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؟