سوالات متداول

مبدل حرارتی دستگاهی هست که حرارت را در اثر اختلاف دمای ایجاد شده بین دو سیال، از یک سیال ( گاز یا مایع) به سیال دیگر منتقل می‌کند. برای مثال یک مبدل حرارتی روغن، حرارت روفن داغ را به آب یا هوا منتقل می‌کند و یا مبدل حرارتی استخر، گرمای آب داغ بویلر را به آب استخر منتقل می‌کند (بدون تماس مستقیم دوسیال به یکیدیگر).

انواع مبدل‌های حرارتی: از جمله مهم‌ترین و پرکاربردترین مبدل‌های حرارتی می‌توان به سه مدل زیر اشاره کرد.

مبدل حرارتی صفحه‌ای

مبدل های حرارتی صفحه ای بسیار پر استفاده هستند. از موارد معمول استفاده از این مبدل ها، سیستم های مکانیکی مانند سیستم تهویه مطبوع در ساختمان ها است. از دلایل محبوبیت این مبدل می توان به حجم کم، راندمان بالا، سرویس آسان و همچنین نیاز به نگهداری پایین اشاره کرد.

هدف از این مبدل ها، انتقال حرارت از یک سیال به سیالی دیگر درون یک سیستم است بدون این که دو سیال باهم مخلوط شوند. برای مثال، در سیستم گرمایش ساختمان، وقتی بخواهیم گرما را از چرخه اولیه متصل به بویلر (Boiler) به چرخه ثانویه مجزا منتقل کنیم، یا در صنعت تولید هنگامی که بخواهیم روغن داغ را توسط آب سرد کنیم بدون اینکه آب و روغن مخلوط شوند، از مبدل حرارتی صفحه ای استفاده می شود.

مبدل حرارتی پوسته لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله نوعی مبدل حرارتی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحدهای تقطیر نفت خام دارد. همان‌طور که از نام آن پیداست این مبدل از یک مخزن استوانه‌ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لوله‌ها حرکت می‌کند و بخار داغ بر روی لوله‌ها و درون پوسته جریان دارد. به علت تعداد زیاد این لوله‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌کند، حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش می‌آورد.

مبدل حرارتی هوا خنک

مبدل حرارتی هوا خنک همانطور که از نامش پیداست ، دمای سیال را با هوایی که به وسیله فن دمیده می شود ، خنک می کند. این نوع از مبدل ها به ۳ شکل مختلف طراحی و ساخته می شوند. این ۳ نوع متفاوت عبارتند از نوع وی شکل (V Type) ، نوع افقی (Horizontal Type) و نوع عمودی (Vertical type).

در مبدل حرارتی هوا خنک هیچ تماسی بین سیالی که خنک می شود و هوا وجود ندارد. بلکه مطابق تصویر زیر سیال با درجه حرارت بالا وارد لوله های (کویل) آن شده و در مسیری پر پیچ و خم حرکت می کند تا کم کم به وسیله هوایی که از فن ها دمیده می شود، خنک گردد.

وقتي دو جسم با دماهاي متفاوت در مجاورت يکديگر قرار مي گيرند، بين آن ها پديده اي به نام انتقال حرارت صورت مي گيرد که بر اساس اين پديده گرما از جسم با دماي بيشتر به جسم با دماي کمتر منتقل مي شود. مبدل هاي صفحه اي نسل نسبتا جديدي از مبدل هاي حرارتي هستند که در آن سيال‌هاي گرم و سرد بين صفحات شيار دار جريان دارند، بطوري که سطح گسترده‌اي براي انتقال‌ حرارت بوجود مي‌آيد.

مبدل حرارتی صفحه ­ای، نوعی از مبدل حرارتی است که عموما از تعداد زیادی صفحات چیندار از جنس فولاد ضد زنگ تشکیل شده است. این صفحات توسط واشرهای پلیمری از هم جدا گشته اند و درون یک قاب فولادی قرار گرفته اند. اجزای اصلی تشکیل دهنده­­­ مبدل حرارتی صفحه ای شامل قاب، صفحات و واشرها می باشد. صفحات که سطح تبادل حرارت را  تشکیل می دهند، توسط پیچ و مهره بین دو صفحه­ ی فولادی محکم شده اند. ساختار این مبدل های حرارتی به گونه ای است که امکان باز کردن صفحات برای بازرسی و تمیز کردن آنها را فراهم آورد. هر صفحه دارای یک واشر است که وظیفه­ ی آن آب بندی صفحه و تامین شبکه انتقال سیال در مجموعه ­­ی صفحات است . علاوه بر این نوع مبدل حرارتی صفحه ­ای که به آن صفحه­ ای قابدار می گویند ، دو نوع دیگر نیز وجود دارند که شامل مبدل­ های صفحه­ ای لحیم ­کاری شده و مبدل­ های صفحه ای جوشکاری شده می باشد. در مبدل صفحه ای لحیم کاری شده که از لحیم ­کاری برای اتصال صفحات به هم به جای واشر استفاده شود، مبدل می تواند در فشار های ۳۰ بار نیز کار کند، در حالی که مبدل های حرارتی واشردار نهایتا فشار ۲۵ بار را می توانند تحمل کنند. در صورت استفاده از جوشکاری برای اتصال صفحات در مبدل حرارتی جوشکاری شده، این فشار تا حدود ۶۰  بار ارتقا می یابد. در حالت واشر دار، محدوده دمایی کارکرد بین ۳۵- تا ۲۲۰ درجه­ ی سانتی­گراد قرار دارد و برای حالت لحیم­ شده محدوده ­ی آن بین ۱۹۵- تا ۲۰۰ درجه­ ی سانتی­گراد است. در حالت جوشکاری شده، محدوده­ ی دما توسط ماده­ ی به کار رفته تعیین می شود.

در مبدل حرارتی صفحه ای سیال گرم و سرد در جهات خلاف هم وارد شبکه­­ ی مجاری مبدل می­ شوند. صفحات سیال سرد و گرم به صورت یک در میان کنار هم قرار گرفته ­اند تا تبادل حرارت بین دو سیال صورت بگیرد. در دو صفحه­ ی مجاور هم، جریان سیال سرد و گرم در جهات مخالف از کنار یکدیگر عبور می کنند. نمونه­ این سیستم در شکل زیر قابل ملاحظه است. بر روی هر صفحه، قسمت دایره ای واشر مانع ورود سیال به صفحه می­ شود و آن را به دهانه­ ی بعدی هدایت می کند. قسمت دیگر واشر سیال را به سمت صفحه هدایت می کند.

باریک بودن مجاری در مبدل حرارتی صفحه ای باعث می شود عمده­ ی حجم سیال با صفحات تماس داشته باشد. صفحات مبدل حرارتی چین دار هستند که باعث افزایش آشفتگی جریان و در نتیجه افزایش انتقال حرارت بین صفحات می شود.

در این مطلب کاربرد مبدل صفحه ای در صنایع مختلف مورد بررسی قرار میگیرد و برای هرکدام مثال هایی بیان خواهد شد.

کاربرد مبدل صفحه ای در صنایع شیمیایی، نفت وگاز

برخی از کاربردهای متعارف مبدل صفحه ای در صنایع شیمیایی شامل: خنک کردن کربنات سدیم، مواد رنگی، کودها، نفت خام، نفت وروغن، مواد دارویی، اسیدها، نفت سفید، آب مقطر، آب نمک، فرایندهای پلیمراسیون وگرم کردن گلیسیرین و چگالش اتانول و موارد دیگر می باشند.

کاربرد مبدل در صنایع مکانیک

در صنایع مکانیک مبدل حرارتی صفحه ای جهت خنک کاری دستگاه های مکانیکی مانند تولید عصاره ها، روغن فشرده، مایعات، کوره، موتورها، وبازیافت حرارت تلف شده و خنک کردن مواد ماشین ریخته گری می باشند.

برخی از کاربردهای مبدل صفحه ای در صنایع فولادی و تجهیزات مکانیکی

در صنایع فولاد برای، خنک کاری تجهیزات ریخته گری، قالب ها، کوره ها، کمپرسور دستگاه های مکانیکی، موتورها و بازیافت حرارتی تلف شده می باشد.

کاربرد مبدل صفحه ای در صنایع خودروسازی

برای خنک کاری مایعات خط رنگ، سیالات برش کاری وایستگاه پاشش خط رنگ می باشد.

کاربرد مبدل صفحه ای در صنایع کشتی سازی

دیگر کاربرد مبدل حرارتی صفحه ای در صنعت کشتی سازی برای خنک کاری مرکزی روغن روان ساز، پوشش ها، روغن سنگین، روغن جعبه دنده، گرم کردن روغن و خنک کردن موتور کشتی استفاده می گردد.

کاربرد مبدل در صنایع چوب وکاغذ

در صنایع چوب و کاغذ از مبدل حرارتی صفحه ای جهت خنک کاری آب در فرایند تولید کاغذ و بازیافت حرارت تلف شده استفاده می گردد.

کاربرد مبدل صفحه ای در صنایع نساجی

در صنایع نساجی برای خنک کاری آب شوینده، محلولNAOH، محلول رنگرزی، بازیافت حرارت تلف شده وآماده سازی مایع رنگرزی از مبدل حرارتی صفحه ای استفاده می گردد.

کاربرد مبدل صفحه ای در صنایع غذایی

در صنایع غذایی برای خنک کاری، گرمایش، بازیافت گرما، غلیظ سازی واسترلیزه کردن آب میوه ها، شیرو روغن سویا وکنجد وشکر مایع و پاستوریزاسیون شیر، مواد لبنی وآبمیوه و غیره از مبدل حرارتی صفحه ای استفاده می گردد.

کاربرد مبدل صفحه ای در تاسیسات ساختمان

از کاربردهای متعارف مبدل صفحه ای در تاسیسات ساختمان در سیستم های: تهویه، آب گرم مصرفی و گرمایش وسرمایش می باشد.

سایر کاربرد های مبدل صفحه ای

انتقال حرارت وبازیافت حرارت تلف شده از تجهیزات برقی والکترونیکی، نیروگاه ها، آب دریا، گرمایش، سامایش ساختمان ها(HVAC) از دیگر کاربردهای مبدل حرارتی صفحه ای می باشد.

نرخ تبادل بالای حرارتی مبدل های صفحه ای: به سبب آشفتگی بالای جریان سیال در مبدل حرارتی صفحه ­ای، تبادل حرارت با بازدهی بیشتری انجام می گردد. ضرایب انتقال حرارت در مبدل های حرارتی صفحه ای حدود ۳ تا ۶ برابر مبدل های لوله­ ای می باشد.

رسیدن به اختلاف دماهای پایین توسط مبدل حرارتی صفحه ای: مبدل حرارتی صفحه ای این قابلیت را دارد که اختلاف دمای بین ورودی یک سیال و خروجی سیال دیگر را به کمتر از ۱ درجه سانتیگراد برساند. این ویژگی به طور خاص در کاربردهایی بهبود و بازیابی حرارتی قابل توجه می باشد.

نیاز به فضای کمتر برای جانمایی مبدل:به سبب داشتن بازدهی انتقال حرارت بالا، مبدل­ حرارتی صفحه ای نیاز به فضای کمتری دارد و حدود ۲۰ تا ۵۰ درصد نسبت به مبدل­ های پوسته و لوله ­ای فضای کمتری را اشغال می کنند. در نتیجه در مواردی که محدودیت فضا وجود دارد گزینه ی مناسبی محسوب می شود.

سبک­تر بودن مبدل های حرارتی صفحه ای: این مبدل­ ها در مجموع نسبت به انواع دیگر سبک­تر هستند. به دلیل اینکه فاصله­ ی بین صفحات کم است، مقدار کمتری از سیال عامل در این مبدل­ ها به کار می رود. همچنین با توجه به داشتن سطح کوچک­تر، وزن کمتری دارند.

رسوب گیری اندک در مبدل های حرارتی صفحه ای: به دلیل آشفتگی بالای جریان، رسوبات کمتری در مجاری باقی می ماند در نتیجه این مبدل ها نیاز کمتری به باز شدن و تمیز شدن دارند.

سادگی بازرسی در مبدل حرارتی صفحه ای:با توجه به نحوهطراحی مبدل حرارتی صفحه ای، باز کردن آن برای تمیز کردن یا بازبینی آن­ها به سادگی انجام می پذیرد.

عدم ترکیب سیالات در این مبدل های حرارتی: از آنجایی که هر سیال به طور جداگانه واشر بندی می شود و فضای بین واشرها به اتمسفر راه دارد، اختلاط بین دو سیال به وجود نمی آید.

انعطاف پذیری در افزایش و کاهش ظرفیت: یکی از ویژگی های برجسته ی مبدل حرارتی صفحه ای این است که به سادگی می توان با افزایش تعداد صفحات یا کاهش آن، به نرخ تبادل حرارت مطلوب دست یافت. این قابلیت به ویژه در مواردی که مقدار دقیق بار حرارتی در دست نیست کارایی دارد و می تواند باعث صرفه جویی در زمان و هزینه گردد.

تبادل حرارت همزمان بین چند نوع سیال مختلف در یک مبدل حرارتی: یکی از ویژگی­ های منحصر به فرد مبدل های حرارتی صفحه ای ، امکان استفاده از صفحات و اتصالات برای سیالات دیگر است تا به ازای یک منبع سرمایش یا گرمایش، چندین سیال تبادل حرارت داشته باشند.

امکان بکارگیری مبدل حرارتی صفحه ای در تبادل حرارت بین سیالات با لزجت بالا: از آنجا که در این مبدل­ های حرارتی سیال دارای آشفتگی جریان بالا در سرعت­ های پایین می ­باشد، در مواردی که سیال مورد نظر دارای لزجت بالا باشد کاربرد دارد.فرآیند کنترل در مبدل حرارتی صفحه ای سریع تر انجام می شود. با توجه به اینکه فاصله­ ی کمی بین صفحات وجود دارد و مقدار سیال به کار رفته در مبدل کمتر است، سریع­تر نسبت به تغییرات شرایط کارکرد پاسخ  می دهد و در نتیجه کنترل آن راحت­تر و سریع­تر انجام پذیر است.

هزینه تعمیرات و نگهداری کمتر در مبدل های حرارتی صفحه ای: به سبب داشتن بازدهی بالای حرارتی، دبی های جریان در این مبدل ها کمتر بوده و به سبب اشغال فضای کمتر، هزینه­ های نگهداری کمتری دارند.

حداکثر فشار کاری: bar20

حداکثر دمای کاری: 200

مواد اولیه سطوح تبادل دما: انواع استیل ضد زنگ، آلیاژهای تیتانیوم، آلیاژهای نیکل

موا اولیه واشرهای تبادل گرما: VITON، SILICON ، HNBR ، EPDM ، NBR

پارامترهای موثر در انتخاب مبدل های حرارتی دخالت دارند به شرح زیر است:

• خصوصیات فیزیکی سیالات عبور کننده از مبدل حرارتی
• دبی جریان عبوری از مبدل حرارتی

دماهای ورودی و خروجی از مبدل حرارتی:

• بیشترین دمای کارکرد
• بیشترین فشار کارکرد

موارد فوق توسط تکنسین ها و کارشناسان بررسی می شود و براساس آن تولیدات را سفارش می دهیم تا در محیط مورد نظر مشتریان، بهترین بازدهی و بیشترین کارایی حاصل شود.

معمولا کارکرد مبدل های حرارتی براساس نوع ساختار و ابزاری که دارند متفاوت است. مبدل ها معمولا به دلیل رسوب و یا خوردگی طولانی مدت کارایی خود را از دست می دهند. در حالی که اگر به موقع به این مسئله رسیدگی شود حداقل کارکرد یک مبدل حرارتی 2 سال می باشد.

امروزه انرژی یکی از مهم ترین عوامل در پیشرفت و توسعه پایدار جوام بشری است که این موضوع بهینه سازی در مصرف انرژی را بیش از پیش مورد توجه قرار می دهد.

مبدل های حرارتی صفحه ای نسل نسبتا جدیدی از مبدل های حرارتی هستند که در آن ها سیالات گرم و سرد بین صفحات شیاردار جریان دارند. توربولانس زیاد به علت حرکت سیال در مجاری باریک و ناهموار بین این صفحات باعث افزایش انتقال حرارت، کاهش انرژی مصرفی و در نهایت موجب افزایش بازده انرژی می شود، لذا با توجه به بحث بهینه سازی مصرف انرژی در واحدهای صنعتی همواره تلاش بر این است تا مبدل هایی طراحی گردد که ضمن داشتن حداکثر بازدهی در وظایف طولانی مدت، کمترین مشکلات عملیاتی را داشته باشد. از مهم ترین ویژگی های این مبدل ها می توان به راندمان و ضریب انتقال حررات بالا، اشغال فضای کمتر جهت نصب، حجم کمتر سیال داخلی، سهولت سرویس و رسوب کمتر اشاره کرد.

قیمت مبدل حرارتی صفحه ای به عوامل متعددی مانند اندازه و ابعاد مبدل حرارتی، جنس صفحات، تعداد صفحات مورد استفاده در دستگاه نوع مبدل (واشردار، نیمه جوشی و جوشی) و جنس سایر قطعات مورد استفاده در آن بستگی دارد. در نتیجه قیمت آنها ثابت و مشخص نمی باشد، بنابراین بهتر است از فروشگاه های مجاز قابل اطمینان خرید نمایید.