مبدل حرارتی Heat Exchanger چیست؟

از مبدل حرارتی یا هیت اکسچنچر جهت گرمایش یک سیال ثانویه که می تواند گاز یا مایع باشد استفاده می شود.مبدل های حرارتی نقش مهمی را در صنایع نفت و گاز ایفا می کنند. این تجهیزات در پالایشگاه در واحدهایی مانند شکست هیدروکربن ها (cracking) و مایع سازی گاز طبیعی و پیش گرمایش نفت خام استفاده می شوند.

مبدل های حرارتی در صنعت پالایش

در صنایع پالایش نفت از چهار نوع مبدل حرارتی استفاده می شود:

• خنک کننده: استفاده از آب یا گاز برای کاهش دما بدون ایجاد تغییر فاز
• مبرد: استفاده از سیال سرماساز برای کاهش دمای یک سیال یا محیط به کمترین دمای ممکن
• کندانسور: تبدیل بخار یا ترکیبی از بخارات به مایع
• گرم کننده بخار: جهت گرمایش بخار
• ریبویلر: استفاده از بخار یا سیال داغ برای تبدیل فاز مایع به بخار در برج تقطیر

انواع مبدل حرارتی

مبدل های حرارتی به سه دسته کلی زیر تقسیم می شوند:

1. مبدل حرارتی دو لوله ای Double Tube Heat Exchangers

این نوع مبدل ها معمولا به صورت U شکل بوده و از دو لوله ی هم مرکز تشکیل و برای مواردی که سطح انتقال حرارت کمی مورد نیاز است، استفاده می شوند.

2. مبدل حرارتی پوسته و لوله Shell and Tube Heat Exchangers

در این نوع مبدل ها دسته لوله در یک مخزن به اسم پوسته قرار می گیرند . تمیزکاری این مبدل ها ساده تر بوده و بدلیل استفاده از صفحاتی به نام بافل در داخل پوسته، در سیال عبوری از پوسته اغتشاش ایجاد شده و انتقال حرارت افزایش می یابد.

3. مبدل حرارتی صفحه ای Plate Heat Exchangers

این نوع مبدل ها از صفحاتی تشکیل شده که سیال سرد و گرم را از هم جدا می کنند. وجود صفحات

متعدد در این نوع مبدل ها سطح بالایی از اغتشاش را ایجاد می کند که مزایای زیر را دارد:

• قابل استفاده برای انتقال حرارت به سیالات ویسکوز
• کاهش میزان تشکیل رسوب بر سطح مبدل بدلیل زمان ماند پایین سیال بر روی سطح
• ایجاد ضریب انتقال حرارت بالاتر

رایج ترین و بهترین مبدل حرارتی

از بین تمامی انواع ذکر شده،استفاده از مبدل های پوسته و لوله فراگیری بیشتری در صنعت دارد و گزینه ی خوبی برای انتقال حرارت به حجم نسبتا بالایی از جریان مایع و بخار است. در این نوع مبدل ها یکی از دو سیال سرد و گرم درون لوله و دیگری درون پوسته جریان دارد. شکل زیر نمای کلی این نوع مبدل را نشان می دهد:

اجزای تشکیل دهنده مبدل های حرارتی

اجزای مهم یک مبدل حرارتی عبارت اند از:

• دسته لوله
• پوسته
• کلاهک جلو
• کلاهک عقب

از اجزای دیگر مبدل های پوسته و لوله بافل ها یا پره هایی هستند که بر روی دیواره ی داخلی پوسته نصب می شوند. وظیفه ی این پره ها ایجاد اختلاط و آشفتگی در جریان سیال عبوری از پوسته و در نتیجه بهبود انتقال حرارت می باشد. از جمله کارایی های دیگر پره ها نگهداره دسته لوله در محل خود و جلوگیری از ارتعاش آنها در اثر برخورد جریان سیال با لوله است.

مزایای استفاده از مبدل های پوسته و لوله:

• انتقال حرارت موثر با بازدهی بالا
• نگهداری و تعمیرات و تمیزکاری آسان
• اشغال کردن فضای کم
• ارزان قیمت تر نسبت به مبدل های صفحه ای

برخی کاربردهای مبدل های پوسته و لوله:

• خارج کردن گرما از آب خوراک فرآیندی
• خنک کردن روغن
• خنک کردن توربین، کمپرسور و موتور
• خنک سازی بخارات تولید شده طی یک فرآیند
• تبخیر سیال فرآیندی

کاربرد مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی عموما برای پیش گرمایش یک سیال استفاده می شوند و بیش از 40 % آنها به دلیل مزایای مبدل های پوسته و لوله که به آن اشاره شد، از این نوع هستند. در پالایشگاه های نفتی و پتروشیمی ها نیز معمولا از مبدل های پوسته و لوله استفاده می شود. این مبدل ها طبق استاندارد TEMA یا Tubular Exchanger Manufacturers Association و بر اساس سه بخش اصلی مبدل پوسته و لوله یعنی گلگی جلو، کلگی انتهای مبدل و پوسته طبقه بندی می شوند.

در ادامه به بررسی تعدادی از انواع مبدل های مورد استفاده در صنایع نفتی پرداخته می شود:

1. مبدل های حرارتی U-TUBE

طراحی این مبدل ها ( دسته لوله U شکل) به گونه ای است که در یک فضای محدود می توانند سطح انتقال حرارت بالا به همراه افت فشار کم را ایجاد کنند اما معمولا در صنعت از این نوع مبدل کمتر استفاده می شود زیرا در صورت بروز نشتی از لوله تعمیر و تمیزکاری آن بسیار دشوار است.

2. مبدل های حرارتی FIXED TUBE SHEET یا صفحه لوله ثابت

صفحه لوله یک صفحه ی فلزی دایره ای شکل است که بر روی آن سوراخ های جهت عبور لوله ها تعبیه شده است. مبدل های صفحه لوله ثابت از ارزانترین و اقتصادی ترین نوع مبدل ها هستند که در آن صفحه لوله توسط جوش به صفحه لوله بصورت ثابت متصل شده است. این نوع مبدل به دلیل سادگی عملیاتی و آسان بودن تعمیرات و نگهداری در پالایشگاه های نفتی مورد استفاده قرار می گیرند.

3. مبدل های حرارتی FLOATING HEAD یا کلگی شناور

استفاده از مبدل های حرارتی کلگی شناور یکی از موثرترین راه های انتقال حرارت در پالایشگاه های نفتی است . کلگی شناور به یک انتهای مبدل اتصال پیدا کرده و از انتهای دیگر قابل جداسازی است و به این ترتیب به انتقال حرارت مناسب بین دو سیال کمک می کند. کلگی شناور همچنین آزادی عمل را برای ایجاد انبساط و انقباضات لوله حین انتقال حرارت را فراهم می کند به همین دلیل برای اختلاف دماهای قابل توجه بین سیال سرد و گرم که میتواند تنش های حرارتی ایجاد کند موثر می باشد. تمیز کردن و کار با این نوع مبدل بدلیل قابلیت خارج کردن دسته لوله از پوسته و امکان تمیزکزدن مکانیکی پوسته و لوله، ساده بوده و به همین دلیل در پالایشگاه های نفتی برای انتقال حرارت بین نفت خام و نفتا پا پیش گرمایش نفت خام قبل از ورود به برج استفاده می شود.

4. مبدل های حرارتی KETTLE TYPE یا کتری

زمانی که سیال درون مبدل حرارتی حاوی یک گاز با فشار بالا باشد از مبدل حرارتی نوع کتری بدلیل فراهم کردن فضای کافی جهت انبساط گاز استفاده می شود. این نوع مبدل های حرارتی در صنعت عموما به عنوان ریبویلر استفاده می شوند.

برخی دیگر از صنایع استفاده کننده مبدل هی پوسته و لوله:

• نیروگاه برق
• صنایع کاغذسازی
• صنایع دارویی
• صنایع فلزی و معدنی

خرید، طراحی و ساخت مبدل حرارتی

فاطر اویل تولید کننده انواع مبدل های حرارتی در ایران است. برای سفارش و ارزیابی پروژه خود با ما تماس بگیرید.