مبدل های حرارتی

تصاویری از پالایشگاه های ایران:














 

دستگاههاي انتفال حرارت (مبدلهاي حرارتي):

در كارخانجات شيميايي و پالايشگاه ها به منظور صرفه جويي در هزينه هايي از قبيل مخارج ساخت دستگاهها  وسوخت، انتقال حرارت يك سيال به سيال ديگر بسيار مد نظر قرار گرفته است.

وضعيت اقتصادي پروژه ها بيشتر بوسيله سرويس دهنده ها (Utilities) كنترل مي گردد. بدين منظور از انرژي حرارتي ذخيره شده در سيالات گرم به سيال سرد تبادل حرارتي انجام

مي گيرد. بطور كلي انتقال حرارت از يك نقطه به نقطه ديگر بر اساس اختلاف دماي بين آن دو نقطه مي باشد. همانگونه كه درانتقال جريان برق اختلاف پتانسيل و در جريان سيالات اختلاف فشار نيروي  محركه مي باشد، در انتقال حرارت نيز اختلاف درجه حرارت نيز اختلاف درجه حرارت نيروي محركه است و باعث انتقال گرما از يك نقطه به نقطه ديگر مي شود. بنابراين از با صرفه ترين دستگاههاي صنعتي (مبدلهاي حرارتي) جهت انتقال حرارت از سيالي به سيال ديگر استفاده مي گردد.

 

تعريف مبدل حرارتي:

دستگاهي است كه بوسيله آن انتقال حرارت انجام گرفته و بين دو سيال تبادل گرما ايجاد مي نمايد. بعبارت ديگر مبدلهاي حرارتي دسته اي از دستگاههاي انتقال حرارت هستند كه در انها حرارت بين دو سيال در دو قسمت مختلف پروسس مبادله مي شود. با توجه به اين كه آب خنك و بخار آب جزء عوامل اصلي پروسس محسوب نمي شوند و بعنوان سرويس دهنده (Utilities) تلقي مي گردند. آن دسته از دستگاههاي انتقال حرارت كه در آنها بخار آب و آب خنك بعنوان عوامل گرم كننده و خنك كننده بكار گرفته مي شوند جزء مبدلهاي حرارتي محسوب نمي شوند . ساير دستگاههاي انتقال حرارت عبارتند از : گرم كننده ها (Hearers ) خنک كننده ها (Coolers ) ، چگالنده ها (‍Condensers)، تغليظ كننده ها (Evaporators)، تبخير كننده ها (Vaporizers)، ريبويلرها (‌Reboilers)، كوره ها (Furnaces) و برجهاي خنك كن (Cooling Towers). در اين مكان تنها برجهاي خنك كن، دو سيال را كه عمل انتقال حرارت بين آنها صورت

مي گيرد بطور مستقيم در تماس مي گذارد و به همين علت است كه دو عمل انتقال حرارت و انتقال جرم به طور هم زمان بين دو سيال (هوا و آب) انجام مي گيرد. در ساير دستگاههاي انتقال حرارت تماس بين دو سيال غير مستقيم است. ديده

مي شود كه در تمام مطالب بالا صحبت از مبادله حرارت در يك دستگاه انتقال حرارت مي باشد بدين معنا كه حرارت در اين دستگاهها به هيچ وجه تبديل نشده بلكه مبادله مي شود.

 

انواع مبادله هاي حرارتي:

مبدلهاي حرارتي از نقطه نظرهاي مختلف دسته بندي

مي شوند.

- تقسيم بندي انواع مبدلهاي حرارتي از نقطه نظر نوع و سطح تماس سيال سردو گرم:

 

 

 

مبدلهاي حرارتي از نوع :Recuperative

در اين نوع مبدلهاي حرارتي دو سيال سرد و گرم كه به ترتيب از دماي پايين و بالاتري برخوردار هستند توسط يك سطح جامد و ثابتي از يكديگر جدا شده اند و انتقال انرژي از طريق سطح مذكور صورت مي گيرد. اكثريت قريب به اتفاق مبدلهاي موجود در صنعت از اين دسته هستند.

 

مبدلهاي حرارتي از نوع Regenerative:

در اين نوع از مبدلهاي حرارتي سطح جدا كننده سيال سرد يا گرم ثابت نبوده و به طور متناوب قسمتهايي از سطح مذكور در معرض حركت سيال يا گرم قرار مي گيرند. اين مبدلها در مقياسهاي آزمايشگاهي و تحقيقاتي بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرند.

 

مبدلهاي حرارتي از نوع تماس مستقيم

(Direct Contact ):

در اين نوع از مبدلهاي حرارتي سيال سرد و گرم به طور مستقيم تماس حاصل كرده و تبادل انرژي يا حرارت انجام

مي گيرد. اين مبدلها معمولاً از راندمان حرارتي بالايي برخوردارند.

نمونه اي از اين مبدلها، برجهاي خنك كن (Cooling Towers )، كولرهاي آبي و گرم كن هاي باز آب (Open Feed Water Heater) در نيروگاههاي بخار را مي توان نام برد.

 

تقسيم بندي انواع مبدلهاي حرارتي از نقطه نظر جهت جريان سيال سرد و گرم:

بر اين اساس مبدلهاي حرارتي به سه دسته اساسي تقسيم مي شوند:

 

مبدلهاي حرارتي از نوع Co Current

در اين نوع مبدلهاي جهت جريان سيال گرم و سرد موافق يكديگر مي باشند نكته اي كه بايد توجه داشت دماي سيال سرد خروجي از مبدل هيچگاه به دماي سيال گرم خروجي نمي رسد. نزديك شدن مقدار عددي دو دماي مذكور مستلزم به كارگيري سطح انتقال حرارت مؤثر بسيار بزرگ مي باشد.

 

مبدلهاي حرارتي از نوع Counter Current

در شرايطي كه جهت جريان سيالهاي سرد و گرم بر خلاف يكديگر باشد مبدل را جريان مخالف (Counter Current)

مي نامند. بايد توجه داشت در اين نوع مبدلها امكان افزايش دماي سيال سرد خروجي نسبت به سیال گرم خروجي وجود دارد اين مبدلها در شرايط يكسان از سطح انتقال حرارت كمتري نسبت به مبدلهاي Co Current برخوردار مي باشند.

 

مبدلهاي حرارتي از نوع Cross Current

در اين نوع مبدلها جهت جريانهاي سرد وگرم عمود بر هم

مي باشند به عنوان متداول ترين نمونه مي توان از رادياتور اتومبيل ها نام برد.

به طور كلي مبدلهاي فوق به دو دسته (a) پره دار با دو سيال غير مخلوط و (b) بدون پره با يك سيال مخلوط و سيال ديگر غير مخلوط تقسيم مي شوند.

 

تقسيم بندي مبدلهاي حرارتي از نقطه نظر مكانيسم انتقال حرارت بين سيال سرد وگرم:

بر اين اساس مبدلهاي حرارتي به دو دسته تقسيم مي شوند.

1- مبدلهاي حرارتي كه مكانيسم انتقال حرارت ازنوع تشعشعي بوده و به آنها مبدلهاي حرارتي آتشين ها (Fired Heat Exchangers) گفته مي شود از جمله اين مبدلها مي توان به كوره ها و بويلرها اشاره كرد.

2- مبدلهايي كه مكانيسم انتقال حرارت بين سيال سرد وگرم به صورت تركيبي از جابه جايي و هدايت است. ازجمله اين مبدلها مي توان به مبدلهاي پوسته ولوله كه در صنعت از كاربرد بسيار زيادي نيز برخوردار هستند اشاره كرد.

 

تقسيم بندي مبدلهاي حرارتي از نقطه نظر نوع كاربرد براساس استاندارد TEMA :

بر اين اساس مبدلهاي حرارتي به سه دسته اساسي به شرح ذيل تقسيم بندي مي شوند:

الف) گروه (R) مبدلهايي كه در صنايع نفت به كار مي روند.

ب ) گروه (C) مبدلهايي كه كاربرد عمومي و تجاري دارند.

ج ) گروه (B) مبدلهايي كه در صنايع شيميايي استفاده

مي شوند.

تقسيم بندي حرارتي از نقطه نظر ساختمان مكانيكي آنها :

الف ) مبدلهاي حرارتي از نوع (Tubular ) : از جمله اين مبدلها مي توان به انواع پوسته و لوله Double pipe - Air cooler و Heat pipe اشاره نمود.

ب ) مبدلهاي حرارتي داراي Plate مانند Gasketed  ، Gasketless ، Spiral و Lamella و Plate- Fin

ج ) مبدلهاي مقاوم در برابر خوردگي

 

اين دسته از مبدلهاي حرارتي را بر اساس نوع پوشش دهي (Coating) كه در آنها به كار گرفته شده است به سه دسته Graphite ، Glass و Teflon دسته بندي مي كنند بايد توجه داشت كه انواع مبدلهاي حرارتي ذكر شده مي توانند بر اساس شرايط عملياتي استفاده شوند.

د ) مبدلهاي حرارتي با كاربردهاي ويژه همانند Rotary Regenerator و Electrically Heated .