مبدل حرارتی لوله ای یکی از انواع مبدل های حرارتی است که دارای سه زیرمجموعه است. مبدل های حرارتی تجهیزاتی هستند که با استفاده از آن ها می توان حرارت یک سیال (مایع یا گازی) را به سیالی با دمای پایین تر منتقل کرد. با استفاده از مبدل ها که معمولاً با هزینه کمی ساخته می شوند، می توان در مصرف انرژی صرفه جویی کرد. مبدل های حرارتی در صنایع گوناگون و بخصوص در نیروگاه ها کاربرد فراوانی دارند. مبدل های حرارتی را براساس پارامترهای مختلفی طبقه بندی می کنند اما مهم ترین پارامترهای طبقه بندی این تجهیزات میزان فشار سیال درون مبدل است که با توجه به آن مبدل ها را در انواع کم فشار و پرفشار طبقه بندی می کنند. دیگر طبقه بندی مبدل های حرارتی با توجه به ساختار آن ها صورت می گیرد. مبدل های حرارتی با توجه به ساختار به شکل لوله ای، فن دار و صفحه ای ساخته می شوند. در این نوشته قصد داریم تا در رابطه را مبدل حرارتی لوله ای توضیحاتی را شرح دهیم.

مبدل حرارتی لوله ای

در ساختار این مبدل ها از لوله هایی استفاده می شود که درون یک محفظه به صورت تکی یا چندتایی قرار دارند. با استفاده از این ساختار دو مسیر برای عبور سیالات به وجود می آید. یک مسیر در داخل لوله و مسیر دیگر خارج از محیط لوله ها. درون لوله های مبدل حرارتی لوله ای سیالی با دمای بالاتر جریان دارد و سیالی که دمای پایین تری دارد خارج از محیط لوله ها در جریان است. در این حالت سیال گرم تر، دمای خود را از طریق سطح واسطه لوله به سیال دیگر انتقال می دهد. جنس لوله های به کار رفته درون مبدل حرارتی لوله ای بسیار مهم است چرا که این لوله ها باید رسانایی بالایی برای انتقال حرارت داشته باشند.

مبدل حرارتی لوله ای با توجه به آرایش و تعدد لوله های درون مبدل به سه نوع مختلف تقسیم می شوند.

  • مبدل حرارتی لوله ای از نوع دو لوله ای Double Pipe

ساده ترین مدل مبدل های حرارتی، مبدل حرارتی دو لوله ای است. این مبدل ها با هزینه کمی ساخته می شوند و طراحی آن ها بسیار آسان است. در ساخت این نوع مبدل های حرارتی از دو لوله ی U شکل استفاده شده است. آرایش و قرارگیری این دو لوله هم محور است. این لوله ها می توانند به صورت متوالی و یا موازی مرتب شوند.

عملکرد این مبدل حرارتی لوله ای به این شکل است که یک سیال با دمای بالاتر از درون یکی از لوله ها عبور می کند و سیال دوم با دمای پایین تر از لوله دیگری می گذرد. دما و حرارت از سیال اول به جداره ی لوله ها انتقال پیدا کرده و سپس در تماس با سیال دوم قرار می گیرد. در این حالت دمای سیال دوم نیز افزایش می یابد.

مبدل حرارتی لوله ای (دو لوله ای)

مبدل حرارتی لوله ای (دو لوله ای)

این مبدل ها بیشتر برای سیالات مایع و رسوب زا مورد استفاده قرار می گیرد زیرا تمیز کردن لوله ها در این مبدل ها به راحتی صورت می پذیرد.

مبدل حرارتی دو لوله ای برای سیالاتی که سطح انتقالشان تا ۵۰ متر مربع است مناسب اند. در واقع می توان گفت تبادل گرمایی در این مبدل ها خیلی بالا نیست و حتی در میزان بالای سیالات نیز پرهزینه تمام می شود.

  • مبدل حرارتی لوله ای از نوع پوسته و لوله (Shell & Tube)

متداول ترین و پراستفاده ترین مبدل حرارتی لوله ای است. اجزای تشکیل دهنده این مبدل عبارت اند از لوله، صفحه لوله، پوسته، سر جلو و عقب و صفحات نگهدارنده.

از این مبدل های حرارتی برای تبخیر انواع سیالات مایع، کندانس کردن بخار (تبدیل بخار به مایع پس از انتقال انرژی) و انتقال حرارت بین دو سیال مایع استفاده می شود.

ساختار مبدل حرارتی پوسته و لوله به این گونه است که تعداد زیادی لوله که از دو سر توسط صفحات نگهدارنده محکم بسته شده اند درون محفظه ای به نام پوسته قرار دارند. سیالی که دارای دمای بالاتری است از درون لوله ها جریان می یابد. لوله ها باید با متریالی ساخته شوند که رسانای خوبی برای انتقال حرارت باشند. سیال دوم که دمای پایین تری دارد درون محفظه یا پوسته جریان می یابد و سطح آن در تماس با دیواره ی لوله که به عنوان سطح واسطه بین دو سیال وجود دارند قرار می گیرد. در چنین شرایطی حرارت از سیال گرم تر به سیال دوم انتقال پیدا می کند.

مبدل حرارتی لوله ای (پوسته و لوله)

مبدل حرارتی لوله ای (پوسته و لوله)

به منظور بهره وری و کارایی بیش تر از بافل ها درون این مبدل های حرارتی استفاده می شود. وظیفه ی بافل ها جلوگیری از حرکت و لرزش لوله ها است.  استفاده از بافل موجب می شود تا جریان سیال درون پوسته، عمود بر جریان سیال درون لوله باشد و همین امر تبادل حرارتی را نسبت به جریان همسو بیش تر خواهد کرد.

از مبدل حرارتی پوسته و لوله برای خنک کردن روغن ها و نیز به عنوان چگالنده و پیش گرم کن در نیروگاه ها استفاده می شود. این مبدل ها به عنوان مبدل بخار در نیروگاه های هسته ای به کار می روند.

می توان گفت ساخت مبدل حرارتی پوسته و لوله با حداقل هزینه نسبت به دیگر مبدل ها صورت می گیرد. تمیز کردن لوله های این مبدل ها نیز به راحتی امکان پذیر است.

 

  • مبدل حرارتی لوله ای از نوع حلزونی coil

این مبدل ها دارای کویل ها یا لوله هایی هستند که آرایش حلزونی دارند. کویل های حلزونی شکل این مبدل ها درون یک پوسته قرار دارد. این مبدل ها به عنوان چگالنده ها و تبخیرکننده های هم مرکز شناخته شده و در سیستم های تبرید مورد استفاده قرار می گیرند.

در ساختار این مبدل های حرارتی یک یا چند کویل مارپیچی مورد استفاده قرار می گیرد. این کویل ها از ابتدا و انتها به ورودی و خروجی سیالات متصل اند.

مبدل حرارتی لوله ای (کویل یا حلزونی)

مبدل حرارتی لوله ای (کویل یا حلزونی)

سیال با دمای گرم تر درون برخی از کویل ها و سیال با دمای پایین تر در تعداد دیگری از کویل های مارپیچی جریان می یابند. به دلیل اینکه سیالات در این مبدل ها در مسیرها مارپیچی در مجاورت یکدیگر قرار می گیرند، میزان تبادل حرارتی بسیار بیشتر و بهینه از انواع دیگر مبدل ها صورت می گیرد. در واقع مسیرهای مارپیچی این سیالات نسبت به مسیرهای مستقیم دیگر مبدل ها بهینه تراند و به همین دلیل است که این سیالات را در اندازه های کوچک تری می سازند.

مسیرهای مارپیچی مبدل های حلزونی عملاً قابلیت تمیز شدن ندارد و حتی اگر این عمل صورت گیرد بسیار سخت و مشکل است. بنابراین درون این مبدل ها باید از سیال های تمیز و ضد رسوب استفاده کرد.

جنس لوله های مبدل حرارتی حلزونی باید از نوع فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، مس و نیکل و آلیاژ های آن ها باشد.

شرکت پیشگام صنعت ابزار بنابر تجربه فنی چندین ساله خود، تولید کننده انواع مبدل حرارتی لوله ای بوده و این تولیدات را در اندازه های گوناگون برای صنایع مختلف ارائه می کند.


ارسال دیدگاه