مبدل حرارتی وسیله ای است که فرآیند تبادل حرارت بین دو سیال را که در دماهای مختلف هستند تسهیل می کند. این تجهیزات در سه مدل پوسته – لوله، صفحه ای و فین تیوب تولید می شوند. مبدلهای حرارتی با انتقال حرارت از دماهای بالاتر به دمای پایین تر عمل می کند. بنابراین اگر یک سیال گرم و یک سیال سرد توسط یک سطح رسانای گرما از هم جدا شوند، گرما می تواند از سیال گرم به سیال سرد منتقل شود. عملکرد آنها توسط ترمودینامیک کنترل می شود.
مبدل گرمایی از جمله تجهیزات صنعتی و موتورخانه ای می باشد که کاربردهای فراوانی در صنعت و زندگی روزمره دارد.
مبدل حرارتی وظیفه انتقال گرما از یک سیال به یک سیال دیگر که ممکن است آب یا روغن و یا هوا باشد را دارد. پرکاربردترین مبدلهای حرارتی که روزمره با آن سرو کار داریم رادیاتور خودرو یا رادیاتورهای موجود در منازل مسکونی می باشند.
مبدل حرارتی چیست؟
دستگاهی است که انرژی گرمایی را بین دو یا چند سیال منتقل میکند. این کار بدون اجازه مخلوط شدن سیالات انجام میشود. مبدلهای حرارتی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند، از جمله صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، پالایشگاهها، تصفیه گازهای طبیعی، نیروگاهها، یخچال ها، سیستمهای گرمایش ساختمان ها و تهویه مطبوع و بازیابی گرمای تلف شده در فرآیندهای شیمیایی.
کاربردهای مبدل حرارتی
مبدل حرارتی در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شود، از جمله:
- سیستم های تبرید و گرمایش: کندانسور و اواپراتور در سیستم های تبرید و گرمایش از مبدل حرارتی استفاده می کنند. کندانسور، گرمای مبرد را جذب و آن را به محیط خارج منتقل میکند. اواپراتور گرما را از محیط جذب و آن را به مبرد منتقل میکند.
در یک سیستم تهویه مطبوع مرکزی، مبدل حرارتی کندانسور معمولاً در خارج از ساختمان قرار می گیرد. هوای گرم از داخل ساختمان از طریق کویل های گرمایشی عبور میکند و گرمای خود را به مبرد منتقل میکند. مبرد گرم شده سپس به کندانسور منتقل میشود و گرمای خود را به هوای خارج منتقل میکند. این کار باعث خنک شدن هوای داخل ساختمان میشود.
در یک یخچال، مبدل حرارتی کندانسور در پشت یخچال قرار می گیرد. هوای گرم از اتاق به داخل یخچال می آید و گرمای خود را به مبرد منتقل میکند. مبرد گرم شده سپس به کندانسور منتقل میشود و گرمای خود را به هوای اتاق منتقل میکند. این کار باعث سرد شدن هوای داخل یخچال میشود. - صنایع غذایی و نوشیدنی: مبدل حرارتی برای گرم کردن، سرد کردن، جوشاندن و تبخیر مواد غذایی و نوشیدنی ها استفاده می شود. به عنوان مثال، از آنها برای گرم کردن آب برای تولید بخار مورد استفاده در فرهای نانوایی استفاده می شود.
در یک کارخانه تولید دلستر، این تجهیزات برای برای تولید آب جوش، آب جوش برای جوشاندن مالت و مالت جوشانده شده برای تولید دلستر استفاده میشود. - صنایع شیمیایی: مبدلهای حرارتی برای گرم کردن، سرد کردن، جوشاندن و تبخیر مواد شیمیایی استفاده می شوند. به عنوان مثال، این مبدلها برای گرم کردن نفت خام در پالایشگاهها استفاده می شوند.
در یک پالایشگاه نفت، نفت خام ابتدا در مبدل حرارتی گرم میشود تا دمای آن به حدود 700 درجه فارنهایت (371 درجه سانتیگراد) برسد. سپس نفت خام به برج تقطیر پالایشگاه منتقل میشود، جایی که به اجزای سازنده خود تجزیه میشود. - نیروگاهها: مبدل حرارتی برای تولید بخار مورد استفاده در توربین های بخار استفاده می شود. بخار تولید شده توسط مبدل، نیروی توربین ها را تأمین میکند که انرژی مورد نیاز برای تولید برق را تولید میکند.
در یک نیروگاه بخار، آب ابتدا در مبدل حرارتی گرم میشود تا به بخار تبدیل شود. سپس بخار به توربین های بخار منتقل میشود، جایی که انرژی خود را برای چرخاندن توربین ها استفاده میکند. توربین ها سپس انرژی خود را برای تولید برق استفاده می کنند.
مکانیزم عملکرد مبدل حرارتی
انتقال گرما در مبدل حرارتی بر اساس اصل هدایت گرما انجام میشود. هدایت گرمایی، فرآیند انتقال گرما از یک جسم گرم به جسم سردتر بدون انتقال ماده بین آنهاست. در یک مبدل حرارتی، سیال گرم و سیال سرد با یکدیگر تماس مستقیم ندارند. در عوض، آنها از طریق یک دیواره جداکننده از هم جدا می شوند. گرما از سیال گرم به دیواره منتقل میشود، سپس از دیواره به سیال سرد منتقل میشود.
نحوه جریان سیالها در مبدلهای حرارتی میتواند به صورتهای مختلفی باشد. متداول ترین انواع جریان سیال ها عبارتند از:
- جریان متقابل: در این نوع جریان، سیال گرم و سیال سرد در جهت های مخالف جریان می یابند. این نوع جریان کارآمدترین نوع جریان است، زیرا به سیالات امکان می دهد بیشترین اختلاف دما را ایجاد کنند.
- جریان موازی: در این نوع جریان، سیال گرم و سیال سرد در یک جهت جریان می یابند. این نوع جریان کارآمدتر از جریان متقابل نیست، اما فشرده تر است.
- جریان عرضی: در این نوع جریان، سیال گرم و سیال سرد به طور عمود بر یکدیگر جریان می یابند. این نوع جریان کارآمدتر از جریان موازی نیست، اما ساده تر است.
انواع مبدل حرارتی
مبدلهای حرارتی مصارف عمده ای در صنعت دارند که به انواع مختلفی موجود می باشند:
- پوسته و لوله
- صفحه ای
- پره ای یا هوا خنک (فین تیوب)
مبدل حرارتی پوسته و لوله
این نوع مبدل از یک پوسته و تعدادی لوله تشکیل شده است که به شل اند تیوب معروف هستند. در این مبدل، یک سیال در داخل دسته لولهها جریان دارد و سیال دیگر در پوسته جریان می یابد تا گرمای حاصل بر اثر اختلاف دمای موجود بین دو سیال انتقال پیدا کند. این نوع مبدلها قابلیت تحمل فشار کاری بالا را دارند.
ساختار مبدل حرارتی پوسته و لوله به شکلی است که تعدادی تیوب در داخل مخزنی به نام “شل” قرار دارد و برای ایجاد جریانی متلاطم در داخل پوسته از بافل استفاده میشود تا عمل بازده انتقال حرارت بیشتر شود.
اجزای مبدل حرارتی پوسته و لوله
- لوله: عضو اصلی که انتقال دهنده حرارت بین دو سیال است لولهها می باشند که به صورت دسته لولههای U شکل در داخل پوسته قرار می گیرند. اندازه لولهها از 1/4 تا 2و1/2 اینچ می باشد. در مبدلهای معمولی قطر لولهها از 1 تا 3/4 اینچ و در مبدلهای فشرده قطر لولهها از 1/2 تا 5/8 و همچنین طول لولهها از 5 تا 7 متر می باشد.
- پوسته: یا همان “شل” که دسته لولهها را در بر می گیرد. قطر استاندارد این پوستهها از 150 تا 1520 میلیمتر است. برای بدست آوردن ضخامت پوسته باید فشار کاری داخل پوسته مشخص شود تا با انجام محاسبات لازم ضخامت مورد نظر بدست آید.
- صفحات لوله گیر: همانطور از نامشان پیداست لولههای داخل مبدل حرارتی را در برمیگیرد و باعث ثابت ماندن این لولهها میشود.
- بافل: بافل ها نقش مهمی در انتقال حرارت بین دو سیال دارند. بافلها با ایجاد جریانی متلاطم باعث افزایش انتقال حرارت بین دو سیال می شوند.
محصول پر فروش مرتبط با سیستم های تهویه مطبوع: برج خنک کننده
مبدل حرارتی صفحه ای
این نوع مبدلها از تعدادی صفحه کنار هم که دارای فاصله کم می باشند تشکیل شده اند. این صفحات به طور کامل آببند و دارای 4 عدد بوشن هستند. وظیفه بوشنهای مبدل حرارتی صفحه ای عبارتند از:
- دریافت آب سرد شهری
- جروج آب شهری که در اثر انتقال حرارت گرم شده است
- ورود آب گرم حاصل از دیگ
- و خروج آبی که بر اثر انتقال حرارت گرمای خود را از دست داده است.
به هر کدام از این صفحهها که ضخامت کمی هم دارند یک در میان آب سرد و گرم وصل میشود تا با ایجاد جریان همرفتی بین صفحات، آب ورودی شهری گرم شده و آب گرم حاصل شود. مبدل حرارتی صفحه ای در فشار کاری 25 بار و دمای 200 درجه سانتیگراد قادر به کارکرد مناسب می باشد.
انواع مبدلهای صفحه ای عبارتند از:
- صفحه ای جوشی
- و واشر دار
اجزای مبدل حرارتی صفحه ای
- چارچوب ثابت
- چارچوب متحرک
- سطح تبادل حرارتی
- واشر جهت آبندی
- پیچ های محکم کننده
- ریل های راهنمای بالا و پایین
- پایه نگهدارنده
استانداردهای مبدل حرارتی صفحه ای
- API 662 ارئه شده توسط انجمن نفت آمریکا برای طراحی و ساخت مبدل حرارتی
- ASME SEC VIII استاندارد ساخت مخازن تحت فشار
مزیتهایی که این نوع مبدلها نسبت به مدلهای دیگر دارند:
- انتقال حرارت بهتر
- جای کمتری را اشغال میکند
- تعمیر و نگهداری آسانتر نسبت به سایر مبدلها
- امکان تغییر دادن سطوح انتقال حرارت با اضافه یا کم کردن صفحات
مبدل حرارتی پره ای
مبدل حرارتی پره ای همانطور که از نامش پیداست برای انتقال حرارت بیشتر از پرهها استفاده میشود. یک نوع از مبدل فین تیوب یا پره ای، رادیاتور ماشین می باشد که طرز کار این نوع مبدلها به صورتی است که آب داغ یا سرد در داخل لولههایی که در اطراف آن فین یا پره وجود دارد جریان می یابد و هوا که به عنوان سیال دوم می باشد توسط فن ها به داخل این پرهها نفوذ کرد تا آب داغ یا خنک، داخل لولهها را گرم یا سرد کند.
انواع مبدل حرارتی پره ای
- صفحه ای پره ای: این نوع مبدلها برای کاربرد گاز – گاز مورد استفاده قرار می گیرد.
- لوله ای پره ای: این نوع مبدلها برای کاربرد مایع – گاز مورد استفاده قرار می گیرد.
مبدل حرارتی هوا خنک
درون مبدل حرارتی هوا خنک سیال سرد هوا است و در کاربردهایی که دسترسی به آب برای خنک کردن سیال گرم وجود ندارد، استفاده میشود.
در مبدل حرارتی هوا خنک، سیال گرم از طریق لولهها یا کانال ها جریان می یابد، هوا از اطراف لولهها یا کانال ها جریان می یابد و گرمای سیال گرم را جذب میکند. سیال سرد سپس از طریق یک فن یا دمنده به گردش در می آید و گرمای خود را به هوا منتقل میکند.
انواع مبدل حرارتی هواخنک
مبدل حرارتی هوا خنک در انواع مختلفی وجود دارد. متداول ترین آنها عبارتند از:
- مبدل پوسته و لوله هوا خنک: این نوع مبدل حرارتی از یک پوسته استوانه ای و یک سری لولههای درون آن تشکیل شده است. سیال گرم از داخل لولهها عبور میکند و هوا از اطراف لولهها عبور میکند.
- مبدل صفحه ای هوا خنک: این مدل از چندین صفحه تشکیل شده است که به هم متصل می شوند. سیال های گرم و سرد از بین شکاف های بین صفحات جریان می یابند.
- مبدل حرارتی دوار هوا خنک: این نوع مبدلهای گرمایی از یک دیسک یا سیلندر دوار تشکیل شده است که دو سیال گرم و سرد را از هم جدا میکند. سیال ها در هر دو طرف دیسک یا سیلندر جریان می یابند و گرما به عنوان دیسک یا سیلندر می چرخد منتقل میشود.
مبدل حرارتی هوا خنک دارای مزایای متعددی نسبت به سایر انواع دیگر است. این مزایا عبارتند از:
- نیاز به آب برای خنک کردن سیال گرم وجود ندارد.
- هزینه نگهداری پایینی دارد.
- نصب و راه اندازی آسانی دارد.
مبدل حرارتی اسپیرال
مبدل حرارتی اسپیرال نوع خاصی از مبدلهای گرمایی است که در آن دو سیال گرم و سرد در دو کانال مارپیچی جریان می یابند. این نوع مبدل به دلیل طراحی ساده و فشرده خود، کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارد.
این مدل مبدلها از دو صفحه تشکیل شده است که به صورت مارپیچی به هم متصل شده اند. سیال گرم از یک کانال مارپیچی جریان می یابد و سیال سرد از کانال مارپیچی دیگر جریان می یابد. سیال های گرم و سرد با یکدیگر تماس مستقیم ندارند، بلکه از طریق دیواره کانال های مارپیچی از هم جدا می شوند.
مبدل حرارتی اسپیرال دارای مزایای متعددی نسبت به سایر انواع مبدلها است. این مزایا عبارتند از:
- طراحی ساده و فشرده
- راندمان بالا
- مقاومت بالا در برابر خوردگی و انسداد
- هزینه تولید پایین
انواع مبدلهای حرارتی اسپیرال
مبدل حرارتی اسپیرال در دو نوع اصلی وجود دارد:
- تک پوسته: در این مدل، هر دو سیال گرم و سرد در یک پوسته جریان می یابند.
- دو پوسته: در مبدلهای اسپیرال دو پوسته، هر یک از سیال های گرم و سرد در یک پوسته جداگانه جریان می یابند.
مبدل حرارتی اسپیرال تک پوسته ساده تر و ارزان تر از دو پوسته است. با این حال، مدلهای دو پوسته دارای راندمان بالاتری است.
مزایای مبدل حرارتی
استفاده از مبدل حرارتی دارای مزایای متعددی است که آن را به یک فناوری ضروری در بسیاری از صنایع تبدیل میکند. برخی از مزایای بکارگیری مبدل حرارتی عبارتند از:
- در سیستم های گرمایش و سرمایش: مبدلهای حرارتی برای انتقال گرما از یک منبع گرما به یک محیط گرم یا از یک محیط سرد به یک منبع سرد استفاده می شوند. این امر باعث میشود که ساختمان ها، وسایل نقلیه و سایر تجهیزات در امر خنک کاری یا گرمایش راحت تر باشند.
- در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی: مبدل حرارتی باعث گرم یا سرد کردن مواد خام، محصولات نیمه تمام و محصولات نهایی و بهبود کیفیت محصولات و افزایش بهره وری فرآیند میشود.
- در نیروگاهها: برای تولید بخار مورد استفاده در توربین های بخار و تولید برق استفاده میشود.
- در صنایع غذایی و دارویی:برای کنترل دمای مواد غذایی و دارویی در طول فرآیند تولید و بهبود ایمنی آنها استفاده میشود.
- در صنایع ذوب فلز: برای گرم کردن فلزات قبل از ذوب و بهبود کیفیت فلزات ذوب شده استفاده میشود.
- این تجهیزات می توانند برای کاهش آلودگی هوا استفاده شوند. مثلا در یک نیروگاه، مبدل حرارتی می تواند برای بازیافت گرمای اتلافی از توربینهای بخار و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای استفاده شود.
- این دستگاهها می توانند برای بهبود بهره وری انرژی استفاده شوند. به عنوان مثال، در یک سیستم گرمایش مرکزی، مبدلهای حرارتی می توانند با کاهش اتلاف گرما، کارایی سیستم را بهبود بخشند.
- مبدل حرارتی می توانند برای افزایش ایمنی استفاده شود. به عنوان مثال، در یک کارخانه تولید مواد شیمیایی، این مبدلها می توانند برای جلوگیری از مخلوط شدن مواد شیمیایی خطرناک استفاده شوند.
قیمت مبدل حرارتی
قیمت مبدلهای حرارتی تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد، از جمله:
- نوع مبدل: این مبدلها در انواع مختلفی وجود دارند و هر مدل دارای هزینههای ساخت و مواد متفاوتی است.
- ظرفیت حرارتی: اندازه مبدلها بر مقدار مواد مورد نیاز برای ساخت آن تأثیر می گذارد. مبدل حرارتی دارای ظرفیت حرارتی بالاتر گران تر از مدلهای کوچکتر است.
- مواد مورد استفاده در ساخت: مواد مورد استفاده در ساخت بر هزینه آن تأثیر می گذارد. مواد مقاوم تر، گران تر از مواد کمتر مقاوم هستند.
- شرایط عملیاتی: شرایط عملیاتی مبدل حرارتی، مانند دمای کاری و فشار کاری، بر قیمت آن تأثیر می گذارد.
- نوع کاربرد: مبدلهای حرارتی برای کاربردهای مختلف طراحی می شود. قیمت مبدل برای کاربردهای خاص ممکن است گران تر از مدلهای عمومی تر باشد.
- تعداد مورد نیاز: خرید تعداد زیادی از این تجهیزات ممکن است تخفیف در قیمت را به همراه داشته باشد.
برای مشاوره رایگان و کسب اطلاعات کامل درباره قیمت و خرید انواع مبدلهای حرارتی شامل منبع کویل دار و سایر مبدلهای گرمایی با کارشناسان مجموعه صنعتی ناب ملل تماس بگیرید.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.