در این مقاله می‌خواهیم به توضیح مبدل حرارتی بپردازیم پس با ما همراه باشید:
مبدل حرارتی چیست و عملکرد آن چگونه است؟
در خصوص معرفی مبدل‌های حرارتی باید گفت یک مبدل حرارتی یا Heat Exchanger وسیله‌ای است که سیالات مختلف را جهت جابجایی حرارت میان آن‌ها در تماس با یکدیگر قرار می‌دهد. در واقع کار مبدل حرارتی مبدل حرارتی وظیفه انتقال گرمای موثر را بین دو یا چند سیال گاز یا مایع با اختلاف دما بر عهده دارد و از وسایل پرکاربرد فرآیندهای شیمیایی می‌باشد که مصرف صنعتی دارد. این تبادل انرژی گرمایی میان سیال مایع-مایع، گاز-گاز و مایع-گاز انجام می‌گیرد.
این عمل در شرایطی انجام می‌شود که دو سیال کوچک‌ترین ارتباط مستقیمی با یکدیگر ندارند. چنین مبدلی را اغلب به صورت دو فاز یا تک فاز تولید می‌کنند. به کارگیری این نوع مبدل از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا عدم وجود آن باعث می‌شود تا حرارت به صورت اصولی میان سیالات رد و بدل نشود.
لازم به ذکر است که سیال مورد استفاده در مبدل‌های حرارتی را بر اساس مدل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان، صنعت و همچنین با توجه به ظرفیت گرمایشی سیستم انتخاب می‌کنند. باید خاطر نشان کرد که چنین دستگاهی را می‌توان بخش جدایی ناپذیر از کوره احتراق دانست؛ زیرا تأثیر بسزایی در انتقال حرارت و تکمیل فرایند ترمودینامیکی سیستم تهویه مطبوع ایفا می‌کند.
اهمیت و کاربرد مبدل های حرارتی
مبدل حرارتی در صنایع بسیار مهمی مانند خودرو سازی، نفت و گاز، تهویه مطبوع، سیستم‌های برودتی، موتورخانه‌ها و سیستم‌های گرمایشی، صنایع غذایی و… کاربرد دارند که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره خواهیم کرد:
- نیروگاه‌های نفت، گاز و پتروشیمی
- داروسازی
- پزرشکی
- تولید برق نیروگاه‌ها
- صنایع غذایی و کارخانجات
- تاسیسات گرمایشی و سرمایشی
- استخر و جکوزی
انواع مبدل های حرارتی
یک نکته بسیار مهم در راستای انواع مبدل‌های حرارتی وجود دارد. باید گفت مدل‌های مختلف این دستگاه قادرند به شکل مستقیم یا غیر مستقیم انتقال حرارت میان سیالات مختلف را انجام دهند. البته باید گفت که اغلب مبدل‌های حرارتی به وسیله تجهیزات مکانیکی فلزی و تجهیزات پوسته و لوله و به صورت مستقیم عمل می‌کنند. لازم به ذکر است که مدل‌های فلزی این دستگاه کاربرد بیشتری دارد. زیرا از مقاومت بالایی در برابر خوردگی و آسیب‌های مکانیکی برخوردار هستند. با این حال نحوه انتقال حرارت در تمامی مدل‌های این دستگاه تقریباً مشابه است.
مبدل‌های حرارتی یک نوع دستگاه کاهنده دمای سیال به شمار می‌روند و در انواع مختلفی طراحی و تولید می‌شوند که عبارتند از:
- مدل دو لوله‌ای یا Double Containment
- مدل پوسته و لوله Shell & Tube
- مدل اختلاطی یا Mixing Exchanger
- مدل صفحه‌ای Plate Exchanger
- مدل هوا خنک Air cooled
این مبدل‌های حرارتی به طور معمول دارای دو ورودی و خروجی هستند که نسبت به دبی ورودی و خروجی هم سایز خود یا دبی ورودی و خروجی نوع دیگری از سیال در سایزهای مختلف تولید می‌شوند. در اینجا به توضیح کلی هر کدام از این مبدل‌های حرارتی خواهیم پرداخت.
کاربرد انواع مبدل حرارتی
از مبدل حرارتی در موارد متعددی استفاده می‌شود. از برخی از مدل‌های این دستگاه در پالایشگاه نفت و گاز و صنایع پتروشیمی و همچنین نیروگاه تولید برق و صنایع تولیدی استفاده می‌شود.
علاوه بر آن از برخی دیگر از مبدل‌های حرارتی در صنعت مواد غذایی، داروسازی، صنعت ذوب و صنایع شیمیایی نیز استفاده می‌شود. کاربرد‌های این دستگاه بسیار متنوع هستند. بنابراین می‌توان به استفاده از آن در اوپراتور، انواع سیستم‌های تهویه مطبوع و تجهیزات آن مانند موتورخانه، دیگ و چیلر اشاره کرد. سایر کاربرد‌های انواع مبدل عبارتند از:
- کندانسور
- در دستگاه‌هایی مانند دیگ آبگرم و داغ، دیگ بخار
- برای تهویه مطبوع و در دستگاه‌های مانند فن کویل زمینی، فن
- کویل سقفی توکار، فن کویل کانالی
- دستگاه زنت
طرز کار مبدل حرارتی پوسته و لوله
مبدل حرارتی پوسته و لوله در اصطلاح علمی Shell and Tube Heat Exchanger نامیده می‌شود. این نوع مبدل یکی از رایج‌ترین انواع مبدل‌های حرارتی است که به آن مبدل همه کاره نیز می‌گویند. از این نوع دستگاه در استخر‌ها و صنایعی مانند پتروشیمی و صنایع ساخت تجهیزات شیمیایی استفاده می‌شود. طرز کار این نوع مبدل به این صورت است که با عبور سیال از درون پوسته و از روی لوله‌های آن عمل گرمایش صورت می‌گیرد.
در ساختار این دستگاه تعداد زیادِ لوله وجود دارد که در درون پوسته استوانه‌ای این مبدل تعبیه شده‌اند. این لوله‌ها موجبات انتقال گرما و انجام پروسه گرمایش در درون سیستم هدف را مهیا می‌کنند. به دلیل نوع عملکرد این دستگاه، استفاده از آن در صنایعی که در جریان کارکرد خود به حرارت و فشار بالا نیاز دارند بسیار کاربردی خواهد بود.
همچنین باید این نکته مهم را دانست که مبدل حرارتی پوسته و لوله دارای عملکردی بسیار ساده است. عملکرد آن به این ترتیب است که یک نوع سیال از درون لوله‌ها و نوع دیگر از میان پوسته عبور می‌کند. در زمان عبور سیال، از حرارت آن کاسته شده و گرمی آن گرفته می‌شود. در نتیجه سیال تا حد زیادی خنک خواهد شد.
ناگفته نماند که ممکن است سیال خنک حرارت و گرما را از سیال گرم دریافت کند. سپس در زمان خروج از دستگاه به سیال بسیار داغی تبدیل شود. نکته قابل توجه در خصوص این نوع مبدل آن است که ممکن است مسیر جریانات همسو و یا مخالف همدیگر باشند. همچنین جهت افزایش تلاطم سیال در داخل مبدل اقدام به نصب توربو لاتور و بافر‌ها در درون لوله و پوسته می‌کنند. این اقدام باعث افزایش سرعت انتقال حرارت میان سیالات خواهد شد. ضمناً با توجه به کاربرد مبدل تعداد پاس لوله‌ها را می‌توان شخصی‌سازی کرد.
اجزای تشکیل دهنده مبدل حرارتی پوسته و لوله
انواع مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله از بخش‌های مختلفی تشکیل شده اند که اساسی‌ترین این بخش‌ها شامل موارد ذیل می‌باشند.
- هِدر جلویی
هدر پیشین یا جلویی بخشی از مبدل است که سیال به وسیله لوله‌های جلویی وارد آن میش
- هِدر عقبی
هدر عقبی بخشی از این نوع مبدل است که سیال به وسیله لوله‌های پشتی، به بیرون از مبدل هدایت می‌شود. لازم به یادآوری است که در بعضی از انواع مبدل‌ها، سیال بعد از خروج از دستگاه دوباره به وسیله هِدر پشتی به سمت هِدر جلویی هدایت می‌شود.
- مجموعه لوله‌ها
این مجموعه یک پکیج کامل از مبدل شامل صفحات لوله‌ها، سرپیچ‌ها، بست‌ها و خود لوله‌ها می‌باشد.
- پوسته
پوسته بخش جعبه مانند مبدل است که مجموعه لوله‌ها درون آن تعبیه شده‌اند.
طرز کار مبدل حرارتی صفحه‌ای
انواع مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای از تعدادی صفحه تخت، نازک و صاف تشکیل شده است. این صفحات جریان سیال را از میان خود عبور داده و مقدمات انتقال حرارت میان دو سیال را فراهم می‌کنند. این صفحات با توجه به میزان گرمای مورد نیاز جهت مبادله و با استفاده از واشر‌های پلاستیکی و پیچ و مهره به هم متصل می‌شوند. این امر به سبب جلوگیری از بروز هر نوع نشتی در زمان عبور سیال از میان صفحه‌ها صورت می‌گیرد.
سیال زمانی که از درون لوله‌های میان صفحات عبور می‌کند حرارت موجود را به خود جذب می‌کند. در واقع حرارت به وجود آمده در این صفحات، باعث تبادل گرما میان سیالات می‌شوند. نکته قابل توجه در خصوص این نوع مبدل استفاده از صفحات فلزی آن جهت تبادل حرارت در سیستم است. در درون هر یک از صفحه‌ها فضایی خالی برای عبور سیال تعبیه شده است.
همین امر باعث شده تا سطح تماس میان سیال در این نوع مبدل حرارتی بیشتر از مبدل لوله‌ای باشد. بنابراین می‌توان گفت که این نوع مبدل در مقایسه با سایر مبدل‌های دیگر از سرعت انتقال حرارت بالاتری برخوردار است. لازم به ذکر است که مبدل صفحه‌ای از قیمت بالاتری نیز نسبت به سایر مبدل‌های حرارتی برخوردار است. همچنین به دلیل مقاومت بالاتر، نصب و تعمیر آسان محبوب‌تر بوده و از آن در موارد مختلفی استفاده می‌شود.
طرز کار مبدل حرارتی هوا خنک
نحوه کار انواع مبدل‌های حرارتی هوا خنک بر اساس فن موجود در آن است. به این معنی که برای خنک کردن سیال از نوعی فن استفاده می‌کند. مبدل‌های هوا خنک را اغلب در سه طرح تولید می‌کنند که عبارتند از:
- مدل وی شکل یا V Type
- مدل افقی یا Horizontal Type
- مدل عمودی یا Vertical type
چنین مبدل‌هایی از یک یا چندین کویل یا لوله‌های متعدد رفت و برگشتی با پره‌هایی در اطراف آن و همچنین از یک یا تعدادی فن تشکیل شده است. این نوع مبدل بسیار شبیه به رادیاتور ماشین عمل می‌کند. به این شکل که سیال گرم را از درون کویل عبور می‌دهد. سپس آن را در معرض هوای فن‌های موجود در سطح بیرونی کویل قرار می‌دهد. با قرار گرفتن سیال در معرض هوای خنک فن، ذرات هوا با سطح بسیار گرم پره‌های کویل و لوله‌ها برخورد می‌کند. در نتیجه حرارت سیال پایین آمده و سیال خنک می‌شود. مبدل‌های هوا خنک را معمولاً در دو نوع عمودی و افقی و V شکل طراحی می‌کنند.
ویژگی های مبدل حرارتی هوا خنک
انواع مبدل‌های حرارتی هوا خنک دارای مشخصه‌های بارزی اند که باعث کاربرد بالای آن ها در موارد متعدد بخصوص در بخش صنعت شده است. این ویژگی‌ها شامل موارد ذیل می‌باشند.
- قابلیت انجام تست‌های حرارتی و عملکرد مفید آن
- قابلیت بهینه‌سازی انتقال حرارت و کاهش افت فشار سیال
- بهره‌گیری از چندین فن قوی در ساختار آن
- طراحی ساده جهت دسترسی آسان به درون آن در زمان تعمیر و یا تمیز کاری
- استفاده از متریال مناسب و مقاوم در ساخت آن
- استفاده از آلیاژ مقاوم در ساخت لوله‌های آن
- برخورداری از اتصالات جوشی در ساختار آن
طراحی و تولید و فروش انواع مبدل‌های حرارتی توسط فراز مخزن
طراحی و تولید انواع مبدل حرارتی توسط شرکت تولیدی فراز پترو مخزن با استفاده از تکنولوژی‌های برتر روز دنیا انجام می‌گیرد. این شرکت انواع مختلف مبدل را بر اساس نوع کاربرد و نوع سیالات عبوری از آن تولید می‌کند. همچنین در تولید این دستگاه‌ها فاکتور‌های مهم دیگری از جمله میزان انتقال حرارت و نوع نیاز و سفارش مشتری مورد توجه قرار می‌گیرند. بنابراین محصول تولید شده در شرکت فراز مخزن جزء باکیفیت‌ترین مبدل‌هایی است که در بازار‌های کشور می‌توان یافت. علاوه بر آن مبدل‌های تولید شده توسط این شرکت مقرون به صرفه بوده و می‌توان آن‌ها را مستقیماً از کارخانه خریداری کرد.
خرید مبدل حرارتی
دستگاه مبدل حرارتی جزء دستگاه‌های مهم و پرکاربرد در صنعت پتروشیمی محسوب می‌شود. مهم است که این نوع از دستگاه‌ها را از شرکت‌های معتبر تهیه کنید. شرکت فراز مخزن با بیش از 40 سال سابقه درخشان در زمینه تولید تجهیزات صنعتی فعالیت دارد.
این مجموعه با بهره‌گیری از کادری متخصص در زمینه طراحی مخزن ذخیره، مخزن تحت فشار، مبدل حرارتی پوسته و لوله و نورد ورق بسیار موفق عمل کرده است. جهت تامین درخواست‌های خود می‌توانید از طریق شماره تلفن ۰۲۱۵۵۲۴۵۷۶۴ تماس برقرار فرمائید و از مشاوره رایگان کارشناسان این حوزه بهره‌مند شوید.
جمع‌بندی
انواع مبدل‌های حرارتی را می‌توان با توجه به نوع نیاز خود انتخاب و خریداری کرد. امروزه استفاده از این دستگاه در بخش‌های مختلف صنعتی بسیار رایج و متداول است. بنابراین تولید‌کنندگان زیادی اقدام به طراحی و تولید و عرضه آن به بازار مصرف کرده‌اند که شرکت فراز پترو مخزن یکی از موفق‌ترین این شرکت‌ها می‌باشد.
سؤالات متداول
انواع مبدل‌های حرارتی کدامند؟
مبدل‌های حرارتی را در انواع صفحه‌ای، هوا خنک، اختلاط، پوسته و لوله و دو لوله‌ای تولید می‌کنند.
مهم‌ترین وظیفه انواع مبدل‌های حرارتی چیست؟
انواع مبدل‌های حرارتی را صرفاً جهت تبادل حرارت میان دو سیال طراحی می‌کنند. بنابراین وظیفه این نوع مبدل‌ها گرفتن حرارت یک سیال و انتقال آن به سیال دیگر است.
کاربرد‌های انواع مبدل‌های حرارتی کدامند؟
از مبدل‌های حرارتی در بخش‌های مختلف صنعت مانند صنایع غذایی، پتروشیمی، دارویی و صنعت ذوب استفاده می‌شود. علاوه بر آن از این نوع دستگاه در نیروگاه‌های تولید برق و در سیستم‌های تهویه هوا نیز استفاده می‌شود.