طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله
مبدل حرارتی پوسته و لوله یکی از از انواع مبدل های حرارتی است که در صنایع مختلف برای بسیاری از فرآیندهای صنعتی به کار می رود. اهمیت این نوع مبدل ها به اندازه ای است که پرداختن به مسأله طراحی و تولید آن ها برای سازندگان، ضروری بوده و تمام مراحل طراحی، ساخت و اجرای آن ها طبق استانداردهای این صنعت انجام می گیرد. کار طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله بر عهده مهندسان طراح و مهندسان شیمی است.
آنچه در طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله اهمیت دارد، تأمین ایمنی دستگاه برای کار در فشارهای عملیاتی بسیار بالا است. یکی از فاکتورهایی که در طراحی این مبدل ها باید به آن توجه شود، انتقال بهینه حرارت است. عموماً انواع مبدل های حرارتی برای انتقال حرارت میان دو فاز یا دو سیال ساخته می شوند. طراحی فرآیندهای انتقال حرارت در مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل مواردی است که به صورت زیر می توان آن ها را فهرست نمود:
۱-از نظر فرآیندی
- فرآیند انتقال صحیح سیال از یک سمت مبدل حرارتی پوسته و لوله به سمت دیگر آن
- انتخاب ویژگی های دمایی بخارات
- ارزیابی محدودیت های افت فشار در لوله ها و پوسته در این نوع مبدل ها
- ارزیابی و بررسی محدودیت های سرعت حرکت سیال در لوله ها و پوسته
- انتخاب ماژول های انتقال حرارت و محاسبه ضرایب تخریب برای دیواره لوله ها و پوسته
۲-از نظر مکانیکی
- انتخاب طرح و مدل مبدل حرارتی پوسته و لوله و تعداد جریان سیال عبوری از آن
- توجه به ویژگی های لوله نظیر اندازه، مدل، قطر و جنس مواد سازنده آن
- ارزیابی حداقل و حداکثر محدودیت ها در طول لوله در مبدل حرارتی پوسته و لوله
- ارزیابی ویژگی های قسمت های کناری پوسته مانند مواد تشکیل دهنده، بافل ها، اندازه و شفافیت بافل ها
- ارزیابی حداقل و حداکثر محدودیت های طراحی در قطر پوسته، بافل ها و …
جالب است بدانید طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله نه تنها توسط محاسبات فرمول های انتقال حرارت، ریاضیات، ابعاد و اندازه ها و … انجام می شود، بلکه حجم زیادی از کار طراحی، قبل از تولید، توسط نرم افزارهای مربوط به این حوزه اجرا می گردد؛ به طور مثال، مدل، ابعاد و سایز مبدل حرارتی پوسته و لوله در شرایط تعیین شده به صورت فرضی با نرم افزارها بررسی می شوند تا تأثیرات عوامل مختلف در حین کار به خوبی در یک محیط مجازی مورد بررسی قرار گیرند.
پارامترهای مهم در طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل چه مواردی است؟
بر اساس تئوری های علمی و قواعد و استانداردهای طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله، فرآیند ساخت این نوع مبدل ها با در نظر گرفتن پارامترهای بسیار مهمی انجام می گیرد. مهم ترین فاکتورهای تأثیرگذار در طراحی انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله عبارتند از:
میزان حرارت منتقل شده در واحد زمان (معمولاً با واحد کیلوژول بر ساعت بیان می شود)
ضریب انتقال حرارت اضافی (با واحد کیلوژول بر ساعت بر متر مربع بیان می شود)
مساحت حرارت منتقل شده (بر حسب متر مربع)
تفاوت دمایی (بر حسب درجه سانتی گراد)
جریان کناری در لوله
حرارت ویژه سیال در کناره لوله
حرارت ویژه سیال در کناره پوسته
قطر لوله و قطر پوسته
افت فشار درون مبدل حرارتی پوسته و لوله
چرا طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله اهمیت دارد؟
مبدل حرارتی پوسته و لوله قرار است در فرآیندهای صنعتی به کار روند؛ جایی که میزان دما و فشار سیال، بسیار بالا است. علاوه بر این، فرآیندهای دیگری نیز در طول فرآیندها درون این مبدل ها رخ می دهند که بسیاری از آن ها غیر قابل کنترل هستند.
مواردی نظیر افت فشار ناگهانی حرکت سیال، خطر خوردگی اجزای مبدل حرارتی، رسوب گرفتگی یا انسداد لوله ها به هر دلیل، افت یا افزایش ناگهانی مبدل و …، می توانند ایمنی مبدل حرارتی پوسته و لوله را تهدید کرده و بر روی راندمان کل فرآیند تأثیر داشته باشند. به همین دلیل، طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله باید با در نظر گرفتن تمام موارد فوق و با دقت بیشتر و نظارت مهندسان و بازرسان انجام شود.