مبدل حرارتی

103 بازدید

۱۳۹۷/۰۱/۰۱

تجهیزات مصرف کننده بخار انواع گوناگونی دارند که اکثر قریب به اتفاق آنها از گرمای نهان تبخیر استفاده می‎کنند.مبدل حرارتی یکی از تجهیزات مصرف کننده بخار است و  همانطور که ازنامش پیداست، وظیفه انتقال گرما از بخار به سیال ثانویه را بر عهده دارد. مبدل‎های حرارتی انواع مختلفی دارند که در این مقاله به شرح آنها می‎پردازیم.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

در این مبدل‎ها کوئل در داخل سیال مستغرق بوده و از طریق همرفت انرژی، بخار را به سیال ثانویه انتقال می‎دهد. البته از مبدل‎های پوسته‎ لوله بعنوان تبخیر کننده و یا تلغیظ کننده نیز بهره گرفته می‎شود.

طراحی مبدل‎های حرارتی بر اساس ماکزیمم مصرف صورت می‎گیرد تا بدین ترتیب مبدل بتواند در پیک مصرف نیز به شکل صحیح وظیفه خود را انجام دهد. بنابراین در اکثر مواقع مبدل از حداکثر ظرفیت خود بهره نبرده و بخشی از ظرفیت خالی می‎ماند.

وظیفه کنترل دمای سیال ثانویه در مبدل بر عهده شیر کنترل بخار ورودی به مبدل است. این شیر کنترل با توجه به دمای از پیش تنظیم شده میزان بخار ورودی به مبدل را کم یا زیاد می‎کند. در شیرهای نئوماتیکی با عملکرد on-off  کنترل بخار بصورت قطع و وصل صورت می‎گیرد.

نکته مهم در ارتباط با کنترل در مبدل‎ها فشار بخار ورودی است.  فشار و دمای بخار با هم نسبت مستقیم داشته و با افزایش فشار دمای آن نیز افزایش می‎یابد. بنابراین با افرایش دمای بخار می‎توان سطح جانبی کوئل را کوچک‎تر نمود.

توجه به چند نکته ضروری است. اولاً کوئل مناسب برای فشارهای بالای بخار گران‎تر است، ثانیاً هرچه دمای بخار بالاتر باشد کنترل درجه حرارت سیال ثانویه مشکل‎تر خواهد بود (بخصوص اگر سیال ثانویه آب باشد). در این شرایط با ورود بخار انرژی مورد نیاز سیال ثانویه در مدت زمان کوتاهی تأمین شده و شیر کنترل به دفعات باز و بسته می‎شود؛ در نتیجه خیلی زود راهی تعمیرگاه می‎شود.

مبدل حرارتی

مبدل حرارتی پوسته و لوله

ثالثاً از آنجاییکه بخار ورودی زیاد نیست سریعاً کندانس می‎شود و فشار داخل کوئل سریعاً کاهش می‎یابد. این تغییرات ناگهانی فشار می‎تواند باعث ایجاد خلأ در داخل مبدل شود و بدین ترتیب تله منفی شده و باعث برگشت کندانس به داخل مبدل می‎شود.

این پدیده که استلال نام دارد از عوامل کاهش راندمان انتقال حرارت و بروز ضربه قوچ در مبدل‎ها است. از طرفی افت فشار ناگهانی حتی اگر منجر به تغییر دمای بخار و سیال ثانویه نشود، می‎تواند در کار تله اختلال ایجاد کند به خصوص اگر تله بخار از نوع سطلی معکوس باشد.

نکات اجرایی مبدل‎های حرارتی پوسته و لوله

خلأشکن و ایرونت

برای جلوگیری از ایجاد خلأ در داخل مبدل می‎بایست با نصب یک خلأشکن از امکان بروز خلأ در داخل مبدل جلوگیری نمود. در صورت در دسترس نبودن خلأشکن می‎توان از یک چک‎ولو بصورت برعکس بهره گرفت. البته در مبدل‎های بزرگ ترجیح آنست که از ورود هوا به داخل سیستم جلوگیری شود و در نتیجه استفاده از شیر خلأشکن مجاز نمی‎باشد.

ایرونت

در مبدل‎های کوچک، بخار هوا را هل داده و به سادگی به سمت تله هدایت می‎کند.حال چنانچه مثلاً از یک تله‎بخار فلوتری با ایرونت اتوماتیک استفاده شده باشد دیگر نیازی به نصب ایرونت مجزا نیست. اما در مبدل‎های بزرگ و به خصوص در استارت اولیه نصب ایرونت بر روی مبدل برای خارج کردن هوا و در نتیجه هم دما کردن کل سطح مبدل توصیه می‎شود.

پمپ تله اتوماتیک

در مواردی که احتیاج به انتقال کندانس به ارتفاع بالا وجود دارد و یا به دلایل دیگر امکان ایجاد فشار برگشت وجود دارد باید از سیستم پمپ تله بخار اتوماتیک برای مبدل حرارتی استفاده گردد.

شیر کنترل

کنترل بخار ورودی یا از طریق شیر خود عملگر صورت می‎گیرد و یا توسط ترموستات مستغرق و شیر نئوماتیکی کنترل می‎شود. سنسور ترموستات در هر دو حالت می‎بایست در خروجی سیال ثانویه از مبدل نصب گردد تا از بروز خطا در سیستم کنترل بخار جلوگیری به عمل آید.

انتخاب تله بخار

نوع تله بخار مناسب برای مبدل‎های حرارتی و ضریب اطمینان آنها بسته به نوع مبدل و فشار بخار آن است. عملکرد تله بخار سطلی معکوس در برابر تغییرات ناگهانی فشار دستخوش اختلال می‎شود. بنابراین استفاده از این نوع تله در مبدل‎های با فشار ثابت بخار مناسب است. ضریب اطمینان تله بخار سطلی معکوس در مبدل با فشار ثابت ۲ است.

در شرایطی که فشار متغیر است تله بخار فلوتری با ایرونت اتوماتیک و با ضریب اطمینان ۳ گزینه مناسبی است. از آنجاییکه اکثر قریب به اتفاق مبدل‎های پوسته و لوله مجهز به شیر کنترل هستند استفاده از تله بخار فلوتری با ایرونت اتوماتیک و با ضریب اطمینان ۳ انتخاب اول در مبدل پوسته و لوله است.

مبدل حرارتی صفحه‎ای

مبدل‎های حرارتی صفحه‎ای به مبدل‎هایی با تماس غیر مستقیم (مشابه پوسته و لوله) هستند. این مبدل‎ها از صفحات فلزی نازکی ساخته می‎شوند که از یک طرف هر صفحه بخار و از طرف دیگر آن سیال ثانویه عبور می‎کند.

مبدل حرارتی

مبدل حرارتی صفحه‎ای

مبدل‎های صفحه‎ای در شکل و ابعاد مختلفی ساخته می‎شوند و همین امر سبب گسترش روزافزون آنها در صنایع نفت، گازپتروشیمی، نیروگاه‎ها، صنایع کوچک، استخرها، سیستم‎های تهویه و تبرید و… می‎شود. مبدل‎های صفحه‎ای نسبت به مبدل‎های پوسته و لوله دارای مزایایی هستند که از آن جمله می‎توان به موارد زیر اشاره نمود:

  1. حالت معوج و شیاردار صفحات مبدل منجر به افزایش توربولانس جریان سیال شده و با توجه به ساختار مبدل باعث افزایش سطح مؤثر برای انتقال حرارت می‎گردد. بدین سان ضریب انتقال حرارت این مبدل‎ها بسیار بیشتر از مبدل‎های پوسته و لوله است. بالا بودن ضریب انتقال حرارت سبب می‎شود در سطح انتقال حرارت برابر بعضاً تا ۳۰ درصد از وزن و حجم کوچکتری نسبت به مبدل پوسته و لوله برخوردار باشند.
  2. توان بازیافت حرارتی بالایی دارند. بنابراین این مبدل‎ها برای بازیافت حرارت از منابع حرارتی درجه پایین مناسب هستند.
  3. با توجه به نوع حرکت سیال ثانویه احتمال قاطی شدن دو سیال بسیار کم است.
  4. مبدل‎های صفحه‎ای برای سیالات دارای لزجت بالا بسیار مناسب هستند.
  5. امکان باز و بسته کردن مبدل صفحه‎ای به راحتی امکان‎پذیر است. از اینرو بازرسی و نظافت آن کار آسانی است.
  6. مبدل صفحه‎ای به تغییر شرایط فرآیند سریعاً واکنش نشان می‎دهد و از اینرو کنترل آن بسیار ساده‎تر از مبدل پوسته و لوله است.

نکات اجرایی و انتخاب تله بخار مبدل‎های صفحه‎ای

واشرهای آب‎بندی به کار رفته در مبدل‎های صفحه‎ای بخار که عموماً از جنس EPDM هستند معمولاً حداکثر دمای ۱۶۰ درجه سانتیگراد را تحمل می‎کنند و نقطه کاری آنها معمولاً بین ۱۰۰-۱۲۰ درجه سانتیگراد است.

از اینرو برای جلوگیری از خرابی این واشرها می‎بایست فشار بخار کنترل شده‎ای را وارد مبدل نمود تا دمای بخار بالاتر از حد مجاز نرود. بر این اساس نصب مدار فشار شکن و سوپاپ اطمینان قبل از مبدل صفحه‎ای بخار الزامی است.

در مبدل‎های صفحه‎ای مشابه مبدل‎های پوسته پوسته و لوله می‎توان از تقسیم ظرفیت مبدل بر گرمای نهان ببخیر در فشار بخار ورودی میزان کندانس را محاسبه نمود. تله‎های بخار با عملکرد مکانیکی بدین منظور بهترین انتخاب هستند و با توجه به وجود شیر کنترل در بخار ورودی ضریب اطمینان ۳ را می‎بایست در نظر گرفت.

برای جلوگیری از ایجاد خلأ در مبدل در صورت بسته ماندن شیر کنترل و یا خاموشی سیستم نصب خلأشکن در مدار ورودی مبدل امری حیاتی است. در مبدل‎های کوچک جریان بخار هوا را به سمت تله‎بخار هدایت می‎کند و چنانچه از تله‎بخار با قابلیت هواگیری استفاده شده باشد نیازی به نصب ایرونت مجزا نیست. اما در مبدل‎های بزرگ نصب ایرونت مجزا برای حفظ یکنواختی دمای کل مبدل ضروری است.

پربازدیدترین‌ها

دیدگاه‌ها

خوشحال خواهیم شد که اولین دیدگاه را شما ارسال نمائید.

دیدگاه خود را ثبت نمایید.

برای دریافت آخرین خبرها و محصولات ما به کانال تلگرام ما بپیوندید