آشنایی با انواع مبدل‌های حرارتی

انواع مبدل حرارتی

تامین بسیاری از خدمات صنعتی نیازمند به کارگیری تعداد زیادی مبدل حرارتی پوسته – لوله ای دو تایی از نوع دو شاخه است. این مبدل ها سطح قابل توجهی را اشغال کرده و در نقاط بسیاری امکان نشت سیال وجود دارد هنگامی که سطح تبادل حرارت زیادی مورد نیاز باشد، با استفاده از مبدل های پوسته-لوله ای می توان سطح لازم را به دست آورد.

پوسته ها

پوسته ها را از لوله ی فولادی (pipe) با قطر نامی ips تا ۱۲.in می سازند قطرهای بیش از ۱۲ از جمله ۲۴in دارای قطر خارجی واقعی و نامی مشابه هستند.

ضخامت استاندارد برای پوسته از ۱۲تا ۲۴ in معادل ۳/۸ in است که برای فشار عملیاتی تا که برای فشار عملیاتی تا ۰۰psi مناسب می باشد و ضخامت های بیشتر از این حد برای فشارهای بالاتر بکار برده می شود. پوسته های با قطر ۲۴in را با استفاده از صفحات فولادی نورد شده می سازند.

مبدل های پوسته –لوله ای

در مبدل های پوسته لوله ای، لوله ها درون صفحه نگهدارنده ی لوله قرار گرفته و به دلیل پهن شدگی لوله در سوراخ های صفحه نگهدارنده نوعی آب بندی ایجاد می گردد که تحت شرایط عملیاتی مناسب نشت صورت نمی گیرد. مثالی ساده و رایج از یک لوله که انتهای آن پهن شده در شکل (۱-۲) نشان داده شده است.

 مبدل حرارتی پوسته لوله

مبدل حرارتی پوسته لوله

طراحی مبدل حرارتی پوسته – لوله ای

سوراخ محل قرار گرفتن لوله در صفحه نگهدارنده با قطر کمی بزرگتر از قطر خارجی لوله تعبیه می شود و دو یا چند شیار نیز در جداره ی سوراخ ایجاد می گردد. لوله درون این سوراخ قرار می گیرد و سپس با استفاده از نوعی نورد لوله به واسطه چرخش وسیله  مذکور صورت می گیرد.

این نورد قادر به گذشتن از حد الاستیک لوله فلزی بوده و آن را به شرایط نیمه پلاستیک می رساند. به نحوی که درون شیارها وارد شده و آب بندی موردنیاز تامین می گردد.

برای نورد لوله باید از مهارت کافی برخوردار بود زیرا احتمال تخریب لوله با کم شدن بیش از حد ضخامت لوله وجود دارد و در صورتی که ضخامت لوله بیش از حد کاهش یابد، مقاومت ساختمانی آن کم خواهد شد.

در برخی از کاربردهای صنعتی، نصب لوله ها در صفحه نگهدارنده به نحوی که بتوان آنها را به سهولت خارج کرد، مطلوب می باشد (شکل۲-۲). در این صورت لوله ها در حقیقت درون صفحه ی نگهدارنده با کمک بست یا حلقه های فلزی نرم تثبیت می گردند.

 

لوله های مبدل حرارتی پوسته – لوله ای

منظور از لوله های مبدل حرارتی پوسته – لوله ای ، لوله هایی نظیر لوله های چگالنده می باشد و نباید آنها را با لوله های فولادی یا سایر لوله هایی که با روش های تزریقی ساخته می شوند (pipe) اشتباه کرد. قطر خارجی لوله های مبدل حرارتی پوسته – لوله ای و یا چگالنده ها قطر خارجی واقعی برحسب اینچ است که لقی مجاز، آن بسیار کم می باشد.

لوله های مبدل ها از انواع مختلف فلزات ساخته می شوند که شامل فولاد، مس آلیاژهای مس و روی و قلع، آلیاژهای مس و روی، آلیاژ مس-نیکل ۳۰-۷۰، آلومینیوم برنز، آلومینیوم و فولاد ضدزنگ می گردند.

این لوله ها دارای ضخامت های متفاوتی هستند که با درجه بندی بیرمنگام با علامت BWG یا درجه لوله مشخص می شوند. اندازه لوله هایی که عموما در دسترس می باشند در جدول ۱۰ ضمیمه آمده است.

استفاده از لوله هایی با قطر خارجی ۳/۴ و ۱ in در طراحی مبدل های حرارتی رایج می باشد. داده های جدول ۱۰ به نحوی مرتب شده اند که برای کاربرد در محاسبات انتقال حرارت سودمندتر باشند.

گام لوله

سوراخ محل نصب لوله ها را نمی توان خیلی نزدیک به هم تعبیه کرد زیرا فاصله فلزی بین دو تا لوله مجاور هم بسیار ناچیز بوده و مقاومت ساختمانی صفحه نگهدارنده لوله را ضعیف می کند.

کوتاهترین فاصله میان دو سوراخ مجاور هم را فاصله آزاد یا لقی آزاد می نامند که در حال حاضر استاندارد شده اند. لوله ها با الگوی مربعی یا مثلثی استقرار می یابند که در شکل های (۳-۲ الف) و (۳-۲ ب) مشاهده می شوند.

مبدل حرارتی پوسته - لوله ای

مبدل حرارتی پوسته – لوله ای

مزیت گام مربعی این است که سطح خارجی لوله ها برای تمیز کردن در دسترس می باشد و در جهات نشان داده شده در شکل (۳-۲ الف) افت فشار کمتری ایجاد می گردد. گام لوله pt کوتاهترین فاصله مرکز به مرکز بین لوله های مجاور هم می باشد.

گام رایج برای استقرار لوله های ¾ in.OD با گام مربعی معادل ۱-in و برای لوله ی۱ in-OD برابر۱ ¼ است.

برای استقرار لوله ها به روش مثلثی این گام ها عبارتند از : لوله ی ¾ in.OD با گام مثلثی ۱۵/۱۶ –in ، لوله ی ¾ in.OD با گام مثلثی ۱-in و لوله ی۱ in-OD با گام مثلثی ¼۱ -inدر شکل(۳-۲ پ) آرایش لوله ها با گام مربعی را ۴۵۰ چرخانده ایم ولی هنوز مشابه شکل (۳-۲ الف) است.

در شکل (۳-۲ت) آرایه ی اصلاح شده گام مثلثی که قابل تمیز کردن با روش های مکانیکی است مشاهده می گردد. اگر لوله ها به حد کافی با یکدیگر فاصله داشته باشند امکان ایجاد فواصل لازم برای تمیز کردن به صورت نشان داده شده در شکل نیز فراهم می گردد.

تامین بسیاری از خدمات صنعتی نیازمند به کارگیری تعداد زیادی مبدل حرارتی پوسته – لوله ای دو تایی از نوع دو شاخه است.این مبدل ها سطح قابل توجهی را اشغال کرده و در نقاط بسیاری امکان نشت سیال وجود دارد هنگامی که سطح تبادل حرارت زیادی مورد نیاز باشد، با استفاده از مبدل های پوسته-لوله ای می توان سطح لازم را به دست آورد.

 

دسته بندی مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی اصولا بر اساس موارد ذیل دسته بندی می شوند:

۱- بر مبنای پیوستگی یا تناوب جریان

در این نوع از مبدل های حرارتی، جریان سیال داخل مجاری مبدل های حرارتی پیوسته یا متناوب می باشد و در این مبدل ها با جریان پیوسته مجاری سیال گرم و سرد از هم تفکیک شده اند، به طوری که سیال گرم در مجاری مخصوص خود و سیال سرد نیز در مجاری مربوط به خود جریان دارند. همچنین در آنها دو مجرای جریان توسط یک جداره لوله یا یک ورق از هم جدا شده اند.

 

۲-بر مبنای پدیده انتقال

تبادل انرژی بین دو سیال به صورت تماس مستقیم یا غیرمستقیم صورت می گیرد. در نوع مستقیم، حرارت بین دو سیال که با هم تماس مستقیم دارند مبادله می شود.

معمولا یکی از این دو سیال گاز و دیگری مایع است که با فشار بخار خیلی پایین و پس از تبادل حرارت به سادگی قابل تفکیک هستند.

در نوع غیر مستقیم، حرارت ابتدا به یک سطح جامد نفوذ ناپذیر منتقل می شود و سپس از آن به سیال سرد انتقال می یابد.

 

۳- بر مبنای ساختمان مبدل

در بسیاری مواقع مبدل های حرارتی بر مبنای ساختمان تقسیم بندی می شوند. مبدل های حرارتی از نظر ساختمان به چهار دسته تقسیم بندی می شوند که عبارت اند از :

۱) مبدل های حرارتی لوله ای (Pipe Heat Exchanger)

۲) مبدل های حرارتی صفحه ای (Plate Heat Exchanger)

۳) مبدل های حرارتی پره ای (Fin Heat Exchanger)

۴) بازیاب حرارتی (Heat Recovers)

 

۴- بر مبنای نوع جریان

که شامل موارد زیر می شود :

۱) جریان همسو (Co-Current)

۲) جریان ناهمسو (Counter Current)

۳) جریان متقاطع (Cross Current)

 

– مبدل های حرارتی لوله ای

در این مبدل ها اساس انتقال حرارت از نوع غیر مستقیم می باشد و مکانیزم انتقال حرارت جابه جایی می باشد. این مبدل ها به دو دسته عمده تقسیم بندی می شوند:

۱) دو لوله ای (Two Pipes)

۲) پوسته و لوله (Shell & Tube)

 

– مبدل های حرارتی دو لوله ای

ساده ترین نوع مبدل های حرارتی دو لوله ای هستند که یک سیال از درون لوله داخلی می گذرد و سیال دیگر در فضای بین دو لوله جریان دارد. مبدل های حرارتی دو لوله ای زمانی کاربرد دارند که سطح تبادل کمی مورد لزوم باشد و در سرمایش و گرمایش هوا یا گازها کاربرد دارند.

انواع مبدل حرارتی بسیار متنوع هستند. نوعی از مبدل های حرارتی که در صنایع فرآیندهای شیمیایی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد از نوع پوسته-لوله می باشد.

 

– مبدل حرارتی پوسته و لوله

یک سیال در لوله ها جریان می یابد در حالی که سیال دیگر درون پوسته و از روی لوله ها عبور می کند. جهت اطمینان از این که سیال درون پوسته از روی لوله ها می گذرد و در نتیجه انتقال حرارت بیشتری صورت می گیرد، موانعی در داخل پوسته قرار داده می شود.

 

مبدل های حرارتی صفحه ای

این مبدل ها از صفحات نازک که کانال های جریان را تشکیل می دهد ساخته شده اند. جریان های سیال توسط صفحات مسطح که یا به صورت صاف یا موج دارند از هم جدا می شود. این مبدل ها برای انتقال گرما بین گاز، مایع یا جریان های دو فاز استفاده می شوند. انواع مبدل حرارتی صفحه ای در سه دسته زیر تقسیم می شوند:

۱) صفحه های واشردار (Gasket Plate)

۲) صفحه های حلزونی (Spiral Plate)

۳) لاملا (Lamella)

 

– مبدل های صفحه ای واشردار

این مبدل ها شامل تعدادی از صفحات نازک با سطح چین دار یا موج دار می باشد که سیال های گرم و سرد را از هم جدا می سازد. صفحات دارای قطعاتی در گوشه ها هستند که به نحوی آرایش داده شده اند که دو ماده ای که بایستی گرما بین آنها مبادله شود، یکی در میان در فضای بین صفحات جریان می یابند.

 

– مبدل های صفحه ای حلزونی

مبدل های صفحه ای حلزونی با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی با استفاده از یک میله اصلی و جوش دادن به لبه های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می شوند.

 

– مبدل های لاملا

مبدل های گرمایی لاملا شامل مجموعه کانال های ساخته شده از صفحات فلزی نازک است که به طور موازی جوشکاری شده اند و یا به شکل لاملا (لوله های تخت یا کانال های مستطیلی) می باشند که به صورت طولی در یک پوسته قرار گرفته اند.

انواع مبدل حرارتی

انواع مبدل حرارتی

مبدل های حرارتی پره ای

نوع مبدل های پره دار عمدتا برای کاربردهای گاز- گاز استفاده می شود. در اکثر کاربرد ها کاهش جرم و حجم مبدل از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

به دلیل دست یافتن به این کاهش حجم و وزن، مبدل های فشرده گرما همچنین به صورت وسیع در تبرید با دمای خیلی کم، بازیابی انرژی، صنایع فرآیندی، تبرید و سیستم های تهویه مطبوع استفاده می گردند.

مبدل های صفحه ای پره دار برای استفاده در توربین گازی، نیروگاه های هسته ای و مهندسی پیشرانه و تبرید و گرمایش و تهویه سیستم های بازیابی گرمای اضافه و صنایع شیمیایی و سرمایش کاربرد دارند. این مبدل ها به چهار دسته زیر تقسیم می شوند :

۱) پره ساده (Plain Fin)

۲) پره ساده سوراخ دار (Plain Perforated Fin)

۳) پره دندانه ای یا کنگره ای (Serrated Fin)

۴) پره های جناغی یا موجی شکل (Herring Bake Fin)

 

مبدل های حرارتی بر اساس جریان

– جریان همسو (هم جهت):

در این نوع مبدل ها سیال سرد و گرم هر دو در یک جهت حرکت می کنند و در حین عبور از مبدل تبادل حرارتی انجام می دهند.

– جریان ناهمسو (مخالف جهت):

در این نوع مبدل سیال سرد در یک جهت و سیال گرم در جهت عکس آن وارد مبدل می شود و بدین ترتیب تبادل حرارتی صورت می پذیرد. در شرایط یکسان برای یک مبدل با جریان ناهمسو میزان انتقال حرارت بیشتر خواهد بود.

– جریان متقاطع:

چنانچه یک سیال در لوله و سیال دیگر به صورت عمود بر لوله ها جریان داشته باشد، نوع جریان متقاطع خواهد بود. مبدل های حرارتی با جریان متقاطع در گرمایش و سرمایش هوا یا گازها کاربرد وسیعی دارند.

 

یکی دیگر از انواع مبدل های دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده لوله در شکل (۹-۲) مشاهده می گردد که در آن صفحات نگهدارنده ی درون پوسته قرار گرفته و مجرایی ایجاد می کنند که بخش های یکپارچه ای از پوسته هستند.

مبدل پوسته لوله دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده

مبدل های دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده

برای بهره گیری از مبدل های دارای صفحه‌ی ثابت نگهدارنده غالبا لازم است انبساط های حرارتی جزئی بین لوله ها و پوسته در هنگام عملیات و یا تنش های حرارتی که در صفحه ی نگهدارنده ایجاد می گردد را پیش بینی کرد.

این کار را می توان با در نظر گرفتن اتصالات انبساطی روی پوسته انجام داد.انواع مختلفی از اتصالات قابل ارتجاع موجود و در دسترس است.

 

مبدل با صفحه ثابت نگهدارنده لوله

ساده ترین نوع مبدل پوسته – لوله ای، مبدل با صفحه ی ثابت یا ساکن نگهدارنده ی لوله ها می باشد

مبدل هایی از انواع نشان داده شده در شکل های (۴-۲) و (۹-۲) را می توان با جریان های مختلف الجهت در نظر گرفت بدون آنکه به حرکت جریان سیال داخل پوسته در طول لوله ها توجه کنیم. از نقطه نظر عملی در هنگامی که یک سیال در تمام لوله ها در یک مسیر عبور می کند دستیابی به جریان با سرعت زیاد بسیار مشکل است.

این مشکل را می توان با اصلاح طرح به گونه ای که سیال درون لوله های متوالی فقط در بخشی از لوله ها جریان یابد برطرف کرد. مثالی از مبدل حرارتی یا صفحه نگهدارنده و دو مسیر گذر در شکل (۱۰-۲) مشاهده می گردد که در آن تمام سیال لوله ها متوالیا از درون لوله ها عبور می کند.

مبدل های دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده

مبدل های دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده

قسمت های اصلی مبدل پوسته – لوله ای عبارتند از : پوسته(۱) مجهز به نازل ها و صفحات نگهدارنده ی لوله ها (۲) در هر دو انتها که بعنوان فلانچ برای اتصال دو مجرا (۳) نیز بکار می رود و پوشش های مجاری (۴) مربوط به هریک از آنها لوله ها درون صفحه نگهدارنده قرار گرفته و از موانع مغشوش کننده متقارب (۵) روی پوسته استفاده شده است.

محاسبه سطح تبادل حرارت موثر غالبا بر مبنای فاصله ی میان وجوهی از صفحات نگهدارنده لوله که مقابل هم هستند صورت می گیرد و طول کلی لوله مد نظر قرار نمی گیرد.

 

موانع مغشوش کننده جریان

واضح است که ضرایب انتقال حرارت بالاتر هنگامی حاصل می گردند که مایع در حالت متلاطم و در هم نگه داشته می شود برای ایجاد تلاطم و درهم شدن جریان در خارج از لوله ها استفاده از موانع و مغشوش کننده که باعث می شوند سیال درون پوسته در جهات عمود بر محور لوله ها جریان یابد، مرسوم است. به این ترتیب تلاطم کافی و قابل توجه حتی در صورت کم بودن دبی مایع در پوسته فراهم می گردد.

فاصله مرکز تا مرکز بین موانع مغشوش کننده یا فاصله گذاری میان موانع مغشوش کننده می نامند. چون موانع مغشوش کننده ممکن است بسیار نزدیک به هم یا بسیار دور از هم قرار گیرند، سرعت جرمی بستگی به قطر پوسته ندارد.

فاصله گذاری موانع مغشوش کننده معمولا بیش از فاصله ای معادل با قطر پوسته یا کمتر از فاصله معادل یک پنجم قطر پوسته نمی باشد

موانع مغشوش کننده با کمک با میله های نگهدارنده (۶) به صورتی که به شکل (۴-۲) دیده می شود در جای خود استقرار می یابند.

این میله بر صفحه نگهدارنده لوله ها پیچیده شده اند و قطعاتی از لوله با قطری بیش از میله و طول های کوتاه بر روی آنها قرار گرفته که فاصله بین دو مانع مغشوش کننده مجاور هم را حفظ می کند. جزئیات لازم در شکل (۵-۲) مشاهده می گردد.

مبدل پوسته - لوله ای

مبدل پوسته – لوله ای

انواع متعددی از موانع مغشوش کننده در مبدل ها کاربرد دارند اما رایج ترین آنها موانع مغشوش کننده قطاعی است که در شکل (۶-۲) نشان داده شده است.

موانع مغشوش کنننده قطاعی از صفحات سوراخ داری ساخته می شود که ارتفاع آن معمولا ۷۵ درصد قطر داخلی پوسته است.

این نوع را موانع مغشوش کننده با برش ۲۵ درصد می نامند و در تمامی مباحث کتاب از آنها استفاده می شود. با این همه از موانع مغشوش کننده قطاعی با برش های دیگر نیز در صنعت استفاده می کنند.

دان هو تاثیر برش موانع مغشوش کننده بر ضریب انتقال حرارت را بررسی و ارائه کرده است. موانع مغشوش کننده را می توان به نحوی قرار داد که جریان از بالا به پایین و از پایین به بالا هدایت شود و یا اینکه آنها را ۹۰۰ چرخانده و جریان را از یک سمت به سمت دیگر منحرف کرد.

نوع اخیر در مواردی که مخلوطی از مایع یا گاز در پوسته جریان دارد مطلوب تر است. همانگونه که بعدا گفته خواهد شد گام موانع مغشوش کننده ی سرعت موثر سیال در پوسته را نیز تعیین می کند و این سرعت ارتباطی با برش ۲۵ درصد ندارد.

انواع دیگر مغشوش کننده نوع مدور و حلقوی (شکل ۷-۲) و مانع مغشوش کننده اریفیسی (شکل ۸-۲) می باشد. اگر چه انواع دیگری از موانع مغشوش کننده نیز کاربرد دارند ولی اهمیت چندانی ندارند.

مبدل پوسته - لوله ای

مبدل پوسته – لوله ای

 

مبدل های دارای صفحه ثابت نگهدارنده با مجاری یکپارچه

مبدل هایی که سیال جاری در پوسته یک مسیر را طی می کند و سیال درون لوله ها در دو یا چند مسیر جریان می یابد را مبدل ۲-۱ می نامند. یک مجرای نفوذ دارای تیغه ی جدا کننده ای است که برای ورود و خروجی سیال درون لوله ها از یک مسیر به مسیر دیگر تعبیه می شود.

همانند مبدل های دارای کلاهک برای عبور سیال لوله ها، سطح خارجی لوله ها جهت بازدید و تمیز کردن با روش های مکانیکی در دسترس می باشند.

سطح خارجی لوله ها را نیز می توان فقط با برداشتن پوشش مجرا و استفاده از یک تمیزکننده دورانی و یا برس سیمی تمیز کرد. مسائل انبساط در مبدل های ۲-۱ دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده لوله ها نسبتا بحرانی تر هستند زیرا هر دو گذر لوله پوسته در جهات مخالف هم تمایل به انبساط از خود نشان داده و بر صفحه ثابت نگهدارنده ی لوله ها تنش وارد می گردد.

 

مبدل های دارای دسته لوله های قابل برداشت

در شکل (۱۱-۲) یک مبدل ۲-۱ با جریان های مختلف الجهت نشان داده شده است که دسته لوله ها را می توان از درون پوسته خارج کرد. این مبدل شامل یک صفحه نگهدارنده ثابت لوله است که بین دو فلانچ مجرا و پوسته بسته شده است.

مبدل های دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده

مبدل های دارای صفحه ثابت نگهدارنده

در انتهای دیگر دسته لوله ها در یک صفحه ی نگهدارنده شناور یا در پوش شناور قرار دارد. در پوش شناور به صفحه ی نگهدارنده لوله ها پیچ شده است و کل مجموعه را می توان از انتهای مجرا بیرون کشید.

پوسته به کمک کلاهک پوسته بسته شده است. درپوش شناور نشان داده شده سبب حل مسائل انبساط در اغلب موارد شده و مرسوم به در پوش شناور با قابلیت تحرک می باشد.

نقص استفاده از درپوش با قابلیت تحرک شکل ساده هندسی آن است. برای استحکام درپوش شناور لازم است آن را به صفحه نگهدارنده ی لوله پیچ کنیم ولی بکار بردن این پیچ ها نیازمند به کارگیری فضایی است که امکان قراردادن تعداد زیادی پیچ در آن وجود داشته باشد.

پیچ کردن نه تنها تعداد لوله های قابل تعبیه در مجموعه را کاهش می دهد بلکه مجاری عبور جریان نامطلوبی بین دسته لوله ها و پوسته ایجاد می کند.

این نقیص را می توان با کمک مبدل های ۲-۱ دارای درپوش شناور و حلقه شکاف دار نشان داده شده در شکل (۱۲-۲) برطرف کرد. اگر چه ساخت این نوع مبدل گرانتر است ولی دارای مزایای مکانیکی متعددی است.

مبدل های دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده

مبدل های دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده

این نوع مبدل ها با نوع دارای قابلیت تحرک تفاوت دارند که دلیل این تفاوت وجود مجموعه حلقه شکاف دار در صفحه نگهدارنده شناور است که می تواند بزرگتر از پوسته بوده و آن را در خود جای دهد. جزئیات یک حلقه ی شکاف دار در شکل(۱۳-۲) مشاهده می گردد.

صفحه ی شناور نگهدارنده ی لوله ها تعبیه شده است.این حلقه به دو نیم تقسیم شده و امکان باز کردن آن وجود دارد. هر یک از سازندگان مبدل های در طرح مورد بحث اصلاحاتی انجام داده اند اما هدف همه آنها تامین سطح بیشتر نسبت به درپوش های شناور با قابلیت تحرک برای پوسته های دارای قطر مشابه است .مجاری ورودی چدنی با پوشش غیر متحرک نیز در شکل(۱۲-۲) نشان داده شده اند.

 

نمونه ای از نحوه استقرار لوله ها در مبدل حرارتی با درپوش شناور دارای حلقه ی شکاف دار را در شکل (۱۴-۲) مشاهده می کنید. استقرار واقعی برای پوسته ای با قطر۱۳ ¼ in.ID و لوله هایی با قطر ۱ in.ID و گام مثلثی ۱ ¼ in مسیر گذر در لوله ها می باشد.

نحوه ی استقرار لوله ها در مبدل حرارتی

نحوه استقرار لوله ها در مبدل حرارتی

تیغه جداکننده نیز برای مجرای ورودی و درپوش شناور همراه با جهت گیری مسیرهای جریان نشان داده شده است. معمولا لوله ها را بصورت متقارن در صفحه ی نگهدارنده ی تعبیه نمی کنند و همواره فضای خالی اضافی برای پوسته با حذف لوله هایی که مستقیما در مقابل نازل ها قرار می گیرند. در نظر گرفته می شود تا اثرات انقباض ناگهانی سیال در ورود به پوسته از میان برود.

 

نحوه استقرار لوله ها در مبدل حرارتی و شمار لوله ها

هنگامی که لوله ها با حداقل فاصله ی بین تیغه ها و لوله ها و در قطری عاری از هر نوع انسداد موسوم به حد لوله خارجی چیده شوند. تعداد لوله ها در آرایش استقرار لوله ها را شمار لوله می نامند.

همواره این امکان وجود ندارد که تعداد لوله های مساوی در هر مسیر گذر در نظر گرفت، اگر چه در مبدل های بزرگ این عدم توازن نباید بیش از ۵ درصد باشد.در جدول ۹ ضمیمه شمارلوله ها برای لوله های ¾ و۱ in OD در پوسته ای با یک مسیر گذر و یک، دو، چهار، شش، هشت مسیر گذر در لوله ها داده شده است.

شمار لوله، شامل یک مسیر ورود آزاد در زیر نازل ورودی است که مساوی با سطح مقطع نازل ها می باشد و در جدول (۱-۲) داده شده است.

هنگامی که نازل ورودی بزرگتری بکار برده می شود، فضای خالی اضافی را می توان با بزرگتر کردن پایه نازل ورودی یا حذف لوله هایی که بطور معمول در نزدیکی نازل ورودی قرار می گیرند، تامین کرد.

نحوه ی استقرار لوله ها در مبدل حرارتی

نحوه ی استقرار لوله ها در مبدل حرارتی

درپوش شناور آب بندی شده

یکی دیگر از اصطلاحاتی که در مبدل ۲-۱ با درپوش شناور صورت می گیرد. استفاده از مبدل با درپوش آب بندی شده است که در شکل (۱۵-۲) مشاهده می گردد. این مبدل دارای الحاقاتی بر صفحه نگهدارنده شناور است که با استفاده از کاسه نمد تامین می گردد.

اگر چه این اقدام برای پوسته هایی تا قطر ۳۶in.ID کاملا رضایت بخش است کاسه نمدهای بزرگتر برای فشارهای بالاتر یا کاربردهای همراه با ارتعاش توصیه نمی گردد.

 

مبدل های با خم U شکل

مبدل ۲-۱ نشان داده در شکل (۱۶-۲) شامل لوله هایی است که دارای خمی به شکل u است و این لوله ها درون صفحه نگهدارنده نورد می شوند.

لوله ها می توانند آزادانه منبسط شوند و به این ترتیب به صفحه نگهدارنده شناور، درپوش شناور، فلانچ پوسته و پوسته قابل برداشتن نیازی نخواهد بود. موانع مغشوش کننده را می توان به همان شیوه های معمول با گام مربعی یا مثلثی نصب کرد.

حداقل قطر خم های u شکل را که می توان بدون تغییر شکل قطر خارجی لوله در محل خمیدگی مورد استفاده قرار داد قطری معادل سه تا چهار برابر قطر خارجی لوله است این بدان معنی است که معمولا حذف لوله ها در مرکز دسته ی لوله ها با توجه به نحوه ی چیدن آنها ضرورت دارد.

نحوه ی استقرار لوله ها در مبدل حرارتی

نحوه ی استقرار لوله ها در مبدل حرارتی

یکی از انواع جالب مبدل های دارای خمU شکل در تصویر (۱۷-۲) نشان داده شده است. در این مبدل از یک صفحه نگهدارنده ثابت دوگانه استفاده شده است که در مواردی که نشت و نفوذ یک سیال به درون سیال دیگر باعث خوردگی شدید و مخرب می گردد کاربرد دارد.

با استفاده از دو صفحه نگهدارنده لوله با فاصله موجود بین آنها، هر یک از سیالاتی که از درون صفحه ی متصل به آن نشت کنند به بیرون هدایت می شوند. به این ترتیب در اثر نشت جریان هیچ کدام از سیالات آلوده به سیال دیگر نخواهند شد مگر آنکه خود لوله دچار خوردگی گردد.

در عین حال می توان از شکستگی لوله ها با استفاده از آزمون دوره ای شوک فشار لوله ها ممانعت و جلوگیری کرد.

منبع : کتاب طراحی مبدل های حرارتی – انتقال حرارت فرآیندها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *