اجزای مبدل حرارتی پوسته و لوله
|
|
مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube Heat Exchanger) یکی از رایج‌ترین مبدل‌های حرارتی است که برای انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای مختلف به کار می‌رود. این نوع مبدل در صنایع مختلفی از جمله پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها، صنایع شیمیایی، برودتی و ... کاربرد دارد.
در این مقاله به طور مفصل به اجزای اصلی مبدل حرارتی پوسته و لوله و وظایف هر کدام می‌پردازیم.
اجزای اصلی مبدل حرارتی پوسته و لوله:
- پوسته (Shell): پوسته یک استوانه است که از جنس فولاد، چدن یا آلیاژهای مختلف ساخته می‌شود. سیال سرد یا گرم از طریق نازل‌ها به داخل پوسته وارد شده و در فضای بین لوله‌ها جریان می‌یابد.
- لوله‌ها (Tubes): لوله‌ها از جنس مس، فولاد ضد زنگ، آلیاژهای مختلف و ... ساخته می‌شوند و سیال دیگر را درون خود حمل می‌کنند.
- صفحات هدایت (Baffles): صفحات هدایت در داخل پوسته قرار دارند و مسیر جریان سیال سرد یا گرم را در بین لوله‌ها تنظیم می‌کنند. این صفحات باعث افزایش سطح تماس بین دو سیال و در نتیجه افزایش راندمان تبادل حرارت می‌شوند.
- نازل‌ها (Nozzles): نازل‌ها محل ورود و خروج سیال به داخل و خارج از مبدل حرارتی هستند.
- هدرها (Headers): هدرها محفظه‌هایی هستند که لوله‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند.
- تیوب شیت (Tube Sheet): تیوب شیت دو صفحه است که در دو انتهای پوسته قرار دارد و لوله‌ها به آنها متصل می‌شوند.
- مجرای سمت لوله (Channel Side): مجرای سمت لوله فضایی است که در اطراف لوله‌ها در داخل پوسته قرار دارد و سیال سرد یا گرم از طریق آن جریان می‌یابد.
- مجرای سمت پوسته (Shell Side): مجرای سمت پوسته فضایی است که در بین پوسته و لوله‌ها قرار دارد و سیال سرد یا گرم از طریق آن جریان می‌یابد.
- میله‌های نگهدارنده (Tie Rods): میله‌های نگهدارنده برای ثابت نگه داشتن صفحات هدایت در جای خود استفاده می‌شوند.
- اتصالات (Connections): اتصالات برای اتصال پوسته، لوله‌ها، نازل‌ها و هدرها به یکدیگر استفاده می‌شوند.
وظایف هر کدام از اجزا:
- پوسته: پوسته وظیفه دارد که سیال سرد یا گرم را در محیط لوله‌ها محصور نگه دارد و فشار مورد نیاز برای انتقال حرارت را فراهم کند.
- لوله‌ها: لوله‌ها مسیر جریان سیال دیگر را تشکیل می‌دهند و محل اصلی انتقال حرارت بین دو سیال هستند.
- صفحات هدایت: صفحات هدایت باعث افزایش سطح تماس بین دو سیال و در نتیجه افزایش راندمان تبادل حرارت می‌شوند.
- نازل‌ها: نازل‌ها محل ورود و خروج سیال به داخل و خارج از مبدل حرارتی هستند و به کنترل جریان سیال کمک می‌کنند.
- هدرها: هدرها لوله‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند و به توزیع سیال در بین لوله‌ها کمک می‌کنند.
- تیوب شیت: تیوب شیت لوله‌ها را در جای خود ثابت نگه می‌دارد و از نشتی جلوگیری می‌کند.
- مجرای سمت لوله: مجرای سمت لوله فضایی است که سیال سرد یا گرم از طریق آن در اطراف لوله‌ها جریان می‌یابد.
- مجرای سمت پوسته: مجرای سمت پوسته فضایی است که سیال سرد یا گرم از طریق آن در بین پوسته و لوله‌ها جریان می‌یابد.
- میله‌های نگهدارنده: میله‌های نگهدارنده صفحات هدایت را در جای خود ثابت نگه می‌دارند و از لرزش آنها جلوگیری می‌کنند.
انواع مختلف هر کدام از اجزا:
- پوسته: پوسته‌ها می‌توانند از جنس‌های مختلفی مانند فولاد، چدن، آلومینیوم، برنج و مس ساخته شوند. هر کدام از این جنس‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند.
- لوله‌ها: لوله‌ها می‌توانند از جنس‌های مختلفی مانند مس، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، تیتانیوم و آلیاژهای مختلف ساخته شوند. جنس لوله‌ها باید با توجه به نوع سیال، فشار و دما انتخاب شود.
- صفحات هدایت: صفحات هدایت می‌توانند از جنس‌های مختلفی مانند فولاد، آلومینیوم و پلاستیک ساخته شوند. نوع صفحات هدایت باید با توجه به نوع جریان سیال، سرعت جریان و راندمان مورد نظر انتخاب شود.
- نازل‌ها: نازل‌ها می‌توانند از جنس‌های مختلفی مانند فولاد، چدن، برنج و پلاستیک ساخته شوند. نوع نازل‌ها باید با توجه به نوع سیال، فشار و دما انتخاب شود.
- هدرها: هدرها می‌توانند از جنس‌های مختلفی مانند فولاد، چدن، آلومینیوم و پلاستیک ساخته شوند. نوع هدرها باید با توجه به نوع سیال، سرعت جریان و تعداد لوله‌ها انتخاب شود.
- اتصالات: اتصالات می‌توانند از جنس‌های مختلفی مانند فولاد، چدن، برنج و پلاستیک ساخته شوند. نوع اتصالات باید با توجه به نوع سیال، فشار و دما انتخاب شود.
نکات مهم :
- نوع سیال: نوع سیال یکی از مهمترین فاکتورها در انتخاب جنس اجزای مبدل حرارتی است. سیال‌های مختلف می‌توانند خورنده باشند و به اجزای مبدل آسیب برسانند.
- فشار و دما: فشار و دمای سیال نیز از فاکتورهای مهم در انتخاب جنس اجزای مبدل حرارتی هستند. برخی از جنس‌ها مقاومت کمتری در برابر فشار و دمای بالا دارند.
- راندمان: راندمان مبدل حرارتی به نوع و تعداد اجزای آن بستگی دارد. انتخاب اجزای مناسب می‌تواند به افزایش راندمان مبدل کمک کند.
- هزینه: هزینه اجزای مبدل حرارتی نیز از فاکتورهای مهم در انتخاب آنها است. باید توجه شود که اجزای انتخاب شده از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشند.
نتیجه گیری:
اجزای مبدل حرارتی پوسته و لوله نقش مهمی در عملکرد این نوع مبدل دارند. انتخاب اجزای مناسب می‌تواند به افزایش راندمان، طول عمر و کاهش هزینه‌های مربوط به مبدل کمک کند.