مبدل حرارتی

مبدل حرارتی ناب زیست

مبدل حرارتی پوسته و لوله مبدل های حرارتی پوسته و لوله از مجموعه ای از لوله ها تشکیل شده اند که حاوی مایعاتی هستند که باید گرم یا خنک شوند. سیال دوم روی لوله هایی که در حال گرم یا سرد شدن هستند می گذرد تا بتواند گرما را تامین کند یا گرمای مورد نیاز را جذب کند. مجموعه ای از لوله ها بسته نرم افزاری لوله نامیده می شود و می تواند از چندین نوع لوله تشکیل شود: ساده، باله دار طولی و غیره مبدل های حرارتی پوسته و لوله معمولاً برای کاربردهای فشار بالا (با فشارهای بیشتر از 30 بار و دماهای بیشتر) استفاده می شوند. بیش از 260 درجه سانتیگراد). این به این دلیل است که مبدل های حرارتی پوسته و لوله به دلیل شکلشان قوی هستند. هنگام طراحی لوله ها در مبدل های حرارتی پوسته و لوله باید چندین ویژگی طراحی حرارتی در نظر گرفته شود: می تواند تغییرات زیادی در طراحی پوسته و لوله وجود داشته باشد. به طور معمول، انتهای هر لوله از طریق سوراخ‌ هایی در صفحات لوله به پلنوم‌ها (که گاهی به آن جعبه آب گفته می‌شود) متصل می‌شوند . لوله ها ممکن است مستقیم یا خمیده به شکل U باشند که به آنها لوله U می گویند. قطر لوله: استفاده از قطر لوله کوچک، مبدل حرارتی را هم اقتصادی و هم فشرده می کند. با این حال، به احتمال زیاد مبدل حرارتی سریعتر رسوب می کند و اندازه کوچک آن تمیز کردن مکانیکی رسوب را دشوار می کند. برای غلبه بر مشکلات رسوب و تمیز کردن، می توان از قطر لوله های بزرگتر استفاده کرد. بنابراین برای تعیین قطر لوله، فضای موجود، هزینه و ماهیت رسوب پذیری سیالات باید در نظر گرفته شود. ضخامت لوله: ضخامت دیواره لوله ها معمولاً برای اطمینان از موارد زیر تعیین می شود: فضای کافی برای خوردگی وجود دارد ارتعاش ناشی از جریان دارای مقاومت است قدرت محوری در دسترس بودن قطعات یدکی استحکام حلقه (برای تحمل فشار داخلی لوله) قدرت کمانش (برای تحمل فشار بیش از حد در پوسته) طول لوله: مبدل های حرارتی معمولاً ارزان تر هستند که قطر پوسته کمتر و طول لوله طولانی داشته باشند. بنابراین، معمولاً هدف این است که مبدل حرارتی تا زمانی که از نظر فیزیکی ممکن است طولانی شود در حالی که از قابلیت های تولید فراتر نرود. با این حال، محدودیت‌های زیادی برای این کار وجود دارد، از جمله فضای موجود در محل نصب و نیاز به اطمینان از وجود لوله‌ها در طول‌هایی که دو برابر طول مورد نیاز هستند (بنابراین می‌توان آنها را برداشت و جایگزین کرد). همچنین، لوله های بلند و نازک به سختی خارج و جایگزین می شوند. گام لوله: هنگام طراحی لوله ها، عملی است که اطمینان حاصل شود که گام لوله (یعنی فاصله مرکز و مرکز لوله های مجاور) کمتر از 1.25 برابر قطر بیرونی لوله ها نباشد. گام لوله بزرگتر منجر به قطر پوسته بزرگتر می شود که منجر به مبدل حرارتی گرانتر می شود. موج‌دار شدن لوله: این نوع لوله‌ها که عمدتاً برای لوله‌های داخلی استفاده می‌شود، تلاطم سیالات را افزایش می‌دهد و تأثیر آن در انتقال حرارت و عملکرد بهتر بسیار مهم است. به نحوه قرارگیری لوله ها در داخل پوسته اشاره دارد. چهار نوع اصلی چیدمان لوله وجود دارد که عبارتند از: مثلثی (30 درجه)، مثلثی چرخشی (60 درجه)، مربعی (90 درجه) و مربع چرخشی (45 درجه). الگوهای مثلثی برای انتقال حرارت بیشتر استفاده می‌شوند زیرا سیال را مجبور می‌کنند تا به شکل آشفته‌تری در اطراف لوله‌ها جریان یابد. الگوهای مربعی در جایی که رسوب زیاد تجربه می شود و تمیز کردن منظم تر است استفاده می شود. طراحی بافل : بافلدر مبدل های حرارتی پوسته و لوله برای هدایت سیال در سراسر بسته لوله استفاده می شود. آنها به صورت عمود بر پوسته اجرا می شوند و بسته نرم افزاری را نگه می دارند و از افتادگی لوله ها در طول طولانی جلوگیری می کنند. آنها همچنین می توانند از لرزش لوله ها جلوگیری کنند. رایج ترین نوع بافل، بافل سگمنتال است. بافل‌های سگمنتال نیم دایره‌ای در 180 درجه به سمت بافل‌های مجاور قرار گرفته‌اند و سیال را مجبور می‌کنند تا بین دسته لوله به سمت بالا و پایین جریان یابد. هنگام طراحی مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، فاصله بافل از نگرانی‌های ترمودینامیکی بزرگی است. بافل ها باید با در نظر گرفتن تبدیل افت فشار و انتقال حرارت از یکدیگر فاصله بگیرند. برای بهینه‌سازی اقتصادی حرارتی پیشنهاد می‌شود که بافل‌ها نزدیک‌تر از 20 درصد قطر داخلی پوسته قرار نگیرند. فاصله زیاد بافل ها باعث افت فشار بیشتر به دلیل تغییر جهت جریان می شود. در نتیجه، فاصله بیش از حد بافل ها به این معنی است که ممکن است نقاط خنک تری در گوشه های بین بافل ها وجود داشته باشد. همچنین مهم است که اطمینان حاصل شود که بافل ها به اندازه کافی نزدیک هستند که لوله ها آویزان نشوند. نوع اصلی دیگر بافل، بافل دیسکی و دوناتی است که از دو بافل متحدالمرکز تشکیل شده است. یک بافل بیرونی و پهن تر شبیه یک دونات است، در حالی که بافل داخلی شبیه یک دیسک است. این نوع بافل سیال را وادار می کند تا از اطراف هر طرف دیسک عبور کند و سپس از طریق بافل دونات جریان سیال متفاوتی ایجاد کند. همچنین مهم است که اطمینان حاصل شود که بافل ها به اندازه کافی نزدیک هستند که لوله ها آویزان نشوند. نوع اصلی دیگر بافل، بافل دیسکی و دوناتی است که از دو بافل متحدالمرکز تشکیل شده است. یک بافل بیرونی و پهن تر شبیه یک دونات است، در حالی که بافل داخلی شبیه یک دیسک است. این نوع بافل سیال را وادار می کند تا از اطراف هر طرف دیسک عبور کند و سپس از طریق بافل دونات جریان سیال متفاوتی ایجاد کند. همچنین مهم است که اطمینان حاصل شود که بافل ها به اندازه کافی نزدیک هستند که لوله ها آویزان نشوند. نوع اصلی دیگر بافل، بافل دیسکی و دوناتی است که از دو بافل متحدالمرکز تشکیل شده است. یک بافل بیرونی و پهن تر شبیه یک دونات است، در حالی که بافل داخلی شبیه یک دیسک است. این نوع بافل سیال را وادار می کند تا از اطراف هر طرف دیسک عبور کند و سپس از طریق بافل دونات جریان سیال متفاوتی ایجاد کند. طراحی لوله‌ ها و باله ‌ها:  در کاربرد خنک‌کردن هوا با فناوری پوسته و لوله (مانند خنک‌کننده اینترکولر / کولر هوای شارژ برای موتورهای احتراقی )، تفاوت انتقال حرارت بین هوا و سیال سرد می‌تواند به حدی باشد که نیاز به افزایش وجود داشته باشد. منطقه انتقال حرارت در سمت هوا برای این کار می‌توان باله‌هایی را روی لوله‌ها اضافه کرد تا ناحیه انتقال حرارت را در سمت هوا افزایش دهد و پیکربندی لوله‌ها و باله‌ها را ایجاد کند. مبدل های حرارتی صفحه ای نوع دیگر مبدل حرارتی مبدل حرارتی صفحه ای است . این مبدل‌ها از صفحات نازک و کمی جدا از هم تشکیل شده‌ اند که دارای سطح بسیار بزرگ و گذرگاه‌های جریان سیال کوچک برای انتقال حرارت هستند. پیشرفت در فناوری واشر و لحیم کاری ، مبدل حرارتی صفحه ای را به طور فزاینده ای کاربردی کرده است. در کاربردهای تهویه مطبوع ، مبدل های حرارتی بزرگ از این نوع، صفحه و فریم نامیده می شوند; هنگامی که در حلقه های باز استفاده می شود، این مبدل های حرارتی معمولاً از نوع واشر هستند تا امکان جداسازی، تمیز کردن و بازرسی دوره ای را فراهم کنند. انواع زیادی از مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای با پیوند دائمی وجود دارد، مانند انواع لحیم کاری، لحیم کاری خلاء، و صفحات جوشی، و اغلب برای کاربردهای حلقه بسته مانند تبرید مشخص می‌شوند . مبدل های حرارتی صفحه ای نیز در انواع صفحات مورد استفاده و در پیکربندی آن صفحات متفاوت هستند. برخی از صفحات ممکن است با شورون، فرورفته، یا الگوهای دیگر مهر شوند، جایی که برخی دیگر ممکن است دارای باله ها و/یا شیارهای ماشینکاری شده باشند. در مقایسه با مبدل های پوسته و لوله، آرایش صفحه انباشته معمولا حجم و هزینه کمتری دارد. تفاوت دیگر بین این دو این است که مبدل های صفحه ای معمولاً سیالات فشار کم تا متوسط ​​را در مقایسه با فشارهای متوسط ​​و زیاد پوسته و لوله ارائه می دهند. تفاوت سوم و مهم این است که مبدل های صفحه ای از جریان مخالف بیشتری به جای جریان متقاطع استفاده می کنند، که اجازه می دهد اختلاف دمای نزدیک تر، تغییرات دمای بالا و افزایش بازده را داشته باشد. مبدل حرارتی صفحه و پوسته نوع سوم مبدل حرارتی مبدل حرارتی صفحه و پوسته است که مبدل حرارتی صفحه ای را با فناوری مبدل حرارتی پوسته لوله ترکیب می کند. قلب مبدل حرارتی شامل یک بسته صفحه دایره ای کاملاً جوشی است که با فشار دادن و برش صفحات گرد و جوش دادن آنها به یکدیگر ساخته شده است. نازل ها جریان را به داخل و خارج از صفحه (مسیر جریان سمت صفحه) منتقل می کنند. صفحه کاملاً جوش داده شده در یک پوسته بیرونی مونتاژ می شود که مسیر جریان دوم را ایجاد می کند (سمت پوسته). فناوری صفحه و پوسته انتقال حرارت بالا، فشار بالا ، دمای عملیاتی بالا ، اندازه فشرده، رسوب کم و دمای نزدیک را ارائه می دهد. به ویژه، کاملاً بدون واشر کار می کند که امنیت در برابر نشتی در فشارها و دماهای بالا را فراهم می کند. مبدل حرارتی چرخ آدیاباتیک نوع چهارم مبدل حرارتی از یک مایع میانی یا ذخیره جامد برای نگهداری گرما استفاده می کند که سپس به سمت دیگر مبدل حرارتی منتقل می شود تا آزاد شود. دو نمونه از این چرخ ‌های آدیاباتیک هستند که از یک چرخ بزرگ با رشته‌های ظریفی که در سیالات سرد و گرم می‌ چرخند و مبدل‌ های حرارتی سیال تشکیل شده ‌اند.   مبدل حرارتی باله صفحه ای مبدل های حرارتی صفحه ای و پره ای معمولاً از آلیاژهای آلومینیوم ساخته می شوند که راندمان انتقال حرارت بالایی را ارائه می دهند. این مواد سیستم را قادر می سازد تا با اختلاف دمای کمتری کار کند و وزن تجهیزات را کاهش دهد. مبدل های حرارتی صفحه ای و پره ای بیشتر برای خدمات دمای پایین مانند کارخانه های مایع سازی گاز طبیعی، هلیوم و اکسیژن ، کارخانه های جداسازی هوا و صنایع حمل و نقل مانند موتور و موتور هواپیما استفاده می شود . مزایای مبدل های حرارتی صفحه ای و پره ای: راندمان انتقال حرارت بالا به ویژه در تصفیه گاز منطقه انتقال حرارت بزرگتر وزن تقریباً 5 برابر سبک تر از مبدل حرارتی پوسته و لوله است. قادر به تحمل فشار بالا معایب مبدل های حرارتی صفحه ای و پره ای: ممکن است باعث گرفتگی شود زیرا مسیرها بسیار باریک هستند تمیز کردن مسیرها مشکل است آلیاژهای آلومینیوم مستعد شکست تردی مایع جیوه هستند مبدل حرارتی لوله پره دار استفاده از پره‌ها در مبدل‌های حرارتی مبتنی بر لوله زمانی رایج است که یکی از سیالات کاری گاز کم فشار باشد و برای مبدل‌های حرارتی که با استفاده از هوای محیط کار می‌کنند، مانند رادیاتورهای خودرو و کندانسورهای هوای HVAC ، معمول است . باله ها به طور چشمگیری سطحی را افزایش می دهند که با آن می توان گرما را مبادله کرد، که کارایی هدایت گرما را به سیالی با رسانایی حرارتی بسیار کم ، مانند هوا ، بهبود می بخشد . پره ها معمولاً از آلومینیوم یا مس ساخته می شوند زیرا باید گرما را از لوله در طول باله ها که معمولاً بسیار نازک هستند، هدایت کنند. واحد تقطیر نفت خام: واحد تقطیر نفت خام (CDU) اولین واحد فرآوری تقریباً در تمام پالایشگاه‌های نفت است. CDU نفت خام ورودی را به بخش های مختلف از محدوده های مختلف جوش تقطیر می کند، که هر کدام از آنها در واحدهای فرآوری پالایشگاه دیگر پردازش می شود. CDU اغلب به عنوان واحد تقطیر اتمسفر نامیده می شود زیرا در فشار کمی بالاتر از اتمسفر کار می کند. در زیر نمودار جریان شماتیک یک واحد تقطیر نفت خام معمولی است. نفت خام ورودی با تبادل گرما با برخی از فراکسیون های داغ و مقطر و جریان های دیگر از قبل گرم می شود. سپس نمک زدایی می شود تا نمک های معدنی (عمدتاً کلرید سدیم) حذف شود. پس از نمک زدایی، نفت خام با تبادل گرما با برخی از بخش های داغ و مقطر و جریان های دیگر گرم می شود. سپس در یک کوره با سوخت (هیتر سوختنی) تا دمای حدود 398 درجه سانتیگراد گرم می شود و به پایین واحد تقطیر هدایت می شود. خنک سازی و چگالش بالای سر برج تقطیر تا حدی با تبادل گرما با نفت خام ورودی و تا حدی توسط کندانسور هوا خنک یا آب خنک انجام می شود. همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، گرمای اضافی از ستون تقطیر توسط یک سیستم پمپی خارج می شود. همانطور که در نمودار جریان نشان داده شده است، کسر تقطیر سربار از ستون تقطیر نفتا است. کسری که از کنار ستون تقطیر در نقاط مختلف بین بالا و پایین ستون برداشته می شود، سایدکات نامیده می شود . هر یک از قطعات جانبی (یعنی نفت سفید، نفت گاز سبک و نفت گاز سنگین) با تبادل گرما با نفت خام ورودی خنک می شود. همه کسری ها (به عنوان مثال، نفتای بالای سر، برش های کناری، و باقیمانده پایین) قبل از پردازش بیشتر به مخازن ذخیره سازی میانی فرستاده می شوند. انواع اصلی مبدل های لوله پره دار عبارتند از: دسته ای از صفحات فلزی با فاصله یکسان به عنوان باله ها عمل می کنند و لوله ها از طریق سوراخ های از پیش بریده شده در پره ها فشرده می شوند، تماس حرارتی خوبی معمولاً با تغییر شکل پره های اطراف لوله حاصل می شود. این ساختار معمولی برای کویل های هوای HVAC و کندانسورهای تبرید بزرگ است . باله ها به صورت مارپیچی بر روی لوله های جداگانه به عنوان یک نوار پیوسته پیچیده می شوند، سپس لوله ها را می توان در بانک ها مونتاژ کرد، به شکل مارپیچی خم کرد، یا به شکل مارپیچ های بزرگ پیچید. زیگ زاگ نوار فلزی بین لوله مستطیل شکل مسطح ساندویچ، اغلب لحیم یا مس با هم برای قدرت حرارتی و مکانیکی خوب است. این امر در مبدل های حرارتی کم فشار مانند رادیاتورهای خنک کننده آب رایج است . لوله های مسطح معمولی در صورت قرار گرفتن در معرض فشار بالا منبسط و تغییر شکل می دهند، اما لوله های میکروکانال مسطح اجازه می دهد تا از این ساختار برای فشارهای بالا استفاده شود. هنگامی که انتقال حرارتی با راندمان بالا به گاز مورد نیاز است، می‌توان از ساختار باله‌ای انباشته یا مارپیچی برای لوله‌های داخل مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله استفاده کرد. در خنک‌ کننده‌های الکترونیک، سینک‌های حرارتی ، به‌ویژه آن‌هایی که از لوله ‌های حرارتی استفاده می‌کنند، می‌توانند ساختاری با باله‌های انباشته داشته باشند. مبدل حرارتی صفحه بالشی مبدل حرارتی صفحه بالش است که معمولا در صنایع لبنی شیر برای خنک کننده در گسترش مستقیم فولاد ضد زنگ بزرگ استفاده می شود مخازن فله . تقریباً کل سطح مخزن را می توان با این مبدل حرارتی ادغام کرد، بدون شکافی که بین لوله های جوش داده شده به بیرون مخزن ایجاد می شود. صفحات بالش را می توان به عنوان صفحات مسطح که در داخل یک مخزن انباشته می شوند نیز ساخت. سطح نسبتاً صاف صفحات امکان تمیز کردن آسان را به خصوص در کاربردهای استریل فراهم می کند. صفحه بالش را می توان با استفاده از یک ورق فلزی نازک که به سطح ضخیم تر یک مخزن یا ظرف جوش داده شده است، یا دو ورق نازک که به هم جوش داده شده اند، ساخته شود. سطح صفحه با یک الگوی منظم از نقاط یا یک الگوی مارپیچ از خطوط جوش جوش داده می شود. پس از جوشکاری، فضای محصور با نیروی کافی تحت فشار قرار می گیرد تا باعث برآمدگی فلز نازک در اطراف جوش ها شود، فضایی برای جریان مایعات مبدل حرارتی فراهم می کند و ظاهر مشخصی از یک بالش متورم ساخته شده از فلز ایجاد می کند. جهت کسب اطلاعات بیشتر به صفحه https://naabzist.net مراجعه نمایید.