فهرست مطالب
طراحی مبدل حرارتی :
مبدلهای حرارتی تقریبا پرکاربرد ترین عضو در فرآیندهای شیمیایی اند و می توان آنها را در بیشتر واحدهای صنعتی دید. وظیفه آنها انتقال گرما از یک سیال به سیال دیگر است. این عملیات می تواند بین مایع –مایع ، گاز – گاز ، و یا گاز – مایع انجام شود. محاسبات طراحی مبدلها کاری طولانی و گاهی خسته کننده است. مثلا طراحی یک مبدل برای یک عملیات بخصوص نیاز به حدسهای زیادی دارد که با استفاده از آنها و طبق استانداردها می توان اندازه های یک مبدل مناسب را پیدا کرد. اما با استفاده از برنامه های رایانه ای تمام این محاسبات توسط رایانه انجام می شود و کاربر برای طراحی تنها باید شرایط عملیاتی و خواص سیالات حاضر در عملیات را وارد کند. نرم افزارHTRI یکی از این موارد است. این نرم افزار شامل برنامه هایی می شود که توانایی انجام چنین محاسباتی را برای مبدلها دارند.
نسخه ی نرم افزار& HTFSHTRI مربوط به سال 2006 می شود که توسط شرکت Aspen منتشر شده است. این بسته نرم افزاری شامل برنامه های زیادی می شود که برای طراحی مهمترین انواع مبدلها مناسب است. برنامهTasc+برای طراحی مبدلهای پوسته و لوله بکار می رود. برنامهAcol+برای مبدلهای گازی و کولرها است و برنامهPlate+نیز برای مبدلهای صفحه ای کاربرد دارد. همچنین برنامهTeamsبرای طراحی و محاسبات کامل ساختار مکانیکی مبدلهای پوسته و لوله مناسب است. البته این نرم افزار شامل برنامه های دیگری نیز می شود که برنامه های نرم افزارB-JACاز آن جمله هستند. برنامهHetranکاری مشابه برنامهTasc+انجام می دهد و برنامهAerotanنیز عملکردی مشابه برنامهAcol+دارد. برنامه های دیگر نیز در این نرم افزار وجود دارند که کاربرد کمتری پیدا می کنند. برنامه های جدیدHTFS+ نسبت به برنامه های سابقB-JACخصوصیات و برتری های ویژه ای دارند که در صورت کار با آنها خود به این موارد پی خواهید برد.
طراحي و توليد مبدل هاي حرارتي پوسته و لوله در ظرفيت هاي مختلف .مبدل حرارتي دستگاهي است كه براي انتقال حرارت موثر بين دو سيال گاز يا مايع به ديگري استفاده مي گردد.
ساخت مبدل حرارتی :
انواع مبدل های حرارتی :
- مبدل هاي هوا خنك ( Air Cooler )
- مبدل هاي پوسته و لوله (Shell &Tube )
- مبدل هاي صفحه اي (Plate Heat Exchanger)
محاسبه و طراحی مبدل حرارتی :
مبدل ها بر اساس استاندارد هاي آمريكايي (TEMA-ASME-BS-DIN)توسط نرم افزارهايي چون JEC-B, HTFS, ASPEN محاسبه و طراحي مي گردد. طراحي مبدل هاي حرارتي توسط تيم مهندسي و اجرايي شركت فين روتاك صنعت با در نظر گرفتن فاكتورهاي مهمي چون ضريب انتقال حرارت، اثر مغشوش كننده ها، فواصل بين آنها و افت فشار انجام مي گيرد.علاوه بر فاكتورهاي اصلي فوق مواردي از قبيل سرعت جرمي در پوسته، سرعت معادل پوسته در دو فاز پوسته و لوله ها نيز در ساخت مبدل تاثير مستقيم دارند.نوع چيدمان لوله ها بنا به ضرورت در دو آرايش مثلثي و مربعي خواهد بود.
در ساخت مبدل هاي حرارتي پس از اجراي مرحله محاسبه، طراحي و تامين مواد اوليه مناسب، برگه اطلاعات لازم توليد شامل دماي ورودي و خروجي پوسته، دماي ورودي و خروجي لوله، نوع چيدمان لوله ها، تعداد لوله هاي گذرنده با ابعاد و طول پوسته و لوله ها، تهيه و به بخش ساخت و توليد ارجاع مي گردد. اين بخش با در دست داشتن برگه اطلاعات توليد نقشه هالي اجرائي را توسط نرم افزارهايي چون Max Power – Autocad تهيه و جهت ساخت به بخش توليد ارجاع مي گردد. مبدل هاي ساخت اين شركت داراي يكسال گارانتي و ده سال خدمات پس از فروش مي باشد و خدماتي شامل محاسبه، طراحي، توليد، نصب و راه اندازي تعمير و نگه داري را شامل مي گردد.
موارد استفاده مبدل ها:اين مبدل ها علاوه بر كاربرد آنها در صنايع نفت، گاز، پتروشيمي و نيروگاهي، در مواردي چون صنايع دارويي، غذايي، شيميايي، رنگ، سيمان، تاسيسات، صنايع فلزي و كاني، آب و فاضلاب، لاستيك و پلاستيك، تهويه مطبوع و خودرو سازي نيز مورد استفاده قرار مي گيرند.
شستشو مبدل حرارتی :
اگرچه امروزه پیشرفتهای شگرفی در امر تهیه و مصرف مواد شیمیایی در بهسازی آب برجهای خنک کننده، دیگهای بخار و همچنین مصرف افزودنی های متنوع در فرآیندهای مختلف شیمیایی حاصل گردیده است ، ولی گاهی دستگاههای تجهیزات صنعتی به خاطر عدم رعایت دستورالعملهای عملیاتی در کاربرد صحیح آنها و نیز به واسطه کیفیت پائین آبهای مناطق مختلف و یا عدم سازگاری مواد شیمیایی در محیط های آب و فرآیندی ، با مسائل تشکیل رسوب ، فولینگ ، ته نشست های حاصل از مواد خارجی و محصولات خوردگی و … مواجه می شوند که این موارد ، موضوع انتقال حرارت را در مبدل های حرارتی با مشکل مواجه می سازند. در صنایع نفت ، گاز ، پتروشیمی و کارخانجات تولیدی و نیروگاهها ، سعی بر این است که با استفاده از آب تصفیه شده و نیز اعمال بهسازی صحیح شیمیایی ، از بروز مشکل تشکیل رسوب و فولینگ در دیگهای بخار و برجهای خنک کننده پیشگیری نمایند تا حتی الامکان از توقفهای ناخواسته واحدهای تولیدی جلوگیری به عمل آورند . اگر چه شرکتها در این زمینه ، متحمل هزینه های عملیاتی ناشی از مصرف مواد شیمیایی و افزودنی های مختلف می شوند، ولی علیرغم تمامی تمهیدات، باز هم سیستم های صنعتی گاهی با بروز مشکل فوق الذکر مواجه می شوند.اگر چه با روش شستشوی شیمیایی می توان نسبت به چربی زدایی و رسوب زدایی سیستم ها اقدام نمود، ولی همواره سعی بر این است که با استفاده از یک روش صحیح و استاندارد از حداقل مواد شیمیایی مضر و خطرناک استفاده نمود و با مصرف بازدارنده های شیمیایی، خسارات را به حداقل ممکن کاهش داد . لذا شستشوی شیمیایی دستگاههای صنعتی عملاً به عنوان یک کار تخصصی مطرح می باشد. شستشوی شیمیایی مطمئن و موفق مبدلهای حرارتی نیاز به طراحی مناسب و مؤثر و اجرای آن دارد . بسیاری از مواد در مبدلهای حرارتی رسوب می کنند که این رسوبها به سبب کاهش ظرفیت انتقال حرارت مبدلها و کاهش میزان سیال جاری درون تجهیزات رسوب گرفته، منجر به کاهش بازدهی عملیات واحد می شوند . افزایش خوردگی فلز نیز نتیجه اکسید آن است و زیاد گرم شدن نیز به کاهش بازدهی کمک می کندکه افتخار داریم از معدود شرکت های انجام دهنده شستشوی انواع مبدل حرارتی می باشیم .
بیشتر بدانید...
مبدل های حرارتی یکی از اجزای اصلی بسیاری از سیستم ها و دستگاه های صنعتی و خانگی هستند. این دستگاه ها برای انتقال حرارت استفاده می شوند و در بسیاری از صنایع مانند صنعت نفت و گاز، صنایع شیمیایی، نیروگاه ها و سیستم های تهویه مطبوع استفاده می شوند. در واقع مبدل حرارتی یک دستگاه است که در آن انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر انجام می شود. این انتقال حرارت می تواند به صورت مستقیم (از طریق تماس مستقیم دو محیط) یا به صورت غیر مستقیم (از طریق یک ماده میانجی) صورت بگیرد.
تاریخچه مبدل های حرارتی
تاریخچه مبدل ها به موجب تغییرات پیوسته در ساخت و ساز فرآیندها و دستگاه‌ها، مورد توجه قرار گرفته است. تقریباً همه صنایع از جمله صنایع شیمی، پتروشیمی، فولاد و ماشین آلات از مبدل های حرارتی استفاده می کنند. در اینجا به مختصر با تاریخچه مبدل های حرارتی آشنا می شویم:
در سال ۱۷۰۰، شخصی به نام دنیل بری هواکند (Daniel Gabriel Fahrenheit)، اولین تجارب خود را در زمینه تبادل حرارت با ساخت مبدل های حرارتی ساده ترمز انجام داد. او با تعبیه لوله های مفتولی داخل ساده ترمز خود، حرارت را به مسئله اصلی پرداخت و این مبدل حرارتی ساده اولین طرح فلات است.
در سال ۱۸۳۱، مخترعی به نام رابرت استرلینگ (Robert Stirling) وسیله ای را اختراع کرد که بدون استفاده از بخار آب، برای دستیابی به تبادل حرارت استفاده می شد. این اختراع مبدل حرارتی استرلینگ نام داشت، که در آمریکا و برخی دیگر از کشورها به صورت گسترده ای به کار رفت.
در دهه ۱۹۳۰، مبدل های حرارتی پرسی رایموند (Percy Raymond) با استفاده از روش های پیشرفته ساخت، به کار گرفته شدند. این مبدل ها به فرآیندهای صنعتی کمک می کنند تا حرارت را از یک محیط به محیط دیگر منتقل کنند.
در سال ۱۹۴۳، مبدل حرارتی آیوان ر. تاتلمن (Ivan R. Tannehill) با کمک برکناری از موانع اشعه مادون قرمز، سیستم های پیچیده تری برای تبادل حرارت ارائه کرد. او همچنین بررسی خواص انتقال حرارت با استفاده از رویکرد های علمی نیز انجام داد.
در دهه ۱۹۷۰، با افزایش فعالیت های صنعتی، نیاز به مبدل های حرارتی با توان بیشتر و کارایی بالاتر برای جلوگیری از ضایعات گرمایی بیشتر، احساس شد. این همراه با پیشرفت فناوری، باعث تولید مبدل های حرارتی پیچیده تر و با کارایی بالاتر شد.
از آن زمان، مبدل های حرارتی در سیستم های صنعتی و خانگی بزرگترین نقش را در انتقال حرارت از یک محیط به محیط دیگر ایفا می کنند. همچنین، انواع مختلفی از مبدل های حرارتی برای کاربردهای مختلف تولید شده اند، از جمله مبدل های حرارتی صفحه ای.
اهمیت و کاربرد مبدل های حرارتی
مبدل های حرارتی در بسیاری از صنایع، دستگاه ها و فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند. بعضی از کاربردهای مبدل های حرارتی شامل موارد زیر می باشد:
در صنایع نفت و گاز، مبدل های حرارتی به عنوان دستگاه هایی برای انتقال گرما در فرآیندهای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند.
در صنایع خودروسازی، مبدل های حرارتی در سیستم های خنک کننده موتورها به صورت گسترده استفاده می شوند.
در صنایع غذایی، مبدل های حرارتی به عنوان دستگاه هایی برای گرم کردن و خنک کردن مواد غذایی بکار می روند.
در صنایع داروسازی، مبدل های حرارتی در فرآیندهای تولید داروها به صورت متعدد استفاده می شوند.
در هواپیماها، مبدل حرارتی برای سیستم های خنک کننده الکترونیکی به کار می روند.
انواع مبدل های حرارتی
برخی از انواع مبدل های حرارتی عبارتند از:
- مبدل های حرارتی صفحه ای
- مبدل های حرارتی لوله ای
- مبدل های حرارتی پره ای
- مبدل های حرارتی حلزونی
- مبدل های حرارتی دو جداره
- مبدل های حرارتی بستری
- مبدل حرارتی صفحه ای: این نوع مبدل شامل صفحه های مواجه با یکدیگر است که می تواند به صورت فلات، خمیده یا زیک زاک شده باشد. این صفحه ها از جنس فلزی مانند آلومینیوم یا مس ساخته می شوند و بین آنها فاصله های خالی برای راه دادن جریان سیال وجود دارد.
- مبدل حرارتی لوله ای: در مبدل های حرارتی لوله ای، جریان سیال درون یک یا چند لوله در حال جریان است و جریان هوا یا سیال دیگر در خارج از لوله ها صورت می گیرد. لوله ها ممکن است روی هم قرار گیرند یا به وسیله صفحه های صفحه ای مواجه باشند.
- مبدل پره ای: در مبدل های حرارتی پره ای، صفحه ها به شکل پره های هم آیند ساخته می شوند که جریان سیال درون آنها ایجاد می کند. این پره ها معمولاً از جنس فلزی یا پلاستیکی ساخته می شوند و جهت جریان سیال بر روی آنها تاثیر دارد.
- مبدل حلزونی: در این نوع مبدل، لوله های مارپیچ (حلزونی) استفاده می شوند که بین آنها فاصله های خالی وجود دارد. این لوله ها جریان سیال را درون خود راه می دهند و حرارت را به سیال دیگر با انتقال حرارت تماسی یا همچنین تبخیر می کنند.
- مبدل حرارتی دوجداره: این نوع مبدل شامل دو جداره است که میان آن فضایی وجود دارد که مایع یا گاز حاکم است. این فضا باعث جدا بودن دو سیال اصلی در صورت تماس کوتاه است.
- مبدل بستری: در این نوع مبدل، جریان سیال بر روی یک بستر تحت تکانه است و حرارت از سیال به این بستر منتقل می شود. بستر می تواند شامل تار یا تایشها باشد.
به طور کلی، استفاده از مبدل های حرارتی در صنایع باعث بهبود کارایی و کاهش هزینه های تولید می شود. انتخاب نوع مناسب مبدل حرارتی بسته به نوع فرآیند و نیازهای صنعتی بسیار مهم است.
کاربرد انواع مبدل های حرارتی
**صنایع نفت و گاز:** در این صنعت، مبدل های حرارتی به عنوان دستگاه هایی برای انتقال گرما در فرآیندهای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، در یک واحد تقطیر نفت، مبدل حرارتی صفحه ای برای انتقال حرارت از بخار به مایع استفاده می شود تا درجه حرارت مایع افزایش یابد.
**صنایع خودروسازی:** مبدل های حرارتی در سیستم های خنک کننده موتورها به صورت گسترده استفاده می شوند. مبدل حرارتی لوله ای به عنوان رادیاتور خودروها عمل می کند و جریان هوا را بین لوله ها راه می دهد تا حرارت موتور را تا حد ممکن جذب کند و به محیط آزاد منتقل کند.
**صنایع غذایی:** در صنایع غذایی، مبدل های حرارتی به عنوان دستگاه هایی برای گرم کردن و خنک کردن مواد غذایی استفاده می شوند. برای مثال، مبدل صفحه ای در فرایند پاستوریزه کردن شیر استفاده می شود تا درجه حرارت شیر به حدی برسد که باعث کشتن میکروب ها و بیماری ها شود.
**صنایع داروسازی:** مبدل های حرارتی در فرآیندهای تولید داروها به صورت متعدد استفاده می شوند. برای مثال، در یک فرایند تبخیر، مبدل حرارتی حلزونی برای تغییر حالت ماده و تبخیر محلول ها مورد استفاده قرار می گیرد.
**صنعت هواپیما:** در هواپیماها، مبدل های حرارتی برای سیستم های خنک کننده الکترونیکی به کار می روند. این مبدل ها به صورت پره ای ساخته می شوند تا حرارت تولید شده توسط الکترونیک را جذب کرده و به محیط جابجا کنند.
مزایا و معایب مبدل های حرارتی
مزایا:
افزایش کارایی: انواع مبدل حرارتی می توانند کارایی سیستم ها را افزایش دهند. با استفاده از این دستگاه ها می توان حرارت را در سیستم تبادل حرارتی منتقل کرده و در دمای مطلوب نگه داشت.
اقتصادی بودن: استفاده از مبدل های حرارتی می تواند باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه های عملیاتی شود. این دستگاه ها معمولاً از انرژی گرمایی که در سیستم تولید می شود استفاده می کنند و در نتیجه می توانند هزینه های انرژی را کاهش دهند.
طول عمر بالا: مبدل های حرارتی معمولاً از مواد مرغوب و ساختار مقاوم در برابر شرایط سخت استفاده می کنند. این مواد عمر طولانی تری نسبت به مواد اولیه دارند و به همین دلیل دستگاه ها می توانند به صورت پایدار و در طولانی مدت عمل کنند.
معایب:
حساسیت به آلودگی: مبدل های حرارتی ممکن است به آلودگی و رسوبات حساس باشند که می تواند تأثیرات منفی روی کارایی آنها داشته باشد. رسوبات می توانند جریان ماده و حرارت را محدود کنند و باعث کاهش کارایی دستگاه شوند. بنابراین، نگهداری و تمیزکاری منظم از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد.
اندازه بزرگ: برخی از مبدل های حرارتی به دلیل نیاز به سطح بالا برای تبادل حرارت، ابعاد بزرگی دارند. این موضوع در برخی از برنامه های کوچک و محدود فضا می تواند مشکل ساز باشد.
هزینه نگهداری: علاوه بر هزینه های نصب و اجرا، هزینه نگهداری مبدل های حرارتی نیز باید در نظر گرفته شود. مدت زمان نگهداری و تعمیرات دوره ای می تواند به دلیل دسترسی محدود، مواد خاص مورد نیاز و دشواری در تعمیر مشکل ساز باشد.
با در نظر گرفتن این پرو و کنتراهای مختلف، استفاده از مبدل های حرارتی معمولاً باعث بهبود عملکرد سیستم های صنعتی و افزایش کارایی می شود
خلاصه
مبدل های حرارتی جزء دستگاه های مهم صنایع مختلف هستند که در فرآیندهای گرمایی و خنکایی به کار می روند. باتوجه به موارد مورد نیاز هر صنعت، انواع مختلفی از این مبدل ها وجود دارد. استفاده از مبدل های حرارتی در صنایع باعث بهبود کارایی و کاهش هزینه های تولید می شود.