مبدل حرارتی صفحه ای چیست؟
مبدل حرارتی صفحه ای (Plate Heat Exchanger) توسط دکتر ریچارد سِلیگمن در سال ۱۹۲۳ اختراع شد و از این طریق انقلاب عظیمی را در سیستم های انتقال حرارت غیر مستقیم در گرمایش و خنک سازی سیالات ایجاد نمود. مبدل حرارتی صفحه‌ای (PHE) نوعی مبدل حرارتی است.این مبدل حرارتی با استفاده از تعداد زیادی صفحات فلزی نازک،موجب تبادل حرارت بالا بین سیال گرم و سرد می‌شود. مبدل حرارتی صفحه ای یک مبدل ایده آل برای انتقال حرارت میان سیالات در فشار متوسط و پایین است. از مبدل های حرارتی جوشکاری شده، نیمه جوش و مبدل لحیم کاری شده نیز برای انتقال حرارت میان سیالاتی استفاده می شود که فشار بالایی دارند و یا به صورت متراکم و ترکیبی هستند.
مزایای مبدل حرارتی صفحه ای
صفحات با سطوح گسترده، مزیت بزرگی را برای این نوع مبدل ها فراهم می کنند؛ انتقال حرارت بین مایعات در یک سطح وسیع و با راندمان بالا، مهم ترین مزیت عملکردی مبدل حرارتی صفحه ای است. در واقع مبدل حرارتی صفحه ای در هر جایی که انرژی حرارتی (گرما) از یک سیال به مایعات دیگر منتقل شود، استفاده می شود. سیالاتی که انتقال حرارت میان آن ها باید انجام شود، روی سطح این صفحه ها پخش می شوند؛ این روش موجب تسهیل سرعت انتقال گرما و افزایش سرعت تغییر درجه حرارت می گردد.
مزیت عمده ی آن این است که در مقایسه با مبدل حرارتی معمولی وجود دارد آن است که مایعات در معرض سطح بسیار بزرگتری قرار می گیرند، زیرا مایعات روی صفحات پخش می شوند و این کار انتقال حرارت را تسهیل می کند و سرعت تغییر دما را بسیار افزایش می دهد. مبدل حرارتی صفحه ای شامل یک پشته از صفحات تبادل گرما تمبر هستند که یا به هم چسبیده اند و یا در یک قاب با واشر پیچش می خورند. مبدل حرارتی صفحه ای شامل یک دسته از صفحات تبادل گرما مهر و موم شده هستند که یا به هم چسبیده اند و یا در یک قاب با واشر به هم پیچ خورده اند.
از دیگر مزیت این مبدل ها این است که بسته به دمای مایع خنک کننده، آن ها می توانند دمای مایعات را در سطح بسیار کم و پایداری حفظ کنند.
انواع مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل حرارتی صفحه ای واشردار
مبدل حرارتی صفحه ای واشردار یکی از انواع مبدل حرارتی صفحه ای است که در آن از واشرهای پلیمری به منظور آب بندی صفحات استفاده می شود. مجموعه این صفحات به وسیله پیچ و مهره میان دو قاب فولادی سفت شده اند و به همین علت است که به آن مبدل صفحه ای قابدار نیز گفته می شود. در این نوع مبدل در میان هر دو صفحه یک واشر قرار گرفته که قسمت حلقوی واشر از ورود سیال به صفحه ممانعت به عمل می آورد و آن را به دهانه بعدی می فرستد. بخش دیگر واشر نیز وظیفه هدایت کردن سیال به طرف داخل صفحه را بر عهده دارد. مبدل صفحه ای واشردار باکیفیت می تواند دمای ۲۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۲۵ بار را تحمل نماید.
مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده
یکی دیگر از انواع مبدل حرارتی صفحه ای است که در آن از لحیم کاری به جای واشر به منظور آب بندی صفحات استفاده می شود. البته به طور معمول به جای لحیم از مس استفاده می شود. مهم ترین مزیت این مبدل این است که از طریق حذف واشر و قاب، احتمال نشتی از بین رفته است. اما مشکل این کار این است که دیگر امکان باز کردن راحت به منظور نظافت و تعمیر وجود نخواهد داشت. مبدل حرارتی لحیم کاری شده قابلیت کار کردن در دمای بالای ۲۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۳۰ بار را خواهد داشت.
مبدل حرارتی صفحه ای جوشی
مبدل حرارتی صفحه ای جوشی آخرین نوع از انواع مبدل حرارتی صفحه ای است که در اینجا معرفی می شود. استفاده از جوشکاری به منظور متصل نمودن صفحات در مبدل باعث افزایش تحمل فشار تا ۶۰ بار و دما تا ۳۵۰ درجه می شود. همین تحمل فشار و دما به عنوان یک مزیت بزرگ برای این نوع مبدل محسوب می شود. لازم به ذکر است که در این نوع مبدل حرارتی امکان نظافت فیزیکی وجود ندارد و تنها می توان به روش شیمیایی این کار را انجام داد.
اجزای مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل حرارتی صفحه ای به طور معمول از تعداد پرشماری صفحه های فولادی ضد زنگ تشکیل یافته که به شکل چین دار می باشند. این صفحه ها به وسیله واشرهای پلیمری از یکدیگر جدا می شوند و کلیه صفحات در درون قابی فولادی قرار خواهند گرفت. مبدل حرارتی صفحه ای موتورخانه دارای اجزایی می باشد که شامل قاب، صفحات و واشرها می شود. در حقیقت، صفحه ها که سطوح تبادل حرارتی هستند، با بهره گیری از پیچ و مهره میان ۲ صفحه فولادی محکم گشته اند.
- تعدادی صفحه حرارتی طبق سطح انتقال حرارت مورد نیاز که روی هر کدام از آنها چین های برجسته و فرو رفته ای وجود دارد.
- واشرهای روی صفحات که در برابر خورندگی و دما مقاوم بوده و جنس آنها از انواع مختلف فیبر فشرده آزبست، اتیلن و… می باشد. ضمنا جهت جریان درون مبدل حرارتی نیز از طریق واشر مشخص می شود.
- فریم یا قاب که صفحاتی فولادی بوده و وظیفه آنها نگه داشتن صفحات می باشد.
- نازل که در قاب ها و در هر دو سمت مبدل حرارتی قرار می گیرند.
طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای
نحوه چیدمان صفحات مبدل حرارتی صفحه ای به گونه ای می باشد که باعث ایجاد یک شبکه لانه زنبوری می شود. این شبکه در واقع همان مسیر حرکت سیال گرم و سرد است. طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای بدین صورت است که دو سیال در خلاف جهت هم از نازل هایی به درون مبدل حرارتی وارد شده و بعد از انتقال دادن حرارت، از آن خارج خواهند شد. صفحات سیال گرم و سرد به صورت یک در میان کنار هم قرار می گیرند.
در واقع سیالاتی که به این صفحات موج دار وارد می شوند به شکل یکی در میان بین صفحه های فلزی جریان پیدا کرده و با همدیگر عملیات تبادل گرما را انجام می دهند. این صفحات به شکل متقارن در پشت سر یکدیگر قرار گرفته و سیال سرد و گرم در میان این صفحات در حال گردش می باشند. آرایش سطح صفحات موجب به وجود آمدن امواجی در سیال می شود و بدین شکل فرآیند انتقال حرارت و همچنین برودت دما میان دو سیال با سرعت بالایی انجام خواهد شد.
طرز کار مبدل حرارتی صفحه ای و همچنین ساختار آن به شکلی می باشد که امکان دسترسی راحت به اجزای داخلی آن وجود دارد. این نکته باعث شده تا قابلیت نظافت، تعمیر و نگهداری راحت این نوع مبدل نیز فراهم شود. چین دار بودن صفحات موجب بیشتر شدن آشفتگی جریان سیال خواهد شد. به همین علت است که میزان انتقال حرارت بالا رفته و در نتیجه بازده گرمایی مبدل نیز افزایش می یابد.
تولید کنندگان مبدل حرارتی صفحه ای
شرکت ره آورد ساعی در سال ۱۳۷۸ فعاليت خود را در زمينه طراحی و ساخت مبدل حرارتی صفحه ای، مبدل های حرارتی، قطعات يدکی و لاستيکی آغاز نمود. اين شرکت با بکارگيری مهندسين و تکنسين های مجرب و نرم افزارهای روز دنيا تا کنون توانسته است با توليدات خود در اين زمينه گامی هر چند کوچک در مسير قطع وابستگی صنايع کشور به اجناس خارجی بردارد و در اين راستا صرفه جويی های اقتصادی و زمانی بسياری را برای مشتريان خود به ارمغان آورده است.
زمينه های فعاليت شرکت ره آورد ساعی رفته رفته بر اساس نياز مشتريان در دو بخش عمده مکانيک و پليمر گسترش يافته است و مفتخر است که به صنايع گوناگونی از جمله صنايع شيميايی ، نفت و گاز ، معدنی ، کاشی و سراميک تولید کند.
نحوه نصب مبدل حرارتی صفحه ای
مبدل حرارتی صفحه ای می بایست بر اساس دستورالعمل اجرايي و همچنین کتابچه راهنمای سازنده انجام شود. برخی موارد از جمله جازدن و جابه جايي صفحات، ترتيب و توالي فرآیند نصب اجزا، گشتاور مجاز و همچنین ترتيب سفت نمودن پيچ ها در هر نوع مدلی از انواع مبدل ها دارای تفاوت می باشد و باید به طور دقیق طبق دستور سازنده اجرا و نصب گردد. با این وجود قصد داریم تا در ادامه نحوه نصب مبدل حرارتی صفحه ای را آموزش دهیم.
- مبدل هاي كوچك و سبک را مي توان به شکل خودایستا و يا به کمک قرارهای ساده فلزي نصب کرد.
- مبدلهای حرارتی صفحه ای که از نوع زردجوش هستند را می توان به صورت افقی و عمودي نصب كرد.
- اگر مبدل به پشت و روي سطح افقي نصب شود، احتمال تجمع رسوب بالا می رود.
- مسير آب گرم كننده و گرم شونده باید خلاف جهت یکدیگر باشد.
- به منظور نصب مبدل حرارتی صفحه ای بزرگ و سنگين استفاده از از پايه هاي مناسب لازم است.
- به منظور از بین بردن ارتعاش و لرزش مبدل حرارتی مي توان از لرزه گیر استفاده کرد.
- به هیچ عنوان نباید پیچ ها بیش از اندازه سفت شوند؛ در غیر این صورت خطر تمركز تنش در صفحات مبدل حرارتی به وجود خواهد آمد.
- نباید مبدل را به پايه و محل نصب آن جوش داد.
- تعبيه نمودن شير اطمينان در مسيرهای آب گرم كننده و گرم شونده موجب حفاظت در مقابل افزایش بيش از حد فشار سيستم خواهد شد.