در این مقاله می‌خواهیم مفصل به مبحث مبدل حرارتی پوسته و لوله بپردازیم، پیش‌تر درباره اینکه مبدل حرارتی چیست و انواع آن صحبت کردیم که پیشنهاد می‌دهم برای درک بهتر این مبحث حتماً به مقاله مبدل حرارتی مراجعه کنید.
مبدل حرارتی پوسته و لوله چیست؟
مبدل حرارتی پوسته و لوله یا shell and tube heat exchanger یکی از رایج‌ترین مبدل های حرارتی در صنعت محسوب می‌شود که در مواردی مانند پالایشگاه‌های نفت مورد استفاده قرار می‌گیرند. مبدل پوسته و لوله متشکل از یک مخزن تحت فشار به نام پوسته است که در کنار مجموعه‌ای از لوله‌های موازی به نام باندل کار انتقال حرارت را به روش گرمایی بر عهده دارد.
در این دستگاه در اثر جریان سیال درون لوله‌ها انتقال حرارت از سیال گرم به سیال سرد انجام می‌شود در نتیجه سیال موجود در مبدل حرارتی پوسته و لوله به دمای ثابت مورد نظر می‌رسد و برای استفاده مجدد از درون مبدل بیرون می‌رود. در ایده‌آل‌ترین حالت، میزان گرمای از دست رفته سیال گرم با میزان گرمای جذب شده توسط سیال سرد برابر می‌باشد.
انواع مبدل حرارتی پوسته و لوله
مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله در 3 نوع وجود دارند و در بازار عرضه می‌شوند که این دسته بندی به شرح زیر است:
1. تک پاس با یک تیوب شیت
تعداد پاس با تعداد رفت و برگشت سیال درون لوله‌های مبدل تعیین می‌شود. در این نوع مبدل تعدادی لوله با انتهای خم وجود دارد که سیال ورودی در درون لوله‌ها با طی کردن مسیر بیشتر حرارت را بهتر انتقال می‌دهد. در این مبدل فقط یک تیوب شیت وجود دارد که هزینه ساخت دستگاه را کاهش می‌دهد و برای تمیز کردن دستگاه باید از روش‌های شیمیایی استفاده نمود.
2. تک پاس با دو تیوپ شیت
این نوع مبدل حرارتی پوسته و لوله از یک پاس و دو تیوب شیت تشکیل شده است. در این نوع مبدل اگر لوله‌ها دچار رسوب شوند می‌توان با ابزار آن‌ها را تمیز نمود.
3. دو پاس با دو تیوب شیت
در این نوع مبدل سیال دو بار مسیر رفت و برگشت را طی می‌کند و زمان بیشتری برای انتقال حرارت سیال وجود دارد.
کاربرد مبدل های پوسته و لوله در صنعت
از کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله می‌توان به صنایع نیروگاهی، تجهیزات هوای فشرده، تاسیسات سرمایشی، داروسازی، متالوژی و… اشاره نمود. این نوع مبدل در تولید بخار، بازیابی آن و خنک‌سازی نقش بسزایی دارد.
قطعات تشکیل دهنده مبدل پوسته و لوله
در این قسمت تمام اجزای تشکیل دهنده مبدل حرارتی پوسته و لوله مطابق شکل نام برده شده‌اند:
کانل، درپوش، پوشش کانال، مجرای سیال لوله، فلنج کلگی ثابت جلو، مجرای سیال سمت لوله، تیوب شیت ثابت، لوله‌ها، پوسته، پوشش لوله، فلنج پوسته در کلگی عقب، مجرای سیال سمت لوله، فلنج پوشش پوسته، درز انبساطی، تیوب شیت شناور، سری شناور، فلنج کلگی شناور، اتصال حلقه برش، فلنج اسلیپان، پوشش کلگی شناور، دامن تیوب شیت شناور، فلنج آب‌بندی، آب‌بندی، دنبالگر آب‌بندی، میله‌های نگهدارنده و اسپیسر، صفحات نگهدارنده، صفحه مانع، بافل طوطی، جداکننده مسیر، خروجی هوا، مجرای تخلیه، اتصال ابزار دقیق، زین نگهدارنده، قلاب حمل و نقل، پایه گوینایی
قطعات اصلی تشکیل دهنده مبدل حرارتی پوسته و لوله
1. لوله ها
لوله ها که به آن‌ها تیوب هم گفته می‌شود بخش اصلی مبادله حرارت است و به شکل مستقیم یا U شکل و با متریال مس و فولاد کم کربن، نیکل، آلومینیم و…قابل استفاده هستند واین مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله از نظر مسیرهای رفت و برگشتی در طرح‌های 1، 2 و 4 پاس تولید می‌شوند. قطر این لوله‌ها نسبت به کاربرد مبدل متفاوت است.
2. پوسته
پوسته همان محفظه‌ای است که لوله‌ها در آن قرار می‌گیرند که وظیفه تبادل حرارت را بر عهده دارد. پوسته‌ها در قطرهای متفاوتی وجود دارند ولی در حالت استاندارد قطری بین 6 اینچ تا 60 اینچ دارند. در قسمت پوسته یکی از مهم‌ترین مواردی که باید به آن دقت داشت ضخامت است، زیرا این مورد زمانی که پوسته با گاز یا بخار تحت فشار درگیر است بسیار حائز اهمیت است.
3. بافل ها
در پوسته، صفحاتی با نام بافل یا سپرک وجود دارند. بافل‌ها تیغه‌هایی هستند که در مسیر سیال قرار می‌گیرند و باعث توقف تلاطم یا تغییر مسیر سیال می‌شوند. بافل‌ها نقششان ایجاد آشفتگی برای تغییر حرکت مایع در داخل مخزن است.
4. صفحه لوله یا تیوب شیت
صفحه لوله یک صفحه گرد فلزی است که ضخامت بالایی دارد و در یک سمت یا هر دو طرف لوله قرار می‌گیرد. تیوب شیت در اصل وظیفه جدا کردن دو سیال را در لوله و پوسته به عهده دارد. مبدل های حرارتی پوسته و لوله در بخش تیوب شیت به دو شکل وجود دارند.
مزایای مبدل حرارتی پوسته و لوله
1. قیمت این نوع مبدل نسبت به مبدل‌های دیگر پایین تر است.
2. این مبدل دارای ساختاری بسیار محکم با قابلیت دما و فشار بسار بالا است.
3. در مبدل پوسته و لوله قابلیت رسوب‌زدایی در کوتاه مدت به صورت فیزیکی و شیمیایی وجود دارد.
4. این نوع مبدل را برای جلوگیری از خاصیت خورندگی می‌توان با متریال استیل تولید نمود.
5. شناسایی و ترمیم نشتی در تیوب‌ها در این مبدل به راحتی قابل انجام است.
قیمت مبدل حرارتی پوسته و لوله
مبدل های حرارتی پوسته و لوله انواع مختلفی دارند که نسبت به کاربرد و عملکردشان از متریال‌های متفاوت ساخته می‌شوند و این باعث می‌شود قیمت آن‌ها هم مختلف باشد. اینکه از چه جنس فلزی در بدنه و لوله‌ها استفاده شود و لوله‌ها به چه شکلی داخل مخزن پوسته قرار بگیرند و ابعاد اندازه آن‌ها و فرایند ساختشان به چه صورت باشد همگی فاکتورهایی هستند که بر قیمت تاثیر مستقیم دارند.