داکت اسپلیت چیست؟ | گروه صنعتی مهتاب گستر

مبدل حرارتی (مبدل گرمایی) چیست؟

آیا می خواهید در مورد مبدل های حرارتی اطلاعات بیشتری کسب نمایید؟ و همچنین می خواهید بدانید آن ها چه کاربردی دارند و چگونه کار می کنند؟ در این مقاله به بررسی مبدل حرارتی (مبدل گرمایی) می پردازیم. با ما همراه باشید.

مبدل حرارتی (مبدل گرمایی)

مبدل حرارتی یا همان مبدل گرمایی وسیله ای است که گرما را از یک محیط به رسانه دیگر منتقل می کند و یک خنک کننده یا به عنوان مثال روغن هیدرولیک از آب سرد یا هوا برای حذف گرمای روغن داغ استفاده می کند. از طرف دیگر، مبدل حرارتی استخر از آب گرم یک دیگ بخار یا مدار آب گرم خورشیدی برای گرم کردن آب استخر استفاده می کند. گرما از طریق یک ماده مبدل که محیط مورد استفاده توسط هدایت را جدا می کند منتقل می شود. مبدل ‌های حرارتی پوسته و لوله، سیال را از لوله‌ ها عبور می ‌دهند و مبدل‌ های حرارتی خنک ‌شونده با هوا، مایع را با عبور هوای سرد از یک هسته خنک‌کننده خنک می‌ کنند.

مبدل حرارتی چگونه کار می کند؟

مبدل های حرارتی، در حقیقت با انتقال گرما از یک مکان به مکان دیگر کار می کنند. گاهی اوقات سوخت، که به گاز طبیعی یا پروپان تبدیل می‌شود، محصول اگزوز و احتراق آن (همچنین به عنوان گاز خروجی شناخته می‌ شود) وارد مبدل حرارتی شده و از آن عبور می‌ کند. گاز داغ دودکش فلز را گرم می کند زیرا گاز راه خود را به خروجی اگزوز کوره می رساند. از آن جایی که این اتفاق می افتد، فلز داغ هوای گردشی خارج از مبدل حرارتی را گرم می کند.

انواع مبدل گرمایی

مبدل های گرمایی انواع مختلفی دارند. اما هدف همه آن ها این است که بتوانند با تضمین، تبادل گرمایی بین سیالات داشته باشند و کاربرد های زیادی در نیروگاه های گرمایشی، نیروگاه های برودتی و سرمایشی، کارخانه های شیمیایی و سایر فرآیند ها دارند.

مبدل حرارتی صفحه ای

می دانید که مبدل حرارتی سیستمی جهت انتقال حرارت بین دو یا بیش از دو سیال (مایع و گاز) می باشد. در واقع مبدل های گرمایی در هر دو فرایند سرمایش و گرمایش به کار گرفته می شوند. سیال های جاری در مبدل ها، عمدتاً به منظور جلوگیری از اختلاط، توسط دیواره جامدی از یک دیگر جدا می شوند و البته در انواع به خصوصی از مبدل های حرارتی این امکان نیز وجود دارد که جریان های سیال مستقیماً با هم در تماس باشند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

نوعی مبدل گرمایی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحد های تقطیر نفت خام دارد. همان‌ طور که از نام آن پیداست این مبدل از یک مخزن استوانه‌ ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لوله‌ ها جریان دارد و بخار داغ بر روی لوله ‌ها و درون پوسته حرکت می کند. به علت تعداد زیاد این لوله ‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می ‌کند، حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش می ‌آورد.

مبدل حرارتی هوا خنک

نوعی مبدل گرمایی بسیار پر کاربرد است که بر اساس انتقال حرارت میان سیال و هوا کار می کند. این نوع مبدل با علامت اختصاری ACHE نشان داده می شود و یکی از تجهیزات برج های خنک کننده یا کولینگ واتر در صنایع به شمار می رود. این نوع مبدل های حرارتی از پر كاربرد ترین مبدل ها در صنایع هستند. در مناطقی که تهیه آب به عنوان منبع سرمایش مقدور نبوده و یا پر هزینه می باشد، بهترین و اولین گزینه برای تامین سرمایش مورد نیاز، استفاده از مبدل های حرارتی هوا خنک (کولر هوایی) است.

در این نوع مبدل، حرارت از یک سیال دریافت شده و سپس به هوا خارج می شود. البته در مورد نحوه عملکرد این نوع مبدل های گرمایی، تفاوت زیادی میان خارج شدن حرارت به هوا و انتقال حرارت به آب وجود دارد. از این مبدل نیز همانند یک مبدل حرارتی پوسته و لوله در برج خنک کننده (کولینگ واتر) در پالایشگاه ها و صنایع پتروشیمی استفاده می شود.

یکی از مهم ترین و اصلی ترین مزیت های استفاده از مبدل گرمایی هوا خنک در فرآیند های صنعتی این است که این مبدل ها به آب نیازی ندارند، این جمله به آن مفهوم است که پروژه های صنعتی با ظرفیت بالای خنک کنندگی لازم نیست در نزدیکی منابع آبی برای خنک سازی ساخته شوند. در حقیقت، یک مبدل گرمایی هوا خنک می تواند به عنوان یک کولر هوایی، نقش خنک کنندگی فرآیند ها را ایفا کند.

مبدل حرارتی ثانویه چیست؟

اگر کوره‌ ای دارید که با راندمان بالا (90% + راندمان) در نظر گرفته می ‌شود، مبدل ‌های حرارتی اولیه و ثانویه را در نظر بگیرید. اگزوز احتراق مبدل حرارتی اولیه را ترک می کند، همان طور که به مبدل گرمایی ثانویه می رود گرمای بیشتری از گاز دودکش آزاد می شود و تجمع آب شروع می شود. پتانسیل مبدل حرارتی برای آزاد کردن بخار مایع به آب در این حالت تغییر، به سطح بالا تری از راندمان می رسد. به همین دلیل است که کوره های با راندمان بالا گاهی اوقات کوره های تراکم نامیده می شوند. مبدل های حرارتی ثانویه معمولاً از فولاد ضد زنگ یا فولاد پوشش داده اند که برای مقاومت در برابر گرما، رطوبت و اسید ها ساخته می شوند.

مبدل گرمایی با چه سیالی کار می کند؟

مناسب بودن مبدل گرمایی و سیال به نوع مبدل حرارتی مورد استفاده و مواد موجود بستگی دارد. مبدل های گرمایی استاندارد برای اکثر سیالات از جمله روغن، آب، گلیکول آب و آب دریا مناسب هستند. برای مایعات خورنده مانند آب نمک کلردار، مبرد ها و اسید ها، ممکن است به جای آن از مواد دیگری مانند فولاد ضد زنگ و تیتانیوم استفاده شود.

نقطه عبور دما چیست؟

دمای متقاطع اصطلاحی است که برای توصیف سناریویی استفاده می شود که در آن دمای دو مدار در یک مبدل گرمایی خنک شده با مایع شروع به عبور می کند. این امر می تواند عامل مهمی در طراحی مبدل های حرارتی باشد، زیرا راندمان چیلر در هنگام عبور از دما به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در بسیاری از موارد، مبدل های گرمایی صفحه ای بهترین گزینه برای کاربرد هایی هستند که نمی توان از تلاقی دما اجتناب کرد.

چگونه می دانید که مبدل گرمایی چند پاس لازم است؟

پاس مبدل گرمایی به این معنی است که سیال از یک سر مبدل حرارتی به انتهای دیگر حرکت می کند.

تک پاس: سیال از یک سر مبدل گرمایی وارد شده و از سر دیگر خارج می شود.

دو پاس: مبدل حرارتی که در همان انتها وارد شده و وجود دارد.

سه پاس: سیال قبل از پایان در سه برابر طول بدنه مبدل گرمایی حرکت می کند.

مبدل حرارتی تک پاس

مبدل حرارتی دو پاس

مبدل حرارتی سه پاس

بسیاری از پاس ها میزان انتقال حرارت موجود را افزایش می دهند، اما منجر به تلفات فشار بیشتر و سرعت بالا تر می شوند.

کل داده های عملیاتی به شما امکان می دهد کارآمد ترین مبدل گرمایی ممکن را در حین کار در محدوده افت فشار و محدودیت سرعت انتخاب کنید.

تعداد پاس های مدار اصلی را نیز می توان برای بهینه سازی عملکرد و کارایی حرارتی با تغییر مقدار و گام بافل ها تنظیم کرد.

مبدل های حرارتی برای چه مواردی استفاده می شوند؟

شما می توانید مبدل های حرارتی را در انواع مکان ها مشاهده کنید. آن ها معمولاً ساختمان ها را گرم یا خنک می کنند یا به موتور ها و ماشین ها کمک می کنند تا عملکرد کارآمد تری داشته باشند. به عنوان مثال، یخچال ها و کولر ها از مبدل های گرمایی بر عکس سیستم های حرارت مرکزی استفاده می کنند. آن ها گرما را از محفظه ها یا اتاق های مورد نظر خارج می کنند و آن را از سیال خارج می کنند. جایی که می توانید آن را دور بیندازید سیال خنک کننده در داخل شبکه لوله کاملاً آب بندی شده می شود و عملاً با هوا تماس پیدا نمی کند. سیال خنک کننده انرژی گرمایی را از هوای داخل می گیرد و به هوای بیرون می ریزد، اما مستقیماً با آن هوا مخلوط نمی شود.

گاز های خروجی از نیروگاه ها یا موتور ها اغلب حاوی گرمایی هستند که در هوای آزاد تلف می شود. این اتلاف انرژی و چیزی است که یک مبدل گرمایی قطعا می تواند آن را کاهش دهد (اگر چه به طور کامل حذف نمی شود، اما همیشه مقداری گرما از بین می رود). یک راه برای حل این مشکل، قرار دادن یک مبدل حرارتی در داخل لوله اگزوز یا دودکش است. همان طور که گاز های داغ خروجی به سمت بالا رانده می شوند، آب از کنار باله های مسی جاری می لغزد. آب گرما را با خود می برد. در آن جا می‌ توان آن را مستقیماً بازیافت کرد و احتمالاً گاز سردی را که به موتور یا کوره عرضه می‌ شود را گرم کرد و انرژی لازم برای گرم کردن آن را ذخیره کرد. یا می توانید از آن برای کاربرد های دیگری همانند گرم کردن دفتر کار در نزدیکی آن استفاده کنید.

احتیاط

از آن جایی که مبدل گرمایی حاوی گاز دودکش در داخل خود است، هیچ سوراخ، ترک یا خرابی قابل توجهی ندارد. این نوع تخریب باعث نشت و گاز های احتراق مخلوط از هوای گرم می شود که می تواند منجر به احتراق ناقص، تشکیل مونوکسید کربن و سایر محصولات خطرناک شود. اما خشم آن ممکن است فوراً به مونوکسید کربن در فضا نشت کند. توجه به این نکات باعث جلوگیری از بسیاری خطرات می شود.

تشخیص مشکلات مبدل گرمایی

اگر کوره یا ردیاب مونوکسید کربن شما خراب باشد، تقریباً غیر ممکن است که بفهمید آیا می توانید مبدل حرارتی را بدون مشکل به طور مستقیم ایجاد کنید یا آن را برای آزمایش CO بررسی کنید. به همین دلیل است که نگهداری و بازرسی منظم از مبدل گرمایی بسیار بسیار مهم و ضروری است. بازرسی و تجزیه و تحلیل احتراق و آزمایش آن بهترین راه برای تعیین این که آیا کوره ایمن کار می کند یا خیر، می باشد.

بازرسی مبدل حرارتی

برخی از مبدل های حرارتی را می توان به صورت بصری بررسی کرد. برخی دیگر به ابزار های ویژه ای برای بررسی دقیق تر واحد نیاز دارند. اما باید به این نکته نیز توجه کرد که گاهی اوقات مشکلات داخلی در مبدل های گرمایی وجود دارند که در این صورت از بیرون پنهان و در شرایط خوبی قرار می گیرند.

مبدل حرارتی (مبدل گرمایی) چیست؟

آیا می خواهید در مورد مبدل های حرارتی اطلاعات بیشتری کسب نمایید؟ و همچنین می خواهید بدانید آن ها چه کاربردی دارند و چگونه کار می کنند؟ در این مقاله به بررسی مبدل حرارتی (مبدل گرمایی) می پردازیم. با ما همراه باشید.

مبدل حرارتی (مبدل گرمایی)

مبدل حرارتی یا همان مبدل گرمایی وسیله ای است که گرما را از یک محیط به رسانه دیگر منتقل می کند و یک خنک کننده یا به عنوان مثال روغن هیدرولیک از آب سرد یا هوا برای حذف گرمای روغن داغ استفاده می کند. از طرف دیگر، مبدل حرارتی استخر از آب گرم یک دیگ بخار یا مدار آب گرم خورشیدی برای گرم کردن آب استخر استفاده می کند. گرما از طریق یک ماده مبدل که محیط مورد استفاده توسط هدایت را جدا می کند منتقل می شود. مبدل ‌های حرارتی پوسته و لوله، سیال را از لوله‌ ها عبور می ‌دهند و مبدل‌ های حرارتی خنک ‌شونده با هوا، مایع را با عبور هوای سرد از یک هسته خنک‌کننده خنک می‌ کنند.

مبدل حرارتی چگونه کار می کند؟

مبدل های حرارتی، در حقیقت با انتقال گرما از یک مکان به مکان دیگر کار می کنند. گاهی اوقات سوخت، که به گاز طبیعی یا پروپان تبدیل می‌شود، محصول اگزوز و احتراق آن (همچنین به عنوان گاز خروجی شناخته می‌ شود) وارد مبدل حرارتی شده و از آن عبور می‌ کند. گاز داغ دودکش فلز را گرم می کند زیرا گاز راه خود را به خروجی اگزوز کوره می رساند. از آن جایی که این اتفاق می افتد، فلز داغ هوای گردشی خارج از مبدل حرارتی را گرم می کند.

انواع مبدل گرمایی

مبدل های گرمایی انواع مختلفی دارند. اما هدف همه آن ها این است که بتوانند با تضمین، تبادل گرمایی بین سیالات داشته باشند و کاربرد های زیادی در نیروگاه های گرمایشی، نیروگاه های برودتی و سرمایشی، کارخانه های شیمیایی و سایر فرآیند ها دارند.

مبدل حرارتی صفحه ای

می دانید که مبدل حرارتی سیستمی جهت انتقال حرارت بین دو یا بیش از دو سیال (مایع و گاز) می باشد. در واقع مبدل های گرمایی در هر دو فرایند سرمایش و گرمایش به کار گرفته می شوند. سیال های جاری در مبدل ها، عمدتاً به منظور جلوگیری از اختلاط، توسط دیواره جامدی از یک دیگر جدا می شوند و البته در انواع به خصوصی از مبدل های حرارتی این امکان نیز وجود دارد که جریان های سیال مستقیماً با هم در تماس باشند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

نوعی مبدل گرمایی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحد های تقطیر نفت خام دارد. همان‌ طور که از نام آن پیداست این مبدل از یک مخزن استوانه‌ ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لوله‌ ها جریان دارد و بخار داغ بر روی لوله ‌ها و درون پوسته حرکت می کند. به علت تعداد زیاد این لوله ‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می ‌کند، حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش می ‌آورد.

مبدل حرارتی هوا خنک

نوعی مبدل گرمایی بسیار پر کاربرد است که بر اساس انتقال حرارت میان سیال و هوا کار می کند. این نوع مبدل با علامت اختصاری ACHE نشان داده می شود و یکی از تجهیزات برج های خنک کننده یا کولینگ واتر در صنایع به شمار می رود. این نوع مبدل های حرارتی از پر كاربرد ترین مبدل ها در صنایع هستند. در مناطقی که تهیه آب به عنوان منبع سرمایش مقدور نبوده و یا پر هزینه می باشد، بهترین و اولین گزینه برای تامین سرمایش مورد نیاز، استفاده از مبدل های حرارتی هوا خنک (کولر هوایی) است.

در این نوع مبدل، حرارت از یک سیال دریافت شده و سپس به هوا خارج می شود. البته در مورد نحوه عملکرد این نوع مبدل های گرمایی، تفاوت زیادی میان خارج شدن حرارت به هوا و انتقال حرارت به آب وجود دارد. از این مبدل نیز همانند یک مبدل حرارتی پوسته و لوله در برج خنک کننده (کولینگ واتر) در پالایشگاه ها و صنایع پتروشیمی استفاده می شود.

یکی از مهم ترین و اصلی ترین مزیت های استفاده از مبدل گرمایی هوا خنک در فرآیند های صنعتی این است که این مبدل ها به آب نیازی ندارند، این جمله به آن مفهوم است که پروژه های صنعتی با ظرفیت بالای خنک کنندگی لازم نیست در نزدیکی منابع آبی برای خنک سازی ساخته شوند. در حقیقت، یک مبدل گرمایی هوا خنک می تواند به عنوان یک کولر هوایی، نقش خنک کنندگی فرآیند ها را ایفا کند.

مبدل حرارتی ثانویه چیست؟

اگر کوره‌ ای دارید که با راندمان بالا (90% + راندمان) در نظر گرفته می ‌شود، مبدل ‌های حرارتی اولیه و ثانویه را در نظر بگیرید. اگزوز احتراق مبدل حرارتی اولیه را ترک می کند، همان طور که به مبدل گرمایی ثانویه می رود گرمای بیشتری از گاز دودکش آزاد می شود و تجمع آب شروع می شود. پتانسیل مبدل حرارتی برای آزاد کردن بخار مایع به آب در این حالت تغییر، به سطح بالا تری از راندمان می رسد. به همین دلیل است که کوره های با راندمان بالا گاهی اوقات کوره های تراکم نامیده می شوند. مبدل های حرارتی ثانویه معمولاً از فولاد ضد زنگ یا فولاد پوشش داده اند که برای مقاومت در برابر گرما، رطوبت و اسید ها ساخته می شوند.

مبدل گرمایی با چه سیالی کار می کند؟

مناسب بودن مبدل گرمایی و سیال به نوع مبدل حرارتی مورد استفاده و مواد موجود بستگی دارد. مبدل های گرمایی استاندارد برای اکثر سیالات از جمله روغن، آب، گلیکول آب و آب دریا مناسب هستند. برای مایعات خورنده مانند آب نمک کلردار، مبرد ها و اسید ها، ممکن است به جای آن از مواد دیگری مانند فولاد ضد زنگ و تیتانیوم استفاده شود.

نقطه عبور دما چیست؟

دمای متقاطع اصطلاحی است که برای توصیف سناریویی استفاده می شود که در آن دمای دو مدار در یک مبدل گرمایی خنک شده با مایع شروع به عبور می کند. این امر می تواند عامل مهمی در طراحی مبدل های حرارتی باشد، زیرا راندمان چیلر در هنگام عبور از دما به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در بسیاری از موارد، مبدل های گرمایی صفحه ای بهترین گزینه برای کاربرد هایی هستند که نمی توان از تلاقی دما اجتناب کرد.

چگونه می دانید که مبدل گرمایی چند پاس لازم است؟

پاس مبدل گرمایی به این معنی است که سیال از یک سر مبدل حرارتی به انتهای دیگر حرکت می کند.

تک پاس: سیال از یک سر مبدل گرمایی وارد شده و از سر دیگر خارج می شود.

دو پاس: مبدل حرارتی که در همان انتها وارد شده و وجود دارد.

سه پاس: سیال قبل از پایان در سه برابر طول بدنه مبدل گرمایی حرکت می کند.

مبدل حرارتی تک پاس

مبدل حرارتی دو پاس

مبدل حرارتی سه پاس

بسیاری از پاس ها میزان انتقال حرارت موجود را افزایش می دهند، اما منجر به تلفات فشار بیشتر و سرعت بالا تر می شوند.

کل داده های عملیاتی به شما امکان می دهد کارآمد ترین مبدل گرمایی ممکن را در حین کار در محدوده افت فشار و محدودیت سرعت انتخاب کنید.

تعداد پاس های مدار اصلی را نیز می توان برای بهینه سازی عملکرد و کارایی حرارتی با تغییر مقدار و گام بافل ها تنظیم کرد.

مبدل های حرارتی برای چه مواردی استفاده می شوند؟

شما می توانید مبدل های حرارتی را در انواع مکان ها مشاهده کنید. آن ها معمولاً ساختمان ها را گرم یا خنک می کنند یا به موتور ها و ماشین ها کمک می کنند تا عملکرد کارآمد تری داشته باشند. به عنوان مثال، یخچال ها و کولر ها از مبدل های گرمایی بر عکس سیستم های حرارت مرکزی استفاده می کنند. آن ها گرما را از محفظه ها یا اتاق های مورد نظر خارج می کنند و آن را از سیال خارج می کنند. جایی که می توانید آن را دور بیندازید سیال خنک کننده در داخل شبکه لوله کاملاً آب بندی شده می شود و عملاً با هوا تماس پیدا نمی کند. سیال خنک کننده انرژی گرمایی را از هوای داخل می گیرد و به هوای بیرون می ریزد، اما مستقیماً با آن هوا مخلوط نمی شود.

گاز های خروجی از نیروگاه ها یا موتور ها اغلب حاوی گرمایی هستند که در هوای آزاد تلف می شود. این اتلاف انرژی و چیزی است که یک مبدل گرمایی قطعا می تواند آن را کاهش دهد (اگر چه به طور کامل حذف نمی شود، اما همیشه مقداری گرما از بین می رود). یک راه برای حل این مشکل، قرار دادن یک مبدل حرارتی در داخل لوله اگزوز یا دودکش است. همان طور که گاز های داغ خروجی به سمت بالا رانده می شوند، آب از کنار باله های مسی جاری می لغزد. آب گرما را با خود می برد. در آن جا می‌ توان آن را مستقیماً بازیافت کرد و احتمالاً گاز سردی را که به موتور یا کوره عرضه می‌ شود را گرم کرد و انرژی لازم برای گرم کردن آن را ذخیره کرد. یا می توانید از آن برای کاربرد های دیگری همانند گرم کردن دفتر کار در نزدیکی آن استفاده کنید.

احتیاط

از آن جایی که مبدل گرمایی حاوی گاز دودکش در داخل خود است، هیچ سوراخ، ترک یا خرابی قابل توجهی ندارد. این نوع تخریب باعث نشت و گاز های احتراق مخلوط از هوای گرم می شود که می تواند منجر به احتراق ناقص، تشکیل مونوکسید کربن و سایر محصولات خطرناک شود. اما خشم آن ممکن است فوراً به مونوکسید کربن در فضا نشت کند. توجه به این نکات باعث جلوگیری از بسیاری خطرات می شود.

تشخیص مشکلات مبدل گرمایی

اگر کوره یا ردیاب مونوکسید کربن شما خراب باشد، تقریباً غیر ممکن است که بفهمید آیا می توانید مبدل حرارتی را بدون مشکل به طور مستقیم ایجاد کنید یا آن را برای آزمایش CO بررسی کنید. به همین دلیل است که نگهداری و بازرسی منظم از مبدل گرمایی بسیار بسیار مهم و ضروری است. بازرسی و تجزیه و تحلیل احتراق و آزمایش آن بهترین راه برای تعیین این که آیا کوره ایمن کار می کند یا خیر، می باشد.

بازرسی مبدل حرارتی

برخی از مبدل های حرارتی را می توان به صورت بصری بررسی کرد. برخی دیگر به ابزار های ویژه ای برای بررسی دقیق تر واحد نیاز دارند. اما باید به این نکته نیز توجه کرد که گاهی اوقات مشکلات داخلی در مبدل های گرمایی وجود دارند که در این صورت از بیرون پنهان و در شرایط خوبی قرار می گیرند.