skip to Main Content
مجموعه پست‌های مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی لوله ای (Tubular Heat Exchangers):

مبدل های حرارتی لوله ای از لوله هایی با مقطع دایره ای ساخته شده اند. یک سیال در داخل لوله ها و سیال دیگر در خارج از لوله جریان دارد. معمولا سیال گرم تر را درون لوله به جریان در می آورند تا اتلاف حرارتی به محیط به حداقل برسد. همچنین سیالی که باعث خوردگی می شود را نیز درون لوله قرار می دهند. زیرا اولا با این کار فقط قسمت درونی لوله خورده شده و پوسته سالم می ماند، دوما تمیز کردن داخل لوله ها آسان تر می باشد. قطر ، تعداد ، طول ، گام و آرایش لوله ها می تواند تغییر کند. بنابراین انعطاف پذیری قابل ملاحظه ای در طراحی آنها وجود دارد.

مبدل های حرارتی لوله ای

چند نمونه مبدل حرارتی لوله ای

مبدل های حرارتی لوله ای می توانند به صورت زیر دسته بندی شوند :

الف- دو لوله ای (Double pipe)

ب- پوسته و لوله (shell and tube)

ج- لوله ای حلزونی (spiral tube)

الف- مبدل های حرارتی دو لوله ای (Double pipe):

ساده ترین نوع مبدلی که در صنعت ساخته می شود، مبدل های حرارتی دو لوله ای است که به آن مبدل سنجاق سری نیز گفته می شود. که از دو لوله ی هم محور و به شکل U تشکیل شده است . در این نوع مبدل یکی از سیال ها از درون لوله و سیال دیگر از مجاری بین دو لوله عبور می کند و به این ترتیب عمل انتقال حرارت صورت می پذیرد. مبدل های حرارتی دو لوله ای می توانند با آرایش گوناگون سری و موازی مرتب شوند تا افت فشار و متوسط اختلاف دمای مورد نظر را برآورده سازند. استفاده عمده مبدل های دو لوله ای ، برای گرمایش و سرمایش محسوس سیال های فرآیندی است که در آنها سطوح انتقال گرمای کوچکی (تا ۵۰ متر مربع) مورد نیاز باشد.

از مزایای این نوع مبدل ها می توان به ساخت آسان و هزینه نسبتا کم ، محاسبات و طراحی آسان ، کنترل ساده جریان های سیال در دو مسیر ، نگهداری و تمیز کردن آسان و کاربرد در فشارهای زیاد اشاره کرد. در صنعت معمولا برای سیالاتی که رسوب زا هستند از مبدل های حرارتی دو لوله ای استفاده می شود. عیب اصلی مبدل های حرارتی دو لوله ای آن است که میزان انتقال گرما در واحد سطح گرمایی آن ها کم می باشد. به عبارت دیگر برای ظرفیت گرمایی مشخص، بزرگ و گران قیمت هستند. اگر ضریب انتقال گرما برای سیال عبوری در فضای بین لوله داخلی و خارجی کوچک باشد ، لوله (یا لوله های) داخلی دارای پره های طولی می توانند استفاده شوند.

قسمت های اصلی این مبدل عبارتند از از دو لوله (pipe) هم محور ,دو اتصال سه راهی , کلاهک برگشت, و خم برگشت.

مبدل حرارتی دو لوله ای

ساختار یک مبدل حرارتی دو لوله ای

ب- مبدل های حرارتی پوسته و لوله (Sell & Tube):

متداول ترین و پرکاربردترین نوع مبدل های حرارتی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد، مبدل های حرارتی پوسته و لوله می باشد که برای کاربرد های مختلف و در اندازه های گوناگون طراحی و ساخته می شود. از این نوع مبدل ها به منظور تبخیر یک مایع یا کندانس کردن یک بخار و یا انتقال حرارت بین دو مایع استفاده می شود.

اجزای تشکیل دهنده یک مبدل حرارتی پوسته و لوله عبارتند از: لوله، صفحه لوله، پوسته، سر جلو، سر عقب و صفحات نگهدارنده. مبدل های حرارتی پوسته و 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 باشند. در مبدل های حرارتی پوسته و لوله معمولا دو صفحه از جنس فلز در ابتدا و انتهای مبدل قرار می گیرد که به تعداد لوله های داخل مبدل بر روی این ورقه ها سوراخ ایجاد شده است و این لوله ها به صفحه لوله از طریق جوش یا به طریقه مکانیکی متصل شده اند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله shell &tube

ساختار یک مبدل حرارتی Shell & Tube

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 استفاده می شود. بافل ها به دو منظور در مبدل ها 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.

مبدل حرارتی چوسته و لوله shell & Tube

مسیر حرکت سیال های سرد و گرم درون لوله و پوسته

مبدل های Shell & Tube به صورت وسیعی به عنوان خنک کن های روغن ، چگالنده ها و پیش گیرمکن ها در نیروگاه ها و به عنوان مولد های بخار در نیروگاه های هسته ای و در کاربرد های صنایع فرآیندی و شیمیایی استفاده می شوند.

اهداف اصلی طراحی در این مبدل ها ، در نظر گرفتن انبساط حرارتی پوسته و لوله ها ، تمیز کردن آسان مجموعه و در صورت با اهمیت نبودن سایر جنبه ها، کم هزینه ترین روش ساخت و تولید آنهاست. در مبدل های حرارتی پوسته و لوله با صفحه لوله های ثابت (Fixed tube sheet)، پوسته به صفحه لوله جوش داده شده است و هیچ گونه دسترسی به خارج از دسته لوله، برای تمیز کاری وجود ندارد. این انتخاب کم هزینه و دارای انبساط گرمایی محدود است که می تواند اندکی توسط فانوسی های انبساط ، افزایش یابد. در این نوع از مبدل ها، تمیز کردن لوله ها، ساده است.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله با دسته لوله U شکل دارای کم هزینه ترین ساختار است. زیرا در آن فقط به یک صفحه لوله نیاز است. سطح داخلی لوله ها به دلیل خم U شکل تند، نمی تواند با وسایل مکانیکی تمیز شود. در این مبدل ها تعداد زوجی از گذرهای لوله به کار می رود ولی محدودیتی از نظر انبساط گرمایی وجود ندارد. آرایش های مختلف جریان در سمت پوسته و لوله، بسته به ظرفیت گرمایی، افت فشار، سطح فشار، تشکیل رسوب، شیوه های ساخت و هزینه بری، کنترل خوردگی و مسائل تمیزکاری استفاده می شوند.

برای آشنایی و تسلط بیشتر بر ساختار و نحوه عملکرد مبدل های پوسته و لوله، فیلم های آموزشی زیر را مشاهده فرمایید.

فیلم آموزش مبدل های حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube)

 

فیلم معرفی کندانسورها و تبخیرکننده های پوسته و لوله (Shell and Tube)

ج- مبدل های حرارتی لوله ای حلزونی (spiral tube):

مبدل های حرارتی لوله ای حلزونی شامل کویل هایی هستند که به صورت حلزونی پیچانیده شده و در یک پوسته قرار گرفته اند و یا به صورت چگالنده های هم مرکز و تبخیر کننده های هم مرکز هستند که در سیستم های تبرید استفاده می شوند. مبدل های حرارتی لوله ای حلزونی از یک یا چند حلقه لوله مارپیچ تشکیل شده اند که ابتدا و انتهای این لوله مارپیچ به لوله اصلی ورودی و خروجی متصل می شود و محفظه ای اطراف آن را می پوشاند. معمولا جنس لوله های مارپیچ از فولاد کربن دار یا مس و آلیاژ های آن یا فولاد زنگ نزن و آلیاژهای نیکل می باشد.

مبدل حرارتی لوله ای حلزونی spiral tube

تصویر چند نمونه از مبدل های حرارتی لوله ای حلزونی

معمولا ابعاد این دسته از مبدل ها در مقایسه با سایر مبدل های لوله ای کمتر است زیرا انتقال حرارت در مسیر های منحنی و پیچ دار بیشتر از مسیر مستقیم است. ضریب انتقال گرما ، در لوله حلزونی در مقایسه با لوله مستقیم ، بیشتر است. مبدل های حرارتی لوله ای حلزونی ، برای انبساط گرمایی و سیال های تمیز مناسب هستند ، زیرا تمیز کردن آنها تقریبا غیر ممکن است.

از معایب و مزایای این نوع از مبدل ها می توان به موارد زیر اشاره کرد :

معایب :

  1. به دلیل کوچک بودن لوله مارپیچ تعمیر و جوشکاری آن ها مشکل و زمان بر است
  2. بدلیل مارپیچ بودن لوله ها تمیز کردن آن ها عملا مشکل است

مزایا :

  1. راندمان بالا
  2. مونتاژ آسان
  3. مقاومت مکانیکی بالا در مقابل انبساط و انقباض
  4. مناسب برای دبی های کم و بارهای حرارتی پایین
برای آشنایی بیشتر با ساختار این نوع از مبدل ها می توانید فیلم آموزشی زیر را مشاهده فرمایید.

فیلم آموزش مبدل های حرارتی حلزونی (Spiral)

دیدگاه بگذارید

avatar
  خبر دار شدن  
از
VimeoTelegramInstagramYoutube
Back To Top