چندین پاس در سمت تیوب

محدودیت ها

پوسته ، اسپلیت رینگ و کاور floating head باید جدا شوند تا بتوانیم تیوب باندل را از مبدل جدا کنیم که همین امر منجر به هزینه های بالاتری در تعمیرات و نگهداری خواهد شد.

کاربردها

کاربرد در فرآیندهای شیمیایی برای سیالات سمی

کاربرد در افترکولر ها و اینترکولر های گازی خاص

نوع تیوب های مستقیم و تیوب شیت فیکس BEM, AEM, NEN

این نوع طراحی جزو ساده ترین و در بسیاری اوقات اقتصادی ترین طراحی ممکن است. تیوب شیر در این طراحی به پوسته مبدل حرارتی جوش داده می شود در حالیکه کلگی ها به تیوب شیت پیچ می شوند.

مزایا

این روش اقتصادی تر از طراحی های تیوب باندل قابل جداسازی removable bundle می‌باشد

قابلیت اجرا و طراحی در چندین پاس

محدودیت ها

به منظور تمیزکاری سمت پوسته، نیاز به محلولهای شیمیایی داریم.

ظرفیت کمتر برای جذب انبساط گرمایی بین پوسته خارجی و تیوی باندل

مبدل با تیوب باندل قابل جداشدن از نوع، pull through floating head

از پرکاربردترین انواع این مبدل ها می توان به نوع AET و BET اشاره نمود. این نوع طراحی بهترین گزینه برای کاربردهای است که جداسازی مکرر تیوب باندل از داخل مبدل حرارتی  ضروری است زیرا قسمت floating head به صورت مستقیم به تیوب شیت معلق پیچ می شود. این امر به ما این امکان را میدهد که تیوب باندل را از همان طریق به همراه کلگی بیرون بکشیم‌.

مزایا

طراحی مبدل حرارتی به صورت floating head به مبدل اجازه انبساط حرارتی را می دهد

سمت پوسته را میتوان مورد بازرسی قرارداد و ازنظر مکانیکی تمیز کرد.

وجود سطح مقطع بزرگ نازل ورودی سمت پوسته برای توزیع مناسب حرارت بر روی تیوب باندل.

امکان وجود تعداد زیادی پاس تیوب

مناسب برای سیالات فرار یا سمی

کاربردها

کاربردهای عمومی صنعتی که نیاز به تمیز کاری مکرر دارد از جمله صنایع هیدرولیک صنایع ماشین سازی و پرسهای مختلف

صنایع فرآیندی شیمیایی به منظور استفاده برای سیالات سمی

کندانسور های سیال هیدروکربنی

باندل های جدا شونده از نوع U-tube

پرکاربردترین انواع این مبدل ها شامل BEU و AEU هستند. این نوع طراحی برای کاربردهای با شوک حرارتی زیاد، طراحی شده است زیرا هر کدام از تیوب ها می تواند به صورت مستقل انبساط یا انقباض پیدا کند و باندلهای u-tube معمولاً بسیار اقتصادی هستند. این نوع طراحی معمولاً گزینه بسیار مناسبی برای کاربرد هایی که بیشترین انبساط گرمایی را دارند، هست.

مزایا

طراحی U-tube اجازه انبساط گرمایی دیفرانسیلی بین پوسته و باندل تیوب را به همراه هرکدام از تیوبها به صورت جداگانه میدهد.

ظرفیت بسیار خوب در کنترل شوک های حرارتی بالا

طراحی اقتصادی در میان بقیه طراحی های باندل جدا شونده

سمت پوستر را می‌توان مورد بازرسی قرار داد و از نظر مکانیکی تمیز کرد

باندل را می‌توان از یک سمت بیرون کشید و آن را تمیز یا جایگزین کرد.

قابلیت استفاده از چند پاس تیوب را دارد.

کاربردها

بسیار بهینه برای کاربردهای تغییر فاز بخار به مایع

مناسب برای استفاده در کاربردهای شیمیایی، نفت و گرم کردن آب

nasimadmin بدون دیدگاه

معرفی Expansion joint اکسپنشن جوینت ها و موارد استفاده آنها در مبدل حرارتی(بخش اول)

یکی از بخش های مبدل حرارتی پوسته و لوله که سوال در مورد آن بسیار زیاد است expansion joint می‌باشد که در بخش میانی پوسته (در طراحی با تیوب شیت فیکس ) جهت خنثی کردن اثرات انبساط دمایی قرار میگیرد.برای تیم طراحی شرکت نسیم مبدل بارها پیش آمده است که در هنگام طراحی مبدل های خاص برای مشتریان، آنها اغلب سوالاتی را در خصوص درستی استفاده از این نوع expansion joint ها مطرح کرده بودند که این امر به کامل نبودن اطلاعات آنها از این تجهیز برمیگردد.در این مقاله به چهار سوالی که بیشترین تکرار را در میان مشتریان گروه صنعتی نسیم مبدل دارند می پردازیم.

 سوالاتی از قبیل اینکه

کار اکسپنشن جوینت در مبدل حرارتی چیست؟

چطور متوجه شویم که به اکسپنشن جوینت نیاز داریم؟

چه نوعی از این تجهیز برای کاربرد ما بهترین انتخاب است؟

به چه مواردی در نگهداری اکسپنشن جوینت ها باید توجه شود؟

اکسپنشن جوینت چه کار می کند؟

هدف اصلی از ساخت مبدل حرارتی تبادل حرارت از سیال داغ به سیال سرد می باشد و متریال تشکیل دهنده مبدلها، اغلب تحت تاثیر طیف وسیعی از دماها قرار میگیرند. متریال هایی که گرم می شوند،  نظر طولی منبسط شده و متریال هایی که سرد می‌شوند دچار انقباض می‌شوند. اگر این تغییرات دمایی به سرعت اتفاق بیفتد یا اگر تنوع دمایی به اندازه کافی بزرگ باشد ویا اگر هیچگونه فضای آزاد برای این انبساط یا انقباض در نظر گرفته نشده باشد، متریال های سازنده مبدل حرارتی ممکن است دچار تنش حرارتی شده و تا مرز شکست پیش بروند.

این موضوع معمولاً منجر به خم شدگی تیوب ها یا پارگی تیوب شیت ها میشود اما همچنین می‌تواند به خمش پوسته یا پیچش در کانکشن های نازل نیز منجر شود. همه این اثرات جانبی یکپارچگی مبدل حرارتی را به خطر می‌اندازند و آن را از نظر عملیاتی ناامن می‌کنند.یک عامل کلیدی مرتبط با این موضوع، نوع متریال مورد استفاده در مبدل حرارتی است. اغلب برای مقاصد توجیه اقتصادی و مقابله با خوردگی تیوب های مبدل حرارتی از آلیاژ قوی تری نسبت به سمت پوسته ساخته می شوند. فلزات غیر شبیه با نرخ های متفاوتی انبساط یافته و انقباض پیدا می کنند.

برای مثال اگر از تیوب های hastelloy در یک پوسته استنلس استیل ۳۰۴L استفاده کنیم تیوب ها و پوسته مبدل حرارتی با نرخهای متفاوتی انبساط پیدا کرده و انقباض می کنند و در این موارد نیاز به یک اکسپنشن جوینت بسیار حیاتی است.فاکتور بسیار مهم دیگر در فاز طراحی ، تنوع شرایطی است که ممکن است مبدل حرارتی تحت آنها کار کند. برای مثال یک مبدل حرارتی ممکن است در ۹۵ درصد مواقع در دمای اتاق و تحت شرایط نرمال عملیاتی کار کند اما در پنج درصد مواقع در دماهای بالاتری در سیکل تمیزکاری کار کند.

هنگامیکه تیوب ها توسط بخار و بدون حضور هیچ گونه سیالی در سمت پوسته تمیز کاری می شوند، ریسک بالای شوک حرارتی و آسیب به مبدل حرارتی وجود دارد. شرایط استارتاپ و شات دان هم باید حتماً در نظر گرفته شود زیرا آنها می توانند تغییرات دمایی به شدت زیادی را نسبت به شرایط عملیاتی نرمال ایجاد کنند.در نظر گرفتن این دماها در طول طراحی می تواند نیاز یا عدم نیاز به اکسپنشن جوینت را نیز به ما اعلام کند.

تیم مهندسی نسیم مبدل با ارایه مشاوره فنی به کارفرمایان و مشتریان گرامی همواره در صدد رفع نیازهای آنها بوده و همواره در جهت بالا بردن آگاهی افراد در این خصوص تلاش نموده است.

چطور متوجه شویم که به expansion joint نیاز داریم؟

هنگامی که اطلاعاتی که در بالا ذکر شد را جمع آوری نموده ایم، با وارد کردن آنها در نرم افزارهای طراحی حرارتی نظیر ASPEN یا HTRI که دماهای متوسط فلز برای سمت پوسته و سمت تیوب را در مبدل حرارتی محاسبه میکند، می‌توان پی برد که نیاز به اکسپنشن جوینت داریم یا خیر.

هرچه واریانس بین این اختلاف دماهای متوسط فلز بیشتر باشد، احتمال نیاز به استفاده از اکسپنشن جوینت ها بیشتر می شود. طراح مبدل این مقادیر را به همراه هندسه مبدل حرارتی و نوع متریال ها به نرم افزار می دهد تا تعیین کند که میزان انبساط یا انقباض مورد انتظار تحت بدترین شرایط ممکن چقدر است. اگر محاسبات کد ASME اجبار به استفاده از اکسپنشن جوینت را تایید کنند ، باید بر اساس کد مربوطه مورد استفاده قرار گیرد حتی اگر مشتریان نیازی به این نوع اکسپنشن جوینت ها احساس نکنند و این موضوع دیگر اختیاری نخواهد بود زیرا موضوع سیاستهای محافظتی و یکپارچگی مبدل حرارتی مد نظر قرار می‌گیرد.

در بخش دوم (بعدی ) مقاله به این موضوع می پردازیم که کدام نوع اکسپنشن جوینت برای مبدل حرارتی مورد نظر ما بهترین انتخاب است؟

nasimadmin بدون دیدگاه

معرفی استانداردهای مربوط به مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل های حرارتی پوسته و لوله تجهیزات بسیار مهمی در طیف وسیعی از صنایع هستند. این تجهیزات در طیف وسیعی از کاربردها از جمله پالایش نفت و گاز و خنک سازی روغن هیدرولیک تا آماده سازی محصولات غذایی و دارویی برای ورود به بازار و اطمینان از سالم ماندن محصولات غذایی و لبنیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

با وجود اینکه این کاربردها بسیار از یکدیگر متفاوت به نظر می رسند اما در طراحی همگی آن ها موارد مشابهی رعایت شده است که مهمترین آن این موضوع است که چه نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله ای برای یک کاربرد خاص مد نظر قرار گیرد. مبدل های حرارتی در صورتی که بر اساس استانداردهای روز دنیا و متریال های باکیفیت ساخته شوند دارای عمر طولانی تری خواهند بود.

نه تنها انتخاب مبدل از لحاظ ساختاری دارای اهمیت بسیار زیادی است بلکه کدها و استانداردهایی که این تجهیز با آنها مطابقت دارد نیز از اهمیت بالایی برخوردار هستند.استانداردهای صنعتی از این موضوع اطمینان حاصل می کنند که تمامی محصولات در بهترین حالت ممکن برای مشتریان ساخته شوند. 

استاندارد TEMA

یکی از پرکاربردترین استانداردهای صنعتی در سطح جهان توسط موسسه سازندگان مبدل حرارتی آمریکا تدوین شده است. این استاندارد روش ساخت مبدل های حرارتی پوسته و لوله را به کامل‌ترین شکل ممکن توضیح داده است. استانداردهای مکانیکال TEMA برای مبدل های حرارتی پوسته و لوله با قطر داخلی کمتر از ۶۰ اینچ و ماکزیمم فشار طراحی کمتر از ۳ هزار psi توصیه های ساخت دارد و برای سایزهای بزرگتر یک بخش جداگانه به نام بهترین توصیه های عملیاتی ساخت ضمیمه آن شده است.

این استاندارد سه نوع ساختار مبدل حرارتی را متصور می شود:

کلاس B:  برای کاربردهای فرآیندهای شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.

کلاس C : برای کاربردهای تجاری عمومی مورد استفاده قرار می گیرد.

کلاس R : برای نیازها و شرایط بسیار سخت فرایندی نفت  مورد استفاده قرار می گیرد اما از آن می توان برای کاربردهای بزرگتر فرایندی نیز استفاده نمود.

تفاوت ها بین کلاسهای TEMA بسیار مهم می باشد. برای مثال ماهیت کار با تجهیزات پتروشیمی نیاز به ساختار قوی تر و سنگینتری دارد در حالیکه تجهیزات فرایندی شیمیایی با تجهیزات سبک‌تر و استنلس استیل قابل ساخت هستند.

استاندارد asme

یکی دیگر از استانداردهای ساخت مبدل های پوسته و لوله که بسیار در ساخت این نوع مبدل ها اهمیت دارند، توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا طراحی شده است.کد asme viii مربوط به بخش های تحت فشار یک مبدل حرارتی پوسته و لوله میباشد. این بخش از استاندارد asme بیش از سایر بخش‌های آن مورد رجوع است اما بخش های دیگری نظیر V و II نیز استفاده می شود. این دو بخش به ترتیب مربوط به انتخاب متریال و تست های غیر مخرب می باشد. لازم به ذکر است که در کل ۱۱ بخش در استاندارد asme وجود دارد و بسیاری از مبدل های حرارتی و توسط هر دو موسسه asme و TEMA مورد تایید قرار می گیرند. 

استاندارد ped

به دلیل اینکه مبدل های حرارتی قسمت مهمی از تجهیزات بسیاری از صنایع هستند، در تمام دنیا کاربرد دارند.کشورهای متعددی قوانین متنوعی درباره تجهیزات استاندارد مورد نیاز قانونی دارند. در کشور ما ایران نیز استاندارد آی پی اس موردی به همراه استاندارد های نظیر tema و asme  مورد تایید بسیاری از مراجع قانونی می باشد. به همین دلیل سازندگان باید بدانند که مبدل حرارتی در کدام کشور و یا تحت کدام قوانین و استاندارد باید نصب گردد.

 دستورالعمل تجهیزات تحت فشار PED یکی از استاندارد های بین المللی است که در اتحادیه اروپا مورد استفاده قرار می گیرد. این استاندارد بخش های گسترده ای را پوشش می دهد از جمله بویلرها تا پایپینگ برای مخازن تحت فشار. این استاندارد همچنین برای مبدل های حرارتی پوسته و لوله نیز صحت دارد.

این استاندارد شامل قوانینی در خصوص :

انتخاب متریال

استاندارد های یکپارچه شده

نیازمندیهای ضروری

پایش بازار

و ارزیابی تطابق می باشد. هر کدام از این قوانین اجرایی می‌شوند تا از ایمنی محیط کار و این موضوع که محصولات تولید شده برای عموم مردم ایمن هستند اطمینان حاصل گردد.

nasimadmin بدون دیدگاه

آشنایی با طراحی saddle (سدل) یا ساپورت برای مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل های حرارتی پوسته و لوله توسط سدلهای افقی یا عمودی محافظت می شوند. ریبویلر های ترموسیفون عمودی نسبتاً کوچک هستند و معمولاً قطر آنها ماکسیمم یک متر و طول آنها ماکسیمم سه متر است و به همین دلیل می‌توان آنها را از برجهای تقطیر آویزان نمود و به صورت عمودی قرار داد طوری که بسیار نزدیک به برج قرار بگیرد. معمولاً ساپورت نزدیک به تیوب شیت بالایی قرار می گیرد و دو عدد براکت در طرف های دیگر مبدل قرار می گیرد.

کندانسور ها و یا کولرهای زیر صفر عمودی نیاز به این دارند که به صورت عمودی نصب شوند تا بتوانند هر دوعملیات کندانس کردن را درست انجام داده و سپس عملیات سرد سازی تا منفی صفر را انجام دهند. در صورتی که نیاز به مبدل های بزرگتری از ریبویلرهای ذکر شده وجود داشته باشد این مبدل ها توسط چهار عدد ساپورت مورد حمایت قرار می گیرند که مجدداً به منظور کاهش مشکلات ناشی از انبساط کانکشن های بزرگ روی قسمت تیوب ساید، در نزدیکی تیوب شیت بالایی قرار میگیرد.

براکت ها روی قطر vessel و با زاویه ۹۰ درجه از همدیگر قرار می گیرند.در سایر موارد، مبدل های حرارتی به صورت افقی قرار داده می شوند و در این موارد نیاز به حمایت مبدل توسط دو عدد سدل وجود دارد.این نوع آرایش مبدل حرارتی اجازه حمایت از  مبدل با قطرهای بزرگتر و طول های بیشتری را نسبت به مبدل های ذکر شده در بالا میدهد. و یا ممکن است که وزن کلی بالاتری را به دلیل نیاز به عمل کردن در فشار بالاتر داشته باشد که این امر موجب ضخیم تر شدن پوسته و فلنج های سنگین تر می شود.در خصوص استاندارد طراحی سدلها،  یکی از استانداردهای بسیار جامع استاندارد BS بریتانیا میباشد.

در محاسبات سدل ها باید چندین نیروی مهم را مدنظر قرار داد که در ادامه به آنها میپردازیم.

ابتدا بايد نيروي باد را براي مخزن محاسبه كرد. نيروي اوليه باد از روي نمودارها و كد UBC به‌صورت تعريف شده مشخص مي‌باشد و بايد شرايط رادر فرمول‌ها و نمودارها قرار داد و مقادير را به‌دست آورد. (UBC SECTION 1615)براي محاسبه نيروي باد فشار طراحي مخزن نبايد از ۱۰ PSI كم‌تر باشد.

نيروي باد باعث ايجاد يك نيروي برشي مي‌شود كه اين نيروي برشي ممان خمشي ايجاد كرده و اين نيروها بر روي SHELL تنش ايجاد مي‌كند. اين تنش‌ها بر روي مخزن و پايه‌ها نيرو وارد مي‌كند. از اين نيروها از نيروي برشي باد در مقابل بقيه نيروها مي‌توان صرف‌نظر كرد به علت اين كه مقدار تنشي كه ايجاد مي‌كند بسيار كوچك‌تر از تنشي است كه در اثر ممان ايجاد مي‌شود. بنابراين براساس تنش ايجاد شده مي‌توان ضخامت مورد نياز را محاسبه كرد.

نيروي وزن مخزن:

وزن مخزن نيز باعث ايجاد تنش فشاري بر روي پايه‌ها مي‌شود كه در صورتي اين تنش را داريم كه هيچ نيروي خارج از مركزي نداشته باشيم(نيروهايي كه از محور مخزن دور هستند) وزن را براي همه قطعات مخزن محاسبه مي‌كند كه عبارتند از:

۱٫              shell

۲٫              Head

۳٫              پايه‌ها و supportها

۴٫              رينگ‌هاي سخت‌كننده

۵٫              كليه OPPENINGها

۶٫              صفحه‌هاي داخل مخزن

۷٫              صفحه پايه‌ پيچ‌ها

۸٫              پيچ‌ها (Anchor Bolt)

۹٫              نردبان و سكو

۱۰٫         كليه عايق‌ها

۱۱٫         جمع موارد زير به اضافه ۶% از وزن shell به‌عنوان ضريب اطمينان

S: تنش مجاز

W: وزن كل مخزن                                  S=

C: ضريب واحد

 

T: ضخامت  Shell  يا skitt

زمين لرزه:براي به‌دست آوردن مقدار نيروي زلزله نيز بايد به استاندارد UBC مراجعه كنيم و باتوجه به دستور بخش فرآيند(process) ناحيه موردنظر را انتخاب مي‌كنيم و باتوجه به نمودارهاي UBC مقدار زلزله را به‌دست مي‌آوريم.

ارتعاشات: به علت نيروي باد در مخازن عمودي ارتعاش به‌وجود مي‌آيد و براي اين‌كه ايجاد نشود بايد دوره نوسان اين ارتعاش محدود و در دسترس باشد و از مقدار مجاز تجاوز نكند. زماني كه بيش‌ترين دوره نوسان طبيعي در مخزن به‌دست مي‌آيد ممكن است مخزن در نقاط اتصالات دچار وامادگي و تغييرشكل در مخزن و يا شكست در آن مي‌شود. به همين علت دوره نوسان مجاز بايد محاسبه شود.

 

D:  قطر خارجي                                                              T = 0.0000265

H: قطر مخزن از پايه                                                         دوره نوسان

G : شتاب گرانش زمين

T : ضخامت skir                                                             .  Ta= 080 

V: نيروي برشي باد                                                              دوره نوسان موجاز

W: وزن مخزن

 

W: وزن ويژه مخزن

طراحي پايه (SKIRT SUPPORT SKIRT:SKIRT نام پايه‌ايست كه مخازن عمودي بر روي آن قرار مي‌گيرد. اين پايه توسط جوش به Head متصل مي‌شود و معمولاً نياز است كه قطر جوش با ضخامت SKIRT برابر باشد براي محاسبه ضخامت موردنياز است كه قطر جوش با ضخامت SKIRT برابر باشد براي محاسبه ضخامت موردنياز SKIRT از فرمول زير استفاده مي‌شود:

 

t =  

D: قطر خارجي SKIRT

E: ضريب اتصال

MT: ممان درمحل اتصال SKIRT و SHELL

R: شعارع خارجي SKIRT

S: تنش مجاز

T: ضخامت موردنياز

W: وزن مخزن بر روي HEAD

اتصال SKIRT به HEAD به دو نوع مي‌باشد:

۱٫BUTT WELD كه در شكل A آمده و در اين حالت E= 0.6

 

۲٫LAP WELD كه در شكل B آمده است و در اين حالت E=0.45

مساحت موردنياز بلت‌ها در شرايطي كه مخزن خالي است اندازه‌گيري مي‌شود. براي محاسبات داريم:

ماكزيمم كشش lb/in. in                                                      T=

مساحت موردنياز ۱ بلت: in^2                                                BA =

تنش وارد بر انكريت psi                                                       SB =

AB: مساحت دايره بلت

CB: محيط دايره بلت

M: ممان حاصل از باد يا زمين‌لرزه

N: تعداد انكربلت

SB: ماكزيمم تنش مجاز ماده سازنده بلت

 

W: وزن مخزن در حالت ايستاده

طراحي حلقه انكربولت : حلقه بايد به اندازه‌كافي بزرگ باشد تا زماني كه بر روي پي بتوني قرار مي‌گيرد مقدار نيروي مناسب را تحمل كند.ضخامت اين حلقه بايد به اندازه‌ كافي باشد تا بتواند تنش ايجاد شده در اثر نيروي باد يا زلزله را تحمل كند و براي اين از فرمول‌هاي زير استفاده مي‌كنيم:

ماكزيمم نيروي فشاري : ۱b/ in                                           Pc=

فاصله عرضي از حلقه:   in                                                            L=

ضخامت حلقه: in                                                                 tB = 0.321

تنش كششي: psi                                                                   S1=

تنش فشاري: psi                                                               S2 =

AR: مساحت حلقه

AS: مساحت بين SKIRT

Cs: محيط از قطر خارجي SKIRT

Fb : ضريب اطمينان نيرو و بتن (جدول E)

L1 : in

L1L2: in

M: ممان تا پايه

 

W: وزن مخزن در شرايط عادي يا تست

طراحي انكربولت‌ها همراه حلقه آن‌ها:

براي طراحي در اين شرايط ضخامت حلقه موردنظر است. بنابراين بايد تنش‌هاي وارد بر حلقه را به‌دست آوريم. هنگامي كه يك مخزن تحت نيروي باد يا زلزله قرار مي‌گيرد در قسمت و طرفي كه در مقابل باد قرار مي‌گيرد تنش كششي در حلقه فولادي ايجاد مي‌شود و در طرف ديگر تنش فشاري در فونداسيون بتني بيش‌تر مي‌شود. اين هم واضح است كه سطح بلت‌ها محل قارگيري آن‌ها به هم وابسته‌اند اگر سطح بلت‌ها  افزايش يابد سطح حلقه كاهش مي‌يابد پس با هم نسبت عكس دارند. با روش طراحي كه در زير مي‌آيد مي‌نيمم مقدار سطح انكربلت‌ها بر اساس سطح حلقه داده شده است و چون مقاومت فولاد و بتن با هم متفاوت است بنابراين محور مركزي بر مركز SKIRT منطق نمي‌شود

nasimadmin بدون دیدگاه

پروسه های انجام تعمیرات مبدل حرارتی پوسته و لوله

تعمیرات و نگهداری مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل تمیز کردن باندل تیوب های داخلی و تمیز کردن پوسته خارجی می باشد که این امر به صورت پروسه ای چهار مرحله ای و به شرح زیر انجام می شود:

خارج کردن تیوب باندل

انتقال تیوب باندل

تمیز کردن تیوب باندل

جا زدن تیوب باندل

یکی از رایج‌ترین ایرادات در عملکرد مبدل حرارتی رسوب گذاری بیش از حد می باشد. رسوب گذاری به ته نشین شدن رسوبات جامد محلول در سیال داخل لوله که به صورت پوسته پوسته شکل می‌گیرد اطلاق می‌شود. این موضوع به کاهش ضریب انتقال حرارت و در نتیجه عملکرد بدتر مبدل حرارتی میشود.عملیات نگهداری مبدل حرارتی دارای پروسه های زیر می باشد: 

۱- پروسه بیرون کشیدن تیوب باندل

دستگاه بیرون کشنده تیوب باندل یا bundle Puller برای جدا کردن تیوب باندل از پوسته آن انجام می‌پذیرد و نیاز به ماشین آلات مخصوصی به نام Aerial tube bundle extractor وجود دارد که تیوب باندل را در هوا به صورت معلق از داخل پوسته بیرون می کشد. معمولاً این دستگاه ها توسط جرثقیل سقفی قابل حمل هستند و کوچکترین سایز آن ها تا وزن ۵ تن توانایی حمل بار را دارد و وزن خود آن نیز ۱۶۰۰ کیلوگرم می باشد و بزرگترین آنها می‌تواند تا ۱۰۰ تن وزن را تحمل کند و برای تیوب باندل های بزرگ مناسب می باشد. قدرت کشش این دستگاه ها بسته به سایز مبدل حرارتی متفاوت می باشد.

۲- پروسه انتقال تیوب باندل

پروسه انتقال تیوب باندل توسط دو متد متفاوت قابل انجام است که بستگی به ارتفاع محلی که مبدل حرارتی در آنجا قرارداده شده دارد. برای ارتفاع های زیاد انتقال باید ابتدا توسط جرثقیل هایی انجام پذیرد و سپس با استفاده از دستگاههای straddle carrier از محل خارج شود. این دستگاه عمل انتقال تیوب باندل را راحت تر می نماید زیرا دیگر نیازی به جرثقیل های محوری برای تنظیم موقعیت تیوب باندل و گیر نکردن آن به پوسته وجود ندارد. این دستگاه ها قابلیت انتقال بار تا وزن بیستون را دارا می باشد همچنین از قوانین جاده‌ای نیز پیروی می کند.برای ارتفاع های پایین تر بهتر است که تیوب باندل بر روی کامیون قرار داده شود.

۳-پروسه تمیز کاری تیوب باندل

فرایند تمیز کاری تیوب باندل شامل تمیزکاری مکانیکی با استفاده از دستگاه های رسوب زدا با فشار بالا و سپس متدهای تمیزکاری شیمیایی با استفاده از محلول های رسوب زدا انجام می پذیرد. 

۴- فرایند جاگذاری تیوب باندل در داخل پوسته

پس از انجام مراحل تمیز کاری بر روی تیوب باندل ، باید دوباره به داخل پوسته برگردانده شود. این کار باز هم توسط دستگاه‌های aerial bundle extractor انجام می پذیرد. آخرین مرحله جازدن تیوب باندل در داخل پوسته را میتوانید در کلیپ زیر مشاهده فرمایید. 

nasimadmin بدون دیدگاه

نکات بازرسی مبدل حرارتی هواخنک

مبدل های حرارتی هوا خنک که گاهی اوقات از آنها به عنوان کولرهای هوایی هم یاد می شود. در پالایشگاه ها،پلنت های پتروشیمیایی پلنت های پالایش گاز کمپرسور خانه ها نیروگاه های برق و دیگر تاسیسات مورد استفاده قرار می گیرد. مبدل های حرارتی هوا خنک برای فرایندهای خنک کاری و یا کندانس کردن مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فرآیندها اغلب بسیار حیاتی برای فعالیت پلنت هستند. عدم کارکرد درست مبدل هوا خنک می‌تواند باعث از کار افتادن و یا کار کردن در پایینترین ظرفیت ممکن پلنت شود و این امر به معنی هزینه های بسیار زیاد و ضرر مالی می باشد.

در این مقاله به عملکرد مبدل های هوا خنک می پردازیم و اجزای حیاتی آنرا که در صورت خراب شدن باعث کم شدن ظرفیت خنک‌کاری میشوند به همراه روش هایی برای افزایش عمر این نوع مبدل ها ارائه می‌کنیم.اصول عملکرد یک مبدل هوا خنک بسیار ساده است. سیال داغ به یکی از ورودی‌های مبدل حرارتی وارد شده و در داخل تیوب ها جریان پیدا می کند در حالیکه هوای محیط دور تا دور و در میان جریان دارد که معمولاً این نوع تیوب ها دارای سطح فین دار می باشد. گرما در طی این فرآیند به هوا منتقل می‌شود که باعث خنک شدن سیال داغ می گردد و هوای داغ نیز به درون فضای بیرون تخلیه می شود که این امر معمولاً توسط فن های مکش انجام میپذیرد. 

images

با وجود اینکه چنین مفهوم عملکردی بسیار ساده است، حفظ عملکرد بهینه مبدل حرارتی هوا خنک به دقت بسیار زیادی نیاز دارد.اندازه این واحدها بسیار متنوع هستند. از واحدهای خیلی کوچک نظیر رادیاتور خودرو یا رادیاتور کامیون گرفته تا اندازه های بسیار بزرگ نظیر کندانسورهای وکیوم بخارتایپ A . به همین جهت بهینه سازی مبدل های هوا خنک موجود می تواند با رویکردهای متفاوتی انجام پذیرد.

در موارد مطرح شده در این مطلب بهینه سازی محدود به آن مبدل های حرارتی هوا خنکی می شود که در پالایشگاه ها، پلنت های شیمیایی یا نیروگاه های برق و تحت استاندارد api661 کار میکنند.دو نوع اصلی مبدل های حرارتی هوا خنک در پلنت های پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد: 

۱- جریان دمشی (Forced draft) :  که در آن یک فن در زیر باندل فرآیندی قرار دارد و هوا به صورت اجباری در میان تیوب ها دمیده می شود.

۲- جریان مکشی (Induced draft) که در آن فن در بالای باندل فرآیندی قرار دارد و هوا از میان تیوب ها مکیده میشود.

images

یک مبدل هواخنک رایج از اجزای زیر تشکیل شده است: یک یا تعدادی از باندل های سطح انتقال حرارت که شامل تیوبهای فین دار یا تیوب های معمولی می شود توسط هدر ها به یکدیگر متصل شدند. یک تجهیز به حرکت دراورنده هوا نظیر فن آکسیال یا یک بلوئر یا یک دودکش به جز در مواردی که جریان طبیعی است، یک موتور الکتریکی محرک فن و همچنین یک تجهیز انتقال قدرت نظیر تسمه یا گیربکس برای به چرخش درآوردن تجهیز دمنده هوا نیاز است. مقداری فضا بین باندل ها و تجهیز به حرکت در آورنده هوا یک سازه حمایتی که به اندازه کافی بلند باشد تا اجازه دهد هوا با سرعت مناسبی وارد قسمت زیرین مبدل هوا خنک شود یک فضای جداگانه برای تعمیرات یک خروجی اضافی جهت کنترل دمای سیال خروجی داکت هایی جهت به چرخش درآوردن و جلوگیری از یخ زدن یا جامد شدن سیالات در هوای سرد. استفاده از یک فن با محرک فرکانس متغیر جهت کاهش مصرف برق و کنترل دما هدرها سیال را از پایپینگ منبع به سمت تیوبهای فین دار هدایت می‌کند. برای اغلب کاربردها یک هدر با طراحی پلاک باکس برای باندل تیوب درنظر گرفته میشود.  در صورتی که قسمت داخلی هدر قابل دسترس باشد، نیاز است که طراحی کاور پلیت مدنظر قرار گیرد. با اینکه این روش گران‌تر است اما به طور کامل اجازه دسترسی به داخل هدرها را برای تمیزکاری و بازرسی می دهد.

images

تعمیرات و نگهداری روتین قابلیت اعتماد و عملکرد گرمایی هر مبدل حرارتی هواخنک بستگی به این موضوع دارد که اجزای مکانیکی آن با چه کیفیتی مورد تعمیرات و نگهداری قرار گرفته‌اند. شکل شماره ۵ نحوه قرارگیری بخش‌های مختلف مکانیکال یک مبدل حرارتی هوا خنک را نشان میدهد اجزای مبدل هوا خنک بسیار رایج هستند معمولاً هر مجموعه مبدل دارای ۱ تا ۳ فن برقی هستند. بیشتر مبدل های هوا خنک دارای یک کاهش دهنده سرعت هستند که معمولاً شامل یک تسمه V شکل یا یک گیربکس زاویه دار می باشد.یک سیستم رانش تسمه ای دارای ۴ بیرینگ می باشد که نیاز به روغن کاری دارند دو عدد بیرینگ موتور و دو عدد بیرینگ فن. جهت خنک کاری این برینگ ها معمولاً مداری از روغن به آنها متصل است که عملیات خنک کاری روغن را انجام میدهد سازندگان معمولاً پیشنهاد می دهند که بیرینگ ها توسط گریس یک بار در ماه و درحالیکه مجموعه در حال کار است روانکاری شوند. جهت بررسی عملکرد صحیح مبدل هوا خنک نیاز است که کشش تسمه به صورت ماهانه و با دقت چک شود که این فاصله معمولاً هر شش هفته می باشد. مواردی که باید در تسمه بررسی شود شامل کشش مناسب خوردگی فرسودگی و یا خلل و فرج در داخل ان میباشد. مورد بعدی که باید بررسی شود فن ها هستند که در مراحل زیر به آنها می پردازیم: ۱.  به صورت دیداری هرکدام از پره ها و دایره داخلی فن را چک کنید و به دنبال اثری از ترک ،ساییده شدن و یا فرسودگی بیش از حد باشید. ۲. تمامی پیچ و مهره ها و بولت هایی که روی مجموعه بسته شده بخصوص بولتهای نگهدارنده تیغه ها را از نظر گشتاور مناسب چک کنید. ۳. تیغه ها را از نظر فاصله مناسب که در دیتاشیت مبدل هوا خنک ذکر شده است چک کنید. ۴. حتما چک کنید که تیغه ها در یک صفحه در فضا در حال گردش باشند و از نظر فیزیکی در یک صفحه قرار داشته باشد یا کج نشده باشند.  ۵. حتماً چک کنید که نوک فن ها دارای لقی مناسبی که مطابق با محدودیتهای استاندارد است باشند تا مشکلی از نظر ساییدگی یا کشیده شدن به دیواره محفظه فن نداشته باشد. 

nasimadmin بدون دیدگاه

معرفی مبدل حرارتی هواخنک

مبدل حرارتی سرمایش با هوا، از هوا به عنوان سیال خنک کننده استفاده می کند تا یک سال دیگر را که به آن فرایندی » گفته می شود و داخل لوله ها جریان دارد، خنک کند. به این منظور از «فن ، برای به حرکت در آوردن هوا و عبور آن از روی لوله ها استفاده میشود. فنها می توانند در دو نوع «دمشی» و «مكشی» بر روی مبدل نصب شوند. چون هوا سیالی با ضریب رسانش بسیار کوچک است (نسبت به سیالاتی مانند آب)، بنابراین باید برای بهبود انتقال حرارت از لوله های پره دار استفاده شود. از طرفی گرمای ویژه آب در حدود چهار برابر هوا و چگالی آن در دما و فشار اتمسفر در حدود ۸۰۰ برابر هواست و لذا برای یک بار حرارتی مشخص و افزایش دمای مشخص سمت سیال خنک کننده، جرم هوای مورد نیاز برای استفاده به عنوان سیال خنک کننده چهار برابر جرم آب مورد نیاز به عنوان سیال خنک کننده و حجم هوای مورد نیاز ۳۲۰۰ برابر حجم آب خواهد بود.

همین موضوع نشان می دهد مبدل های سرمایش با هوا نسبت به مبدل های مشابهی که از آب استفاده می کنند، باید حجم بزرگتری داشته باشد.در شکل (۱۷) انواع معمول آرایش های مبدل سرمایش با هوا نشان داده شده است. رایج ترین آرایش، نوع افقی است. نوع عمودی از نظر فضای اشغال شده روی زمین باعث صرفه جویی میشود، ولی به شدت تحت تاثیر جهت وزش باد غالب است و در کل از نوع عمودی بیشتر در واحدهای صنعتی کوچک استفاده می شود. دو نوع دیگر این مبدل، نوع A یا سقفی و نوع ، فضایی در حدود نصف فضای مبدل افقی اشغال می کنند. نوع A رایج تر بوده و بیشتر در کاربردهای چگالش بخار استفاده میشود.

استاندارد طراحی مبدل حرارتی هوا خنک

همان نقشی که استاندارد TEMA در طراحی و ساخت مبدل های لوله پوسته دارد، استاندارد API 660 موسسه ی نفت آمریکا در طراحی و ساخت مبدل های سرمایش با هوا ایفا میکند. این استاندارد همانند TEMA در برخی قسمت ها به استاندارد ASME رجوع میکند.

مزایا و معایب مبدل سرمایش با هوا

مزایا و معایب مبدل سرمایش با هوا در مقایسه با مدل هایی همانند لوله پوسته که از آب به عنوان سیال خنک کننده استفاده می کنند، به شرح زیر است:

برخلاف آب، هوا سیالی همیشه در دسترس است. در مناطق بیابانی که دسترسی به آب فراوان دارد، بهترین گزینه استفاده از مبدل سرمایش با هوا است؛

تجهیزات جانبی نظیر لوله کشی و سیستم پمپاژ که برای آب مورد نیاز است در مبدل های سرمایش با هوا وجود ندارد که این خود باعث کاهش هزینه می شود؛

برخلاف آب ، هوا سیال رسوب گذاری نیست و اغلب نیازی به تمیزکاری سطح بیرونی لوله ها که درمعرض هوا قرار دارند، وجود ندارد؛

گاهی پساب حاصل از مبدل هایی که از آب استفاده میکنند سبب ایجاد آلودگی های حرارتی و حتی شیمیایی در محیط می شوند، ولی هوا این مشکلات را ندارد؛

از آنجا که هوا سيالی خورنده نیست در نتیجه انتخاب جنس لوله ها بستگی به سیال فرایندی دارد ولی در مورد مبدل هایی که از آب به عنوان خنک کننده استفاده میکنند این طور نیست و خاصیت  خورندگی آب در انتخاب جنس لوله ها موثر است؛

هزینه ی تعمیر و نگهداری مبدل های سرمایش با هوا در حدود ۲۵ درصد سیستم های با سیال آب است .

معایب مبدل حرارتی سرمایش با هوا

ضريب رسانش، چگالی و ظرفیت گرمایی هوا بسیار کوچکتر از مقدارهای متناظر برای آب است و این باعث می شود برای یک بار حرارتی مشخص، مبدل سرمایش با هوا حجم بسیار بیشتری اشغال نماید؛

لوله های مبدل سرمایش با هوا باید پره دار باشند که این مساله باعث افزایش قیمت لوله ها و دشواری ساخت آنها می شود؛

فن ها تجهیزاتی پر سروصدا هستند و باعث آلودگی صوتی محیط اطراف میشوند؛

هزینه ی ساخت مبدل سرمایش با هوا دو تا چهار برابر هزینهی مبدل لوله پوستهی متناظر است؛

مبدل سرمایش با هوا نمی تواند نزدیک موانعی همانند درخت و ساختمان که جلوی گردش هوا را می گیرند، قرار داشته باشد.

nasimadmin بدون دیدگاه

کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله درهیدرولیک

مبدل های حرارتی ، به خصوص مبدل حرارتی پوسته و لوله از تجهیزات بسیار پرکاربرد در صنایع فرایندی محسوب می شوند. این نوع مبدل حرارتی به دلیل مقرون به صرفه بودن و هزینه های عملیاتی پایین نسبت به دیگر انواع مبدل حرارتی، از محبوبیت بیشتری در صنایع مختلف برخوردار است. گروه صنعتی نسیم مبدل تولیدکننده انواع مبدل حرارتی ، یکی از برندهای نام آشنا در این عرصه می باشد و همکاران ما در این مجموعه همواره در تلاش بوده اند بهترین و مقرون به صرفه ترین راه حل ها را به مشتریان گرامی ، ارائه نمایند . در این مقاله به کاربردهای مبدل حرارتی پوسته و لوله در صنایع مختلف می پردازیم.

یکی از کاربردهای اصلی مبدل حرارتی پوسته و لوله، ایفای نقش در سیستم خنک کاری سیستمهای هیدرولیک صنعتی می باشد . اجزای اصلی یک سیستم هیدرولیک پایه عبارتند از: پمپ، شیر و سیلندر هیدرولیک. پمپ مقدار کمی از توان مکانیکی را به توان هیدرولیک تبدیل می‌کند، شیر جریان روغن هیدرولیک را کنترل می‌کند و سیلندر هیدرولیک توان هیرولیک را به مقدار بزرگی از توان مکانیکی تبدیل می‌کند. گرمایش سیال هیدرولیک حین کار توسط ناکارآمدی‌ها رخ می‌دهد. ناکارآمدی‌ها منجر به اتلاف توان ورودی و تبدیل آن به حرارت می‌شود. بار گرمایی یک سیستم هیدرولیک برابر با کل اتلاف توان از طریق ناکارآمدی‌ها می‌باشد. اگر کل اتلاف توان ورودی به حرارت بزرگ‌تر از گرمای از دست رفته باشد، سیستم هیدرولیک در نهایت بیش از حد گرم خواهد شد. ظرفیت خنک‌کاری نصب شده وابسته به نوع سیستم هیدرولیک معمولاً بین ۲۵ تا ۴۰ درصد توان ورودی می‌باشد. دمای سیال هیدرولیک نباید از ۸۲°C بیش‌تر شود. در دماهای بالاتر، سیال ممکن است شروع به تخریب شدن کند، و گران‌روی برای روان‌کاری قابل اطمینان پمپ و اجزای موتور بسیار پایین بیاید. بسیار مهم است که سیال تمیز بماند، پایین‌تر از ۸۲°C بماند، و حاوی آب نباشد (کم‌تر از ۱۵۰ ppm) تا عمر طولانی روغن تضمین شود.نکات مهم:• دمای کاری در اکثر کاربردهای صنعتی حدود ۶۰°C می‌باشد.• در دماهای کاری بالاتر از ۸۵°C فرایند اکسیداسیون تسریع می‌شود.• پایداری اکسیداسیون واکنشی شیمیایی است که با ترکیبی از روغن و اکسیژن رخ می‌دهد.• هر ۱۰°C افزایش دما بالاتر از ۶۰°C، آهنگ اکسیداسیون را دو برابر می‌کند و عمر روغن را نصف می‌کند.دستگاههای تزریق پلاستیکیک ماشین قالب‌گیری تزریقی، که به آن پرس تزریقی نیز می‌گویند، ماشینی برای تولید محصولات پلاستیکی با فرایند قالب‌گیری تزریقی می‌باشد. ماشین شامل دو قسمت اصلی است، یک واحد تزریق و یک واحد نگه‌دارنده. ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی عمدتاً بر اساس نوع سیستم محرکی که استفاده می‌کنند، تقسیم‌بندی می‌شوند: هیدرولیکی، مکانیکی، الکتریکی، یا هیبریدی. ماشین‌های هیدرولیکی رایج‌ترین نوع در اکثر قسمت‌های جهان است.قسمت دیگری از ماشین‌آلات پلاستیک که از نظر کنترل دما حساس می‌باشد، ابزاری است که قطعه‌ی پلاستیکی را می‌سازد. در تأسیسات بزرگ‌تر، آب خنک‌کن که برای سرمایش ابزار استفاده می‌شود، به صورت مرکزی با برج خنک‌کن یا ایستگاه چیلر خنک می‌شود.دستگاههای تزریق پلاستیکتولید پاورپکهای صنعتیپاورپک‌های هیدرولیک دستگاه‌هایی خودمتکی هستند (در مقابل سیستم داخل ماشین‌آلات هیدرولیک). بعضی از پاور‌پک‌ها بزرگ و ثابت هستند و برخی قابلیت حمل دارند. اجزای آن شامل یک مخزن هیدرولیک که سیال را نگه‌داری می‌کند، رگولاتورهایی که به کاربر اجازه‌ی کنترل مقدار فشاری که پاورپک به شیر می‌دهد، خطوط تأمین و خطوط آزادسازی فشار، یک پمپ و یک موتور برای توان‌دهی به پمپ می‌باشد.پاورپک‌های هیدرولیک معمولاً امکان انتخاب اتّصالات شیر را می‌دهند، که به کاربر اجازه‌ی اتّصال آن‌ها به یک شیر یا شیرهای کنترلی برای توان‌دهی به انواع ماشین‌ها را می‌دهد. پاورپک توان هیدرولیک را از طریق یک شیر کنترلی برای کار ماشینی دیگر تأمین می‌کند.تولید پاورپکهای صنعتی پرسهای هیدرولیکپرس هیدرولیک ماشینی است که با استفاده از سیلندر هیدرولیک، یک نیروی فشاری ایجاد می‌کند؛ و از معادل هیدرولیکی اهرم مکانیکی استفاده می‌کند. پرس هیدرولیک وابسته به اصل پاسکال می‌باشد: فشار درون یک سیستم بسته ثابت است. یک قسمت از سیستم پیستونی است که به عنوان یک پمپ کار می‌کند، با یک نیروی مکانیکی متوسط که به یک سطح مقطع کوچک وارد می‌شود. قسمت دیگر پیستونی با سطح بزرگ‌تر است که یک نیروی مکانیکی بزرگ تولید می‌کند. اگر پمپ از سیلندر پرس جدا باشد، فقط به لوله‌های با قطر کوچک نیاز است (که فشار را راحت‌تر تحمّل می‌‌کنند). هر پیستونی که به داخل هل داده شود، سیالی مانند روغن را جابه‌جا می‌کند. برای مقدار معینی از جابه‌جایی، پیستون کوچک مقدار حجم کم‌تری نسبت به پیستون بزرگ جابه‌جا می‌کند، که متناسب با نسبت مساحت سر پیستون‌ها می‌باشد. به این ترتیب قانون پایستگی انرژی رعایت می‌شود. کار حاصلضرب نیرو در جابه‌جایی است، و از آن‌جایی که نیرو روی پیستون بزرگ‌تر افزایش می‌یابد، مسافتی که نیرو در آن اعمال می‌شود باید کاهش یابد.پرس‌های هیدرولیک معمولاً برای آهنگری (فورج) قطعات فلزی، و نیز شکل‌دهی ورق‌های فلزی به کار می‌روند.پرسهای هیدرولیکماشین آلات معدندر معدن‌ها به ماشین‌آلات سنگین برای اکتشاف و توسعه نیاز است، برای کندن و انباشت روباره، برای شکستن و کندن سنگ‌هایی با سختی و چقرمگی متفاوت، برای فراوری سنگ معدن و تلاش‌های آبادسازی پس از بستن معدن. بولدوزرها، مته‌ها، مواد انفجاری و کامیون‌ها همگی برای حفاری زمین ضروری هستند. کارخانه‌های فراوری از خردکن‌ها، آسیاب‌ها، راکتورها، روسترهای بزرگ و دیگر تحهیزات برای یک‌دست‌سازی مواد معدنی غنی و استخراج ترکیبات و فلزات مورد نظر از سنگ معدن استفاده می‌کنند. ماشین آلات معدنماشین سازانماشین ابزار دستگاهی برای ماشین‌کاری فلزات یا دیگر مواد صلب، معمولاً با برش‌کاری، بورینگ، سنگ‌زنی یا دیگر شکل‌های تغییر شکل می‌باشد. ماشین‌های ابزار از نوعی ابزار استفاده می‌کنند که برش‌کاری یا شکل‌دهی را انجام می‌دهد. تمامی ماشین‌های ابزار روش‌هایی برای مهار قطعه‌کار دارند و حرکت هدایت شده قطعات ماشین را فراهم می‌کنند. بنابراین حرکت نسبی بین قطعه کار و ابزار برش (که مسیر ابزار نامیده می‌شود) به وسیله‌ی ماشین تا حدودی کنترل یا مهار می‌شود. امروزه توان ماشین‌های ابزار معمولاً به صورت هیدرولیکی یا الکتریکی تأمین می‌شود. ماشین سازانسیستم‌های هیدرولیک دریاییامروزه سفر دریایی بدون هیدرولیک قابل تصور نیست. سیستم‌های محرک هیدرولیک برای توان‌دهی به واحدهای عملیاتی ضروری در کشتی‌ها استفاده می‌شوند. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای تیتانیمی خنک‌کننده‌های بی‌نقصی هنگام استفاده از آب دریا به عنوان محیط خنک‌کننده می‌باشند.کاربردهای زیادی روی عرشه وجود دارد، مانند: وینچ‌ها، جرثقیل‌ها، محرک‌های رانشگر و پروانه، درهای سینه و پاشنه‌ی کشتی، لیفت‌ها، پمپ‌های واترجت و کارگو.

nasimadmin بدون دیدگاه

طراحی حرارتی و هیدرولیکی

طراحی حرارتی و هیدرولیکی مبدل های حرارتی شامل تعیین مقدار انتقال حرارت و ارزیابی افت فشار یا سایزینگ مبدل است .

طراحی حرارتی

طراحی حرارتی شامل تعیین ساده ضرایب انتقال حرارت سیال دو طرف برای بدست آوردن ضریب انتقال حرارت در حالت بدون جرم گرفتگی (U) است. با در نظر گرفتن مقداری منطقی برای ضریب جرم گرفتگی، ضریب انتقال حرارت کلی به دست می آید که با توجه به آن و استفاده از معادله ، سطح مورد نیاز مشخص خواهد شد .

برای طراحی حرارتی یا پیش بینی عملکرد یک مبدل حرارتی ، بایستی روابطی بین نرخ انتقال حرارت کلی و کمیت هایی مانند دماهای ورودی و خروجی سیال ، ضریب انتقال حرارت کلی و مساحت سطح انتقال حرارت به دست آورد که می توان با اعمال موازنه انرژی کلی برای دو سیال ، دو رابطه به دست آورد. مثلا اگر q نرخ کلی انتقال حرارت بین سیال گرم و سرد باشد و انتقال حرارت بین مبدل حرارتی و محیط و تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل ناچیز باشد ، با اعمال موازنه انرژی ، نتیجه می شود :

که در آن h آنتالپی سیال است ، اندیسهای h,c اشاره به سیال سرد و گرم دارند در حالی که i,o شرایط خروجی و ورودی را مشخص می کنند . اگر در هیچ یک از سیالات تغییر فازی رخ ندهد و گرمای ویژه ثابت فرض شود ، روابط فوق به صورت زیر در می آیند :

دمای ظاهر شده در این معادلات ، دمای متوسط در مقاطع مربوطه اند . معادله انتقال حرارت را می توان به صورت زیر نیز نشان داد که در آن اختلاف دمای متوسط در طول مبدل جایگزین اختلاف دمای سیال گرم و سرد در یک مقطع می شود : (  اختلاف دمای متوسط در طول مبدل است)

طراحی هیدرولیکی :   همانطور که ذکر شد طراحی هیدرولیکی شامل ارزیابی افت فشار و سایزینگ مبدل است . دلیل عمده افت فشار در مبدل های حرارتی ، اصطکاک ناشی از جریان  سیالات درون لوله و پوسته مبدل است. اصطکاک ناشی از انبساط و انقباض ناگهانی و یا معکوس شدن جهت جریان نیز موجب افت فشار می شود. تغییرات بوجود آمده در کلگی و انرژی جنبشی نیز می تواند بر افت فشار موثر باشد ولی این تاثیرات نسبتا کوچک است و می توان در اغلب محاسبات طراحی از آنها صرف نظر کرد.

الف- مسائل مربوط به طراحی حرارتی مبدل حرارتی   از نقطه نظر آنالیز کمی، مسائل متعددی در مورد طراحی مبدل حرارتی وجود دارد. مسائل دسته بندی و اندازه بندی دو مورد از ساده ترین و مهم ترین این مسائل هستند

مسئله دسته بندی : تعیین انتقال حرارت و عملکرد افت فشار مبدل موجود یا مبدلی که از قبل اندازه های آن تعیین شده است را rating problem می گویند. ورودی های مربوط به نسبت مسئله عبارتند از : ساختار مبدل حرارتی، آرایش جریان ، ابعاد طراحی، جزئیات کامل مواد و هندسه سطح در هر دو طرف ، از جمله مشخصات افت فشار و انتقال حرارت اسکالر ، نسبت های جریان سیال، دماهای ورودی و عوامل رسوب گیری . دمای خروجی سیال، نسبت انتقال حرارت و افت فشار در هر طرف مبدل حرارتی هم باید مد نظر قرار داده شوند. مسئله دسته بندی را گاهی اوقات تحت عنوان عملکرد یا مسئله شبیه سازی می شناسند.  

مسئله اندازه بندی : در مفاد کلی و گسترده، طراحی مبدل حرارتی جدید به معنای انتخاب و تعیین انواع ساختار مبدل ، آرایش جریان، انتخاب مواد سازنده پره ها و صفحه ها و اندازه فیزیکی مبدل برای برآوردن انتقال حرارت تعیین شده و افت فشار مجاز است. به هر حال در مسئله اندازه بندی برای یک مبدل حرارتی با سطوح پره دار ، باید به تعیین اندازه های فیزیکی (اعم از طول، پهنا، ارتفاع و سطح مقطع هر طرف) مبدل حرارتی پرداخته شود و در مورد مبدل های پوسته و لوله ، موضوع اندازه بندی به تعیین نوع پوسته ، قطر و طول ، تعداد و قطر لوله ها ، طرح بندی لوله ، آرایش گذرها ( مسیر عبور لوله ها ) و موارد مشابه اطلاق می شود .

ب- روش های اساسی طراحی حرارتی و هیدرولیکی   بر اساس تعداد متغیرهای مربوط با آنالیز مبدل حرارتی ، گروه های وابسته و مستقل بدون بعد فرمول بندی می شوند. روابط بین گروه های بدون بعد یا اسکالر برای آرایش های مختلف جریان تعیین می شوند.بر اساس انتخاب گروه های بدون بعد ، از چند روش برای طراحی استفاده شده است. این شیوه ها شامل   ε-NTU، p-NTU، فاکتور تصحیح MTD و سایر شیوه ها می باشند. همانگونه که در شکل۱ نشان داده شده است؛ ورودی های به فرآیند حرارتی و هیدرولیکی عبارتند از انتقال حرارت سطحی و مشخصات سایش جریان ،        ویژگی های هندسی ، ویژگی های ترموفیزیک سیالات و مشخصات طراحی و پروسه .

ج-  مشخصات اساسی سطح   مشخصات اساسی سطح برای هر طرف سيال را با j یا Nu و f نشان می دهند. همچنین ضریب انتقال حرارت با h ، افت فشار با ، نسبت جریان جرم سیال که با ، سرعت جرم سیال با G نشان داده می شود. مشخصات دقیق و معتبر اساسی سطح یک ورودی کلیدی برای طراحی حرارتی و هیدرولیک مبدل محسوب  می شود.

د- مشخصات هندسی سطح   برای آنالیز انتقال حرارت و افت فشار، حداقل مشخصات هندسی سطح انتقال حرارت مورد نیاز برای هر کدام از وجه های یک مبدل حرارتی دو سیالی ، عبارت است از : مینیمم مساحت عاری از جریان ، سطح جلویی مرکزی  Afr و مساحت سطح انتقال  Aگرماکه شامل مساحت دو قسمت اصلی و پره ها ، قطر هیدرولیکی Dh و طول جریان L است. این کمیت ها با اتخاذ سطح انتقال حرارت و هسته محاسبه می شوند. برای قسمت پوسته  مبدل حرارتی پوسته و لوله ، مساحت گذرگاهای گوناگون جریان هم مورد نیاز است.

ه- مشخصات ترموفیزیکی   برای طراحی حرارتی و هیدرولیکی ، مشخصات ترموفیزیکی زیر برای سیالات مورد نیاز است : ویسکوزیته دینامیکی μ، دانسیتهρ ، حرارت ویژه cp و ضریب هدایت حرارتی  k. برای دیوار، ضریب هدایت حرارتی مصالح بکار رفته و گرمای ویژه آن ها نیز مورد نیاز می باشد .

nasimadmin بدون دیدگاه

بررسی کاربردی مبدل های پوسته و لوله براساس استاندارد TEMA

طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله معمولا براساس استانداردهای ارایه شده توسط انجمن سازندگان مبدل حرارتی آمریکا TEMA انجام می شود. براساس این استانداردها، ۳ بخش بسیار مهم برای طراحی مبدلهای پوسته ولوله وجود دارد.

۱-    هدر انتهایی جلو

۲-    پوسته

۳-    هدر انتهایی پشت

انتخاب های موجود برای هریک از این سه بخش، جدول زیر را برای انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله به وجود می آورد :

دیگر بخش های کوچکتر را میتوانید در لینک (دیاگرام تفصیلی مبدل حرارتی پوسته و لوله و در کنار جزییات منطبق بر استاندارد TEMA مشاهده نمایید . 

انواع مبدل های حرارتی پوسته ولوله

مدلهای مختلفی از مبدل های حرارتی را میتوان به سادگی و تنها با ترکیب انواع مختلفی از هدرهای ابتدایی و انتهایی آن بدست آورد.

علاوه براین، بسته به اینکه چطور تیوب باندل به کاورهای جلویی و عقبی متصل و فیکس میشود، ما سه نوع ساختار مبدل حرارتی پوسته و لوله داریم.

 

تیوب شیت فیکس شده

مبدل حرارتی با تیوب شیت فیکس شده تیوب های مستقیم دارد که در تیوب شیت های دو سمت،  ساپورت شده اند 

مهمترین مزیت مبدل حرارتی با تیوب شیت فیکس شده ، هزینه کمتر آن است زیرا ساختار ساده تری دارد. تیوب شیت فیکس شده ، اگر از اکسپنشن جوینت در آن استفاده نشود میتواند بعنوان ارزانترین نوع مبدل های حرارتی پوسته ولوله در نظر گرفت. اما همین امر اگر اختلاف دمای بین سیالات سمت پوسته و سمت لوله زیاد باشد، با اهمیت میشود زیرا باید از اکسپنشن جوینت استفاده کنیم. از دیگر مزایای استفاده از این نوع مبدل حرارتی، می توان به این امر اشاره کرد که در مبدل های حرارتی با تیوب شیت فیکس، تیوبها به راحتی و با بازکردن کاور چنل یا بونت ، قابل تمیز شدن هستند. علاوه بر این ، عدم وجود جوینت های فلنجی می تواند به کمتر کردن نشتی سیال سمت پوسته کمک کند. یکی از نقاط ضعف این نوع مبدل‌ها، این است که سطح بیرونی تیوبها قابل تمیزکاری مکانیکی نیست  زیرا تیوب باندل به پوسته فیکس شده است. به همین دلیل در مبدل های حرارتی با تیوب شیت فیکس، نیازبه یک سیال تمیز داریم که در سمت پوسته جریان یابد. اگر قرار باشد از سیال کثیف در سمت تیوب استفاده کنیم، این نوع مبدل حرارتی بسیار مناسب می باشد.

مبدل حرارتی از نوع U

همانطور که از نامش پیداست ، این نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله به شکل U ( یو انگلیسی ) است. تنها یک تیوب شیت در این نوع مبدل وجود دارد. تمام تیوب ها از نیمه بالایی این تیوب شیت شروع شده و یک نیم دور U شکل را در داخل پوسته کامل کرده و به نیمه پایینی تیوب شیت برمیگردند. همانطور که در دیاگرام زیر نشان داده شده است :

مزیت مبدل های U این است که تیوبها می توانند به صورت آزاد انبساط پیدا کنند زیرا در انتها به شکل یو هستند و به راحتی در داخل پوسته معلق هستند. در نتیجه یک مبدل حرارتی U شکل، برای موقعیتهایی که اختلاف دمایی زیادی بین سیالات پوسته و لوله وجود دارد گزینه مناسب تری است. اما این شکل U  کار را برای تمیزکاری مکانیکی تیوب ها سخت میکند. برای این نوع مبدلها نیز تنها تمیزکاری شیمیایی قابل انجام است. در نتیجه در کاربردهایی که سیال سرویس بسیار کثیف است و یا رسوبگذاری زیادی در سمت تیوب وجود دارد کمتر به کار میرود. این مبدل های حرارتی بسیار از نظر اقتصادی به صرفه هستند زیرا به اکسپنش جوینت نیاز نیست و تیوب باندل آزادانه می تواند انبساط یابد.  

مبدل حرارتی با سر معلق  ( floating head ) در این نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله، یک سر تیوب ها به صورت فیکس در داخل تیوب شیت متصل به پوسته ، نگه داشته شده و سر دیگر آن آزاد است که انتبساط یابد یا در اصطلاح “معلق” است.

به کمک این طراحی، این نوع از مبدل های پوسته و لوله می توانند از پس سیالات با اختلاف دمای زیاد سمت پوسته و سمت لوله برآیند زیرا تیوب ها آزادانه می توانند انبساط یابند. همچنین کاور سر معلق به راحتی قابل جداشدن است تا تمیزکاری مکانیکی درون تیوبها را تسهیل نماید. به همین جهت می توان برای سیالات سرویس دارای رسوب و یا سیالات کثیف در سمت پوسته نیز از این نوع مبدل حرارتی استفاده نمود. اما این نوع طراحی از نظر اقتصادی تقریبا گرانتر است .