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.

nasimadmin بدون دیدگاه

۳ نشانه که مبدل حرارتی پوسته ولوله شما در حال از کارافتادن است

مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله هیچ قطعه متحرکی ندارند، هیچ صدایی تولید نمی‌کنند و عموما کار خود را به صورت بی سروصدا انجام می‌دهند. اما اتفاقات زیادی در داخل آن‌ها رخ می‌دهد و نقص در یک مبدل حرارتی ممکن است کل عملیات را متوقف کند چه یک نیروگاه بزرگ، یک مجتمع صنعتی، یک کشتی یا یک انتقال اتوماتیک در یک کامیون. ​

مبدل‌های گرمایی لوله و پوسته علاوه بر انتقال حرارت از یک سیال به سیال دیگر، به عنوان فیلتر یا استرینر (صافی) خشن عمل می‌کنند و به طور مداوم در معرض خطر رسوب گذاری از سوی اجسام خارجی گیر افتاده هستند. ​

بازرسی‌های دوره‌ای داخلی و رژیم تمیز کردن منظم باید اجرا شود و اگر گرفتگی یا نشت پیدا شود، واحد باید به طور کامل تمیز، ارزیابی و تعمیر یا تعویض شود. همچنین باید تحقیقاتی برای تعیین محل منبع رسوب و گام‌های برداشته‌شده برای مهار یا حذف کامل علت انجام شود. ​

مشاهده مقداری گرفتگی، یک فرآیند طبیعی است که در طول عملکرد تمام مبدل‌های گرمایی لوله و پوسته رخ می‌دهد. مواد ته‌نشین شده توسط سیال‌ها در سطح انتقال حرارت، مقاومت حرارتی در برابر انتقال حرارت را افزایش داده، کارایی آن را کاهش و مقاومت هیدرولیکی در برابر جریان سیال را افزایش می‌دهد. نهایتا، اثربخشی حرارتی و بازده هیدرولیکی فرآیند تبادل گرما به خطر می‌افتد و آن را ناکارآمد می‌کند. برای جلوگیری از این اتفاق و برای اطمینان از عملکرد مبدل حرارتی خود، به ۳ علامت زیر توجه کنید. ​

۱. تغییر دما به صورت کاهش دما در هر دو سمت مبدل حرارتی

رایج‌ترین نشانه مبدل حرارتی (گرمایی) آسیب‌دیده زمانی مشاهده میشود که دما از مقادیر پیشین خود تغییر کرده‌است. ​

در طول عمر یک مبدل حرارتی، کاهشی کوچک در عملکرد می‌تواند به طور طبیعی رخ دهد و همزمان با اینکه که آلاینده‌ها افزایش می یابند، عملکرد نیز بدتر خواهد شد. اما تغییر ناگهانی در دما اغلب نشانه این است که مواد خارجی به شکل ذرات سنگین (‏شکل ۱ a)‏، خوردگی و یا رشد صدفها و گیاهان دریایی وارد واحد شده‌اند (‏شکل ۱ b)‏. با استفاده از سنسور حرارتی دستی در لوله‌های ورودی و خروجی روغن می‌توان تشخیص داد که آیا مبدل حرارتی شما کار خود را به درستی انجام می‌دهد یا خیر. اگر هیچ تغییری در دمای سیالات در آن نقاط وجود نداشته باشد، به احتمال زیاد این واحد به صورت طراحی‌شده عمل نمی‌کند و در مورد علت آن باید فورا تحقیق و بررسی انجام شود. ثبت تمام مقادیر دما به ارزیابی عملکرد مبدل حرارتی شما کمک خواهد کرد. ​

۲. افزایش افت فشار در سراسر مبدل حرارتی

برخلاف تغییرات دما، مشاهده و ردیابی افت فشار در یک مبدل حرارتی بدون تجهیزات ابزاردقیق کار دشواری است. افت فشار در یک مبدل حرارتی تحت‌تاثیر تعدادی از عوامل است و هندسه مسیر نقش مهمی را در این خصوص ایفا می‌کند. افزایش افت فشار، چه در یک دوره کوتاه و چه در یک دوره بلند مدت مشاهده شود، همواره به انسدادهای جزیی یا کامل در سیستم اشاره دارد. (‏شکل ۲ b)‏. ​

گروه صنعتی نسيم مبدل on Instagram: “افت فشار زیاد در #مبدل_حرارتی پوسته و لوله، معمولاً نشان از عملکرد نادرست آن دارد. مقادیر زیاد افت فشار ممکن است به دلایل زیر اتفاق…”

​از سوی دیگر، کاهش ناگهانی یا تدریجی در افت فشار در یک طرف مبدل حرارتی، چه در طرف پوسته و چه در طرف لوله، معمولا به نشت داخلی ناشی از شکست آب‌بندهای استاتیک (گسکت‌ها یا اورینگها)‏، اتصالات لوله یا تیوب شیت آسیب‌دیده، یا لوله‌های سوراخ شده و یا در غیر این صورت تیوب های آسیب‌دیده مانند شکل ۳ اشاره دارد. ​

این شکست معمولا منجر به آلودگی سیالات می‌شود و با توجه به پیامدهای جدی آلودگی سیال (‏هم محیطی و هم تجاری)‏، تغییرات در خوانش افت فشار باید همواره مورد بررسی قرار گیرد تا علت شناسایی و حل شود. ​

۳. مایع آلوده سیالات آلوده، که در آن یک سیال عبوری از داخل مبدل حرارتی با سیال دیگر تداخل پیدا کرده است، یک نشانه قطعی از شکست مبدل حرارتی است. هر چه باشد، وظیفه اصلی یک مبدل حرارتی این است که دو سیال را از هم جدا کند در حالی که تنها خواص گرمایی آن‌ها تبادل می‌شود. ​

به طور کلی سیال‌هایی که از یک مبدل حرارتی عبور می‌کنند در فشارهای مختلفی قرار دارند و شکستن مانع بین این سیال‌ها (‏مبدل حرارتی)‏عموما منجر به جریان یافتن سیال با فشار بیشتر به داخل سیال با فشار کمتر می‌شود. ​

آلودگی متقاطع سیالات می‌تواند ناشی از نقص لوله (‏سوراخ شدن، پارگی یا خوردگی)‏، نقص در واشرها یا اورینگها و یا نقص در اتصال یا جوش بین انتهای لوله که به تیوب شیت متصل می‌شود، باشد. ​

در نهایت لوله‌ها ممکن است به قدری نازک شوند که به مدت طولانی نتوانند فشارهای سیال را تحمل کنند و دچار پارگی شوند. ​

اتصال بین لوله و تیوب شیت با سایش و سرعتهای بالای سیال، به خطر می‌افتد و دو انتهای لوله می‌تواند فرسوده شده یا ترک بردارد. گستکتها و اورینگها می‌توانند در طول زمان خراب شوند و یا آسیب ببینند. ​

آلودگی بین سیالات در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله یک مساله بسیار مهم است و باید از آن اجتناب شود و در صورت وقوع باید فورا ترمیم گردد. ​

تمیز کردن و نگهداری مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله

پاک‌سازی تجهیزات کارخانه از تخریب و رسوبات برای حفظ بهره وری و کاهش هزینه های عملیاتی ، امری ضروری است. ​

تمیز کردن داخلی و خارجی مبدل‌های حرارتی، تنها یک جنبه از تعمیر و نگهداری روزمره است که باید به طور منظم انجام شود اما اگر به طور نادرست انجام شود، می‌تواند مشکلات تجهیزات را پیچیده تر نماید. ​

سیخ زدن یا پیگ رانی در داخل تیوبهای مبدل حرارتی نیز می توان باعث آسیب دیدن مبدل حرارتی و ضعیف شدن دیواره های تیوبها گردد. تعویض نادرست گسکتها، یا قراردادن گسکت و اورینگ کهنه و یا نصب بد آنها یا جمع شدگی اورینگها نیز باعث نگرانی شده و باید بررسی شود. ​

تلاش برای تمیز کردن قسمت‌های پنهان یک مبدل حرارتی، مانند داخل یک تیوب باندل، می‌تواند کار مشکلی باشد و تمیز کردن اولتراسونیک در حذف آلودگی‌هایی که دسترسی به آن‌ها در هر دو طرف لوله و پوسته لوله‌ها مشکل است، موفق بوده‌است. ​

برخی از فرآیندها شامل موادی مانند نفت، کربن و پلیمرهای چسبناک هستند که حذف آنها سخت و هزینه‌بر است و برخی دیگر حاوی آب کثیف حامل زباله، جامدات ساینده، رسوبات آهکی یا رشد بیولوژیکی و دریایی هستند. بسته به ماهیت رسوبگذاری، برخی از مبدل‌های حرارتی به خدمات تمیز کاری ویژه‌ای نظیر سیستمهای اولتراسونیک، پیگ رانی، تمیزکاری با جت پرفشار آب و یا ترکیبی از اینها نیاز دارند تا بتوان اجسام خارجی را از سیستم حذف نمود. ​

برای دریافت مشاوره فنی در خصوص هر یک از این خدمات و انجام بازرسی و ارایه گزارش در خصوص مبدل‌های گرمایی لوله و پوسته، لطفا با واحد فنی و مهندسی گروه صنعتی نسیم مبدل تماس حاصل فرمایید. ​

nasimadmin بدون دیدگاه

۶ دلیل که تیوبهای مبدل حرارتی پوسته و لوله دچار شکست عملکردی می شوند

در طیف وسیع صنایع مختلف، هرکدام از انواع مبدل های حرارتی نقش منحصر به فردی دارد و مزایا و معایب خاص خود را دارا می‌باشد .در این مقاله مشکلاتی را که ممکن است برای تیوب های مبدل حرارتی پوسته و لوله به وجود آید بررسی می کنیم و در مقالات آتی به این موضوع می پردازیم که چگونه این نوع مسائل را حل کرده و یا از آنها پیشگیری کنیم.

مبدل های حرارتی عضو حیاتی اکثر کاربردهای صنعتی می‌باشند. مبدل های حرارتی پوسته و لوله بسیار قابل اعتماد و همچنین با عملکرد قابل قبول میباشد که در سایزهای مختلفی تولید می شوند. از مبدلهای حرارتی بزرگ و سفارشی گرمکن آب تغذیه تا خنک کن های روغن هیدرولیک که در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل صنایع تولید برق پالایشگاه های نفت و گاز صنایع کشتی سازی و ماشین آلات راهسازی. 

مبدل حرارتی پوسته و لوله با داشتن یک پوسته و یک تیوب باندل یا همان دسته لوله، دو سیال را به صورت مجزا از هم، وادار به انتقال حرارت می کند و گرما همان طور که جریانها در جهت مخالف حرکت می کنند، از طریق سیال داغ به سیال گرم تر انتقال می یابد. یکی از این سیالات در داخل پوسته و سیال دیگر در داخل لوله حرکت می کند. مبدل های پوسته و لوله به دلیل اینکه هیچ گونه قطعه متحرک ندارند،از عمر کاری بالایی برخوردار هستند و نیاز کمی به نگهداری و تعمیرات دارند اما این قطعات به عنوان عضوی حیاتی از سیستم‌های صنعتی، در معرض تهدیدهایی قرار دارند که عملکرد مطلوب آنها را تحت تأثیر قرار می‌دهد و یا به ایرادات عملکردی منجر می شود که می تواند موجب قطع کامل فعالیت های مجموعه شود.

۶ دلیل که تیوبهای مبدل حرارتی پوسته و لوله دچار شکست عملکردی می شوند

۱- خوردگی تیوب

بزرگترین تهدید برای مبدل حرارتی پوسته و لوله که تیوبهای آن از جنس کربن استیل است، اکسید شدن یا همان خوردگی سطوح انتقال حرارت تیوبهای آن است. واکنش شیمیایی بین اکسیژن و آهن رایج ترین نوع قابل مشاهده خوردگی است. این واکنش شیمیایی لایه ای از اکسید آهن را روی سطح تیوب کربن استیل به جا می گذارد که منجر به کاهش انتقال گرما شده و به تدریج باعث سوراخ شدن تیوب ها میشود. 

این مشکل به سختی قابل مبارزه است و اغلب تنها زمانی شناسایی می‌شود که تیوب ها آنقدر خورده شدند که سطوح انتقال حرارت و عملکرد حرارتی آنها به شدت کاهش یافته  و جریان سیال نیز به طرز قابل توجهی کاهش پیدا کرده است یا دچار سوراخ شدگی هستند و نشتی دارند. 

۲- فرسایش تیوبها

فرسایش تیوبها ، مسئله فرسایش فیزیکی فلز توسط سیالات است. سیالات با سطوح بالای جامدات محلول، نظیر سیلیکا، سیلت یا آب دریا که شامل نمک است‌ و شن، فرسایش تیوب های مبدل حرارتی را هم از داخل و هم از لبها سرعت می بخشند. اگرچه همه تیوب ها در معرض فرسایش در طول زمان قرار دارند اما ضعیف ترین نقاط برای تیوب ها معمولاً در خم یو شکل (در صورتیکه در تیوب باندل وجود داشته باشد ) و همچنین در لبه تیوبهای ورودی می باشد.

فرسایش خم U شکل

سرعت سیال در سمت تیوب اگر بیشتر از سرعت توصیه شده سازنده باشد می‌تواند منجر به آسیب فرسایشی در طول سطح داخلی خم خارجی برگشتی U شکل گردد. تغییر در جهت جریان در این نقطه مقاومت نسبت به جریان که موجب تمرکز نیروی سیال و هرآنچه داخل آن وجود دارد، در مقابل دیواره دورتر تیوب گردد که به طور ثابت موجب فرسایش تیوب در این نقطه میگردد. 

فرسایش انتهای تیوب در ورودی مبدل

فرسایش قابل توجه تیوب ها را می توان در انتهای تیوب ها در ورودی مبدل نیز مشاهده کرد که تیوب ها به تیوب شیت جوش شده اند و با نیروی تمام و کمال سیال ورودی مواجه می شوند. در این نقطه تقسیم شدن جریان سیال از یک جریان واحد به تعداد زیادی جریان های کوچک تر، منجر به توربولانس و همچنین سرعت های محلی بسیار بالا در داخل تیوب ها می گردد. 

۳- 

ضربه قوچ آب یا بخار

ضربه قوچ آب یا بخار نیروی قدرتمندی است که میتواند منجر به پارگی یا شکستن پوسته و یا تیوبهای مبدل حرارتی پوسته و لوله گردد. ضربه قوچ یا water hammer معمولا در نقطه ای به وجود می آید که تخلیه فشاری که ناشی از ورود ناگهانی جریان آب به داخل جریان اصلی است اتفاق می افتد یا تبخیر سریع آب و یا عدم کارکرد درست پمپ وجود داشته باشد. این پدیده را می توان در گرمکن های آب تغذیه به طور رایج مشاهده نمود که در آنها فشار بخار زیاد شانس وقوع ضربه قوچ را افزایش میدهد. 

ضربه قوچ معمولا قابل شناسایی توسط صدای بلندی است که داخل لوله ها شنیده می شود اما احتمال اینکه به پوسته آسیب بزند، بسیار کم است. تیوب ها به دلیل اینکه از پوسته ضعیف تر و نرمتر هستند، بیشتر در معرض آسیب به دلیل ضربه قوچ خواهند بود، اگرچه که آسیب به تیوبها تنها با بازرسی داخل و یا هنگامی که نشتی به وجود می آید قابل شناسایی از طریق ظاهر است. 

خستگی حرارتی 

تیوبهای مبدل حرارتی ، به دلیل تنش تجمع یافته ناشی از سیکل گرمایی دائمی و یا تفاوت های دمایی بسیار قابل توجه، نسبت به پارگی (تنش کششی) و ترک حساس و آسیب پذیر هستند. خستگی گرمایی هنگامی اتفاق می افتد که تفاوتهای دمایی بین پوسته و لوله منجر به انعطاف بیش از حد تیوب گردد. خستگی گرمایی ممکن است منجر به خمیدگی تیوبها نیز شوند که این امر بارهای تنشی ایجاد میکند که از مقاومت کششی متریال تیوب فراتر هستند و در نهایت منجر به پارگی آن می شوند. 

یکی دیگر از نتایج تفاوتهای دمایی زیاد، انبساط گرمایی فیزیکی و یا انقباض طولی تیوبها است که ممکن است نهایتا یکپارچگی تیوب با تیوب شیت را تحت تاثیر قرار داده و منجر به نشتی گردد. 

تهدید خستگی گرمایی تقریبا تا زمان وقوع شکست، قابل عیب یابی یا مشاهده نیست.

۵- ارتعاشات یا رزونانس

ارتعاش و رزونانس از هر منبعی که باشد یا حتی اگر منشأ خارجی یا داخلی داشته باشد، می تواند نیروهای قدرتمندی را بر روی تیوبهای مبدل حرارتی پوسته و لوله وارد آورد تا جایی که تیوبها دچار پارگی و شکست گردد و آب بندی خود را از دست دهد.

بافل ها در مبدل حرارتی پوسته و لوله حمایت ضروری برای تیوبها به وجود می آورند و سیال سمت پوسته را هدایت میکنند تا انتقال حرارت به خوبی انجام پذیرد. تیوب های مبدل حرارتی معمولا یا به تیوب شیت ها، جوش داده میشوند و یا اکسپند شده اند تا اطمینان حاصل شود که محل اتصال آنها دچار نشتی نیست. هردو پایانه اتصال تیوب به بافل ها و تیوب شیت، نقاط ضعف هستند. سرعت های بیشتر از استاندارد سیالات ممکن است منجر به ارتعاشات تیوب یا رزونانس آن در فرکانسهای بالا گردد که همین امر موجب سایش بیش از حد بین تیوب و لبه بافل می‌گردد. که منجر به پاره شدن تیوب و یا ممزوج شدن تیوب و تیوب شیت منجر به عدم آب بندی می شود.

تجهیزات و ماشین آلات پایین دست یا بالادست مبدل حرارتی نیز ممکن است ارتعاشات خارجی را به تیوبهای مبدل حرارتی منتقل کنند که موجب آسیب به تیوبها می شود.

۶- وجود حفره در تیوب ها

خوردگی ناشی از واکنش های شیمیایی می‌تواند منجر به ایجاد حفره در تیوبهای مبدل حرارتی شده و به نقطه ای برسد که باعث ایجاد نشتی در تیوب گردد. ایجاد حفره منتج به وقوع اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی که ناشی از اختلاف بین درون و بیرون تیوب است (که به عنوان سلول متمرکز شناخته می شود) میگردد. محیط سرشار از اکسیژن در این سلول به عنوان آند عمل کرده و سطح فلزی به عنوان کاتد عمل می کند که منجر به حفره گذاری آرام در سطح فلز می شود که حضور ترکیبات شیمیایی دیگر نظیر کلرید یا سولفات حتی موجب سرعت بخشیدن به این موضوع نیز می گردد.

nasimadmin بدون دیدگاه

اهمیت عایقکاری مبدل حرارتی

همه سطوحی که دمای بالاتری نسبت به اشیا و محیط اطرافشان دارند حرارت از دست می دهند. اتلاف حرارت بستگی به فاکتورهای متعددی دارد اما دمای سطح و اندازه آن بسیار تاثیر گذار هستند. معمولا مبدل حرارتی پوسته ولوله به دلیل حجم بالای سیالی که از آن عبور میکند، دارای دمای بدنه بسیار متفاوتی از محیط اطراف است که همین امر موجب اهمیت بالای عایقکاری در مورد آن میگردد. 

نصب عایق حرارتی بر روی یک سطح داغ موجب کاهش دمای سطح خارجی می‌شود. با استفاده از عایق کاری سطح خارجی آن شیئ بیشتر می‌شود اما تاثیر کاهش دمای متعاقب آن بیشتر است و در نتیجه اتلاف حرارت کاهش پیدا می‌کند.

هنگامی که دمای سطح کمتر از محیط اطرافش باشد وضعیت مشابهی اتفاق می‌افتد. در هر دو حالت انرژی از دست می‌رود. این اتلاف های انرژی می‌تواند توسط نصب عایقهای اقتصادی و کاربردی بر روی سطوحی که دمای آن ها به مقدار قابل توجهی متفاوت از محیط است کاهش پیدا کند.

دسته بندی متریال های عایق

سرویس ها یا متریال های عایق ممکن است بر اساس طیف دمایی سرویس دسته بندی شود.

گزینه های متنوعی برای دسته بندی عایق های مکانیکی بر اساس طیف دمایی سرویسی که عایق کاری می شود وجود دارد. به عنوان مثال کلمه کرایوژنیک به معنی تولید سرمای منجمد کننده است اگرچه که این اصطلاح به طور فراگیری به عنوان هم معنی برای بسیاری از کاربردهای دما پایین استفاده می شود. به خوبی تعریف نشده است که در چه نقطه ای در طیف دمایی، انجماد به پایان می‌رسد و کرایوژنیک آغاز می شود.

موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی در آمریکا حوزه کرایوژنیک را بین محدوده دمایی کمتر از منفی ۱۸۰ درجه سانتیگراد در نظر می گیرد. آنها اساس تعریف خود را بر درک این موضوع که نقاط جوشش نرمال گاز های دائمی مانند هلیوم ، هیدروژن ، نیتروژن ،اکسیژن و هوای معمولی زیر منفی ۱۸۰ درجه قرار دارد در حالیکه مبردهای فریون، هیدروژن سولفید و سایر مبرد های رایج نقاط جوش بالاتر از منفی ۱۸۰ درجه دارند.

با در نظرگرفتن این موضوع که ممکن است طیف های متفاوت دمایی در صنایع مختلف برای عایق بندی مدنظر باشد صنعت عایق های حرارتی مکانیکی به طور کلی دسته بندی زیر را مد نظر قرار داده است: 

CategoryDefinition
Cryogenic Applications-50°F and Below
Thermal Applications:
Refrigeration, chill water and below ambient applications-49°F to +75°F
Medium to high temp. applications+76°F to +1200°F
Refractory Applications+1200°F and Above

عایق های حرارتی گرانولار

کلسیم سیلیکات

تعریف  عایق حرارتی کلسیم سیلیکات توسط موسسه astm ، عایق حرارتی که متشکل از متریال پایه سیلیکات کلسیم هیدروس است و معمولاً شامل فیبرهای تقویت کننده می باشد

عایق های لوله و بلوکی شکل در استاندارد astm c ۵۳۳ معرفی شده است. این استاندارد شامل سه نوع طبقه بندی اولیه بر اساس ماکسیمم دما و دانسیته مورد استفاده، 

TypeMaximum Use Temp (°F) and Density
IMax Temp 1200°F, Max Density 15 pcf
IAMax Temp 1200°F, Max Density 22 pcf
IIMax Use Temp 1700°F

این استاندارد دمای کاری را بین ۸۰ درجه فارنهایت تا ۱۷۰۰ درجه فارنهایت محدود می کند. عایق کلسیم سیلیکات لوله به شکل سیلندر های توخالی که از وسط به دو نیمه تقسیم شده‌اند. یا به صورت بخشهایی ازمنحنی هستند. عایقهای لوله معمولاً در طول های ۳۶ اینچی ساخت می شوند و در سایزهای مختلف موجود هستند تا بتوانند متناسب با اغلب سایزهای استاندارد لوله باشند. معمولاً ضخامت این عایق ها از یک اینچ تا سه اینچ در یک لایه متغیر است.

عایق بلوکی کلسیم سیلیکات به صورت مقاطع تخت تهیه میشود که هرکدام طول، عرض و ضخامت های متفاوتی دارند که بسته به نوع استفاده، متغییر می باشد. 

برای عایقکاری شکل های پیچیده تر نظیر ولو یا فیتینگ، باید از شکلها و مقاطع استاندارد استفاده نمود. معمولاً عایق کلسیم سیلیکات با یک لایه محافظ از جنس فلز یا نسوز برای محافظت در مقابل آب و هوا و زیبایی ظاهری پوشیده می شود.

کاربردهای رایج شامل پایپینگ و تجهیزاتی که در دماهای بالای ۲۵۰ درجه فارنهایت کار می کنند،مخازن تحت فشار،مبدل های حرارتی،پایپینگ بخار عایق کاری ولوو فیتینگ ها بویلرها ونت ها و داکت های اگزاست مورد استفاده قرار می گیرد

nasimadmin بدون دیدگاه

عیب یابی مبدل های حرارتی پوسته و لوله

معمولاً هنگامی که مبدل های حرارتی در خط قرار می گیرند و آن طور که باید کار نمی کنند فضایی از استرس بر خط تولید حاکم می‌شود. همچنین زمانی که بار حرارتی روی مبدل تغییر می کند و مبدل درست عمل نمی کند، اگر چاه حرارتی یا گیجهای فشار و یا فلومتر وجود نداشته باشد بسیار خطرناک می باشد. به علاوه به شما گفته شده که صدها میلیون تومان در روز به دلیل کاهش تولید ضرر دیده اید پس مشکل باید به سرعت پیدا شده و رفع گردد.

در بسیاری از موارد سیستم باید شات دان شود.

در این مقاله به مواردی می پردازیم که می تواند در پیدا کردن عیوب و همچنین از بین بردن آنها به شما کمک کند مواردی نظیر:

  • اطلاعاتی که باید جمع آوری شود و مواردی که باید به دنبال آنها باشیم
  • اهمیت افت فشارهای محاسباتی و چگونگی آنالیز مشکل به کمک آن ها
  • جریان دو فاز با تاکید بر انتقال حرارت کم به دلیل جریان طبقه ای
  • کارهای انجام شده واقعی از مشکلات و ارورهای طراحی و ساخت به منظور کمک به عیب یابی مبدل حرارتی

در این مقاله تمرکز ما بر مسائل حرارتی می باشد مسائل ناشی از ارتعاشات و نشتی مبدل حرارتی در این مقاله بررسی نمی گردد و می توانید برای اطلاعات بیشتر به مقاله مسائل ناشی از نشتی مبدل حرارتی مراجعه بفرمایید.

فاز شماره ۱ : جمع آوری اطلاعات

علاوه بر اطلاعات واضح فرآیندی درباره جریان دما ها و افت فشار ها احتمالاً به نقشه های سازنده مبدل حرارتی هم نیاز خواهید داشت.

احتمالاً شما نیازی به تست های مبدل حرارتی ندارید اما اگر هم نیاز داشته باشید پروسه‌هایی برای این کار وجود دارد.

با استفاده از اطلاعات فرایندی جمع آوری شده باید یکبار محاسبات طراحی حرارتی بر روی نرم افزار کامپیوتری اجرا گردد. نتیجه این اجرا اطلاعات دقیق تری را نسبت به جدول مشخصات استاندارد مبدل حرارتی به شما ارائه می کند. در مورد موارد زیر باید نتیجه اجرا را چک کنید:

آیا هیچ پیغام خطایی درباره مشخصات فیزیکی مبدل مورد استفاده در نرم افزار دیده می شود؟

آیا پیغام خطایی در باره اطلاعات ورودی مشاهده می شود؟

بخشی را که کامنت‌هایی را درباره طراحی آنالیز میکند چک کنید.  

آیا نوع انتقال حرارت درستی در داده های ورودی انتخاب شده است؟

آیا اخطارهای خاصی در طراحی مبدل حرارتی نادیده گرفته شده؟

آیا نکات تجهیزات آب بندی تیوب باندل رعایت شده است؟

اگر مسئله, یخ زدگی یا گرمای بیش از اندازه بوده آیا دماها در شرایط تمیز می توانند مشکل ساز به حساب آیند؟

در بعضی موارد اندازه گیری دما ها در بدنه مبدل حرارتی می تواند کمک کننده باشد. این کار به شناسایی گازهای خارج نشده جریان‌های لایه لایه و یا بای پس سیال کمک می کند. اگر دمای بدنه مبدل خیلی داغ یا خیلی سرد نباشد میتوان آنها را با دست هم تست کرد. 

افت فشار

اندازه گیری افت فشار می تواند کمک بسیار بزرگی در آنالیز مسائل و مشکلات عملیاتی مبدل حرارتی باشد. همچنین اندازه گیری این مقادیریک چک سرانگشتی از نرخ جریان را هم برای ما به ارمغان می آورد. 

اگر مشکل رسوبگذاری وجود داشته باشد، افت فشار در جریانهای تک فاز باید بین مقدار محاسبه شده و مقدار اندازه گیری شده قرار بگیرد.  افت فشار در جریان های دو فاز معمولاً نزدیک به یکدیگر خواهد بود اگر زون بندی شده باشند و الگوهای جریان مد نظر قرار گیرد. 

افت فشار های کمتر از میزان محاسبه شده نشان دهنده بای پس سیال می باشد. افت فشار کم در سمت تیوب به معنی این است که کل جریان وارد تیوب ها نمی شود. 

ممکن است در محلی که پلیت های پاس چنل یا پلیت های پاس  کلگی جدا شونده به تیوب شیت ها می رسند مشکلی به وجود آمده باشد.

تیوب باندل باید بیرون کشیده شود و پلیت های تعیین کننده پاس و گسکت دور تیوب شیت بررسی گردد.

ممکن است مشکل خوردگی یا مسئله‌ای برای گسکت و یا ایراداتی در هنگام تولید وجود داشته باشد. افت فشار در سمت پوسته که کمتر از میزان محاسبه شده باشد، نشان دهنده این است که آب بندی تیوب باندل به درستی انجام نشده است. جریان های بای پس از تیوب باندل، موجب کاهش انتقال حرارت می شود. هر فضای باز در بالا یا پایین تیوب باندل، باید بخشی از جریان متقاطع که توسط seal strip ها بلاک می شود، را داشته باشد.

این امر بخصوص برای ناحیه جریان لایه ای بسیار مهم است. اگر مبدل حرارتی دارای دو پاس باشد جریان سیال احتمالاً از بافل لانگ، در صورتی که جوش داده نشده باشد، دچار بای پس شده است.

بافل های لانگ با آب بندی leaf آب بندی کاملی را ارائه نمی دهند این نوارهای نازک فلزی نمی‌توانند ضربات سیال را تحمل کنند. گاهی اوقات در هنگام ساخت مبدل حرارتی پوسته و لوله این نوارها آسیب می بینند. همچنین ممکن است در هنگام نصب در کارخانه محل استفاده، وقتیکه تیوب باندل در آورده شده و سپس دوباره نصب می شود، دچار آسیب گردد. 

مقادیر زیاد افت فشار ممکن است به دلایل زیر اتفاق بیفتد: 

  • عدم تخلیه گاز درست
  • رسوب گذاری بسیار زیاد
  • وجود آشغالهای اضافی ناشی از استارت آپ
  • فریز شدن جریان فرایند
  • وجود جریان لخته ای(slug flow) برای جریانهای دوفاز 
  • مشکلات ساخت

عدم وجود تخلیه درست ، معمولاً یکی از اولین علل افت فشار های بالا است که باید ابتدا بررسی گردد این موضوع معمولاً در کندانسورها اتفاق می افتد.

در مقالات بعدی به سایر موارد اشاره شده در بالا خواهیم پرداخت.

nasimadmin بدون دیدگاه

پنج مشکل رایج در عملکرد مبدل های حرارتی پوسته و لوله صنایع غذایی و روشهای جلوگیری از آنها

همانند همه تجهیزات، مبدل های حرارتی پوسته و لوله نیز دچار مشکلات عملکردی در طی عمر کاری خود می شوند.نشتی ها می توانند در سیستم های مبدل حرارتی رخ بدهند اما مشکل زمانی جدی می شود که محصول نهایی شما دچار آلودگی‌های ناشی از نشتی شود.

در این مقاله به پنج مورد از رایج ترین مشکلات مبدل حرارتی نصب شده و درحال کار و روش‌های جلوگیری از آن می پردازیم.

۱- نشتی ناشی از سرویس ضعیف

معمولاً مبدل های حرارتی پوسته و لوله در فاصله ۶۰۰۰ ساعت عملکرد یا حدود ۲ سال عملکرد، باید مورد سرویس قرار بگیرند. این سرویس باید به صورت منظم در این بازی زمانی انجام شود و حتماً باید توسط یک مهندس خدمات تایید صلاحیت شده انجام پذیرد.

استفاده از مهندسین خدمات آموزش دیده، از اشتباهات ناشی از سرویس نظیر جایگزینی نادرست گسکت‌های قدیمی که می تواند موجب نشتی شود ، جلوگیری می‌کند.

۲- نشتی به دلیل استفاده از گسکت های نادرست

مبدل های حرارتی مورد استفاده در صنایع غذایی تعداد زیادی گسکت ویا اورینگ دارند. انواع مختلف این نوع گسکت ها برای جاهای متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند اما ممکن است شبیه به یکدیگر به نظر بیایند. 

برخی از این گسکت ها برای مقاومت در برابر دماهای بالا ساخته شده اند و برخی از آنها نیز تحمل دماهای زیاد را ندارند. مهم است که از گسکتهای اورجینال با کیفیت الاستیسیته مناسب و همچنین با استانداردهای لازم استفاده گردد.

۳-نشتی ناشی از خوردگی

اگرچه این مشکل تقریباً غیر رایج است اما ممکن است اتفاق بیفتد و هنگامی که اتفاق بیفتد می‌تواند مشکلات بسیار جدی برای کارکرد سیستم به وجود بیاورد.برای کاربرد های صنایع غذایی و نوشیدنی ای که از نمک استفاده نمی کنند یک مبدل حرارتی که از استنلس استیل ۳۱۶ گرید بالا ساخته شده است می تواند کافی باشد اما باید این موضوع را مدنظر داشت که ممکن است در آینده همان مبدل حرارتی را برای انجام پروسس محصولاتی استفاده کرد که میزان مشخصی از غلظت نمک را دارند. 

محلول نمکی می تواند به این نوع از مبدل استنلس استیل حمله کرده و به خصوص در نواحی که غلظت آن زیادتر است و در دمای بالاتری قرار دارد آسیب بیشتری به سیستم وارد نماید.

اگر در داخل مبدل سوراخ هایی ایجاد شود و محصول ورودی به داخل پوسته با محصول خروجی از داخل آن ترکیب شود دردسرهای بزرگی به همراه خواهد داشت. در صورتی که شما نیاز به برنامه‌ریزی برای تغییر فرایند از محلول های غیر نمکی به معلول های نمکی دارید لازم است که سازنده مبدل حرارتی را در مورد برنامه ریزی های خود مطلع نمایید تا بتوانند با استفاده از آلیاژی از استنلس استیل که شامل مقادیر بالاتری از مولیبدن است مقاومت مبدل حرارتی را در مقابل محلولهای نمکی بالاتر ببرد.

۴- آلودگی به دلیل تمیزکاری ضعیف

تمیز کاری دقیق بر اساس دستورالعمل های موجود استریل بودن مبدل حرارتی را تضمین می کند. در صورتی که در مجموعه شما محلول های شوینده و یا تمیز کننده های قوی وجود دارد که خوب کار می‌کنند بهتر است که آنها را تغییر ندهید. ممکن است با تغییر محلول شوینده و یا کاهش زمان های تمیزکاری بتوانید مقداری پول حفظ کنید اما ممکن است تمیزکاری شما کارهای لازم را نداشته باشد و منجر به تشکیل رسوب هایی در داخل مبدل شود. این بدین معناست که باکتری های ناخواسته ای می توانند در داخل این شیار و حفره رشد کنند و در نهایت شما این تجهیزات را به خوبی استرلیزه نکرده‌اید. همچنین اگر تمیزکاری در فواصل معینی تکرار نشود و انجام نگردد، ممکن است به مشکلاتی برخورد کنید.

به همین منظور جهت جلوگیری از مشکلات تمیزکاری مبدل حرارتی ، باید همیشه مطابق برنامه پیشنهادی سازنده برای انجام تمیزکاری در محل صورت پذیرد.

۵- افت فشار بسیار زیاد است

عوامل زیادی در افت فشار موثر هستند. ممکن است یکی از متریال ها نظیر مشتقات نشاسته ، با محصولات تأمین کننده های دیگر جایگزین شده باشد و ویسکوزیته محصولات تغییر کرده باشد. در این صورت باید از سازنده مبدل حرارتی در مورد راه حل برای این موضوع سوال نمایید تا آنها راه حل جایگزینی را برای این سیال با ویسکوزیته بالاتر پیشنهاد دهند.

در هنگام انتخاب مبدل حرارتی پوسته و لوله ، دانستن مشخصات فیزیکی دقیق محصولات، بسیار برای سازنده حائز اهمیت است.

nasimadmin بدون دیدگاه

مقایسه بافل(baffle) افقی و عمودی در مبدل حرارتی پوسته و لوله

تیغه‌ای که در مسیر سیال قرار می‌گیرد و موجب تغییر جهت یا توقف تلاطم سیال می‌شود را بافل (به انگلیسی: Baffle) می‌گویند.

بافل یکی از اجزا راکتورهای شیمیایی یا مبدل‌های حرارتی است که وظیفه ایجاد نوعی آشفتگی به منظور تغییر در شکل حرکت مایع در مخزن یا جلوگیری از سر ریز شدن مایع از داخل مخزن استفاده می‌شود. در رآکتور شیمیایی، بافلها اغلب به دیواره داخلی متصل شده و میزان اختلاط مواد را بالا می‌برد و در نتیجه افزایش انتقال حرارت و سرعت واکنش‌های شیمیایی در داخل رآکتور به وجود می‌آید.

بافل ها یکی از مهمترین ویژگی های ساختاری یک مبدل حرارتی پوسته و لوله هستند. این صفحات فلزی در طول مبدل حرارتی نصب شده و دارای سه نوع کارکرد هستند که هر کدام به تنهایی از اهمیت بسیار زیادی در عملکرد صحیح دستگاه برخوردار می باشد.

اولاً بافل ها ساپورت های فیزیکی برای تیوب باندل به حساب می آیند.

دوما، آنها به فضاسازی بین تیوب ها و حفظ این فضا و همچنین جلوگیری از لرزش،  شکسته شدن و یا خم شدن تیوبها در هنگام وقوع ارتعاشات ناشی از تغییر در نرخ جریان یا انتقال حرارت می گردد.‌

نهایتاً جهت جریان را در سمت پوسته تعیین می‌کنند 

این کاربرد آخر یعنی تعیین جهت جریان برای بهره وری و کارایی مبدل حرارتی بسیار حیاتی است و به شدت نیز متغیر می باشد.سازندگان این نوع مبدل های حرارتی گزینه های زیادی از حیث جهت ، اندازه و فاصله های بین بافل ها دارند.یکی از موضوعاتی که سازندگان باید در مورد آنها تصمیم گیری نمایند این است که جایگاه بافل ها به صورت عمودی باشد یا افقی.

بافل های افقی

بافل های افقی بسیار برای کارکردهایی که در آن ها سیال تک فاز است و در سمت پوسته جریان دارد ایده‌آل هستند زیرا این نوع چیدمان از رسوب گذاری در بالا و پایین مبدل حرارتی جلوگیری به عمل می آورد.همچنین این امر موجب جلوگیری از تشکیل لایه های رسوب می گردد که به سیال گرم تر اجازه می دهد تا در ناحیه بالایی مبدل حرارتی قرار بگیرد تا بتواند با سیال سردتر مخلوط گردد.

 بافل های افقی می توانند نرخ انتقال حرارتی بالاتری را به همراه داشته باشند

بافل های افقی با بسیاری از محاسبات مبدل حرارتی پوسته و لوله و با فرض اینکه بافل ها به صورت افقی نصب خواهند شد، اغلب به عنوان طراحی پیش فرض  مد نظر قرار می‌گیرند.در تحقیقاتی که در دانشگاه اشتوتگارت به عمل آمده است، نشان داده شد که جهت گیری بافل ها تاثیر بسیار مهمی بر افت فشار و همچنین نرخ انتقال حرارت مبدل حرارتی پوسته ولوله دارد. 

هنگامی که مبدل حرارتی پوسته و لوله جریان نشتی ندارد  بافل های افقی عموما منافع بیشتری را بدون در نظر گرفتن جریان سمت پوسته به همراه دارند. مدل های حرارتی با بافل های افقی اغلب می‌توانند نرخ انتقال حرارت بالاتری را به وجود بیاورند زیرا با این نوع طراحی فاصله متوسط بین شیرهای ورودی و خروجی و با فعل های اول و آخر طولانی‌تر از حالتی است که از بافل های عمودی استفاده می کنیم.

به همین دلیل میزان سیالی سمت پوسته که در طول بافل در حرکت است بیشتر است که همین امر موجب افزایش جریان بین تیوب و بافل ها می شود. 

هنگامی که سیال سمت پوسته با سرعت کمتری حرکت می کند بافل های افقی می توانند جریان فرایند را منظم نگه دارند. بافل های عمودی ، مدت زمانی را که سیال در داخل پوسته باقی می‌ماند را افزایش می دهند که این امر تاثیر منفی بر انتقال حرارت دارد. 

بافل های عمودی

 بافل های عمودی  می‌توانند فرایند ساخت مبدل های دو پاس را ساده سازی نمایند نظیر یک پوسته نوع F

این جهت گیری با فعل ها همچنین برای کاربردهایی که در آنها کندانس شدن  در سمت پوسته وجود دارد  بسیار ایده آل می باشد. جهت گیری عمودی همچنین به کندانسه ها اجازه می دهد که به سمت پایین و به سمت خروجی حرکت کنند و از محبوس شدن آنها توسط بافل جلوگیری می شود. طبق یافته های دانشگاه اشتوتگارت مبدل های حرارتی پوسته و لوله با جریان های نشتی عملکرد بهتری با بافل های عمودی دارند. مزیت این نوع طراحی هنگامی نمایان تر می شود که سیال سمت پوسته از نوع گازی باشد و به دلیل نرخ پراکندگی بالاتر گازها نسبت به مایعات این موضوع بسیار مورد توجه قرار می گیرد.

بافل های عمودی معمولاً هنگامی بهترین گزینه هستند که افت فشار کمی مورد نیاز است 

افت فشار دیده شده در مبدل های حرارتی با جریان نشتی و بافل های افقی بسیار بزرگتر از مبدلهای حرارتی با جریان نشتی و بافل های عمودی می باشد .به همین دلیل برای مبدل های پوسته و لوله ای که هدفشان کمینه کردن افت فشار است بافل های عمودی بهترین گزینه می باشد .

یافته های دانشگاه اشتوتگارت همچنین نشان می‌دهد که این نوع قرار گیری بافل ها اگر با برش هایی ۳۰ درصدی از قطر پوسته همراه گردن کمترین میزان افت فشار را دارد.

 در همین حال بالاترین افت فشار در بافل های افقی که دارای برشی به میزان ۲۰ درصد قطر پوسته بودند دیده شد. 

روشی که بافل ها در داخل مبدل حرارتی پوسته و لوله نصب می شوند تاثیر مستقیمی بر نرخ انتقال حرارت و افت فشار این دستگاه خواهد گذاشت. اما با این‌حال انتخاب  روشی که بافل در داخل پوسته قرار می گیرد بستگی به کاربرد مبدل حرارتی، ویژگیهای فرآیندی که در آن مورد استفاده قرار گرفته است و اثرات مطلوب آن، دارد.

هر کدام از کاربردهای متفاوت مبدل نیاز به طراحی خاص خود داشته باشند و همین امر باعث شده است که واحد طراحی و مهندسی گروه صنعتی نسیم مبدل با بهره گیری از دانش روز دنیا و آخرین تکنولوژی های این صنعت اقدام به طراحی و ساخت مبدل های سفارشی برای کاربردهای خاص مشتریان گرامی نماید. 

جهت دریافت مشاوره فنی و استعلام قیمت می توانید از طریق لینک زیر نسبت به  ارسال درخواست خود و یا تماس با واحد فروش گروه صنعتی نسیم مبدل اقدام نمایید.

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؟