مبدل حرارتی
مبدل حرارتی
مبدل گرمایی یا مبدل حرارتی (Heat exchanger) دستگاهی است که برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌شود. بطور کلی همانطور که از نام مبدل حرارتی مشخص است، مبدل های حرارتی وظیفه تبادل حرارت بین دو سیال را بعهده دارند. سیالات تبادل کننده حرارت می توانند آب، گاز، روغن، هوا و. . . باشند.
موارد کاربرد این وسیله در سیستم‌های گرمایش ساختمان‌ها، تهویه مطبوع، تولید قدرت، بازیابی گرمای هدر رفته، و فرآوری شیمیایی است.
مبدل حرارتی پوسته لوله
متداولترین و پرکاربردترین نوع مبدل های حرارتی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد مبدل های حرارتی پوسته لوله می باشد که برای کاربرد های مختلف و در اندازه های گوناگون طراحی و ساخته می شود.
مبدل های حرارتی پوسته لوله از تعداد زیادی لوله حاوی سیال که بخش خارجی آن با سیال دیگر در تماس می باشد تشکیل یافته و عمل انتقال حرارت از طریق سطح واسط که همان بدنه یا جداره لوله است امکان می پذیرد پس باید جنس لوله ها به گونه ای انتخاب گردد که علاوه بر استقامت، رسانای خوب گرما نیز باشد.
در مبدل های حرارتی پوسته لوله معمولا دو صفحه (صفحه لوله) از جنس فلز در ابتدا و انتهای مبدل قرار می گیرد که به تعداد لوله های داخل مبدل بر روی این صفحه ها سوراخ ایجاد شده و لوله ها به آنها از طریق جوش یا به طریقه مکانیکی متصل می شوند.
دو سر مبدل یعنی سر جلویی و عقبی مبدل به گونه ای طراحی و ساخته می شود که سیال از یک سر مبدل وارد شده و به سمت ورودی لوله ها هدایت شود و پس از عبور از لوله ها وارد سر عقبی شده و در آنجا جمع آوری گردد.
سیالی که از میان پوسته عبور می کند باید به گونه ای هدایت شود که در طی مسیر بیشترین تماس را با سطح خارجی لوله ها برقرار نماید و فرآیند انتقال حرارت به بهترین شکل صورت پذیرد. برای دستیابی به این هدف از قطعه ای به نام بافل (Baffle) استفاده می شود.
بافل ها به دو منظور در مبدل های حرارتی پوسته لوله مورد استفاده قرار می گیرند. هدایت سیال و نگهداشتن لوله ها برای جلوگیری از لرزش و جابجایی. با نصب بافل ها جریان عبوری سیال در پوسته تقریبا عمود بر جریان عبوری سیال داخل لوله ها می شود که این امر موجب افزایش انتقال انرژی حرارتی و در نتیجه افزایش راندمان کار می گردد.
مشخصات فنی مبدل های حرارتی پوسته لوله :
۱- اجزاء تشکیل دهنده مبدل های حرارتی پوسته لوله
• لوله های انتقال حرارت
• پوسته
• سرجلویی
• سرعقبی
• بافلها
• صفحه لوله
۲- شرایط کاری مبدل های حرارتی پوسته لوله :
• فشار کارکرد: 0 –6000 psi
• دمای کارکرد: 250 – C800
• مواد اولیه : گستره وسیعی از مواد اولیه فلزی و غیر قلزی
۳- استانداردهای طراحی و ساحت مبدل های حرارتی پوسته لوله :
TEMA • توسط انجمن تولید کنندگان مبدل های لوله ای (امریکا) تدوین شده است. برای طراحی و ساخت مبدل های پوسته لوله ای مورد استفاده قرار می گیرد.
• API 660 که توسط انجمن نفت امریکا تدوین شده است و برای طراحی و ساخت مبدل های پوسته لوله ای استفاده می گردند.
ASME Sec VIII • که برای طراحی مکانیکی مبدل ها حرارتی فشار بالا استفاده می گردد.
مبدل حرارتی صفحه ای
این مبدل از یک فریم ثابت و یک فریم متحرک و صفحات موج دار که بین دو فریم قرار می گیرند تشکیل شده است که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا میکند. اساس کار مبدل حرارتی صفحه ای بدین صورت است که از دوجهت مخالف سیال سرد به سمت بالا و سیال داغ به سمت پایین جریان دارد تا راندمان انتقال حرارت افزایش یابد. سیالات وارد شده به این صفحات موج دار به صورت یکی درمیان بین صفحات فنری جریان می یابند و با یکدیگر تبادل گرمایی می کنند این صفحات به صورت متقارن پشت سرهم قرار می گیرند و سیال سرد و گرم مابین این صفحات در گردش هستند.این آرایش سطح صفحات سبب ایجاد امواجی در سیال شده و به این تربیت انتقال حرارت و برودت دما بین دو سیال به سرعت صورت می گیرد.
مبدل گرمایی یا مبدل حرارتی (Heat exchanger) دستگاهی است که برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌شود. بطور کلی همانطور که از نام مبدل حرارتی مشخص است، مبدل های حرارتی وظیفه تبادل حرارت بین دو سیال را بعهده دارند. سیالات تبادل کننده حرارت می توانند آب، گاز، روغن، هوا و. . . باشند.
موارد کاربرد این وسیله در سیستم‌های گرمایش ساختمان‌ها، تهویه مطبوع، تولید قدرت، بازیابی گرمای هدر رفته، و فرآوری شیمیایی است.
مبدل حرارتی پوسته لوله
متداولترین و پرکاربردترین نوع مبدل های حرارتی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد مبدل های حرارتی پوسته لوله می باشد که برای کاربرد های مختلف و در اندازه های گوناگون طراحی و ساخته می شود.
مبدل های حرارتی پوسته لوله از تعداد زیادی لوله حاوی سیال که بخش خارجی آن با سیال دیگر در تماس می باشد تشکیل یافته و عمل انتقال حرارت از طریق سطح واسط که همان بدنه یا جداره لوله است امکان می پذیرد پس باید جنس لوله ها به گونه ای انتخاب گردد که علاوه بر استقامت، رسانای خوب گرما نیز باشد.
در مبدل های حرارتی پوسته لوله معمولا دو صفحه (صفحه لوله) از جنس فلز در ابتدا و انتهای مبدل قرار می گیرد که به تعداد لوله های داخل مبدل بر روی این صفحه ها سوراخ ایجاد شده و لوله ها به آنها از طریق جوش یا به طریقه مکانیکی متصل می شوند.
دو سر مبدل یعنی سر جلویی و عقبی مبدل به گونه ای طراحی و ساخته می شود که سیال از یک سر مبدل وارد شده و به سمت ورودی لوله ها هدایت شود و پس از عبور از لوله ها وارد سر عقبی شده و در آنجا جمع آوری گردد.
سیالی که از میان پوسته عبور می کند باید به گونه ای هدایت شود که در طی مسیر بیشترین تماس را با سطح خارجی لوله ها برقرار نماید و فرآیند انتقال حرارت به بهترین شکل صورت پذیرد. برای دستیابی به این هدف از قطعه ای به نام بافل (Baffle) استفاده می شود.
بافل ها به دو منظور در مبدل های حرارتی پوسته لوله مورد استفاده قرار می گیرند. هدایت سیال و نگهداشتن لوله ها برای جلوگیری از لرزش و جابجایی. با نصب بافل ها جریان عبوری سیال در پوسته تقریبا عمود بر جریان عبوری سیال داخل لوله ها می شود که این امر موجب افزایش انتقال انرژی حرارتی و در نتیجه افزایش راندمان کار می گردد.
مشخصات فنی مبدل های حرارتی پوسته لوله :
۱- اجزاء تشکیل دهنده مبدل های حرارتی پوسته لوله
• لوله های انتقال حرارت
• پوسته
• سرجلویی
• سرعقبی
• بافلها
• صفحه لوله
۲- شرایط کاری مبدل های حرارتی پوسته لوله :
• فشار کارکرد: 0 –6000 psi
• دمای کارکرد: 250 – C800
• مواد اولیه : گستره وسیعی از مواد اولیه فلزی و غیر قلزی
۳- استانداردهای طراحی و ساحت مبدل های حرارتی پوسته لوله :
TEMA • توسط انجمن تولید کنندگان مبدل های لوله ای (امریکا) تدوین شده است. برای طراحی و ساخت مبدل های پوسته لوله ای مورد استفاده قرار می گیرد.
• API 660 که توسط انجمن نفت امریکا تدوین شده است و برای طراحی و ساخت مبدل های پوسته لوله ای استفاده می گردند.
ASME Sec VIII • که برای طراحی مکانیکی مبدل ها حرارتی فشار بالا استفاده می گردد.
مبدل حرارتی صفحه ای
این مبدل از یک فریم ثابت و یک فریم متحرک و صفحات موج دار که بین دو فریم قرار می گیرند تشکیل شده است که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا میکند. اساس کار مبدل حرارتی صفحه ای بدین صورت است که از دوجهت مخالف سیال سرد به سمت بالا و سیال داغ به سمت پایین جریان دارد تا راندمان انتقال حرارت افزایش یابد. سیالات وارد شده به این صفحات موج دار به صورت یکی درمیان بین صفحات فنری جریان می یابند و با یکدیگر تبادل گرمایی می کنند این صفحات به صورت متقارن پشت سرهم قرار می گیرند و سیال سرد و گرم مابین این صفحات در گردش هستند.این آرایش سطح صفحات سبب ایجاد امواجی در سیال شده و به این تربیت انتقال حرارت و برودت دما بین دو سیال به سرعت صورت می گیرد.