کولر های هوایی

کولر های هوایی دسته ای از مبدل های حرارتی هستند که توسط جریان هوا، سیال گرم که داخل دستگاه می رود را سرد می کند. برای اینکه این فرآیند انجام شود نیاز است تا ابتدا سیال گرم درون مجموعه‌ای از لوله‌ها که به صورت افقی که کنار هم قرار گرفته اند حرکت کند و جریان هوای لازم برای خنک کردن سیال داخل لوله‌ ها به وسیله یک فن تامین گردد.
از این نوع مبدل حرارتی بیشتر به عنوان خنک کننده روغن و هیدروکربن ها در صنایع مختلف استفاده می شود. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی خصوصاً از این نوع از مبدل های حرارتی استفاده می کنند. در واقع، کولر هوایی به مجموعه‌ای از المان‌های کنار هم گفته می‌شود که هر یک، بخشی از سیال ورودی را از جمع کننده ورودی تحویل گرفته و پس از خنک کردن آن توسط هوا، سیال خنک شده را به جمع کننده خروجی تحویل می‌دهد.

نحوه عملکرد کولر های هوایی

همانطور که قبلاً هم ذکر شد، کولر های هوایی برای انتقال گرما از مایع به هوای محیط طراحی شده است. به این صورت که سیال مورد نظر درون لوله هایی که رسانای گرما هستند قراردارد. سپس هوا که عامل خنک کننده است به روی این لوله های رسانای گرما که سیال را در خود دارند دمیده می شود. به منظور بهبود ویژگی های انتقال حرارت مبدل های خنک کننده هوا، لوله ها با پره های خارجی طراحی می شوند. این پره ها می توانند منجر به افزایش قابل توجه سطح انتقال گرما شوند. پارامترهایی مانند طول، عرض و تعداد ردیف های لوله با توجه به کاربرد خاص و هم چنین طراحی خاص لوله پره ای متفاوت است. لین کولر ها می توانند به دو صورت فن دار و آزاد وجود داشته باشند که در حالت اول هوا توسط فن دمیده و یا مکیده می شود و در حالت دوم هوای آزاد با استفاده از اختلاف چگالی در جریان است که با نصب یک دودکش این فرآیند سریع تر می شود.          

انواع کولر های هوایی

کولر های هوایی فن دار به دو نوع کلی دمشی و مکشی دسته بندی می شوند که در ادامه به جزئیات آنها می پردازیم.

• کولر هوایی Air Cooler نوع دمشی

در این حالت فن پایین لوله ‌ها قرار گرفته و با دمیدن هوای خنک بر روی تیوب‌ها باعث خنک شدن سیال داخل آنها می‌ شود. عملیات خنک کنندگی در این کولر ها، با نیروی کمتر و جابجایی حجم کمتری از هوا انجام می ‌پذیرد. بیشتر کولر هوایی Air Cooler در صنعت از این نوع می ‌باشند.

 از مزیت‌ های این نوع کولر هوایی Air Cooler می ‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

جهت کارکرد به توان کمتری نیاز است، تعمیر و نگهداری آسان بدلیل دسترسی بهتر به فن و سایر قطعات مکانیکی، دسترسی بهتر به دسته لوله‌ ها برای سرویس و تعویض تیوب ها، قابلیت کارکرد جهت دما های ورودی بالاتر سیال فرآیندی.

از معایب این نوع کولر هوایی Air Cooler می ‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

توزیع پایین هوا بر روی کل دسته لوله ها، کنترل و پایداری پایین فرآیند در اثر قرار گیری لوله ‌های پره دار در معرض عوامل جوی نظير آفتاب و باران و برف و تگرگ، افزایش احتمال گردش هوای گرم به دلیل سرعت پایین خروجی باندل ها، سرعت مکش بالای حلقه فن و نبود Stack، در اثر بروز نقص یا خرابی فن اثر Natural Draft Stack کمتری دارد. این نوع کولر ها همیشه مستعد برگشت هوای گرم به سیستم هستند و حتما می ‌بایست با ارتفاع از سطح زمین نصب شوند.

• کولر هوایی Air Cooler نوع مکشی

در این حالت فن در بالای لوله‌ها قرار می‌گیرد و با مکش هوا به سمت بالا از روی لوله‌ها باعث خنک شدن سیال داخل لوله می‌شود. این نوع کولر هوایی به علت ایجاد توزیع یکنواخت جریان هوا بازدهی بیشتری دارد.

از مزیت‌های این نوع کولر هوایی Air Cooler می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

دسته لوله‌ها در سمت مکش فن (پایین فن) قرار دارند و پلنیوم ۶۰٪ سطح تيوب باندل را پوشانده است که باعث محافظت در برابر عوامل جوی می‌شود و کنترل و پایداری بهتر فرآیند را به همراه دارد، توزیع بهتر هوا بر روی کل دسته لوله ها، احتمال کمتر گردش مجدد هوای گرم، در اثر بروز نقص و یا خرابی فن اثر Natural Draft Stack بیشتری دارد، در این نوع کولر میزان صدای کمتری بر روی زمین شنیده می‌شود.

از معایب این نوع کولر هوایی Air Cooler می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: نیاز بیشتر به توان برای کارکرد کولر هوایی Air Cooler، دمای هوای خروجی نباید بیشتر از ۱۰۰ درجه سانتی گراد شود زیرا باعث آسیب رسیدن به تجهیزات مکانیکی نظیر یاتاقان‌ها می‌شود، تعمیرات سخت بدلیل قرارگیری لوله‌ها در زیر فن در این شرایط می‌بایست پلنیوم باز و برداشته شود.

در صورتی که دمای سیال در کولر هوایی Air Cooler بیش از ۱۸۰ درجه سانتیگراد گردد از کولر هوایی  Air Cooler نوع دمشی استفاده می‌شود زیرا دمای بالای هوا در زمان خاموش بودن فن و یا گردش کم هوا باعث آسیب به اجزای مکانیکی می‌گردد.

در کولر هوایی Air Cooler​​​​​​​ نوع مکشی اگر موتور گرداننده فن در بالای لوله‌ها قرار گیرد به علت قرار گرفتن در معرض هوای گرم زودتر مستهلک می‌شود، برای رفع این مشکل نیرو را با استفاده از شفت منتقل نموده و موتور را در محل مناسب تری (عموما پایین فن و دسته لوله‌ها) قرار می‌دهند.

انواع پره‌های کوار های آبی

پره‌ها در دو نوع زیر وجود دارند:

• Embedded Fin
• Extruded Fin

پره‌های از نوع Embedded معمولا از جنس فولاد یا آلومینیوم ساخته می‌شوند. این پره‌ها به شکل میله‌های نازک با سطح مقطع دایره‌ای یا مربعی می‌باشند که در داخل دیواره لوله فرو رفته اند. در این روش یک شیار روی تیوب داده می‌شود و سپس نوار پره وارد آن شده و غشاء تيوب روی آن نشانده شده تا عمل اتصال انجام شود. با توجه به ایجاد شیار بر روی تیوب، برای جلوگیری از بیش از حد تحت فشار قرار گرفتن تیوب، ضخامت دیواره تیوب بیشتر در نظر گرفته می‌شود. این تیوب‌ها در معرض سایش محیط قرار دارند و از معایب آنها، مقاومت پایین در برابر خوردگی محیطی می‌باشد. این پره‌ها از تنوع زیادی برخور دارند و جدایی فین از تیوب بخاطر خوردگی با اختلاف دمایی، ارتباطی با نوع پره ندارد. از این پره‌ها در مبدل‌هایی که در دماهای بالا و فرایندهای ناپیوسته کار می‌کنند استفاده می‌شود. این نوع از لوله‌های پره دار به طور معمول برای دماهای بالاتر از ۱۷۰ و کمتر از ۴۰۰ درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پره‌های نوع Extruded، با روش Extrusion بر روی روکش آلومینیومی که بر روی تیوب های کولر هوایی Air Coolerقرار می‌گیرد، تهیه می‌شوند. نحوه ساخت به این صورت است که ابتدا یک لایه از فلز آلومینیوم را بر روی لوله می‌کشند و سپس این لایه را با اعمال فشار توسط دستگاه دیگری بصورت پره‌ای در می‌آورند. از آنجایی که تیوب به صورت کامل توسط روکش آلومینیوم پوشش داده شده، دیواره تیوب همواره از سایش محیطی در امان است و اتصال بین تیوب و پره همواره برقرار می‌ماند. این نوع از لوله‌های پره دار جهت کارکردهای با درجه حرارت حداکثر ۳۰۰ درجه سانتیگراد مناسب می‌باشند. پره اکسترود شده از مقاوت در برابر فرسایش محیطی و مقاومت مکانیکی بالایی برخوردار است.

انتخاب نوع پره‌ها به مواردی نظیر شرایط محیطی و دمای کار کرد و هزینه بستگی دارد.

 انواع Header در کولر های هوایی Air Cooler

هدرهای کولر هوایی Air Cooler در انواع زیر وجود دارند:

• Plug Header
• Removable Cover Plate Header
• Removable Bonnet Header
• Manifold Header
• D Type Header

Plug Header پرکاربرد ترین نوع هدر است و به شکل یک جعبه می‌باشد که تمامی قسمت‌های آن بصورت جوشی به یکدیگر متصل شده اند. در این نوع هدر سوراخ‌هایی درون Plug Sheet در مقابل لوله‌های Tube Sheet ایجاد شده اند که به منظور قرار گیری پلاگ، رزوه گردیده‌اند.

​​​​​​​​​​​​​​ این نوع هدر کولر هوایی Air Cooler مناسب جهت سرویس کاری هیدروژن و فشار‌های بالا تا ۳۰۰ بار است. قابلیت مناسبی جهت تمیز کاری داخل تیوب‌ها دارد که این عمل توسط دستگاه جت آب صورت می‌گیرد و در صورتی که تیوبی نشتی داشته باشد و یا دچار کاهش قطر شده باشد عملیات کور کردن تیوب امکان پذیر است Removable Cover Plate Header به شکل یک جعبه است و بجای Plug Sheet دارای صفحه‌ای قابل جدا شدن می‌باشد که با پیچ و مهره به هدر اتصال می‌یابد. این نوع هدر جهت سیالاتی که دارای خوردگی و یا رسوب گذاری بالا هستند استفاده می‌شود. اما بدلیل اتصال فلنجی، جهت فشار کاری بالا مناسب نیست و حداکثر تا ۳۰ بار بکار گرفته می‌شود. بدلیل مستطیل شکل بودن فلنج این هدر احتمال نشتی از محل گوشه‌ها افزایش می‌یابد. جهت تمیز کاری و تعمیر می‌توان بدون جدا کردن سیستم لوله کشی متصل به هدر، دسترسی مستقیم به انتهای تیوب‌ها و داخل هدر داشت. این هدر دارای قیمت بالا و مشکلاتی در ساخت نیز می‌باشد. Removable Bonnet Headler از محل اتصال به Tube Sheet بوسیله پیچ و مهره قابل جدا شدن است. مشخصات آن مانند Removable Cover Plate Header می‌باشد با این تفاوت که جهت دسترسی به تیوب‌ها بایستی سیستم لوله کشی متصل به هدر جدا شود. Manifold Headler جهت فشارهای کاری بسیار بالا و در مواردی که نمی‌توان از Plug Header استفاده نمود بکار گرفته می‌شود. این هدر به شکل استوانه‌ای می‌باشد که تیوب‌ها به روش جوشی به آن متصل می‌شوند. بدلیل نداشتن هیچ منفذی جهت بازرسی، تنها برای سیالات تميز مانند سرویس چگالش بخار استفاده می‌شود. تمیز کاری تنها با روش شیمیایی قابل انجام است. متی فولد دارای طول بلند می‌باشد که باعث توزیع یکنواخت سیال داخل تیوب‌ها می‌شود دارای افت فشار کمی است و مناسب جهت فشار کاری تا ۷۰۰ بار و به شکل حرف D می‌باشد. تیوب‌های کولر هوایی Air Cooler بوسیله جوش به Tube Sheet متصل می‌شوند و اتصال Header به مجموعه بوسیله پیچی و جوشی امکان پذیر است که به نوع جوشی آن Completely Welded Type می‌گویند. این هدر برای فشار‌های بسیار بالا و سیالات تمیز بکار گرفته می‌شود.