مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube Heat Exchanger)، یکی از متداول‌ترین انواع مبدل های حرارتی است که معمولا در پالایشگاه‌های نفت و کارخانه‌های فرآیندی بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع مبدل، از یک مخزن تحت فشار (پوسته) و مجموعه‌ای از لوله‌های موازی نزدیک به هم (باندل) تشکیل می‌شود. مبدل های حرارتی پوسته و لوله بر اساس اصول انتقال حرارت به روش هدایت گرمایی کار می‌کنند. با جریان یافتن سیالات درون لوله‌ها، انتقال حرارت از سیال گرم به سیال سرد و برعکس انجام می‌گیرد. به این ترتیب، سیال درون سیستم به دمای مورد نظر می‌رسد و برای استفاده مجدد از درون مبدل خارج می‌شود

عملکرد

مکانیزم مبدل های حرارتی پوسته و لوله، بر اساس عبور سیال گرم از درون سیال سرد و انتقال غیر مستقیم حرارت (عدم ترکیب شدن سیال‌ها) است. این نوع مبدل حرارتی، از یک پوسته و مجموعه‌ای از لوله‌ها تشکیل می‌شود. یکی از سیال‌ها از درون پوسته و سیال دیگر از درون لوله‌ها عبور می‌کند. طی این فرآیند، انتقال حرارت بین دو سیال صورت می‌گیرد. به عبارت دیگر، سیال سرد، حرارت سیال گرم را می‌گیرد.

موارد استفاده مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبد‌ل های حرارتی پوسته و لوله در خنک‌ سازی، پیش گرمایش، تولید بخار، بازیابی بخار و عملیات‌های مشابه کاربرد دارند. از متداول‌ترین حوزه‌های کاربرد این مبدل‌ها می‌توان به صنایع به نیروگاهی، تاسیسات سرمایشی، سازه‌های آبی، کارخانه‌های کاغذسازی، سیستم‌های تبرید، داروسازی، تجهیزات هوای فشرده، رنگ‌کاری صنعتی، معدنکاری و متالورژی اشاره کرد.

ساختار

○ لوله ها

لولهیا به طور دقیق‌تر تیوب از مهم‌ترین اجزای مبدل های حرارتی پوسته و لوله به شمار می‌رود که وظیفه تامین سطح مورد نیاز برای انتقال حرارت، بین سیالات را بر عهده دارد. لوله‌های مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، معمولا از جنس مس یا آلیاژهای فولادی با اتصالات بدون درز یا جوشی هستند لوله‌هایی از جنس نیکل، تیتانیوم یا آلومینیومی، معمولا برای کاربری‌های خاص استفاده می‌شوند. ساخت لوله‌های بدون درز طی فرآیند اکستروژن و ساخت لوله‌های جوشی طی فرآیند نورد انجام می‌گیرد. لوله‌های جوشی، صرفه اقتصادی بیشتری دارند. سطح خارجی لوله های مبدل های حرارتی پوسته و لوله، از نوع ساده یا پره‌دار است. لوله پره دار، برای سیالاتی با ضریب انتقال حرارتی بسیار پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد. سطوح این لوله، مساحت انتقال حرارت سیالات را نسبت به سطوح لوله ساده، دو تا چهار برابر بیشتر می‌کنند. قطر لوله های مبدل حرارتی پوسته و لوله معمولا برابر 16 میلی‌متر، 19 میلی‌متر و 25 میلی‌متر است. امکان استفاده از لوله‌های کوچک‌تر از این ابعاد نیز وجود دارد. با این وجود، هر چه قطر لوله کمتر باشد، تمیزکاری آن دشوارتر خواهد بود لوله‌های دارای قطر بزرگ‌تر، به منظور سهولت تمیزکاری یا کاهش افت فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. ضخامت دیواره لوله‌های مبدل حرارتی پوسته و لوله بین 1.65 میلی‌متر تا 2.76 میلی‌متر تغییر می‌کند. ضخامت‌های پایین، در هنگام استفاده از لوله‌هایی از جنس مواد نسبتا گران (مانند تیتانیوم) انتخاب م‍‍ی‌شوند. به مجموعه لوله‌‌های درون مبدل، باندل می‌گویند.

○ صفحه لوله

صفحه لوله یا تیوب شیت، یک صفحه دایره‌ای است که به منظور نگهداری لوله‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. لوله‌ها، از درون حفره‌های موجود در صفحات عبور می‌کنند. لوله و تیوب شیت، توسط شیارهای سطحی یا جوشکاری به یکدیگر متصل می‌شوند. دلیل این کار، جلوگیری از ترکیب شدن سیال سمت پوسته با سیال سمت لوله است. مبدل های حرارتی پوسته و لوله، به غیر از نوع U شکل، از دو تیوب شیت تشکیل می‌شوند. اتصال لوله و صفحه به گونه‌ای است که از انبساط مکانیکی المان‌ها جلوگیری می‌کند. استفاده از صفحات دوبل، احتمال ترکیب سیالات را کاهش می‌دهد. در این حالت، فضای بین دو تیوب شیت در معرض فشار اتمسفر قرار می‌گیرد. به این ترتیب، نشت هر یک از سیالات، در کوتاه‌ترین زمان ممکن تشخیص داده می‌شود. تیوب شیت باید از مقاومت مناسب در برابر خوردگی ناشی از تماسبا سیالات و سازگاری الکتروشیمیایی خوب با ماده سازنده لوله برخوردار باشد.

○ پوسته

پوسته  محفظه دربرگیرنده لوله‌های مبدل های حرارتی پوسته و لوله است. این محفظه، معمولا توسط نورد یک ورق فلزی و جوشکاری محل درز طولی ساخته می‌شود. البته امکان ساخت پوسته‌های کوچک، توسط برش دادن لوله‌هایی با قطر مناسب نیز وجود دارد. میزان گردی پوسته بر روی حداکثر قطر بافل قابل استفاده و احتمال نشت بین پوسته و بافل تاثیر می‌گذارد.

○ بافل

سِپَرک یا بافل، قطعه‌ای درون محفظه مبدل حرارتی پوسته و لوله است که به منظور نگهداری لوله و هدایت جریان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کاربردهای بافل عبارت هستند از:

نگهداری لوله‌ها در محل مناسب طی مراحل ساخت و اجرا به منظور جلوگیری از ارتعاش لوله‌ها بر اثر جریان‌های متلاطم هدایت رفت و برگشتی سیال سمت پوسته در راستای ناحیه دربرگیرنده لوله برای افزایش سرعت و ضریب انتقال حرارت

حفظ فاصله بین لوله‌ها

○ میله های نگه دارنده

میله‌های نگهدارنده، قطعاتی هستند که به منظور نگهداری اجزای بافل در کنار یکدیگر و حفظ گام بافل مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک طرف میله‌های نگهدارنده به صفحه لوله و طرف دیگر آن‌ها به آخرین بافل فیکس می‌شود. به منظور حفظ گام، بافل‌ها بر روی قطعاتی با عنوان اسپیسر قرار می‌گیرند. حداقل تعداد میله نگهدارنده و اسپیسر، به قطر پوسته و ابعاد میله‌ها بستگی دارد.

ویژگی های ساختاری مبدل حرارتی نسیم تهویه مهرگان

Ø      بدنه (پوسته) از نوع کربن استیل، استنلس استیل و یا برنج و تیوب هاي داخلی (لوله ها) از جنس مس، استنلس استیل، کربن استیل

             و یا برنج (با توجه به نوع سیال و خورندگی سیال جاري در آن)

Ø      ساخت مبدل با بدنه بسیار مستحکم و کاملا آب بندي شده با سطوح داخلی و خارجی ضد زنگ و عایق کاري پوسته آن با فوم

             پلاستیکی به ضخامت 19 میلی متر

Ø      جوشکاري دقیق پوسته خارجی

Ø      جوشکاري با تجهیزات MTIG و MIG/MAG

Ø      استفاده از لوله هاي بدون درز در ساخت کویل

Ø      Rolling  و Welding تیوب ها به تیوب شیت ها مطابق استاندارد ASME  و TEMA

Ø      سند بلاستینگ مبدل ها

Ø      طراحی مبدل ها با قابلیت مونتاژ و دمونتاژ آسان جهت سرویس و نگهداري

Ø      تعبیه بوشن هایی بر روي مبدل جهت تخلیه سیال درون پوسته و سیال درون لوله و نیز هواگیري مبدل

Ø      طراحی مبدل بر اساس اطلاعات فنی و موارد مورد نیاز ارائه شده از طرف مشتري و به بهترین و مناسب ترین شکل از نظر طرح و قیمت

Ø      انتخاب مواد متناسب با فشار و درجه حرارت کاري مبدل

Ø      ساخت تیوب باندل هاي  Uشکل، تیوب باندل هاي با تیوب شیت متحرك و ثابت (معمولا جنس باندل ها از تیوب هاي مسی و جنس

            تیوب شیت ها از کربن استیل است)

Ø      لوله هاي مبدل در اندازه هاي استاندارد 8/3, 2/1, 8/5, 4/3, 1 اینچ با ضخامت هاي 0.9 و 0.7 میلی متر