nasimadmin بدون دیدگاه

هرآنچه در موردمبدل حرارتی لوله و پوسته باید بدانید

مبدل‌های حرارتی دستگاه‌هایی هستند که انرژی را به شکل گرما، از یک سیال عامل به سیال بعدی، خواه جامد، خواه مایع و یا گاز باشد. این دستگاه‌ها برای خنک سازی، تولید برق، HVAC و غیره ضروری هستند و شکل ها و اندازه‌های زیادی دارند که هم می‌توانند گرما را به سیال انتقال دهند و هم آن را از سیال بگیرند. درک اینکه چه چیزی یک مبدل حرارتی را از دیگری منحصر به فرد می‌سازد، اغلب دشوار است، بنابراین این مقاله به شما کمک خواهد کرد تا دانش مقدماتی در مورد یکی از محبوب‌ترین مبدل‌های حرارتی، یعنی نوع پوسته و لوله به دست آورید. هدف این مقاله این است که نشان دهد مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله چه هستند، چگونه کار می‌کنند، چه انواعی دارند، و چگونه در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. ​

مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله چه هستند؟

​​​​​​​​

شکل ۱: یک مبدل حرارتی پوسته و لوله معمولی.

تمام مبدل‌های حرارتی براساس یک اصل ساخته شده‌اند، یعنی یک سیال گرم که در اطراف یک سیال سردتر جریان دارد، گرمای خود (‏و در نتیجه انرژی آن)‏را در جهت جریان سرد انتقال می‌دهد (‏برای مرور قوانین ترمودینامیک، مقاله ما در مورد درک مبدل‌های حرارتی را بررسی کنید)‏. در مورد زمانی که برای اولین بار فرمان اتومبیل خود را در یک روز سرد می‌گیرید فکر کنید: در ابتدا تفاوت دما بین دست و فرمان زیاد است و می‌توانید احساس کنید چقدر سرد است؛ با این حال، اگر به نگه داشتن آن ادامه دهید، مقداری از گرما در دست تان توسط فرمان سرد جذب خواهد شد و آن را گرم می‌کند. این مثال یک روش شهودی برای درک اصول اساسی هر مبدل حرارتی است: دو سیال با دماهای مختلف را نزدیک به هم بگیرید و به آن‌ها اجازه دهید تا گرما را از طریق برخی موانع رسانا “تبادل کنند”. ​

به بیان ساده، مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، ابزاری هستند که دو سیال کاری را در تماس گرمایی با استفاده از لوله‌های قرار گرفته در داخل پوسته استوانه‌ای بیرونی قرار می‌دهند. این دو مسیر یکپارچه معمولا از فلزات رسانای گرمایی ساخته می‌شوند که انتقال حرارت راحتتر را ممکن می‌سازند (مس، ‏فولاد، آلیاژهای آلومینیوم و غیره)‏. لوله‌ها یک سیال را از ورودی تا خروجی خود حمل می‌کنند (‏جریان “سمت لوله”)‏، در حالی که پوسته یک سیال جداگانه را بر روی این لوله‌ها عبور می‌دهد (‏جریان “سمت پوسته”)‏. تعداد لوله‌ها، که به عنوان “تیوب باندل” یا “دسته لوله” شناخته می‌شوند، تعیین می‌کنند که چه مقدار از سطح تیوب در معرض جریان سمت پوسته قرار می‌گیرد، و بنابراین تعیین می‌کند که چه مقدار گرما منتقل می‌شود. این تجهیزات یکی از موثرترین روش‌های تبادل گرما هستند چون با متدهای راحتتری ساخته و تعمیر می‌شوند. تعمیرات مبدل حرارتی پوسته و لوله از نظر قیمت بسیار مقرون به صرفه می باشد. طراحی مبدل های شرکت نسیم مبدل به صورت فشرده هستند و انتقال حرارت عالی را فراهم می‌کنند. آن‌ها به طور گسترده ای در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند از جمله کندانسور ها، کولرهای توربین، تبخیر کننده‌ها، پیش‌گرمایش آب و بسیاری موارد دیگر

مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله چگونه کار می‌کنند؟

​​​​​​​​

شکل ۲ در بالا پیکربندی معمول مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله را نشان می‌دهد. همانطور که قبلا توضیح داده شد، نکته اساسی در مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، عبور یک سیال داغ از میان یک سیال سرد بدون مخلوط کردن آن‌ها است، به طوری که تنها گرمای آن‌ها منتقل شود. نمودار بالا دو ورودی و دو خروجی را نشان می‌دهد که در آن هر سیال در ورودی مربوطه خود شروع و در خروجی دستگاه خارج می‌شود. جریان سمت لوله از مجموعه لوله عبور می‌کند (‏که توسط صفحات فلزی به نام baffle یا سرعتگیر، حمایت شده‌است) ‏و از خروجی لوله خارج می‌شود. ​

جریان سمت لوله از مجموعه لوله عبور می‌کند (‏که توسط صفحات فلزی به نام توبشط یا صفحات لوله محکم شده‌است)‏و از خروجی لوله خارج می‌شود. به طور مشابه، جریان سمت پوسته از ورودی پوسته شروع می‌شود، از روی این لوله‌ها عبور می‌کند و از خروجی پوسته خارج می‌شود. هدرها در هر دو انتهای تیوب باندل،فضاهای بسته ای را برای جریان سمت لوله ایجاد می‌کنند که جریان می‌تواند براساس انواع مبدل حرارتی خاص به یک یا چند بخش مساوی تقسیم شود. ​

هر تیوب شامل یک جزء داخلی به نام توربولاتور است که باعث ایاد جریان آشفته در میان لوله‌ها می‌شود و از رسوب گذاری جلوگیری می‌کند، و همچنین ظرفیت انتقال حرارت مبدل را افزایش می‌دهد. طراحی مبدل حرارتی نیز معمولا به گونه ای انجام میشود که باعث ایجاد تلاطم در جریان سمت پوسته همراه با موانعی به نام بافل می‌شوند که میزان اختلاط حرارتی بین سیال سمت پوسته و سیال خنک‌کننده را به حداکثر می‌رسانند. ​

سیال سمت پوسته باید مسیر خود را در اطراف این بافل‌ها پیدا کند، که باعث می‌شود جریان به طور مکرر از روی دسته لوله عبور کند، در نتیجه انرژی را انتقال می‌دهد و از مبدل حرارتی در دمای پایین‌تر خارج می‌شود. مبدل‌های پوسته و لوله خاص از شکلهای مختلف بافل برای به حداکثر رساندن انتقال حرارت استفاده می‌کنند و برخی از آن‌ها اصلا استفاده نمی‌کنند. ​

مبدل‌های پوسته و لوله می‌توانند تک‌فاز یا دو فازی باشند. یک مبدل تک‌فاز ثابت فاز سیال را در طول فرآیند حفظ می‌کند (‏برای مثال آب مایع وارد می‌شود، آب مایع خارج می‌شود)‏در حالی که یک مبدل دو فازی موجب تغییر فاز در طول فرآیند انتقال حرارت می‌شود (‏برای مثال بخار وارد می‌شود و آب مایع خارج می‌شود)‏. آن‌ها همچنین می‌توانند یک عبور یا چند عبور باشند، که به سادگی توضیح می‌دهد که چند بار جریان‌های سمت لوله / پوسته از دستگاه عبور می‌کنند. شکل ۱ یک پیکربندی چند گذری را نشان می‌دهد که در آن جریان سمت پوسته چندین بار از روی لوله‌های خنک‌کننده قبل از خروج از خروجی آن عبور می‌کند. اگر بافل ها در شکل ۱ نبودند، مبدل حرارتی تک پاس در نظر گرفته می‌شد، زیرا هر دو جریان سمت لوله و جریان سمت پوسته تنها یک بار از کنار یکدیگر عبور می‌کنند. ​

انواع مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله

انواع استاندارد مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله توسط انجمن تولیدکنندگان قطعات لوله‌ای یا TEMA تنظیم می‌شوند. آن‌ها تمام طرح‌های مبدل حرارتی را به سه بخش اصلی تقسیم می‌کنند: هدر جلویی، پوسته و هدر عقب، و آن‌ها را با حروف مشخص می‌کنند. انواع مختلفی از هر جز وجود دارد، اما این مقاله تنها بر روی رایج‌ترین مبدل‌های حرارتی استاندارد TEMA تمرکز می‌کند، زیرا آن‌ها سه مدل محبوب هستند. این سه نوع لوله U شکل، صفحه لوله ثابت و مبدل‌های حرارتی با هدر شناور هستند. ​

تعمیرات و نگهداری این مبدلهای حرارتی بسیار راحت و ارزانتر از روشهای دیگر است . روشهای مختلفی برای تعمیر انواع مبدل حرارتی وجود دارد که در مقاله روش های تعمیرات مبدل حرارتی به صورت مفصل به آن پرداخته ایم.

از نکات بسیار مهم در تعمیر و نگهداری مبدل حرارتی، روشهای کنترل خوردگی است که برای این موضوع نیز مقاله مفصلی در سایت وجود دارد.

nasimadmin بدون دیدگاه

عوامل مهم موثر در تعیین افت فشار طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله

مدیریت افت فشار با استفاده از فاکتور های مهم موثر در تعیین افت فشار طراحی ​​​​​​

در این مقاله به چگونگی مد​یریت افت فشار در طول طراحی گرمایی مبدل پوسته و لوله خواهیم پرداخت. هنگامی که افت فشار یک عامل محدود کننده است، هدف طراحی گرمایی مبدل باید کاهش افت فشار محاسبه‌شده (calculated) باشد. در نهایت، افت فشار محاسبه‌شده باید تا حد امکان به افت فشار مجاز( بدون تجاوز از آن) نزدیک باشد. ​

سمت پوسته:

افت فشار جانبی پوسته را می توان به روش‌های زیر کاهش داد:

تغییر نوع بافل از تک بخش به دو بخشی. این امر سرعت جریان سمت پوسته را کاهش می‌دهد و در نتیجه افت فشار سمت پوسته را کاهش می‌دهد. ​

افزایش فاصله بافل. این امر سطح جریان عرضی را افزایش می‌دهد و بنابراین سرعت جریان عرضی را که منجر به کاهش افت فشار می‌شود، کاهش می‌دهد. با این حال، این کار را باید به روشی محدود شده ای انجام داد، تنها به این دلیل که حداکثر دهانه لوله بدون ساپورت، باید به مقدار پیشنهادی TEMA محدود شود (‏جدول ۱ را ببینید)‏. ​

میزان برش بافل را افزایش بدهید افزایش در برش بافل، مساحت پنجره ی جریان را افزایش می‌دهد و بنابراین، سرعت پنجره جریان را کاهش می‌دهد، در نتیجه افت فشار را کاهش می‌دهد. این امر نیز تاثیر محدودی دارد زیرا تنها افت فشار پنجره جریان تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد و سهم افت فشار پنجره به طور کلی نسبت به افت فشار کل کوچک است. علاوه بر این، می توان آن را تنها در طیف محدودی تغییر داد و به طور کلی از ۳۵ درصد قطر داخلی پوسته تجاوز نمی‌کند. ​

افزایش قطر پوسته (‏در نتیجه کاهش طول لوله)‏. این امر سطح جریان را افزایش می‌دهد، سرعت جریان را کاهش می‌دهد و در نتیجه افت فشار را کاهش می‌دهد. با این حال، این امر به دلیل سرعت کم‌تر سیال داخل تیوب، ضریب انتقال حرارت جانبی تیوب را نیز کاهش می‌دهد. علاوه بر این، قطر بالاتر پوسته به معنی ضخامت بالاتر پوسته و تعداد بیشتر لوله‌ها است، بنابراین هزینه مواد مصرفی بالاتر است. ​

استفاده از بافل های بدون تیوب داخل پنجره (‏NTIW)‏. با این نوع بافل، فاصله بافل می‌تواند تا حد نیاز با فراهم کردن تعداد کافی صفحات پشتیبانی میانی افزایش یابد، بنابراین، محدوده لوله پشتیبانی نشده در الزامات TEMA محدود می‌شود. با این حال، بخش بزرگی از حجم پوسته توسط لوله‌ها با این نوع بافل اشغال نشده باقی می‌ماند که منجر به سطح انتقال حرارت کم‌تر به نسبت حجمی و در نتیجه هزینه بالاتر می‌شود. ​

تغییر نوع پوسته. با مشابه ماندن سایر جنبه‌ها، پوسته TEMA J افت فشار کمتری را نسبت به TEMA E با تقسیم جریان سمت پوسته و نصف شدن سرعت جریان، به دست می‌دهد. ​

​ ​

nasimadmin بدون دیدگاه

مکانیزم های رسوب گذاری در مبدل حرارتی

فولینگ یا رسوبگذاری به طور کلی به ته نشین شدن و تجمع مواد ناخواسته مانند پوسته پوسته ها، جلبک، مواد جامد معلق و نمک‌های نامحلول بر روی سطوح داخلی یا خارجی تجهیزات فرایندی از جمله دیگ‌های بخار و مبدل‌های حرارتی تعریف می‌شود. مبدل‌های حرارتی تجهیزات فرآیندی هستند که در آن، حرارت به طور مداوم یا نیمه مداوم از یک سیال گرم به یک سیال سرد به طور مستقیم یا غیر مستقیم از طریق یک سطح انتقال حرارت که دو سیال را از هم جدا می‌کند، منتقل می‌شود.

مبدل‌های حرارتی در درجه اول از مجموعه‌ای از پایپ ها، تیوب ها یا کویل‌های صفحه‌ای تشکیل شده‌اند. رسوب بر روی سطوح تجهیزات فرآیند می‌تواند تاثیر منفی و قابل‌توجهی بر روی کارایی عملیاتی واحد داشته باشد. امروزه در بیشتر صنایع، یک ضرر اقتصادی عمده ممکن است به دلیل رسوبگذاری ایجاد شود. کل هزینه‌های مربوط به رسوب برای کشورهای صنعتی بزرگ، سالانه بیش از ۴.۴ میلیارد دلار تخمین زده می‌شود. یک تخمین دیگر، تلفات ناشی از رسوب مبدل‌های حرارتی در کشورهای صنعتی را در حدود ۰.۲۵ % تا ۳۰ % از تولید ناخالص داخلی آن‌ها قرار می‌دهد.

با توجه به مقاله پریچارد و تکری (‏آزمایشگاه‌های هارول)‏، حدود ۱۵ % از هزینه‌های نگهداری یک کارخانه فرآیندی را می توان به مبدل‌های حرارتی و دیگ‌های بخار نسبت داد، و از این رو، نیمی از آن احتمالا ناشی از رسوب است. هزینه‌های مربوط به رسوبگذاری مبدل حرارتی شامل زیان‌های تولید ناشی از زوال بهره‌وری و از دست دادن تولید در طول خاموشی (Shutdown) برنامه‌ریزی‌شده یا برنامه‌ریزی نشده ناشی از رسوبگذاری، و هزینه‌های تعمیر و نگهداری ناشی از حذف رسوبات رسوب با مواد شیمیایی و / یا دستگاه‌های ضد رسوب مکانیکی یا جایگزینی تجهیزات خورده‌شده یا متصل شده است.

رسوب در مبدل‌های حرارتی یک مشکل جدید نیست. با گذشت زمان و تحقیق بر روی رسوب مبدل‌های حرارتی در اوایل سال ۱۹۱۰، اولین کاربرد عملی این تحقیق در دهه ۱۹۲۰ به اجرا درآمد. پیشرفت در پیش‌گیری، کاهش و تکنیک‌های حذف رسوبگذاری صنعتی در مطالعه‌ای که در آزمایشگاه‌های شمال غربی اقیانوس آرام باتل برای وزارت انرژی ایالات‌متحده انجام شد، بررسی شد. دویست و سی و یک اختراع مربوط به رسوب مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. علاوه بر این، پیشرفت فنی بزرگی در طراحی و ساخت مبدل‌های حرارتی در این میان حاصل شده‌است.

با اینحال، امروزه رسوب مبدل حرارتی یکی از مهم‌ترین مشکلات حل‌نشده در علم گرمایی باقی می‌ماند، و پیش‌گیری یا کاهش مشکل رسوبگذاری هنوز هم یک فرآیند جاری است. تحقیقات بیشتر در مورد مشکل رسوب در مبدل‌های حرارتی و روش‌های عملی برای پیش‌بینی عامل رسوب، استفاده ی ویژه از تکنیک‌های دیجیتال مدرن، هنوز هم مورد نیاز است. یک نشانه مهم و واضح از ارتباط و فوریت این مشکل در فعالیت در حوزه پتنت های بین‌المللی جاری درباره رسوبگذاری دیده میشود.​ ​

​اثرات مخرب عمده رسوبگذاری شامل از دست دادن انتقال حرارت است که با کاهش دمای خروجی مبدل و افزایش افت فشار نشان داده می‌شود.  اثرات مخرب دیگر رسوبگذاری نیز ممکن است باعث مسدود شدن لوله‌های فرآیندی، خوردگی سطح زیر رسوب و آلودگی باشد. جاییکه شار حرارتی بالا است، مانند ژنراتورهای بخار، رسوبگذاری می‌تواند منجر به ایجاد نقاط داغ موضعی شود که در نهایت منجر به شکست مکانیکی سطح انتقال حرارت می‌ چنین اثراتی در بیشتر موارد منجر به زیان‌های تولید و افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.

از دست دادن انتقال حرارت و کاهش دمای خروجی بار بعدی، نتیجه هدایت حرارتی پایین لایه یا لایه‌های رسوب است که به طور کلی کم‌تر از هدایت حرارتی سیال یا دیواره رسانایی است. در نتیجه این هدایت حرارتی کم‌تر، مقاومت حرارتی کلی در برابر انتقال حرارت افزایش می‌یابد و اثربخشی و بازده حرارتی مبدل‌های حرارتی کاهش می‌یابد. یک راه ساده برای نظارت بر یک سیستم انتقال حرارت رسم دمای خروجی در مقابل زمان است.

در یک واحد پالایشگاهی نفت، در حمص سوریه، رسوبگذاری منجر به کاهش دمای تغذیه از ۲۱۰ درجه سانتیگراد به ۱۷۰ درجه سانتیگراد شد. با افزایش سوخت مصرفی و در نتیجه افزایش هزینه سوخت، دمای کوره نیز افزایش می‌یابد. از طرف دیگر، سطح مبدل حرارتی ممکن است با هزینه‌های نصب و نگهداری اضافی متعاقب افزایش یابد. مساحت سطح اضافی مورد نیاز ممکن است بین ۱۰ تا ۵۰ % با میانگین حدود ۳۵ % تغییر کند، و هزینه‌های اضافی درگیر ممکن است تا ۲.۵ تا ۳.۰ برابر قیمت خرید اولیه مبدل‌های حرارتی افزایش یابد. ​

با شروع رسوب و ایجاد نتیجه از لایه یا لایه‌های رسوب، سطح مقطع لوله‌ها یا کانال‌های جریان کاهش می‌یابد. علاوه بر این، افزایش زبری سطح ناشی از رسوب، مقاومت اصطکاکی در برابر جریان را افزایش خواهد داد. چنین اثراتی به طور اجتناب‌ناپذیری منجر به افزایش افت فشار در مبدل حرارتی می‌شود که برای حفظ نرخ جریان در مبدل مورد نیاز است و حتی ممکن است منجر به بلوک‌های جریان شود.

تجربه با نظارت بر افت فشار نشان داده‌است که با این حال که این موضوع معمولا یک شاخص حساس به شروع زودهنگام رسوبگذاری در مقایسه با داده‌های انتقال حرارت نیست؛ بنابراین افت فشار به طور معمول برای پایش فرایند پیش گرم نفت خام مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. در شرایطی که نوسانات قابل‌توجهی در نرخ جریان تجربه می‌شود، تصحیح جریان می‌تواند هم برای افت فشار و هم برای محاسبات انتقال حرارت برای نرمال کردن داده‌ها به جریان استاندارد اعمال شود. ​

ساختارهای ته نشینی مختلف رسوب، می‌توانند منجر به خوردگی کم‌تر از رسوب مواد زیرلایه مانند رسوب موضعی،رسوب و لجنهای مومی شکل شوند. ​

ادامه دارد….

​​​​​​​​

nasimadmin بدون دیدگاه

بخش دوم معرفی انواع مبدل های حرارتی رایج در تاسیسات

در مقاله قبلی به بخش اول معرفی انواع مبدل های حرارتی رایج در تاسیسات حرارتی و برودتی پرداختیم. در این مقاله به ادامه معرفی خواهیم پرداخت. مبدل حرارتی بعدی، هیتر از نوع Trench می باشد.

این نوع هیتر ها در کناره های محیط واحد مسکونی و معمولاً در زیر پنجره ها یا دیواره های شیشه ای نصب می گردد. آنها در داخل کف نصب می‌شوند و هدف از نصب آنها کم کردن میزان اتلاف حرارت همزمان با جلوگیری از شکل‌گیری کندانسه می باشد. این هیتر ها با تشکیل دیواره ای از جریان های هوای همرفت انجام میدهند.

این هیتر ها معمولاً از جریانهای آب داغ و یا المنت های برقی برای گرم کردن هوا استفاده می کنند. جایگاه قرارگیری آنها در کف زمین بدین معنا است که آنها به سردترین هوای موجود در واحد مسکونی یا تجاری دسترسی دارند. مبدل حرارتی حرارت داخلی این تجهیز را از طریق فین تیوب ها انتقال میدهد. این امر باعث گرم شدن هوای سرد و حرکت آن به سمت سقف واحد مسکونی یا تجاری می شود.

همزمان با اینکه این هوای تازه گرم شده به سمت سقف حرکت می کند هوای سرد موجود در اطراف سعی می کند که جای آن را در کف بگیرد و این امر موجب ایجاد جریان هوای همرفت در داخل اتاق و تشکیل لایه مرزی حرارتی بین شیشه و اتاق می گردد.

داکت الکتریکی هیتر با المنت های کویل باز.


این تجهیزات اغلب در کاربردهای ساخت داکت، کوره ها و گاهی اوقات نیز در فن کویل ها مورد استفاده قرار می گیرد. این تجهیزات با استفاده از کویل های در معرض هوا که از فلز بسیار مقاوم برای ایجاد حرارت استفاده می کنند، کار میکنند. این المنت های حرارتی به صورت مستقیم در مسیر جریان هوا قرار می گیرند و همانطور که هوا از میان کویل ها عبور می کند، انرژی حرارتی از طریق همرفت منتقل می گردد.

تجهیزات گرم کنندگی یک شکلی را در طول جریان هوا ارائه می دهند، اگرچه که این نوع تجهیزات تنها زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که شرایط بسیار ایمن باشد و کول ها به آسانی قابل دسترس نباشد.


مبدل های حرارتی میکروچنل


این نوع مبدل ها پیشرفتی در تکنولوژی کویل های فین تیوب به شمار می آیند که انتقال حرارت بسیار بهتری را به دنبال دارند. البته این نوع مبدل های حرارتی فقط برای کاربردهای تبرید و سیستمهای ایرکاندیشن مورد استفاده قرار می گیرد.
این نوع مبدل های حرارتی نیز با استفاده از جریان همرفت به عنوان روش اصلی انتقال حرارت کار می کنند.
مبدل حرارتی میکروچنل طراحی ساده‌ای دارد. در هر طرف یک هدر وجود دارد. بین هر کدام از هدر ها تعداد زیادی تیوب های تخت (flat tubes) که در بین آنها فینهایی (پره ها) وجود دارد. هوا از میان فیلم ها و در داخل گپ های موجود حرکت کرده تا انرژی حرارتی را با خود حمل کند و بیرون ببرد. مبرد از طریقه هدر دیگر وارد شده و از طریق تیوبهای تخت حرکت می کند تا اینکه به هدر بعدی برسد.
هدرها دارای بافل هایی هستند که جهت های آنها طوری است که کنترل جریان مبرد را به عهده دارند و بدین منظور از آنها استفاده می‌شود که مبرد را چندین بار در داخل تیوب ها به گردش درآورده تا زمان سپری شده در داخل مبدل و در نتیجه افزایش انتقال حرارت را ایجاد نماید.

در داخل هر کدام از تیوبهای تخت تعدادی سوراخ های کوچک وجود دارد و همچنین میکروچنل های بسیاری وجود دارد که در سراسر طول هر تیوب تخت حضور دارند. این میکرو چنل ها سطح انتقال حرارت را به مقدار زیادی افزایش می‌دهند که کمک می کند تا مقدار بیشتری از انرژی حرارتی از مبرد گرفته شود و به محفظه فلزی مبدل حرارتی وارد شود.

اختلاف دما بین مبرد و هوا موجب انتقال حرارت هدایتی از طریق تیوب تخت به درون محفظه و فین ها می شوند. همانطور که هوا از میان جبهه های موجود حرکت می کند انرژی حرارتی را از طریق همرفت به خارج منتقل می کند.

nasimadmin بدون دیدگاه

آشنایی با مبدل های حرارتی تاسیساتی

در این پست و قسمتهای آینده آن، قصد داریم به انواع مختلف مبدل های حرارتی که در صنعت تاسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرند بپردازیم.
ابتدا به صورت خلاصه به این سوال پاسخ دهیم که تعریف مبدل حرارتی چیست؟

همانطور که میدانیم یک مبدل حرارتی وسیله ای است که برای تبادل حرارت استفاده می شود. اغلب به مبدل های حرارتی دو سیال سرد و گرم وارد می شود که سیال گرم وظیفه گرم کردن و سیال سرد وظیفه خنک کردن را به عهده دارد. حرارت همیشه از سیال گرم به سیال سرد جریان می‌یابد.

انتقال حرارت به سه طریق انجام می پذیرد :
انتقال حرارت تشعشعی ، همرفت و رسانش.


سیالاتی که در سیستمهای تاسیسات مسکونی و یا تجاری به عنوان سیال انتقال حرارت مورد استفاده قرار می گیرند شامل آب، بخار، هوا ،روغن و مبرد هستند. البته در اغلب مبدل های حرارتی تاسیساتی معمولاً آب و بخار و هوا مورد استفاده هستند. انتخاب نوع مبدل حرارتی کاملا وابسته به کاربرد مبدل در تاسیسات دارد. برای آب گرم مصرفی در ساختمان معمولاً از کویل های آب گرم و همچنین مبدل های صفحه ای استفاده می شود. کویل های آبگرم معمولاً توسط هوا خنک می شود که به آنها مبدل هوا خنک اطلاق می شود.

اگر این کویل ها در داخل تانک های ذخیره قرار بگیرند به آنها مبدل داخل تانکی گفته می شود که در این صورت دیگر از حوا خبری نیست و انتقال حرارت به صورت همرفت و رسانش اتفاق می افتد.
در مبدل های صفحه ای انتقال حرارت به صورت رسانه اتفاق می افتد زیرا سیال گرم و سیال سرد از طریق صفحات بسیار نازک مبدل با یکدیگر به صورت رسانش ای انتقال حرارت را انجام می دهند.
نوع دیگری از مبدلهای تاسیساتی وجود دارد که با نام فین-تیوب شناخته میشود. این نوع مبدل ها را می توان در دستگاه های هواساز یونیت های فن کویل و سیستم های داکت و اپراتور و کندانسور ها به وفور مشاهده کرد. در این نوع مبدل های حرارتی آب یا مبرد یا بخار معمولاً از داخل تیوب ها حرکت کرده و از خارج تیوبها هوا از طریق همرفت انتقال حرارت را انجام می دهد.

برای مثال هنگامی که از این مبدل برای گرم کردن هوا توسط آب داغ استفاده می شود، آب داغ به داخل تیوب ها حرکت کرده و هوای اطراف از طریق فن به آن دمیده می‌شود و در نتیجه تبادل حرارت میان این دو، هوا نیز گرم میشود. پره ها نیز به عنوان تکیه گاهی برای لوله ها و همچنین اتصال دهنده آن ها مورد استفاده قرار می گیرند که همین امر موجب انتقال سریع تر حرارت می‌گردد زیرا این پره ها سطح انتقال حرارت لوله ها را افزایش می دهند.

این مبدل ها می توانند جریان های هوای خروجی را بدون حضور رطوبت انتقال دهد به طوری که جریان‌های هوا با یکدیگر مخلوط نشوند. معمولا این نوع مبدل ها از شیت های آلومینیومی ساخته می شود. معمولاً می توان از جریان های هوا استفاده کرد اما می توان از گرمای گازهای خروجی از موتور دیزلی (در صورت برقی نبودن سیستم) هواساز نیز استفاده کرد.

در پستهای بعدی به ادامه معرفی این مبدل های حرارتی می پردازیم.

nasimadmin بدون دیدگاه

مبدل حرارتی با تیوب شیت (صفحه لوله) ثابت(فیکس)

یک مبدل حرارتی تیوب‌شیت ثابت رایج‌ترین نوع مبدل حرارتی در تمام صنایع است و عمدتا در کاربردهای فشار بالاتر استفاده می‌شود. این نوع مبدل حرارتی عمدتا در کاربردهای فشار بالاتر و دمای بالاتر استفاده می‌شود. ​

مبدل‌های حرارتی تیوب شیت فیکس، آن‌ دسته از مبدل‌هایی هستند که در صنایع شیمیایی فرآیندی و سرویسهای پالایشگاهی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا هیچ شانسی برای مخلوط کردن سیال‌ها وجود ندارد.

 این نوع مبدل حرارتی در جاهایی به کار گرفته می‌شود که در آن حتی کم‌ترین اختلاط سیالات را نمی توان تحمل کرد. یک مبدل حرارتی با تیوب شیت فیکس، دارای لوله‌های مستقیم است که در انتهای تیوبها محکم شده و به تیوب شیت ها، جوش داده‌شده و به پوسته متصل می‌شوند. ​

این ساختار ممکن است دارای درپوشهای چنل جدا شدنی، درپوش چنل بونت تایپ، یا تیوبشیت های یکپارچه باشد. مزیت اصلی ساخت تیوب شیت فیکس (ثابت)، هزینه پایین آن به دلیل ساختار ساده آن است. در واقع، تازمانی که نیاز به گسترش اتصال وجود نداشته باشد، تیوب شیت ثابت ارزان‌ترین نوع روش ساخت‌ است. ​

مشخصات

​ تیوب شیت در هر دو انتهای مبدل حرارتی صفحه لوله ثابت به وسیله جوشکاری به پوسته متصل و ثابت می‌شوند.

​ مبدل حرارتی صفحه لوله‌ی ثابت دارای ساختار ساده و فشرده است و هزینه تولید پایین برای قطر یکسان پوسته، بزرگ‌ترین تعداد کالادریا در مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله به طور گسترده‌ای در مهندسی استفاده می‌شود.

​ در صورت وجود یک دمای دیفرانسیلی بزرگ بین لوله‌ها و پوسته، تیوب شیتها قادر به جذب تنش دیفرانسیلی نخواهند بود در نتیجه لازم است که یک اکسپنشن جوینت را در خود جای دهند. این امر مزیت هزینه پایین را تا حد قابل‌توجهی از بین می‌برد. ​

کاربردها

مبدل حرارتی صفحه لوله‌ای ثابت این است که مسیر عبور پوسته را نمی توان با روش مکانیکی تمیز کرد و نگهداری آن دشوار است. مبدل حرارتی صفحه لوله‌ای ثابت برای تمام سرویس‌ها قابل‌استفاده است که در آن اختلاف دما بین پوسته و لوله کوچک است، یا اینکه اختلاف دما کمی بزرگ است اما فشار عبور پوسته در گذر پوسته زیاد نیست و مقیاس آن آسان نیست.

 مسیر عبور پوسته را می توان با روش شیمیایی بعد از تشکیل رسوب پاک کرد.

 مزایا

 لوله‌ها را می توان به صورت مکانیکی بعد از برداشتن پوشش یا کاور چنل خیس تمیز کرد و نشت مایع پوسته به حداقل می‌رسد چون هیچ مفصل فلنج داری وجود ندارد.

عیب این طراحی این است که از آنجایی که مجموعه به پوسته ثابت است و نمی‌تواند جدا شود، لبه‌های خارجی لوله‌ها را نمی‌توان به صورت مکانیکی تمیز کرد.

 کاربرد آن محدود به سرویسهای تمیز در پوسته است.

 برنامه پاک‌سازی شیمیایی رضایت‌بخش می‌تواند به کار گرفته شود، ساخت تیوب شیت ثابت ممکن است برای سرویسهای دارای فولینگ در پوسته انتخاب شود. ​

nasimadmin بدون دیدگاه

دلایل موثر در شکست مکانیکی مبدل‌های حرارتی لوله و پوسته

مبدل‌های حرارتی لوله و پوسته معمولا طول عمر طولانی را با نگهداری کم یا بدون نگهداری ارائه می‌دهند زیرا هیچ بخش متحرکی ندارند. با این حال، انواع مختلفی از شکست‌های مکانیکی برای این نوع مبدل حرارتی وجود دارد که می‌توانند رخ دهند، اما با کمی نگهداری و ملاحظات، می توان از آن‌ها جلوگیری کرد. ​

فرسایش فلز:

سرعت بیش از حد سیال در سمت پوسته یا در سمت لوله مبدل حرارتی می‌تواند باعث فرسایش آسیب آوری شود چون فلز لوله ها دچار فرسودگی ناشی از عبور سیال میشود. هر گونه خوردگی که در حال حاضر وجود دارد با از بین رفتن لایه های محافظ تیوب تسریع میشود و فلز خالص را در معرض حمله کاتدی بیشتر قرار میدهد. ​

بیشتر مشکلات فرسایش فلزی در داخل لوله‌ها رخ می‌دهند. خم U مبدل‌های حرارتی نوع U و ورودی‌های لوله مناطقی هستند که بیشتر مستعد فرسایش هستند. شکل زیر از بین رفتن فلز را در یک خم U ناشی از پدیده flashing آب با دمای بالا به بخار است نشان می‌دهد. ​

حوزه‌های ورودی تیوب های مبدل حرارتی، هنگامی که سیال با سرعت بالا از یک نازل، پس از ورود به مبدل حرارتی، به جریان‌های بسیار کوچکتری تقسیم می‌شود، باعث فرسایش شدید فلز می‌شوند. تقسیم جریان منجر به تلاطم بیش از حد با سرعت‌های موضعی بسیار بالا می‌شود. سرعت بالا و آشفتگی یک الگوی فرسایش نعل‌اسبی را در لوله ایجاد می‌کنند. حداکثر سرعت توصیه‌شده در لوله‌ها و نازل ورودی تابعی از متغیرهای زیادی از جمله متریال لوله، سیالی که در آن جابجا میشود و دما می‌باشد. موادی مانند فولاد، فولاد ضد زنگ و کاپرنیکل در سرعت‌های بالاتر لوله نسبت به مس مقاومت می‌کنند. سرعت حرکت سیال در تیوب مسی معمولا به ۷.۵ فوت بر ثانیه محدود می‌شود؛ تیوب با مواد دیگر می‌توانند سرعت سیال ۱۰ یا ۱۱ فوت برثانیه را تحمل کنند. اگر آب از طریق لوله‌های مسی جریان یابد، سرعت باید کم‌تر از ۷.۵ fps باشد وقتی که شامل جامدات معلق است و یا تبدیل به آب نرم شده است. ​

مشکلات فرسایش در خارج از لوله‌ها معمولا ناشی از برخورد گازهای تر و با سرعت بالا مانند بخار است. گازی که با لوله برخورد میکند با افزایش اندازه نازل‌های ورودی و یا با قرار دادن بافل های برخورد کننده در نازل ورودی کنترل می‌شود. ​

ضربه قوچ بخار یا آب:

نوسانات فشار یا امواج شوک ناشی از شتاب ناگهانی و سریع یا کاهش شتاب یک مایع می‌تواند باعث ضربه قوچ بخار یا آب شود. نوسانات فشار حاصل در سطوح تا ۲۰۰۰۰ psi اندازه‌گیری شده‌اند، که به اندازه کافی برای گسیختگی یا فروپاشی لوله در مبدل حرارتی پوسته و لوله بالا است. افزایش فشار مخرب می‌تواند ناشی از قطع جریان آب خنک‌کننده باشد. آب خنک کننده ساکن به اندازه کافی گرم می‌شود تا بخار تولید کند و از سرگیری جریان باعث چگالش ناگهانی بخار و تولید موج فشار مخرب یا واترهمر (ضربه قوچ آب) می‌شود. خنک کاری جریان آب باید همیشه قبل از اعمال گرما به مبدل آغاز شود. ​

شیرهای کنترلی جریان سیال که به طور ناگهانی باز یا بسته می‌شوند نیز تولید ضربه قوچ آب می‌کنند. ​

کنترل ولوهای تعدیل کننده نسبت به انواع شیرهای on-off ترجیح داده می‌شوند. لوله‌های خلا شکن نیز باید در صورتیکه میعانات در پوسته و یا لوله‌ها جابجا می‌شوند، فراهم شوند؛ آن‌ها از آسیب ضربه قوچ بخار ناشی از تجمع میعانات جلوگیری می‌کنند. شکل زیر نشان‌دهنده آسیب معمول لوله ناشی از ضربه قوچ بخار است. در این مورد، میعانات در پوسته جمع می‌شوند و به سرعت شتاب می‌گیرند، و یک موج شوک فشار بالا ایجاد می‌کنند که لوله را فرو می‌ریزد و باعث ایجاد حفره‌های پارگی می‌شود. ​

​برای جلوگیری از این نوع خرابی باید تله‌های بخار به اندازه مناسب با خطوط بازگشت که به یک گیرنده میعانی یا پمپ بازگشت میعانی پرتاب شده‌اند نصب شوند. ​

ارتعاشات :

ارتعاش بیش از حد از تجهیزاتی مانند کمپرسور هوا یا ماشین‌های تبرید می‌تواند باعث شکست لوله به شکل ترک تنش خستگی یا فرسایش لوله در نقطه تماس با بافل شود. مبدل‌های حرارتی باید از این نوع ارتعاش دور نگه داشته شوند. ​

سرعت سیال سمت پوسته بیش از ۴ فوت بر دقیقه می‌تواند ارتعاشات مخرب در لوله‌ها را ایجادکند، که باعث یک تنش برشی در نقاط تکیه گاهی با بافل می‌شود. همچنین ارتعاشات می‌تواند با سخت کردن لوله در نقاط تماس بافل و یا در نواحی خم U شکل تا زمانی که ترک خستگی ایجاد شود، باعث شکست ناشی از خستگی شود.​ ​

خستگی گرمایی:

تیوب ها، به ویژه در ناحیه خم U شکل، می‌تواند به دلیل خستگی ناشی از تنش‌های تجمعی مرتبط با چرخه حرارتی مکرر، دچار شکست شود. این مشکل تا حد زیادی با افزایش اختلاف دما در طول لوله خم U شکل تشدید می‌شود. ​

شکل زیر مثالی از خستگی حرارتی را نشان می‌دهد. تفاوت دما باعث خم شدن لوله شده که باعث ایجاد تنش اضافی می‌شود تا زمانی که استحکام کششی ماده بیشتر شود و ترک بخورد. ترک معمولا به صورت شعاعی در اطراف لوله حرکت می‌کند، و چندین بار منجر به یک شکست کلی می‌شود. در موارد دیگر، ترک تنها در وسط لوله مبدل حرارتی رخ می‌دهد و سپس به صورت طولی در امتداد آن حرکت می‌کند. ​

انبساط گرمایی:

این شکست‌ها در مبدل‌های حرارتی بخار بسیار رایج هستند. با این حال، در هر حالتی که سیال حرارت دیده بدون هیچ شرطی برای جذب انبساط حرارتی تخلیه شود، این پدیده می‌تواند رخ دهد. ​

در سیستم‌های با حرارت بخار، پس از بسته شدن شیر کنترل بخار به حرارت دادن آب یا سایر سیالات در سمت لوله، خنک سازی یا چگالش بخار باقی مانده در پوسته ادامه می‌یابد. حرارت مداوم باعث انبساط حرارتی می‌شود که باعث ایجاد فشار بسیار زیادی بر روی استحکام ورق‌های لوله، سر ریخته‌گری و دیگر اجزای مبدل حرارتی می‌شود. قطعات آهن ریخته‌گری معمولا به دلیل عدم شکل‌پذیری دچار شکست می‌شوند. ورق‌های لوله فولادی به دلیل اینکه از حد تسلیم ماده تجاوز می‌کند، خم شده و یا به طور دائم دچار اعوجاج می‌شوند. شکل زیر شکست انبساط حرارتی یک سر مبدل حرارتی چدنی را نشان می‌دهد.​ ​

شیرهای ریلیف ( یا همان شیرهای اطمینان ) در سیستم مایع گرم شده نصب می‌شوند تا از این نوع شکست کلگی مبدل حرارتی جلوگیری شود. هم چنین توصیه می‌شود که ابزارهایی برای جذب انبساط سیال فراهم کنید. به عنوان مثال، نصب یک مخزن در سیستم سیال گرم شده، از تخلیه دوره‌ای شیرهای کمکی جلوگیری می‌کند که منجر به از دست رفتن سیال سیستم و تحمیل بار اضافی بر روی شیر می‌شود. این دستگاه‌ها بین مبدل حرارتی و هر شیر تنظیم یا کنترل نصب می‌شوند. ​

فریز شدن یا انجماد

این شکست‌ها بیشتر در اواپراتورها یا کندانسورها رخ می‌دهند؛ ​ ​با این حال، در هر نوع مبدل حرارتی که در آن دما از نقطه انجماد هر یک از دو سیال در آن واحد کم‌تر باشد، می توان این پدیده را مشاهده کرد. این امر منجر به نقص در حفاظت حرارتی، نقص در سیستم کنترل حفاظت حرارتی یا دستگاه گرم‌کن محافظ، زه‌کشی نامناسب واحد برای توقف زمستان، یا تمرکز ناکافی محلول‌های ضد یخ می‌شود. ​

به عنوان مثال، فرض کنید که یک چیلر تنظیمات نامناسب و یا کنترل‌های بد عملکردی دارد که آب را تا نقطه‌ای پایین‌تر از نقطه انجماد سرد می‌کند. یخ شکل می‌گیرد و فشار فوق‌العاده‌ای را در لوله وارد می‌کند که باعث پارگی و یا فروپاشی تیوب مبدل حرارتی پوسته و لوله می‌شود. فروپاشی اواپراتور معمولا در نزدیکی تیوب شیت رخ می‌دهد که در آن لوله محافظت نمی‌شود. ​

شکست ناشی از انجماد در یک لوله کندانسور نیز می‌تواند زمانی رخ دهد که آب خنک‌کننده از حالت انجماد خارج شده‌باشد. در حال گردش در داخل لوله، مبرد بر روی سطح پوشیده شده خارجی فشرده می‌شود و این واحد به درستی برای خاموش‌کردن زمستان تخلیه نمی‌شود. اعوجاج لوله نشان می‌دهد که در معرض فشار بیش از حد ناشی از آب یخ زدن قرار گرفته‌است. ​

nasimadmin بدون دیدگاه

تمام آنچه باید در مورد مبدل های حرارتی پوسته ولوله بدانید

تمام آنچه باید در مورد مبدل های حرارتی پوسته ولوله بدانید

مبدل‌های پوسته و لوله یکی از موثرترین انواع مبدل‌های حرارتی  به حساب می آیند. این مبدل های حرارتی یک پوسته استوانه ای با یک باندل تیوب دارند. لوله‌ها (تیوب ها) از مواد رسانای گرمایی ساخته شده‌اند، که امکان تبادل حرارت بین سیالات داغ که در خارج از لوله‌ها جریان دارند و سیالات خنک‌کننده که در داخل لوله‌ها جریان دارد را فراهم می‌کند.

این مبدل‌های حرارتی یک راه‌حل خنک کاری بهینه برای کاربردهای مختلف از جمله موارد زیر هستند:

  • هیدرولیک صنعتی
  • صنایع دریایی
  • صنعت نفت و گاز و پتروشیمی
  • صنایع فولاد و آهن
  • سایر کاربردهای صنعتی که در آنها روغن مورد استفاده قرار میگیرد.

مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله به طور گسترده‌ای در کاربردهایی که نیاز به خنک کاری یا گرم کردن حجم زیادی از سیالات یا گازهای فرآیند دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. انواع مختلف طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله برای رفع نیازهای مختلف فرآیند در هر صنعت وجود دارد.

بخش‌های مهم مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله:

در زیر چهار بخش بسیار مهم یک مبدل حرارتی پوسته و لوله آورده شده‌است:

  • تیوب باندل : تیوب باندل یا دسته لوله شامل یک دسته از لوله های همسان می شود که توسط بافل ها و تایرود (میله های نگه دارنده) کنار یکدیگر نگه داشته می شوند.
  • پوسته : تیوب باندل در داخل پوسته قرار میگیرد.
  • هدر یا کلگی جلویی : این هدر که به آن بعنوان stationary header  هم یاد می شود بخشی از مبدل حرارتی است که سیال از طریق آن به بخش سمت  تیوب ها وارد میش ود.
  • هدر یا کلگی عقبی  : بخش از میدل حرارتی است که سیال داخل سمت لوله مبدل را ترک می کند یا اینکه در مبدل های چند پاس ، مجددا به داخل مبدل وارد می شود.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله بیشتر در کجا کاربرد دارند؟

مبدل حرارتی پوسته و لوله در کاربردهای مختلف فرآیند صنعتی به کار می‌رود زیرا آن‌ها می‌توانند کارهایی از قبیل:

  • حذف گرمای فرآیند و پیش گرم کردن آب
  • خنک کاری توربین، کمپرسور و موتور
  • خنک کردن روغن هیدرولیک و روانکار
  • بخار یا بخار فرآیند چگالش
  • تبخیر مایع یا بخار فرآیندی به کار روند.

متریال  مورد استفاده برای مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله

مواد مختلفی برای ساخت مبدل‌های حرارتی براساس کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اینجا به رایج‌ترین متریال های سازنده سمت  لوله اشاره می‌کنیم:

  • آلیاژهای کاپرنیکل
  • تیتانیوم
  • کربن استیل
  • آلیاژهای برنج
  • استنلس استیل

مزایای استفاده از مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله چیست؟

مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله به دلیل مزایای مختلفی که نسبت به مبدل‌های حرارتی دیگر دارند، به طور گسترده در بسیاری از صنایع به ویژه در پالایشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند:

مبدل‌های پوسته و لوله راندمان انتقال حرارت بیشتری دارند.

این مبدل‌های حرارتی یک راه‌حل بهینه برای گرمایش استخر شنا، ماشین‌آلات معدن، بسته‌های نیروی هیدرولیکی و غیره هستند.

این مبدل‌های حرارتی می‌توانند به راحتی جدا شوند.بنابراین تمیز کردن و تعمیر کردن آنها  آسان است.

این نوع مبدل‌های حرارتی از نظر اندازه فشرده هستند.

این مبدل‌ها در مقایسه با کولرهای صفحه‌ای مقرون‌به‌صرفه هستند.

از آنجا که آزمایش فشار نسبتا ساده است، فرد می‌تواند به راحتی نشت لوله را پیدا کرده و آن‌ها را تصحیح کند.

این مبدل حرارتی می‌تواند در سیستم‌هایی که دما و فشار کاری بالاتری دارند، مورد استفاده قرار گیرد.

گروه صنعتی نسیم مبدل با بیش از ۳۴ سال سابقه طراحی و تولید انواع مبدل های حرارتی پوسته ولوله و صفحه ای ، به مشتریان گرامی اطمینان می دهد که با بهره گیری از آخرین  تکنولوژی ها، طول عمر بالا و عملکرد دقیق مبدل های حرارتی خود را تضمین می نماید.

تمامی محصولات گروه صنعتی نسیم مبدل دارای یکسال گارانتی بی قید و شرط کالا می باشند که همراه با پشتیبانی فنی و مشاوره مهندسی ، در کنار مشتریان گرامی خواهیم بود.

جهت دریافت مشاوره فنی خرید و یا ساخت ، می توانید با شماره های ۰۲۱۳۳۸۶۷۵۱۲ و  02133489184 تماس حاصل فرمایید

nasimadmin بدون دیدگاه

معیارهای انتخاب طرح اتصال تیوب به تیوب شیت در مبدلهای حرارتی تیوب و پوسته

معیارهای انتخاب طرح اتصال تیوب به تیوب شیت در مبدلهای حرارتی تیوب و پوسته بر اساس ضمیمه A استاندارد API 660-1 2020

۱- در صورتی که احتمال خوردگی شیاری در سمت پوسته وجود دارد، حداقل ۳ میلیمتر انتهایی تیوبها سمت پوسته باید اکسپند شود
۲- با توجه به کار سختی متریال ناشی از عملیات اکسپند و استعداد آن به ترک خوردگی تنشی القایی محیطی پیشنهاد می شود، از جوش استحکامی استفاده شود، که در این حالت نیاز به یک عملیات اکسپند خفیف (light expand) به میزان ۱ الی ۳ درصد ضخامت تیوبها می باشد.

:۳- الزامات جوش استحکامی :

برای شرایط زیر باید جوش استحکامی در نظر گرفته شود ( در نکته بعدی بر اساس ASME Sec VIII تفاوت جوش استحکامی و جوش آب بندی ) بررسی خواهد گردید :
اگر فشار طراحی سمت تیوب یا پوسته بالاتر از ۷۰۰۰ psi باشد.
در صورتی که متریال داپلکس در محیط سولفید هیدروژن تر به کار رفته باشد.
در صورت استفاده از تیوب تیتانیوم ( البته به شرط داشتن حداقل ضخامت کافی )
در صورتی که تیوب فولاد زنگ نزن آستنیتی و تیوب شیت فولاد فریتی بوده و دما بالاتر از ۴۰۰ فارنهایت باشد
مبدلهای حرارتی fixed tube sheet در پلنت های گوگردی نظیر کندانسورهای گوگرد، ری هیتر و پیشگرم کن های اسید گاز
دمای طراحی بالاتر از ۲۰۵ درجه سانتی گراد
سرویس های سیکلی ( دمایی – فشاری ) : اختلاف دما بالاتر از ۹۳ درجه سانتی گراد یا دامنه نوسان فشاری بالاتر از ۲۰ درصد فشار طراحی و تعداد سیکل بالاتر از ۱۵۰ سیکل در سال ( تقاطع ضربدری به API 571 و API 579 )
در سرویس های با شوک حرارتی
فاکتور Fy نسبت استحکامی تسلیمی تیوب شیت به تیوب مبدل حرارتی مطابق انکس A از Div1 ، کمتر از ۰٫۶ باشد

۴- الزامات جوش آب بند :

تحت شرایط زیر بسته به نظر کارفرما می بایست از طرح اتصال جوش آب بند یا جوش استحکامی استفاده نمود:
زمانی که نشتی از سمت پرفشار مبدل حرارتی پوسته و لوله به سمت کم فشار به دلایل فرایندی مجاز نباشد به عنوان مثال زمانی که به دلیل اختلاط و آلودگی سیال کم فشار، منجر به آسیب یا مخاطرات گردد، نظیر استیم کندانسور و آب خنک کننده، رجوع شود به خوردگی آب خنک کننده استاندارد API 571
مبدلهای حرارتی مربوط به بخار و یا آب ورودی بویلر با rating شرایط طراحی فلنج بالاتر از ۱۵۰

۵- سرویس های هیدروژنی : برای سرویس های هیدروژنی در صورتی که یکی از شرایط زیر برقرار باشد، باید ترکیب اکسپند و جوش استحکامی به کار رود:
فشار طراحی مبدل بالاتر از ۷۰۰۰ psi باشد
دمای طارحی بالاتر از ۲۳۰ درجه سانتی گراد باشد.

۶- تیوب شیت دارای کلد(Clad) :
در صورتی که هر دو سمت تیوب شیت دارای کلد یا جوش روکشی باشد، باید دارای جوش استحکامی در سمت تیوب بوده و هم چنین تمام طول تیوب درون تیوب شیت نیز اکسپند تا ۳ میلیمتری سمت پوسته مبدل ، اکسپند گردد. در صورت استفاده از شیار (serration ) باید در فلز پایه تیوب شیت بوده بوده و در سمت پوسته نیز نباشد.

nasimadmin بدون دیدگاه

رسوبگذاری بر اثر انجماد چیست؟

​رسوبگذاری ناشی از انجماد زمانی رخ می‌دهد که سیال داخل مبدل حرارتی پوسته و لوله، از حرکت می ایستد و بلوکی از مواد جامد را ایجاد می‌کند که پاک کردن آن مشکل است. دلایلی برای وقوع این پدیده وجود دارد. ​

رسوب گذاری بخشی طبیعی از تبادل گرما است. با اینحال، همه ی رسوبگذاری ها شبیه هم نیستند. برخی از انواع آنها رایجتر هستند اما آسیب کمتری دارند و بسیاری از آن‌ها را می توان مدت‌ها قبل از نصب یک مبدل پیش‌بینی کرد.

یکی از انواع رسوبگذاری که نسبتا کم‌تر شایع است اما به طور بالقوه بسیار مخرب است، رسوب بر اثر انجماد است. مهم است که این پدیده را درک کنیم، علت آن را بدانیم، بدانیم که چگونه از آن جلوگیری کنیم و چه اقداماتی باید در زمان وقوع آن انجام دهیم. ​

به طور نسبی، یکی از دلایل اصلی رسوب انجمادی، زمانی است که دمای سطح انتقال حرارت، پایین‌تر از نقطه انجماد سیال قرار می‌گیرد. این امر ممکن است در هنگام استفاده از مبدل حرارتی لوله و پوسته خنک کن آب ( واترکولر watercooler) ، زیاد دیده شود. اگر سطح انتقال حرارتی که با آب در تماس است (‏برای مثال لوله‌ها، اگر آب در سمت لوله وارد مبدل شود) ‏زیر ۳۲ درجه فارنهایت باشد، آب یخ می‌زند. میزان انجماد آن در میان سایر عوامل، تا حد زیادی به تفاوت دما بین سیالات سمت لوله و سمت پوسته بستگی دارد. این موضوع می‌تواند مربوط به یک ورقه نازک یخ بر روی سطح لوله‌ها (‏و یا پوسته، اگر آب در آن طرف باشد)‏و یا یک توده ضخیم‌تر یخی باشد. ​

هوای مرطوب نیز می‌تواند در هنگام تماس با سطح سرد یخ بزند. اگر با دماهای پایین کار می‌کنید و پیش‌بینی تبخیر و یا “مه آب” ناشی از فرآیند خود را دارید، باید این پدیده را به خاطر داشته باشید. ​

رسوب انجمادی لزوما به این معنی نیست که کل سیال جامد خواهد شد. هنگام استفاده از یک محلول، ممکن است آن محلول شامل اجزای مختلفی با نقاط انجماد مختلف باشد. آن دسته از موادی که نقطه ذوب نسبتا بالاتری دارند، می‌توانند برای نگه داشتنسیال به شکل مایع در فرآیندهای خاص، چالش برانگیز باشند. محلول ممکن است نتیجتا از هم تفکیک شود، که نه تنها منجر به یک دوغاب نیمه منجمد می‌شود، بلکه یک مایع با نسبت‌ اجزای کاملا متفاوت از اجزای پیش بینی شده را بدست می دهد.

مشکل کریستالی شدن زمانی رخ می‌دهد که برخی از مواد حل‌شده در یک محلول، جامد می‌شوند و شروع به تجمیع بر روی سطح انتقال حرارت می‌کنند. بسته به مواد حل شونده و شرایط،

​رسوبگذاری انجما​دی و رسوب کریستالی

​بسته به نوع محلول و شرایط، افرادی که با مبدل‌های گرمایی لوله و پوسته کار می‌کنند ممکن است به این پدیده با اصطلاحات مختلفی اشاره کنند، مانند:

یکی از رایج‌ترین موارد یعنی پوسته پوسته شدن، رسوب‌های جامد را توصیف می‌کند که حذف آن‌ها بسیار دشوار است. رسوبات نرم، گل و لای و یا پودری شکل، رسوبات متخلخل را توصیف می‌کنند. ​

رسوب کریستالی و رسوبگذاری انجمادی دو پدیده متفاوت هستند، اما یک نمودار ون دارند – مانند وقتی که صحبت از رسوبات مومی شکل(Wax) میشود. هنگامی که هیدروکربن‌های مومی شکل در یک جریان داغ، در تماس با سطح سرد قرار می‌گیرند، رسوبات مومی می‌توانند در سطح انتقال گرما تشکیل شوند. این نوع لایه های ته نشین شده، ممکن است از نظر فنی رسوب کریستالی باشند اما بسیاری از مردم آن را رسوب انجمادی می‌نامند. ​

“پارافین” یک ماده خاص است که معمولا منجر به یک رسوب مومی می‌شود. هیدروکربن‌های نفتنیک که مانند پارافین در نفت خام یافت می‌شوند نیز موجب به وجود آمدن رسوبات موم مانند می‌شوند، اما بسیار نرم‌تر هستند و به آن‌ها موم میکروکریستالین (ریز کریستال) گفته می‌شود و اغلب در کف پوسته ی مبدل و به شکل ماده لجنی جمع می‌شوند.  از آنجا که موم‌ها نقطه ذوب بالایی دارند، نقطه ذوب پارافین به طور کلی بین ۱۰۴ تا ۱۵۸ درجه فارنهایت است. این رسوبات اغلب در دمای محیط دیده می شوند. ​

​جلوگیری از رسوب انجمادی در مبدل حرارتی پوسته و لوله

برای جلوگیری از رسوبگذاری انجمادی در مبدل حرارتی پوسته و لوله، باید با درک سیالاتی که مورد استفاده کاربر هستند و نحوه واکنش آن‌ها به شرایط مختلف محیطی، از جمله سطح دما و فشار آغاز نمود. علاوه بر این، هنگام کار با محلولهایی که حاوی مواد حل‌شده با نقاط انجماد مختلف هستند، درک خواص همه اجزا بسیار مهم است. ​

زمانی که بدانید با چه موادی کار می‌کنید و بدانید که ویژگی‌های آن‌ها و رفتارهای مورد انتظار آن‌ها چگونه است، می‌توانید با عدم ایجاد شرایطی که در آن شرایط جامد خواهند شد، از ایجاد رسوبگذاری انجمادی جلوگیری کنید. ​

با سروکار داشتن با مواد پیچیده‌تری مانند نفت خام، تعیین دقیق این که چه شرایطی منجر به تشکیل مواد جامد خواهد شد، دشوارتر خواهد بود. در مورد پارافین، مهندسان باید دمای ظاهری موم را بدانند که نقطه ابری یا WAT نیز نامیده می‌شود که به عوامل زیادی از جمله وزن و اندازه مولکول‌های پارافین، نسبت آب به نفت، ترکیب روغن و حضور مواد دیگر که به انجماد کمک می‌کنند، بستگی دارد. ​

در برخی موارد، رسوبگذاری انجمادی می‌تواند ناشی از نقص عملکرد یا تنظیمات نادرست باشد.

این ممکن است موردی باشد که چیلر یا کندانسور شما، هنگامی که اصلا انتظار ندارید، دچار انجماد شود.

در این موارد، ممکن است برای این رویداد آماده نباشید و تشکیل یخ در صورتی که اجازه ادامه پیدا کند، آسیب قابل‌توجهی به دستگاهتان وارد خواهد کرد. مانند لوله‌ای که در طول زمستان سرد منفجر می‌شود، لوله‌ها و یا پوسته شما می‌توانند با فشار یخ در حال انبساط از هم گسیخته شوند. ​

اگر تمام اجزا به گونه‌ای که باید تنظیم شده و رفتار کنند، انجام اقدامات احتیاطی پیشگیرانه می‌تواند از یخ زدن جلوگیری کند. اگر از ضد یخ برای جلوگیری از آن استفاده می‌کنید اما به هر حال یخ شکل می‌گیرد، ممکن است لازم باشد غلظت ضد یخ را دوباره تنظیم کنید. یک دستگاه حفاظت حرارتی یا سیستم کنترل نیز می‌تواند مفید باشد. در نهایت، اگر دارید تجهیزات خود را برای یک شات داون فصلی در زمستان آماده می‌کنید،در صورتیکه به طور صحیح و کامل آن تجهیز را تخلیه نکنید می‌تواند منجر به یخ زدن شود. ​

پاسخ به رسوب انجمادی

در برخی موارد، یک فرآیند خاص، مهندسان را ملزم به استفاده از موادی می‌کند که ممکن است جامد شوند و خطر وقوع رسوب انجماد را به جان بخرند. در این موارد، مهم است که برای احتمال زمانی که رسوب انجمادی رخ می‌دهد آماده باشید تا بتوانید از آسیب بیشتر به تجهیزات جلوگیری کنید. ​

اگر مایع منجمد شونده در سمت پوسته باشد، می‌توانید تجهیزات را با استفاده از الکتریک تریس (Electric tracing) گرم کنید. مبدل‌های حرارتی در معرض شرایط محیطی سرد نیز می‌توانند عایق شوند تا به جلوگیری از آسیب المانهای آن کمک کنند. ​

با این حال، اگر بدانید که سیال، مایعی است که حذف آن به این روش بسیار چالش برانگیز خواهد بود، بهتر است آن را به سمت لوله تخصیص دهید. اگر این مواد به طور دائم و با کم‌ترین امید به پاک کردن آن از داخل مبدل، جامد شود، حداقل می‌توانید باندل تیوب را برای تعویض بردارید؛ اگر ماده‌ی جامدی که قابل جداسازی نیست، در سمت پوسته باشد، تقریبا غیر ممکن است که بتوان آن را بیرون آورد. ممکن است مجبور شوید روی یک مبدل کاملا جدید سرمایه‌گذاری کنید. ​

​اگر گرفتگی یخ زده شما شامل رسوبات مومی است، به طور کلی می‌توانید این رسوب را با ذوب کردن، استفاده از بخار، آب داغ و یا روغن داغ و یا استفاده از مواد شیمیایی برای حل کردن موم حذف کنید.

در صورتیکه مبدل حرارتی شما نیاز به تعمیرات و یا تعویض باندل تیوب دارد، می توانید با تماس با دفتر مرکزی و بخش خدمات پس از فروش گروه صنعتی نسیم مبدل، راهنمایی های لازم جهت انجام تعمیرات و یا خرید مبدل جدید را دریافت نمایید.