مقایسه انواع مبدل حرارتی پوسته و لوله و صفحه ای

مبدل حرارتی دستگاهی است که اجازه می دهد تا حرارت از یک سیال (مایع یا گاز) به یک سیال دوم (مایع یا گاز دیگری) بدون اینکه دو مایع مجبور شوند با هم مخلوط شوند یا در تماس مستقیم قرار گیرند منتقل شود.

از نظر تئوری ، ما می توانیم گرما را از جت های گاز فقط با انداختن آب سرد روی آنها بگیریم ، اما سپس شعله های آتش خاموش می شود! اصل اساسی مبدل حرارتی این است که بدون انتقال سیال حامل گرما ، گرما را انتقال می دهد.

مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای از صفحات نازک ، کمی از هم جدا شده تشکیل شده اند که دارای سطح بسیار بزرگ و عبور جریان سیال کوچک برای انتقال گرما هستند. پیشرفت در تکنولوژی واشر و لحیم کاری ، مبدل حرارتی از نوع صفحه را عملی تر کرده است. در کاربردهای HVAC ، مبدل های حرارتی بزرگ از این نوع صفحه و فریم نامیده می شوند.

هنگامی که در حلقه های باز استفاده می شود ، این مبدل های حرارتی معمولاً از نوع واشر هستند تا اجازه جدا شدن ، تمیز کردن و بازرسی دوره ای را بدهند. انواع مختلفی از مبدل حرارتی صفحه ای باند دائمی وجود دارد ، مانند انواع بشقاب ماسوره ای ، لحیم کاری شده در خلا و جوش داده شده ، و آنها اغلب برای کاربردهای حلقه بسته مانند تبرید مشخص می شوند. مبدلهای حرارتی صفحات نیز در انواع صفحات مورد استفاده و در تنظیمات آن صفحات تفاوت دارند. برخی از صفحات ممکن است با "شورون" ، گودی ، یا الگوهای دیگر مهر شده باشند ، جایی که ممکن است دیگران دارای باله و یا شیارهای ماشینکاری شده باشند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

به نقل قول از wikipedia مبدل حرارتی پوسته و لوله مجموعه ای از لوله های حاوی مایعی هستند که باید گرم یا سرد شوند. سیال دوم از روی لوله هایی که در حال گرم شدن یا خنک شدن هستند عبور می کند تا بتواند گرما را تأمین کند یا گرمای مورد نیاز را جذب کند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله به طور معمول برای اعمال فشار بالا (با فشارهای بیشتر از 30 بار و درجه حرارت بیشتر) استفاده می شود بیش از 260 درجه سانتیگراد). دلیل این امر شکل مقاوم مبدل های حرارتی پوسته و لوله هستند.

هنگام طراحی لوله ها در مبدل های حرارتی پوسته و لوله ، چندین ویژگی طراحی حرارتی باید در نظر گرفته شود:

تغییرات زیادی در طراحی پوسته و لوله وجود دارد. به طور معمول ، انتهای هر لوله از طریق سوراخ های موجود در صفحات لوله به پلنوم (که بعضا جعبه آب نیز نامیده می شود) متصل می شوند.

لوله ها ممکن است به صورت U خم شوند که به آنها لوله های U شکل نامیده می شوند.

• قطر لوله: استفاده از قطر لوله کوچک مبدل حرارتی را هم اقتصادی و هم فشرده می کند. با این حال ، احتمال بیشتری دارد که مبدل حرارتی سریعتر خراب شود و اندازه کوچک ، تمیز کردن مکانیکی رسوب را دشوار می کند. برای غلبه بر مشکلات رسوب و تمیز کردن ، می توان از قطرهای بزرگتر لوله استفاده کرد. بنابراین برای تعیین قطر لوله ، فضای موجود ، هزینه و رسوب مایعات باید در نظر گرفته شود.
• ضخامت لوله: ضخامت دیواره لوله ها معمولاً برای اطمینان از موارد زیر تعیین می شود:

1. فضای کافی برای خوردگی وجود دارد
2. این ارتعاش ناشی از جریان دارای مقاومت است
3. مقاومت محوری
4. در دسترس بودن قطعات یدکی
5. قدرت حلقه (برای مقاومت در برابر فشار داخلی لوله)
6. قدرت کمانش (برای مقاومت در برابر فشار بیش از حد در پوسته)

• طول لوله: مبدل های حرارتی که معمولا دارای قطر پوسته کوچکتر و طول لوله طولانی باشند ارزانتر هستند. بنابراین ، به طور معمول این هدف وجود دارد که مبدل حرارتی را تا آنجا که از نظر جسمی امکان پذیر است در حالی که از توانایی تولید بیشتر نمی کند. با این حال ، محدودیت های زیادی برای این امر وجود دارد ، از جمله فضای موجود در محل نصب و نیاز به اطمینان از وجود لوله ها در طول هایی که دو برابر طول مورد نیاز است (بنابراین می توان آنها را برداشت و جایگزین کرد). همچنین ، بیرون آوردن و تعویض لوله های باریک و بلند مشکل است.
• پیچ لوله: هنگام طراحی لوله ها ، اطمینان از اینکه فاصله مرکز لوله های مجاور کمتر از 1.25 برابر قطر خارجی لوله ها نباشد ، عملی است. گام لوله بزرگتر منجر به قطر پوسته کلی بیشتر می شود که منجر به مبدل حرارتی گرانتری می شود.
• راه راه لوله: این نوع لوله ها که عمدتا برای لوله های داخلی استفاده می شود ، تلاطم مایعات را افزایش می دهد و اثر در انتقال حرارت با عملکرد بهتر بسیار مهم است.
• طرح لوله: به نحوه قرارگیری لوله ها در داخل پوسته اشاره دارد. چهار نوع طرح اصلی لوله وجود دارد که عبارتند از: مثلثی (30 درجه) ، مثلث چرخانده شده (60 درجه) ، مربع (90 درجه) و مربع چرخشی (45 درجه). از الگوهای مثلثی برای انتقال گرمای بیشتر استفاده می شود زیرا سیال را به حالت متلاطم تری در اطراف لوله کشی جریان می دهد. الگوهای مربعی در مواردی که رسوب زیاد تجربه می شود و نظافت منظم تر است.
• طراحی Baffle: از bafle ها در مبدل های حرارتی پوسته و لوله برای هدایت مایع در سراسر بسته لوله استفاده می شود. آنها عمود بر پوسته قرار گرفته و بسته را نگه داشته و از افتادگی لوله ها در طول طولانی جلوگیری می کنند. همچنین می توانند از لرزش لوله ها جلوگیری کنند. متداول ترین نوع بافل ، بافل مقطعی است. بافل های سگمنتال نیم دایره در 180 درجه به بافل های مجاور جهت یافته و مایعات را به سمت بالا و پایین بین بسته نرم افزاری لوله هدایت می کنند. فاصله بافل هنگام طراحی مبدل های حرارتی پوسته و لوله از اهمیت ترمودینامیکی برخوردار است. برای تغییر افت فشار و انتقال گرما باید بافل ها را در نظر گرفت. برای بهینه سازی اقتصادی حرارتی پیشنهاد می شود که فاصله بافل ها از 20٪ قطر داخلی پوسته فاصله نباشد. فاصله بیش از حد بافرها باعث افت فشار بیشتر به دلیل تغییر مسیر جریان می شود. در نتیجه فاصله فاصله بیش از حد از دکل ها به این معنی است که ممکن است در گوشه های بین دکمه های خنک لکه های خنک تری وجود داشته باشد. همچنین اطمینان حاصل کنید که فاصله بافل ها به اندازه کافی نزدیک نیست تا لوله ها آویزان نشوند. نوع اصلی دیگر سرپیچی ، دیسک و دونات است که از دو بافل متحدالمرکز تشکیل شده است. بافل بیرونی و عریض تر شبیه دونات است ، در حالی که شکل بافل داخلی به صورت دیسک است. این نوع سرپیچی سیال را وادار می کند تا از هر طرف دیسک عبور کند و سپس از طریق بافل پیراشکی نوع متفاوتی از جریان مایع را تولید کند.
• طراحی لوله ها و باله ها: برای استفاده در خنک سازی هوا با استفاده از فناوری پوسته و لوله (مانند کولر هوا / کولر شارژی برای موتورهای احتراق) ، تفاوت در انتقال حرارت بین هوا و مایع سرد می تواند به حدی باشد که نیاز به افزایش وجود دارد منطقه انتقال حرارت در سمت هوا. برای این عملکرد می توان پره ها را روی لوله ها اضافه کرد تا ناحیه انتقال حرارت در سمت هوا افزایش یابد و پیکربندی لوله ها و پره ها ایجاد شود.

مبدلهای حرارتی مایع خنک شده لوله ثابت مخصوصاً مناسب برای کاربردهای دریایی و سخت را می توان با پوسته های برنجی یا آلومینیومی ، لوله های مس یا نیکل مس ، دکمه های برنجی و توپی های انتگرال برنجی جعلی مونتاژ کرد.

مقایسه مبدل حرارتی پوسته و لوله و صفحه ای

در صورت مقایسه مبدل حرارتی صفحه ای با مبدل های پوسته و لوله ، ترتیب صفحه پشته ای حجم و هزینه کمتری دارد. تفاوت دیگر این دو در این است که مبدلهای صفحه ای معمولاً مایعات با فشار کم تا متوسط ​​را در مقایسه با فشارهای متوسط ​​و زیاد پوسته و لوله کار می کنند. سومین و تفاوت مهم این است که مبدلهای صفحه ای بیشتر از جریان جریان متقابل ، جریان خلاف جریان را به کار می گیرند ، که این امر باعث می شود اختلاف درجه حرارت نزدیک ، تغییرات دما بالا و بازده افزایش یابد.

منبع : ترجمه شده از en.wikipedia

دیگ بخار یا بویلر چیست؟

دیگ بخار یا بویلر (به انگلیسی: Steam Boiler) عبارت است از یک مخزن بسته که در آن بخار آب جهت استفاده در خارج از آن توسط گرمای ناشی از احتراق سوخت تولید می‌شود. داخل دیگ بخار شامل دو بخش طرف آتش و طرف آب است. سطح گرمایی دیگ بخار به مجموع کلیه سطوح در طرف آتش دیگ بخار اطلاق می‌شود. تمام بخش‌های داخلی و تحت فشار یک دیگ بخار از آلیاژهای آهنی ساخته می‌شوند. دیگ‌های بخار از نظر نوع جنس به دو دسته چدنی و فولادی تقسیم‌بندی می‌شوند. دیگ بخار چدنی برای تولید بخار کم فشار ساخته می‌شود و به همین دلیل بیشتر در مواردی نظیر سیستم‌های گرمایش مرکزی استفاده می شود. اکثر دیگ‌های بخار از نوع فولادی هستند.

انواع دیگ بخار

• دیگ‌های لوله آبی (به انگلیسی: water-tube boiler)

در بویلر نوع Fire tube لوله‌های جریان که از مقداری لوله موازی و متصل تشکیل شده در معرض گازهای حاصل از کوره قرار داده می‌شوند. سپس لوله‌ها از میان بدنه بویلر که آب تغذیه را هم شامل می‌شوند گذر می‌کنند که در نتیجه توسط آب پوشیده می‌شوند.

• دیگ‌های لوله آتشی (به انگلیسی: fire-tube boiler)

در یک بویلر نوع Water tube شرایط برعکس نوع Fire tube است.

دیگ لوله آبی

همگام با توسعه صنعت در قرن گذشته، استفاده از دیگهای بخار با فشار بالا ضرورت پیدا کرد و بنا به دلایلی، گاهی نیز انفجارهای مصیبت باری به همراه داشته‌است. آن روزها دیگ‌های بخار شامل ظروف تحت فشار با قطرهای زیادی بود که تحت فشار داخلی، دچار تنشهای انبساطی در دیواره‌های این ظروف می‌گردید. مقدار این تنش به نام تنش حلقه‌ای معروف است. بهترین راه برای جلوگیری از بروز این مشکل کاهش قطر ظرف تحت فشار است که این امر اساس کار دیگهای لوله– آبی است. در این دیگ‌ها آب، درون لوله‌ها جاری است و گازهای داغ در سطح خارجی لوله‌ها جریان دارند. دیگ‌های لوله آبی متشکل از ظروفی به نام درام هستند که توسط لوله به یکدیگر متصل شده‌اند. آب در درون لوله‌ها گردش کرده و گازهای داغ از اطراف لوله‌ها عبور می‌کنند. مهم‌ترین مزیت دیگ‌های لوله آبی آزادی در افزایش ظرفیت ساخت آنهاست. دیگ‌های لوله آبی می‌توانند تا ظرفیت نیم تن در ثانیه بخار با فشار ۱۶۰ اتمسفر و دمای۵۵۰ درجه سانتی‌گراد تولید کنند. البته دیگ‌های لوله آبی به صورت پکیج و در ابعاد کوچک‌تر نیز ساخته می‌شوند که در صنایع نفت و پتروشیمی کاربرد فراوان دارند.

در ظرفیت های بالاتر از 20 مگاوات از انواع دیگ بخار لوله آبی (واترتیوب) استفاده می شود. در این نوع دیگ بخار ، آتش لوله های آب را احاطه کرده و سبب گرمایش آب و تبخیر آب داخل لوله ها می شود؛ بخار حاصله در محفظه بالایی در نظر گرفته شده جمع شده و به مصرف می رسد.[۱]

دیگ لوله آتشی

این نوع دیگ‌های بخار معمولاً، شامل بدنه اصلی، صفحه - لوله‌های جلو و عقب، کوره و اتاقک برگشت می‌باشد که پس از مونتاژ و جوشکاری ابتدا کامل مورد آزمایش‌های غیر مخرب (پرتونگاری، اولتراسونیک، مایع نافذ و…) قرار گرفته و سپس عملیات تنش‌گیری آنها در کوره مخصوص انجام می‌گیرد.

منبع : ویکی پدیا