آشنایی با مبدل حرارتی یا مبدل حرارتی چیست
مبدل حرارتی یا heat exchanger چیست؟
مبدل حرارتی چیست :فرآیند تبادل گرما بین دو سیال با دماهای مختلف که به وسیله ی یک جدا کننده صلب از هم جدا شده اند در بسیاری از کاربردهای مهندسی یافت می شود. دستگاهی که این فرآیند تبادل را انجام می دهد به مبدل حرارتی (Heat Exchanger) معروف است.
به عبارت دیگر مبدل حرارتی وسیله‌ای است که برای انتقال حرارت موثر بین دو یا چند سیال ساخته شده است که در آن دوسیال توسط یک دیواره از هم جدا شده‌اند، بنابراین دوسیال هیچ‌وقت در یکدیگر مخلوط نمی‌شوند.
با توجه به محدودیت منابع انرژی و افزایش قیمت آن ومانع هایی در رابطه با حفظ و حراست از محیط زیست استفاده از این دستگاه ها در صنعت، منطقی وبه صرفه میباشد.
بیشترین استفاده مبدل‌های حرارتی در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، پالایشگاه‌ها، تصفیه گازهای طبیعی، نیروگاه ها، یخچال‌ها، سیستم های گرمایش ساختمان ها و تهویه مطبوع و همچنین بازیابی گرمای تلف شده در فرآیندهای شیمیایی است.
یک مثال ملموس از مبدل حرارتی، تشعشع حرارت در اتومبیل‌ها است که در آن حرارت توسط سیال خنکی از منبع حرارت (که موتور ماشین میباشد) گرفته میشود. به طور کلی برای سرد یا گرم کردن یک سیال به وسیله سیالی دیگر بدون استفاده مستقیم از دستگاه‌های مولد سرما یا گرما و همینطور بازیابی گرما و یا سرما از سیالاتی که قبلا به طریقی به آنها داده شده است، از مبدل‌های حرارتی استفاده میشود.
انتقال حرارت در مبدل حرارتی به صورت های زیر میباشد:
مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت از جریانی با دمای بالاتر به جریانی با دمای پایین تر مورد استفاده قرار می گیرد. انتقال حرارت در هر مبدل بنا بر درجه حرارت سیال ها به سه صورت زیر صورت می پذیرد:
- انتقال حرارت هدایتی
- انتقال حرارت جابجایی
- انتقال حرارت تشعشعی
- انواع مختلف مبدل های حرارتی
مبدل‌های حرارتی براساس پیوستگی یا تناوب جریان، فرآیند انتقال، نحوه ساختمان و مشخصات هندسی آن، درجه حرارت کارکرد، ساز و کار انتقال حرارت، تعداد سیال و آرایش جریان دسته‌بندی میشوند.
- تقسیم‌بندی برمبنای پیوستگی یا تناوب جریان:جریان سیال در داخل مجاری مبدل‌های حرارتی پیوسته یا متناوب است. در مبدل‌های حرارتی با جریان پیوسته، مجاری سیال گرم و سرد از هم تفکیک شده‌اند، به طوری که سیال گرم در مجاری مخصوص خود و سیال سرد نیز در مجاری مربوط به خود جریان دارند. دو مجرای جریان توسط یک جداره لوله یا یک ورق از هم جدا شده‌اند.
تقسیم‌بندی بر مبنای پدیده انتقال مبدل حرارتی:
تبادل انرژی بین دو سیال به صورت تماس مستقیم یا غیر مستقیم صورت میگیرد:
در نوع مستقیم: حرارت بین دو سیال که با هم تماس مستقیم دارند مبادله میشود. معمولا یکی از این دو سیال گاز و دیگری مایع است که با فشار خیلی پایین و پس از تبادل حرارت به سادگی قابل تفکیک هستند.
در نوع غیر مستقیم: حرارت ابتدا به یک سطح جامد نفوذ ناپذیر منتقل میشود و سپس از آن به سیال سرد منتقل می‌گردد.
تقسیم‌بندی برمبنای نوع جریان مبدل حرارتی:
سیال ها به سه شکل در مبدل های حرارتی جریان می یابند، همسو، غیرهمسو و عمود برهم.
- در جریان همسو(هم جهت)، سیالات به طور موازی و هم جهت با هم وارد مبدل شده و به سمت خروجی روانه می شوند. لازم به ذکراست: در مبدل های حرارتی جریان همسو،دمای سیال سردی که ازمبدل خارج می شود، نمیتواند به دمای سیال گرم خروجی برسد.
- جریان غیرهمسو(مخالف جهت)،اینگونه است که: مانند جریان همسو سیالات به موازات یکدیگر حرکت میکنند، اما خلاف جهت هم از مبدل عبور میکنند. جریان حرکت غیر همسوی سیالات، راندمان بالاتری نسبت به جریان همسو دارد، به طوری که حتی دمای سیال سرد خروجی میتواند از دمای سیال گرم خروجی بیشتر باشد.
- در جریان عمود بر هم (متقاطع)، همانطور که از نامش پیداست، سیالات به صورت موازی تبادل حرارت نمیکنند، بلکه به صورت عمودی و افقی با هم برخورد غیرمستقیم دارند و به این ترتیب انتقال دما انجام می شود. مبدل های حرارتی هواخنک و حتی برج های خنک کننده نیز اغلب اینگونه عمل میکنند.
تقسیم‌بندی بر مبنای ساختمان مبدل:
در بسیاری مواقع مبدل‌های حرارتی بر مبنای ساختمان و نحوه عملکرد تقسیم‌بندی میشوند. تقسیم‌بندی مبدل‌های حرارتی از نظر ساختمان عبارتست از:
- مبدل دو لوله‌ای حرارتی (Double Pipe Heat Exchanger)
- مبدل لوله مارپیج حرارتی (Helical or Spiral Heat Exchanger )
- مبدل‌های پوسته و لوله حرارتی (Shell & Tube Heat Exchanger)
- مبدل‌های صفحه‌ای حرارتی (Plate Heat Exchanger)
- مبدل‌های حرارتی پره‌ای حرارتی (Fin Heat Exchanger)
- بازیاب حرارتی (Heat Recovers)
مبدل دو لوله‌ای یا Double pipe heat exchanger
این مبدل حرارتی از دو لوله هم مرکز ساخته شده که یکی کوچکتر از دیگری است. یکی از جریان‌ها از داخل لوله کوچکتر و دیگری از فضای بین دو لوله عبور میکند. گاهی اوقات برای ازدیاد سطح تماس و تبادل حرارتی بهتر، سطح خارجی لوله داخلی با پره‌های (Fins) طولی پوشیده میشود. این مبدل‌های حرارتی برای بارهای حرارتی بالا مناسب نیستند.
این مبدل‌ها برای آرایش‌های مختلف سری و موازی میتوانند مرتب شوند تا افت فشار و اختلاف دمای موردنظر را ایجاد کنند.
کاربرد:
این مبدل‌ها حرارتی برای جاهایی که سطوح انتقال حرارت کوچکی نیاز داریم و یا فشار هر کدام از سیال‌های گرم و سرد زیاد باشد مناسب است.
از مبدل های حرارتی دو لوله ای همچنان در صنایع مختلفی استفاده می شود، زیرا میتوانند وقتی که شدت جریان سیال درون لوله ها کم، یا جایی که بین دو سیال اختلاف دما و فشار زیاد وجود دارد بهتر از مبدل های دیگر عمل کرده و عملیات انتقال حرارت را حتی وقتی سیالات به شدت رسوبی هستند نیز انجام دهند. مانند موادی که در راکتور ها استفاده می شوند.
معایب:
عیب اصلی مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای این است که میزان انتقال گرما در واحد سطح‌شان کم است و برای یک ظرفیت گرمایی بزرگ، ابعاد بزرگ و همچنین قیمت بالایی خواهند داشت.
در مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای اگر در انتهای آنها یک خَم را داشته باشیم (مانند شکل زیر) نمایی شبیه سنجاق سَر و یا دو شاخه پیدا میکنند و به همین نام هم معروف هستند و به آنها مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای سنجاقی هم گفته میشود.
مبدل حرارتی لوله مارپیچ یا Spiral tube heat exchanger
این نوع از مبدل‌های حرارتی از یک یا چند حلقه لوله مارپیچ تشکیل شده‌اند که ابتدا و انتهای این لوله مارپیچ به لوله اصلی ورودی و خروجی متصل میشود و محفظه‌ای اطراف آن را می‌پوشاند.
معمولا جنس لوله‌های مارپیچ از فولاد کربن‌دار یا مس و آلیاژهای آن و یا استنلس استیل و آلیاژهای نیکل میباشد. به دلیل انتقال حرارت در مسیرهای منحنی و پیچ‌دار بیشتر از مسیر مستقیم معمولا ابعاد این دسته از مبدل‌ها در مقایسه با سایر مبدل‌های لوله‌ای کمتر است.
مزایا و معایب این نوع از مبدل‌ها:
مزایا:
راندمان بالا
مونتاژ آسان
مقاومت مکانیکی بالا در مقابل انبساط و انقباض
مناسب برای دبی‌های کم و بارهای حرارتی پایین
معایب:
به دلیل کوچک بودن لوله مارپیچ تعمیر و جوشکاری آنها مشکل و زمان‌بر است.
به دلیل مارپیچ بودن لوله‌ها تمیز کردن آنها عملا مشکل است.
مبدل حرارتی پوسته و لوله یا Shell and tube heat exchanger
مبدل‌های پوسته-لوله یا Shell and tube heat exchanger پُرکاربردترین و متنوع‌ترین نوع تجهیزات انتقال حرارت غیر آتش خوار در صنایع مختلف هستند. مبدل‌های حرارتی موجود در صنایع و کارخانه‌جات به ویژه صنعت پتروشیمی، معمولا از نوع پوسته و لوله می‌باشند.مبدل حرارتی پوسته و لوله (shell and tube heat exchanger)، شامل یک دسته لوله بوده که سیال گرم شونده یا سرد شونده در داخل آن جریان دارد،سیال دوم در داخل پوسته و روی دسته لوله جریان میابد تا تبادل حرارت بین دو سیال صورت پذیرد.مبدل های حرارتی پوسته و لوله حضور پر رنگ و گسترده ای در صنایع نفت و پتروشیمی دارند.بازدهی قابل توجه این مبدل ها نسبت به هزینه های خرید و نگهداری آنها باعث شده تا این نوع از مبدل ها مورد استقبال بسیاری از واحدهای صنعتی قرارگیرند.
اگر بخواهیم به دو نمونه از کاربرد های این نوع از مبدل ها اشاره کنیم، استفاده برای تقطیر نفت خام درصنعت نفت مثال خوبیست،همچنین در سیستم های گرمایشی استخر ها و جکوزی به دلیل افت فشار و رسوب گیری کمترنسبت به دیگر مبدل ها،ازمبدل های حرارتی پوسته و لوله استفاده می شود.
مزایای این مبدل‌ها:
1.سطح تماس زیاد در حجم کم
2.طرح مکانیکی خوب
3.توزیع یکنواخت فشار
4.هزینه کم در روش ساخت و تولید
5.راحتی تمیز کردن
میتوان گفت که ساختمان مبدل‌های پوسته و لوله شامل تعدادی لوله است که در داخل یک استوانه قرار می‌گیرند و دو سیال مورد نظر که یکی سرد و دیگری گرم است، بدون اینکه بطور مستقیم بایکدیگر برخورد کنند از طریق دیواره فلزی لوله‌ها با یکدیگر تبادل حرارت خواهند کرد. به عبارت دیگر یکی از این دو سیال در لوله‌ها (Tube Side Fluid) و دیگری در اطراف لوله‌ها و در درون پوسته (Shell Side Fluid) جریان خواهد داشت.
لوله‌ها ممکن است به صورت مستقیم (Straight) ویا –Uشکل باشند. لوله‌های مستقیم احتیاج به دو صفحه لوله دارند ولی لوله‌های –Uشکل فقط یک صفحه لوله به کار می‌رود.
مبدل حرارتی لوله‌ها یا Pipe heat exchanger
جنس، تعداد، قطر، طول و ضخامت لوله‌ها به طبیعت سیال (خورنده یا بی‌اثر، تمیز یا کثیف و …) مقدار جریان سیال، فشار و درجه حرارت سیال و همچنین بار حرارتی مبدل بستگی دارد. لوله‌ها ممکن است به صورت مستقیم یا راست (دو سر باز) و یا به شکل U بر روی صفحه‌ای به نام Tube Sheet پرس یا جوش داده شوند. جنس لوله‌ها معمولا از فولاد،استنلس استیل، مس و گاهی نیز از گرافیت یا تفلون است.
2- پوسته (Shell)
جنس، قطر، ضخامت و حجم پوسته به طبیعت سیال، مقدار جریان سیال، فشار، درجه حرارت سیال و مشخصات دسته لوله (Tube Bundle) از نظر قطر و طول آن بستگی دارد. نوع کاربری نیز تعیین‌کننده است. بطور مثال پوسته مبدل‌های از نوع تبخیرکننده و همینطور جوشاننده دارای فضای تبخیر می‌باشند.
3- صفحه لوله (Tube Sheet)
صفحه‌ای دایره‌ای شکل که سر لوله‌ها بر روی آن قرار میگیرد. جنس، ضخامت و قطر این صفحه به جنس لوله‌ها، تعداد لوله‌ها و نوع مبدل حرارتی بستگی دارد. لوله‌ها ممکن است به آن جوش داده شده یا توسط بفنج به آن متصل شوند. لوله‌ها عموما با د آرایش مربعی و مثلثی بر وری Tube Sheet نصب میشوند. در آرایش مربعی کمترین مقاومت در مقابل جریان و در نتیجه حداقل افت فشار به وجود می‌آید.
یکی از معایب آرایش مربعی قرار گرفتن تعداد کمتر لوله در یک سطح معین میباشد. اما وقتی آرایش مثلثی باشد، افت فشار جریان پوسته بیشتر از وقتی است که آرایش مربعی میباشد، اما میزان انتقال حرارت در آرایش مثلثی بیشتر است.
4- کانال (Channel)
جریان سیال به داخل لوله‌ها از طریق کانال صورت میگیرد. تعداد یک یا دو کانال در هر مبدل موجود است. در مبدل‌های چند گذره (Multi-pass) از یک صفحه تقسیم کننده جریان استفاده میشود تا کانال به دو یا چند قسمت تقسیم شود.
5- تیغه (Baffle)
تیغه‌ها به شکل دایره‌ای برش خورده و یا بصورت دیسک و حلقه (Disc & Ring) ساخته میشوند. برای افزایش زمان تبادل حرارتی بین لوله‌ها و سیال درون پوسته از تعداد معین و مناسبی تیغه استفاده میشود. تیغه‌ها در داخل پوسته قرار گرفته و لوله‌ها از میان سوراخ‌های آنها که به تعداد لوله‌ها است، عبور میکنند.
ین صفحات دو نقش عمده دیگر نیز به عهده دارند. با ایجاد جربان‌های متقاطع مقاومت فیلمی تشکیل شده روی لوله‌ها را از بین برده و ضریب انتقال حرارت را افزایش می‌دهند. همینطور لوله‌ها را نگهداشته و از خم شدن و ارتعاش آنها جلوگیری میکنند. در برخی طراحی‌ها از تیغه‌های طولی (Longitudinal Baffle) برای تقسیم کردن جریان پوسته به دو یا سه گذر استفاده میکنند.
6- سر پوسته (Shell Head)
معمولا به شکل نیمکره ساخته شده و به وسیله پچ و مهره به پوسته وصل شده و در مواقع لزوم به منظور بازرسی لوله‌ها برداشته میشود
جریان در لوله‌ها و پوسته:
در پوسته یک گذر، سیال از یک انتهای مبدل وارد شده و از انتهای دیگر خارج میشود.
در یک مبدل حرارتی دو گذر لازم است که سیال از یک انتها وارد و از همان انتها خارج شود. در یک مبدل حرارتی که دارای دو گذر است، سیال در میان نیمی از لوله‌ها در یک جهت و در میان نیمی دیگر از لوله‌ها در جهت مخالف جریان می‌یابد. برای انجام این کار نیاز به یک صفحه تقسیم‌کننده در کانال ورودی داریم.
انتخاب ترتیب جریان در پوسته بستگی به مقدار سرد یا گرم کردن و نیز افت فشار مورد نیاز و نوع کار دارد. به عنوان مثال مبدل جوشاننده نوع کتری برای جریان‌های تبخیر شونده در پوسته مناسب است.
1- مبدل‌های حرارتی سر ثابت (Fixed Tube Sheet Exchanger)
در این مبدل‌ها، صفحه لوله‌ها به پوسته جوش خورده یا به وسیله پیچ و مهره محکم شده است، لذا با تغییرات درجه حرارت جایی برای انبساط لوله و پوسته (هر یک بطور جداگانه) وجود ندارد. انبساط یا انقباض هر یک از دو جز فوق به تنهایی ممکن است موجب شکستن و یا خمیدگی لوله‌ها شود، لذا در این نوع اختلاف درجه حرارت دو سیالی که با یکدیگر تبادل حرارت میکنند نباید زیاد باشد.
برای غلبه بر این مشکل معمولا از اتصالات انبساطی (Expansion Joint) روی پوسته مبدل استفاده میشود. وقتی که پوسته و لوله سرد شوند، اتصال انبساطی و لوله‌ها منقبض میشوند و کشش وارده بر نقاط جوش خورده کاهش می‌یابد.
به دلیل مشکلاتی که در بازرسی و تمیز کردن مبدل‌های سرثابت وجود دارد عموما در جایی استفاده میشوند که احتمال کثیف شدن پوسته محدود باشد.
مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله سر شناور (Floating Head Heat Exchanger)
در این نوع مبدل های حرارتی، یکی از صفحه لوله‌ها بین کانال و پوسته پیچ و مهره شده و در وضعیت ثابتی قرار میگیرد، اما صفحه لوله دیگر در داخل پوسته به صورت شناور درآمده، امکان انبساط یا انقباض برای هر یک از دو جز حامل سیال یعنی پوسته و لوله وجود دارد. از این رو اختلاف درجه حرارت دو سیالی که با هم تبادل حرارت میکنند هرچند که زیاد باشد اشکالی ایجاد نخواهد کرد.
بعد از باز کردن صفحه ثابت، دسته لوله و سرشناور را میتوان مانند یک واحد یکپارچه بیرون کشید. بدین طریق امکان تمیز کردن و بازرسی قسمت خارجی لوله‌ها میسر میشود.
ایراد این مبدل‌ها فاصله نسبتا زیاد بین پوسته و لوله است. این فاصله برای تطبیق دادن صفحه شناور لوله‌ها با پوست میباشد. چون در این فضا نمی‌توان لوله‌ای به کار برد، این فضا بلا استفاده می‌ماند و بازده این نوع مبدل کاهش می‌یابد.
مبدل‌های حرارتی با لوله‌های U شکل (U-Tube Heat Exchanger)
این نوع مبدل‌های حرارتی فقط شامل یک کانال و یک صفحه لوله هستند. از این رو ورودی و خروجی لوله‌ها از طریق یک کانال که به دو قسمت تقسیم شده است، صورت میگیرد. همانطور که از نام این مبدل‌ها پیدا است لوله‌ها به شکل حرف لاتین U ساخته میشوند. با باز کردن پیچ و مهره‌ها کانال از پوسته جدا شده و صفحه لوله‌ها و دسته لوله‌ها را میتوان از پوسته خارج نمود به طوری که امکان تمیز کردن و بازرسی قسمت داخلی لوله‌ها فراهم میشود.
برای این مبدل‌ها نمی‌توان جریان‌های حاوی مواد جامد (کثیف) را به خاطر ایجاد ساییدگی در خم موجود در لوله‌ها استفاده کرد. این مبدل‌ها برای سیالاتی به کار می‌روند که اختلاف درجه حرارت زیادی داشته باشند، زیرا انتهای U شکل لوله‌ها، امکان انبساط و انقباض را تا حد زیادی به وجود می‌آورد. در حجم کم ایجاد سطح بزرگی برای انتقال حرارت می کنند.
مزایای مبدل های حرارتی پوسته و لوله:
قابلیت استفاده برای دامنه وسیعی از مواد را دارند و بازده بسیار مناسبی را در مقابل طیف وسیعی از سیالات نشان می دهند.
- به راحتی تمیز می شوند.
- عملکرد مناسب در فشار های بالا
مبدل حرارتی صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger):
این مبدل ها اولین بار دراوایل قرن بیستم برای پاستوریزه کردن صنعتی شیر ساخته شدند ولی امروزه به دلیل عملکرد مناسب و راندمان بالا در بسیاری از واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
از مهمترین اجزاء تشکیل دهنده مبدل های حرارتی صفحه ای (plate heat exchanger)، تعداد زیادی صفحات نازک فلزی موجدار به صورت متوالی می باشند، در بین این صفحات، کانال هایی به صورت یکی در میان برای عبور سیالات وجود دارد.سیال های سرد و گرم پس از جاری شدن درون مبدل، از این کانال ها عبور کرده و بدون تماس مستقیم دو سیال با یکدیگر، به واسطه همین صفحات فلزی، تبادل حرارت صورت میگیرد.
این صفحات عمدتا از استیل یا فولاد ضد زنگ ساخته می شوند،اما در برخی کاربرد های خاص مانند صنایع دریایی، به دلیل رسوبات و خورندگی بالای آب دریاها،از آلیاژهای متفاوتی مانند تیتانیوم استفاده می شود. مبدل های حرارتی صفحه ای،در مدل های جوشی،نیمه جوشی،لحیمی و واشر دار ساخته می شوند.
مدل های جوشی،نیمه جوشی و لحیمی ازاین نوع مبدل، برای فشار های بالا و مبدل های صفحه ای واشردار برای فشار های متوسط و کم مناسب می باشند.
مبدل های صفحه ای جوشی(brazed)معمولا در ساختمان ها، گرمایش و تهویه مطبوع و مبدل های صفحه ای واشردار(gasket) بیشتر در صنایع بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند. در مبدل های صفحه ای واشردار، صفحات با پیچ و مهره و واشر بین صفحات، به یکدیگر متصل و کاملاً آب بندی گردیده اند.
از مهمترین عوامل گشترش کاربرد مبدل حرارتی صفحه‌ای در سایر صنایع، میتوان به بهبود هندسه صفحات، توسعه مواد اولیه و طراحی کارامدتر آنها اشاره کرد.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای نسل جدیدی از مبدل‌های حرارتی هستند که در آن سیال گرم و سرد در میان صفحات شیاردار حرکت میکنند. در این حالت سطح نسبتا زیادی برای انتقال حرارت به وجود می‌آید و به همین علت راندمان مبدل‌های صفحه‌ای نسبت به مبدل‌های پوسته و لوله بیشتر است.
مهمترین بخش یک مبدل حرارتی صفحه‌ای از تعدادی ورق فلزی نازک با سطح موجدار تشکیل میشود. هر صفحه با استفاده از یک قطعه لاستیکی به نام واشر از صفحه بعدی جدا شده و نهایتا با قرار گرفتن مجموع صفحات و واشرها مابین دو صفحه ضخیم و فشرده شدن آنها به یکدیگر توسط تعدادی پیچ محکم کننده، مبدل حرارتی صفحه‌ای ساخته میشود.
واشرها نیز یکی از اجزای مهم مبدل‌های صفحه‌ای هستند. بسته به دما و نوع سیال‌ها جنس واشر تغییر میکند. معمولترین نوع واشرها، واشرهای از جنس NBR و EPDM هستند. برای کاربردهای مختلف انواع خاص واشرها مانند ویتون (Viton) و سیلیکونی (Silicone) نیز قابل استفاده هستند.
یکی از وظایف مهم واشرها جلوگیری از ترکیب یا اختلاط دو سیال است. تنها یک سمت واشر با سیال در تماس بوده و سمت دیگر در معرض اتمسفر قرار دارد. بنابراین در شرایط بروز نشتی، سیال از میان صفحات مبدل به بیرون راه پیدا میکند و با سیال دیگر مخلوط نمیشود.
انواع مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای از نظر ساختاری
1- مبدل صفحه‌ای واشر دار
در این مبدل‌ها از واشرهای پلیمری برای آببندی صفحات استفاده میشود. مجموعه این صفحات به وسیله پیچ و مهره میان دو قاب فولادی محکم شده‌اند و به همین دلیل به این نوع مبدل، مبدل صفحه‌ای قابدار نیز می‌گویند.
2- مبدل صفحه‌ای لحیم‌کاری شده
در این نوع به جای واشر از لحیم‌کاری برای آببندی صفحات استفاده میشود. البته معمولا به جای لحیم از مس استفاده میشود. مزیت بزرگ این مبدل این است که با حذف واشر و قاب، احتمال بروز نشتی از بین می‌رود.
3- مبدل صفحه‌ای جوشی
در این حالت از جوشکاری برای وصل کردن صفحات مبدل استفاده میشود. این کار باعث افزایش تحمل فشار تا 60 بار و دما تا 350 درجه میشود.
مبدل حرارتی صفحه‌ای چند پاس:
مبدل صفحه‌ای برحسب نوع سیال، فشار کار و به ویژه دمای طراحی میتواند بصورت چند پاس طراحی و ساخته شود. بعنوان مثال هنگامی که اختلاف دمای ورودی و خروجی یکی از سیالات به مبدل زیاد باشد، بجای آنکه مبدل تک پاس طراحی شود، بصورت چند پاس محاسبه و طراحی میشود. اینکار باعث کم شدن تعداد پلیت‌ها، کوچکتر شدن مبدل و در نتیجه کاهش هزینه ساخت خواهد شد.
در مبدل حرارتی یک پاس، تصویر بالا، سیال آبی بعد از ورود به مبدل، در کلکتور پایین بصورت مساوی بین تمام صفحات تقسیم شده و از رو صفحات به بالا حرکت میکند و دوباره باهم در کلکتور مقابل تلاقی میکنند و از همان فریمی که وارد شده بود خارج میشود. سیال قرمز نیز به همین صورت اما از پشت صفحات و بصورت غیر همسو با سیال آبی جریان می‌یابد تا بیشترین انتقال حرارت در مبدل صورت بگیرد.
اما در مبدل دوپاس، تصویر پایین، سیال آبی تا میانه مبدل در بین صفحات تقسیم شده و بعد از پایین رفتن از روی صفحات و رسیدن به کلکتور پایینی، دوباره در بین نصف صفحات باقی‌مانده تقسیم شده و رو به بالا حرکت میکند. سیال قرمز نیز در خلاف این جهت، حرکت میکند.
از مزایای مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- قابلیت اسیدشویی.
- اضافه کردن ظرفیت مبدل حرارتی از طریق اضافه کردن تعداد صفحات (قابلیت کم و زیاد کردن صفحات جهت تغییر دبی یا ظرفیت حرارتی).
- بالا بودن ضریب انتقال حرارت مبدل بخاطر نازک بودن صفحات و در نتیجه بالا رفتن راندمان مبدل.
- دارای ابعاد کوچکتر نسبت به مبدل پوسته-لوله.
- مناسب برای انتقال حرارت دو سیال با دمای اَپروچ (نزدیکی) کمتر از 5 درجه سلسیوس.
- مناسب برای سیالات با ضریب رسوب بالا بخاطر شیارهای روی صفحات و ایجاد جریان توربولانسی.
- اختلاف کم وزن پر و خالی آن بخاطر کم بودن کیزان سیال جاری در مبدل.
- قابل تعویض بودن صفحات و واشرها در مبدل صفحه‌ای گَسکِتی.
- نصب راحت مبدل صفحه‌ای بخاطر وزن کم آن.
- خاصیت ضد اسیدی صفحات و در نتیجه بالا بودن عمر مبدل صفحه‌ای.
- پایین بودن امکان نشتی بخاطر دوبله بودن واشرها در قسمت ورودی و خروجی سیال.
- در صورت نشتی واشرها، سیال به بیرون نشت کرده و دو سیال باهم تلفیق نمی‌شوند.
- برحسب ویسکوزیته سیال به راحتی میتوان صفحه مخصوص به آن را انتخاب نمود.
- صفحات با شیارهای کم عمق برای سیالات با ویسکوزیته کم و صفحات با شیارهای عمیق برای سیالات با ویسکوزیته بالا کاربرد دارند.
محدودیت‌ها:
از جمله محدودیت‌هایی برای مبدل‌های صفحه‌ای واشر دار حداکثر فشار قابل تحمل 30 بار و حداکثر دما 200 درجه سانتیگراد است. علت این محدودیت دما و فشار جنس واشرهایی است که در بین صفحات استفاده میشود.
مبدل حرارتی هوا خنک Air-Cooled Heat Exchangers
به مبدل هایی که فرایند انتقال دما را به وسیله هوا انجام می دهند، مبدل های هواخنک (air cooled heat exchanger) گفته می شود.
مبدل های حرارتی هواخنک از سیستم جریان عمود بر هم سیالات استفاده میکند.کندانسور و اواپراتور ها و حتی سیستم خنک کنندگی اکثر خودروهای موجود که متشکل از رادیاتور و فن می باشند مبدل حرارتی هواخنک به شمار می آیند.
این مبدل ها به طور کلی از سه بخش تشکیل میشوند:
1- فین ها: پره هایی که لوله هارا جهت بالابردن سطح تماس دو سیال احاطه کرده اند، پره ها هم میتوانند از جنس های مختلف باشند ولی عمدتا آلومینیومی هستند
2- لوله ها: وابسته به سیالی که درون لوله ها جریان دارد،جنس آنها میتواند متغیر باشد
3- فن: یک مبدل هواخنک از یک تا چندین فن میتواند داشته باشد.
عملیات تبادل حرارت در مبدل های هواخنک اینگونه است که: سیال درون لوله های فین دار(پره دار) در گردش است و سیال دوم (هوا) به وسیله فن یا فن ها به درون پره ها جهت برخورد با جداره ی لوله ها و فین ها دمیده یا مکیده میشود تا سیالی که درون لوله ها در جریان است حرارت خود را از دست داده و خنک شود.
ساختمان مبدل هوا خنک :
- Structure
- دسته لوله ها Tube Bundle
- Motor
- Fan
- Support Mechanism
- Plenum
کاربردهای مبدل حرارتی
یک مبدل حرارتی بر خلاف نام این دستگاه، قابلیت خنک سازی انواع سیالات را نیز دارد. فرآیند خنک سازی یکی از مراحل مهم در صنعت نفت و پتروشیمی می باشد زیرا تعدادی از مایعات و گازها مانند اتیلن ، پروپیلن ، بنزن ، اتان ، پروپان ، بوتان و … نیاز به خنک سازی دارند.
از نمونه کاربرد های مبدل های حرارتی نوع پوسته و لوله و نوع صفحه ای میتوان به تقطیر حلال ها و مخلوط های چند ماده ای، خنک کاری و گرمادهی راکتورها و نگهدارنده محصولات، به عنوان کولر هیدروکربن ها، خنک کاری مدارات آب، بازیافت حرارت در فرآیندهای پتروشیمی مانند بازیافت حرارت بنزن، به عنوان کندانسور و اواپراتور، گرمکن گاز طبیعی (قبل یا بعد از انبساط)، گرم کردن سوخت ها برای کاهش ویسکوزیته آنها، تولید آب داغ به عنوان گرمکن آب تغذیه بویلر،گرم کننده نفت خام و گاز ترش، پیش گرمکن آب، خنک کاری آن و خنک کاری محصول مایع در فرآیند متانول، خنک کاری سدیم هیدروکسید، پیش گرمکن نفت در فرآیند اتیلن و هر بخشی از صنعت پتروشیمی، نفت و گاز که به انتقال گرما در آن نیاز باشد، اشاره نمود.
مبدل حرارتی استخر Pool heat exchanger
جهت گرمایش آب استخر از مبدل های حرارتی استخر دارای دو مدار گردش استفاده می گردد که در یک سمت آب گرم دیگ بخار و در سمت دیگر آب استخر در حال گردش می باشد. شرکت ناب زیست با تولید و فروش هر دو محصول، تجهیزات موردنیاز استخر ها را فراهم می نماید. انتخاب مبدل مناسب استخر باید با توجه به نوع استخر روباز یا سر پوشیده عمومی یا خصوصی، میزان اختلاف دما جهت افزایش دمای آب استخر، تعداد مبدل موردنیاز، مدت زمان مورد نیاز جهت گرمایش استخر صورت گیرد.
این مهم را باید در نظر داشت که استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای برای گرمایش استخر توصیه نمیشود. مبدل هایی که امروزه در بازار تاسیسات جهت گرمایش استخر عرضه می شوند به دو صورت مبدل حرارتی تمام استیل و پوسته لوله مسی می باشد.
با وجود اینکه سرعت گرم کردن هر دو نوع یکسان است اما مبدل حرارتی تمام استیل بسیار گران تر از مبدل های مسی می باشند. مبدل هایی تمام استیل از ۱۸ فوت تا ۷۲ فوت قابل عرضه می باشد ولی مبدل های حرارتی مسی در هر فوت دلخواهی با توجه به حجم استخر طراحی میشوند.
در انتخاب مبدل حرارتی استخر مناسب حجم استخر و دمای مدنظر دخیل می باشد. دقت شود درصورت استفاده مبدل حرارتی استخر برای جکوزی، دمای مدنظر باید با حسایت بیشتری تعیین گردد.
