طراحی و ساخت مبدل حرارتی؛ نکات مهم در طراحی انواع مبدل های حرارتی تک فاز و دو فاز
عنوان مبدل حرارتی به تمامی دستگاه هایی اطلاق می گردد كه موجب منتقل شدن حرارت از سیالی به سیال دیگر می گردد. بنابراین مبدل حرارتی را می توان به منظور سرمایش، گرمایش و همچنین تبدیل فاز انواع روغن ها، آب، اسید وگازهای گوناگون مورد استفاده قرار داد. با توجه به میزان اهمیت مبدل های حرارتی در صنعت قصد داریم تا در این مطلب نحوه ساخت مبدل حرارتی را مورد بررسی قرار دهیم.
ساخت مبدل حرارتی ، یک سری از فرآیندهای متوالی است که به منظور تولید انواع مبدل های حرارتی انجام می گیرند و شامل مراحل طراحی مبدل حرارتی، تولید یا تأمین قطعات، مونتاژ اجزای مبدل حرارتی و در نهایت، ساخت مبدل حرارتی می باشد. در تمام مراحل ساخت این تجهیزات مهم صنعتی، استانداردهای معتبر جهانی رعایت می شود. به دلیل اینکه انواع مبدل حرارتی در صنایع مختلف و در شرایط عملیاتی فشار و دمای بسیار بالا به کار می روند، ساخت اصولی و استاندارد آن ها از اهمیت بالایی برخوردار است.
مبدل های حرارتی به تجهیزات صنعتی اطلاق می شود که حرارت را میان دو سیال مختلف، انتقال می دهند. ساخت مبدل حرارتی با هدف انتقال حرارت میان سیالات مایع، گازی و یا ترکیبی از هر دو انجام می گیرد. انواع مبدل حرارتی در بازار وجود دارند و هر یک دارای ویژگی های متفاوت هستند و برای کاربرد در یک صنعت بخصوص طراحی شده اند.
ساخت مبدل حرارتی : آشنایی با انواع آن و اجزای تشکیل دهنده
ساخت مبدل حرارتی مستلزم این است که مهندسان و سازندگان این تجهیزات با انواع مبدل ها، قطعات، شرایط عملیاتی، استانداردهای دمایی و فشاری و کاربردهای آن ها به خوبی آشنایی داشته باشند. مبدل های حرارتی به دو نوع اصلی مبدل های حرارتی تک فازی و دو فازی تقسیم بندی می شوند. در یک تقسیم بندی دیگر می توان این نوع تجهیزات را به دو نوع مبدل های صفحه ای و لوله ای دسته بندی نمود. به طور مثال، مبدل های حرارتی پوسته لوله، نوعی مبدل لوله ای است و یا مبدل حرارتی واشردار در دسته مبدل های حرارتی صفحه ای قرار می گیرد.
در ساخت مبدل حرارتی با اجزای مختلفی نظیر لوله ها، صفحه ها، پایه نگهدارنده مبدل، تیغه ها، بافل ها، واشرها، سر پوسته و اتصالات صفحه به لوله ها سروکار داریم. بسیاری از تولید کنندگان انواع مبدل حرارتی که توان تولید این قطعات را دارند، تمام مراحل ساخت مبدل حرارتی را در کارخانه انجام می دهند اما آن دسته از شرکت ها که قطعات مبدل های حرارتی را تولید نمی کنند، این قطعات را به صورت آماده خریداری کرده و مراحل ساخت مبدل حرارتی را تکمیل می کنند.
نکات مهم در ساخت مبدل حرارتی
دو نکته بسیار مهم و حیاتی در ساخت مبدل حرارتی در صنعت وجود دارد؛ میزان حرارت یا دما و فشار کاری، دو عامل مهم هستند که باید در طراحی و ساخت انواع مبدل های حرارتی مورد توجه قرار گیرند. توجه به این دو فاکتور مهم، ایمنی عملکرد مبدل در صنایع را تضمین می کند. فرض کنید یک مبدل حرارتی در دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد و فشار حدود ۳۰۰ psi باید کار کند؛ دیواره، لوله و اتصالات مبدل باید به اندازه این قوی باشند که در این شرایط، تخریب نشوند.
نکات مهم دیگری که باید در ساخت مبدل حرارتی به آن ها توجه نمود به صورت زیر بیان می شوند:
- توجه به جریان سیالات در مبدل حرارتی
- تخمین شرایط دمایی در تمام قسمت های مبدل
- طراحی و ساخت دیواره مبدل حرارتی (در این قسمت اندازه و ابعاد دیواره و همچنین ضخامت آن اهمیت زیادی دارد)
- طراحی و ساخت لوله های مبدل حرارتی (در این قسمت، اندازه قطر لوله ها اهمیت دارد. قطر لوله ها بر حجم سیال عبوری از درون آن ها تأثیر دارد.)
- توجه به تعداد و فاصله میان لوله ها و همچنین فاصله لوله ها از دیواره و سایر قطعات
- توجه به مسیر لوله ها (جریان یک طرفه، جریان همسوی سیال، جریان سیال در جهت مخالف (جریان متقاطع))
- توجه به نوع و اندازه بافل ها
- توجه به موارد کاربردی مبدل حرارتی (ساخت مبدل حرارتی به منظور خنک کردن سیالات گازی صنعتی، خنک کننده سیالات مایع داغ، عبور بخارات داغ از درون سیال و …)
نحوه ساخت مبدل حرارتی
با توجه به این موضوع که مبدل های حرارتی در انواع مختلفی تولید می شوند قصد داریم تا در ادامه این مطلب نحوه ساخت مبدل حرارتی پوسته و لوله را بررسی کنیم.
لوله و تیوب برای ساخت مبدل حرارتی
لوله و تیوب مورد استفاده در ساخت مبدل حرارتی باید دارای یک سری مشخصات باشد که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.
در وهله اول لوله و تیوب چه از نوع جوشکاری شده باشد چه از نوع بدون درز که برای پوسته یا قسمت های دیگر مخزن تحت فشار استفاده می شوند لازم است که یک سری مشخصات که در کد ASME آمده است را داشته باشند. همچنین تیوب هایی که در ساخت مبدل حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند ممکن است که با جوشکاری ذوبی، جوشکاری الکتریکی مقاومتی یا بدون درز تولید شده باشند. بسته به نوع نیاز و کاربرد می توان یکی از این موارد را انتخاب کرد. به عنوان مثال در فشارهای بالا لوله های بدون درز نسبت به نوع الکتریکی مقاومتی مناسب تر می باشد. بنابراین جهت انتخاب تیوب برای مبدل حرارتی باید به یک سری نکات دقت کرد که در ادامه ذکر می شود:
- نحوه متصل شدن تیوب ها به صفحه لوله گیر
- سازگاری تیوب با محیط و همچنین سازگاری آنها با یکدیگر
- توجه به ماده استفاده شده به منظور بستن قسمت انتهایی لوله ها
- توجه به نوع ماده صفحه لوله گیر
- مد نظر داشتن شیوه های محافظ در مقابل خوردگی در رابطه با شرایطی که از آب برای خنک سازی استفاده می شود
در مراحل ساخت مبدل حرارتی یک سری تست ها برای تشخیص سالم بودن تیوب ها وجود دارد. مثلا در مورد تیوب هایی که در محیط هایی با احتمال خورندگی مورد استفاده قرار می گیرند بسیار مهم است که در مرحله ساخت مبدل حتما تست های مربوط به خورندگی انجام شده باشد تا کارایی تیوب تایید شود. همچنین مواردی از جمله تعیین تلرانس ابعادی و بررسی نشتی از دیگر نکات مهمی می باشد که در مراحل ساخت مبدل حرارتی باید بدان ها توجه شود.
آنچه که باید در تمام موارد بالا در ساخت مبدل حرارتی به آن توجه نمود این است که طراحی و ساخت مبدل حرارتی با توجه به نکات فوق و شرایط عملیاتی متفاوت، مطابق با استانداردهای و استفاده از فرمول های مهندسی طراحی تولید تجهیزات انتقال حرارت انجام می گیرد. فرمول های کاملاً مهندسی و کارشناسی در خصوص انتقال حرارت و جرم، جریان سیالات، فشار، افت فشار و … همه در ساخت مبدل حرارتی مورد نیاز می باشند.