ساخت مبدل حرارتی
مبدل حرارتی ابزاری است که برای انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای مختلف استفاده می شود. در مبدل های حرارتی در هر دو فرآیند سرمایش و گرمایش استفاده می شوند. ساخت مبدل حرارتی به عنوان یک دستگاه انتقال حرارت، بر مبنای تبادل انرژی حرارتی است که میان یک سال گرم و سرد در اثر تفاوت در دما رد و بدل میشود.در اکثر طراحی مبدل های حرارتی، سیالاتی که برای انتقال حرارت استفاده می شوند از هم جدا شده و با هم مخلوط نمی‌شوند.
ساخت و طراحی مبدل حرارتی عملیات پیچیده‌ای است و نیازمند دانش و مهارت فنی بالایی میباشد؛ اما به طور کلی روند ساخت در ادامه شرح داده شده است:
تعیین نیازها: ابتدا باید مشخص شود که این مبدل برای چه شرایطی مورد نیاز است (مانند نوع مایع و دمای ورودی و خروجی).
طراحی مبدل: برای طراحی شامل انتخاب نوع مبدل (دو لوله‌ای، صفحه‌ای، پوسته لوله) و تعیین ویژگی‌های هندسی (تعداد و قطر لوله‌ها، مساحت سطح صفحات و غیره) نیاز به دانش مهندسی دارید که به همین منظور می‌توانید با کارشناسان ما در تماس باشید.
تولید قطعات: مواد مناسب (مانند فولاد ضدزنگ، مس، آلومینیوم و غیره) را با توجه به طراحی ارائه شده توسط مهندس پروژه انتخاب کرده و قطعات مورد نیاز تهیه میشود (مانند لوله‌ها، صفحات، لاستیک‌ها و بسترها).
مونتاژ: در این مرحله قطعات به یکدیگر متصل شده و مبدل حرارتی را مونتاژ می‌کنند. مرحله‌ی مونتاژ ممکن است شامل جوشکاری و اتصال قطعات با استفاده از روشهای مناسب باشد.
آزمایش و ارزیابی: مبدل ساخته شده مورد آزمایش قرار داده شده و عملکرد آن تست خواهد شد. ارزیابی میتواند از بررسی معیارهایی نظیر ضریب انتقال حرارت، مقاومت فشاری، دبی و دما باشد.
البته همانطور که گفته شد این مراحل یک روند کلی را بیان می‌کنند؛ درحالی که ساخت عملیات پیچیده‌تری دارد و نیازمند اطلاعات دقیق و تخصصی است. جهت کسب اطلاعات بیشتر و طراحی دقیق با متخصصان شرکت صنعت آفرین سامیار در تماس باشید.
کاربرد مبدل حرارتی (از عناوین سایت است.)
سیستم‌های تهویه: مبدل‌های حرارتی در سیستم‌های تهویه و کولرها استفاده می‌شوند؛ با این مکانیزم که حرارت را از هوا یا مایعات جذب می‌کنند.
کاربرد مبدل حرارتی
امروزه مبدلها به طور گسترده در گرمایش محیطهای مسکونی، تبرید، تهویه مطبوع، نیروگاه‌ها، کارخانه های شیمیایی، واحدهای پتروشیمی، پالایشگاه های نفت، تصفیه گاز طبیعی و تصفیه فاضلاب استفاده می شوند. نمونه کلاسیک مبدل حرارتی در یک موتور احتراق داخلی یافت می شود که در آن یک سیال در گردش به نام خنک کننده موتور از مسیرهای رادیاتور جریان می یابد و هوا از کنار کویل‌ها عبور می کند که با گرفتن گرما از پره‌های رادیاتور، باعث پایین آمدن دمای آب درحال چرخش میشود. مثال دیگر چاه حرارتی (heat sink) است که یک مبدل است که گرمای تولید شده توسط یک وسیله الکترونیکی یا مکانیکی را به یک محیط سیال که اغلب هوا یا یک سیال مایع است منتقل می کند.
انواع مبدل
مبدل حرارتی و انواع آن را میتوان در دسته بندی زیر خلاصه کرد:
دولوله‌ای
پوسته لوله
صفحه‌ای
رادیاتورها و مبدل‌های خورشیدی
کولرهای هوا، چیلرها و کندانسورها
برج های خنک کننده مرطوب
مارپیچی
در ادامه به توضیح چند مورد از این نوع مبدلها خواهیم پرداخت.
در انتخاب نوع مبدل حرارتی باید به چه نکاتی توجه کرد؟
درانتخاب نوع مبدل حرارتی باید به چند نکته توجه کرد که عبارتند از:
نرخ انتقال حرارت: نرخ انتقال حرارت مورد نظر یک عامل مهم در انتخاب مبدل حرارتی است. بستگی به عواملی مانند اختلاف دمای سیالات، ظرفیت تبادل حرارتی مورد نیاز و بازده مورد نظر دارد.
سازگاری سیالات: سازگاری مواد مبدل حرارتی با سیالات درگیر مهم است. برخی از سیالات می توانند خورنده، ساینده یا واکنش پذیر باشند، بنابراین لازم است در ساخت مبدل حرارتی از موادی استفاده شود که بتواند خواص خاص سیالات را بدون تخریب یا آلودگی تحمل کند.
افت فشار: افت فشار در مبدل حرارتی یکی دیگر از موارد مورد توجه است.در برخی از موارد ممکن است محدودیت هایی در افت فشار مجاز داشته باشند، به ویژه در سیستم هایی با ظرفیت پمپاژ محدود. در این صورت مهم است که یک مبدل حرارتی را انتخاب کنید که افت فشار را به حداقل برساند و در عین حال الزامات انتقال حرارت را برآورده کند.
محدودیت فضا: فضای موجود برای نصب مبدل حرارتی باید در نظر گرفته شود. طرح های مختلف مبدل حرارتی دارای الزامات فضایی متفاوتی هستند. ضروری است که طرحی جمع و جور انتخاب کنید که بتواند در فضای موجود قرار گیرد و در عین حال انتقال حرارت مورد نیاز را فراهم کند.
تعمیر و نگهداری و تمیز کردن: باید به سهولت نگهداری و تمیز کردن مبدل حرارتی توجه شود. برخی از طرح ها دارای اجزای قابل جابجایی یا دسترسی آسان برای تمیز کردن هستند که می تواند زمان خرابی را کاهش دهد و عملکرد کارآمد را تضمین کند.
ملاحظات هزینه: هزینه اولیه، هزینه های عملیاتی و هزینه های طول عمر مبدل حرارتی باید ارزیابی شود. انواع مختلف مبدل های حرارتی از نظر هزینه متفاوت هستند و عواملی مانند بهره وری انرژی، نیازهای تعمیر و نگهداری و دوام می توانند بر مقرون به صرفه بودن سیستم تأثیر بگذارند.
با در نظر گرفتن این نکات، می توان در مورد نوع مبدل حرارتی که به بهترین وجه با نیازهای آنها مطابقت دارد، تصمیم آگاهانه گرفت و از انتقال حرارت کارآمد و عملکرد بهینه سیستم اطمینان حاصل کرد.
مبدل‌های دولوله‌ای
مبدل های حرارتی دو لوله‌ای ساده ترین مبدل های مورد استفاده در صنایع هستند. از یک طرف، ساخت مبدل دولوله‌ای ارزان است و هزینه‌های نگهداری آن مناسب میباشد که آنها را به انتخاب خوبی برای صنایع کوچک تبدیل می کند و از سوی دیگر، راندمان پایین آنها همراه با فضای زیاد اشغال شده در مقیاس های بزرگ، صنایع مدرن امروزی را به استفاده از مبدل های حرارتی کارآمدتر مانند پوسته و لوله یا صفحه‌ای سوق داده است. با این حال، از آنجایی که این مبدلها ساده هستند و قوانین اساسی برای همه مبدلها یکسان است، از آنها برای آموزش اصول ساخت مبدل به دانشجویان استفاده می شود.
مبدل پوسته و لوله
بافل‌های موجود در این مبدلها برای حمایت از لوله ها، هدایت جریان سیال به لوله ها و به حداکثر رساندن تلاطم سیال در پوسته استفاده می شوند. این بافل‌ها انواع مختلفی دارند و انتخاب شکل، فاصله و هندسه بافل میتواند در انواع متختلف از مبدلها متقاوت باشد. انواع مختلفی از مبدل های پوسته و لوله موجود تا به امروز ارائه شده اند. ساخت مبدل حرارتی پوسته لوله نسبت به دولوله‌ای سخت‌تر است و هزینه بیشتری دارد. در عوض راندمان آنها تا مقدار قابل ملاحظه‌ای از نوع قبلی بیشتر است. به همین دلیل از این نوع مبدلها در صنایع مختلف و بزرگی استفاده میشود.
مبدل صفحه‌ای
این مبدلها از صفحات نازک و کمی جدا از هم تشکیل شده‌اند که دارای سطح بسیار بزرگ و گذرگاه‌های کوچک برای انتقال حرارت هستند. پیشرفت در فناوری واشر و لحیم کاری، مبدل حرارتی صفحه ای را به طور فزاینده‌ای کاربردی کرده است. در مواردی، این مبدل های حرارتی معمولاً از نوع واشر هستند تا امکان جداسازی، تمیز کردن و بازرسی دوره‌ای را فراهم کنند. انواع زیادی از مبدل حرارتی صفحه‌ای با پیوند دائمی وجود دارد، مانند انواع لحیم کاری شده، لحیم کاری خلاء، و صفحات جوشی که اغلب برای کاربردهای حلقه بسته مانند تبرید طراحی می‌شوند. مبدل حرارتی صفحه ای نیز در انواع صفحات مورد استفاده و در چینش انها متفاوت میباشد. برخی از صفحات ممکن است با صفحات فرورفته، یا الگوهای دیگر تولید شوند و برخی دیگر نیز ممکن است دارای باله ها و یا شیارهای ماشینکاری شده باشند.
تکنولوژی ساخت مبدل حرارتی
سیالات درون مبدل های حرارتی با سرعت معینی جریان می یابند تا انتقال گرما را از طریق جابجایی اجباری تسهیل کنند. این جریان سیال منجر به افت فشار ناشی از برخورد با دیواره میشود. راندمان مبدل های حرارتی وابسته به این است که چگونه گرما را نسبت به افت فشاری که متحمل می شوند، انتقال می دهند. فناوری‌های ساخت مبدل حرارتی مدرن افت فشار را به حداقل می‌رساند و در عین حال انتقال حرارت را تا حداکثر بالا برده و سایر اهداف طراحی مانند تحمل فشار بالای سیال، مقاومت در برابر رسوب و خوردگی و امکان تمیز کردن و تعمیرات را برآورده می‌کند.
رسوب در مبدل حرارتی، یک چالش مهم
رسوب زمانی رخ می دهد که ناخالصی‌های سیال روی سطح تبادل حرارتی رسوب کنند. این ناخالصی ها و رسوبشان می تواند اثربخشی انتقال حرارت را به طور قابل توجهی در طول زمان کاهش دهد و ناشی از موارد زیر است:
تنش برشی دیواره کم
سرعت سیال خیلی کم یا خیلی بالا
محصول واکنش رسوب جامد
رسوب گیری مبدل نفت خام
در پالایش نفت خام تجاری، نفت خام تا حدود 350 درجه سانتی‌گراد قبل از ورود به برج تقطیر گرم میشود. مجموعه ای از مبدل های حرارتی پوسته و لوله معمولاً حرارت را بین نفت خام و دیگر جریان های نفتی مبادله می کنند تا نفت خام را قبل از حرارت دادن پیش‌گرم کنند. رسوب در این مبدل ها به دلیل نامحلول بودن آسفالتین رخ می دهد.
رسوب در آب خنک کننده
سیستم های حاوی آب مستعد رسوب هستند. سیال آب معمولاً دارای مقدار جامدات محلول و جامدات کلوئیدی معلق بالایی است. رسوب موضعی جامدات محلول در سطح تبادل حرارتی به دلیل دمای دیواره بالاتر از دمای سیال رخ می دهد. سرعت سیال کم به جامدات معلق اجازه می دهد تا روی سطح تبادل حرارتی بنشینند. آب خنک کننده معمولاً در سمت لوله مبدل پوسته و لوله قرار دارد زیرا تمیز کردن آن آسان است. برای جلوگیری از رسوب، طراحان معمولاً اطمینان حاصل می کنند که سرعت آب خنک کننده بیشتر یک میزان مشخص است و دمای سیال نیز از بالاتر از حدی نرود.
شرکت صنعت آفرین سامیار با تکیه بر دانش فنی متخصصین به همراه کسب رضایت از مشتریان خود، آماده طراحی و ساخت مبدل حرارتی مورد نیاز در صنایع مختلف میباشد. جهت مشاوره می‌توانید با کارشناسان مجموعه در تماس باشید.