تحقیق در مورد مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی(Heat Exchangers)
مبدل های حرارتی بر اساس :
1_ پیوستگی یا تناوب جریان
2_ فرآیندانتقال
3_ فشردگی یا تناوب جریان
4 _ نحوه ساختمان و مشخصات هندسی آن
5 _ درجه حرارت کارکرد
6_ سازوکار انتقال حرارت
7_ تعداد سیال
8_ آرایش جریان
دسته بندی می شوند.
انواع مبدل های حرارتی بر اساس نوع ساختمان و نحوه عملکرد :
1-مبدل های حرارتی لوله ایtube" heat exchanger-"
این نوع از مبدل ها که در صنعت کاربرد بیشتری دارند خود به چند دسته ی مختلف تقسیم بندی می شوند :
1_ تک لوله ای
2_ دولوله ای
3_ لوله مار پیچ
4_ چند لوله ای
5_ لوله پوسته

مبدل حرارتی دو لوله ای Double tube" heat exchanger-"
ساده ترین نوع مبدلی که در صنعت ساخته می شود مبدل حرارتی دو لوله ای است که به آن مبدل سنجاق سری نیز گفته می شود . که از دو لوله ی هم محور و به شکل U تشکیل شده است . در این نوع مبدل یکی از سیال ها از درون لوله و سیال دیگر از مجاری بین دو لوله عبور می کند و به این ترتیب عمل انتقال حرارت صورت می پذیرد .

از مزایای این نوع مبدل ها می توان به ساخت آسان و هزینه نسبتا کم ، محاسبات و طراحی آسان ، کنترل ساده جریان های سیال در دو مسیر ، نگهداری و تمیز کردن آسان و کاربرد در فشارهای زیاد اشاره کرد .
در صنعت معمولا برای سیالاتی که رسوب زا هستند از این نوع مبدل ها استفاده می شود .

مبدل های حرارتی لوله مارپیچ ("hellflow splral" heat exchanger)
این نوع ازمبدل های حرارتی از یک یا چند حلقه لوله مارپیچ تشکیل شده اند که ابتدا وانتهای این لوله مارپیچ به لوله اصلی ورودی و خروجی متصل می شود و محفظه ای اطراف آن را می پوشاند . معمولا جنس لوله های مارپیچ از فولاد کربن دار یا مس و آلیاژ های آن یا فولاد زنگ نزن و آلیاژهای نیکل می باشد .
معمولا ابعاد این دسته از مبدل ها در مقایسه با سایر مبدل های لوله ای کمتر است زیرا انتقال حرارت در مسیر های منحنی و پیچ دار بیشتر از مسیر مستقیم است .

از معایب و مزایای این نوع از مبدل ها می توان به موارد زیر اشاره کرد :
معایب :
1_ به دلیل کوچک بودن لوله مار پیچ تعمیر و جوشکاری آنها مشکل و زمان بر است
2_ بدلیل مارپیچ بودن لوله ها تمیز کردن انها عملا مشکل است
مزایا :
1_ راندمان بالا
2_ مونتاژ آسان
3_ مقاومت مکانیکی در مقابل انبساط و انقباض
4_ مناسب برای دبی های کم و بارهای حرارتی پایین

مبدل حرارتی مبدل حرارتی برای انتقال حرارت موثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می گردد. مبدل های حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه متبوع، خودرو، نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.

استاندارد های مرتبط
TEMA که توسط انجمن تولید کنندگان مبدل های لوله ای (امریکا) تدوین شده است. برای طراحی و ساخت مبدل های پوسته لوله ای مورد استفاده قرار می گیرد.
API 660 که توسط انجمن نفت امریکا تدوین شده است و برای طراحای و ساخت مبدل های پوسته لوله ای استفاده می گردند.
API 661 که توسط انجمن نفت امریکا تدوین شده است و برای طراحای و ساخت مبدل های هوا خنک استفاده می گردند.
ASME Sec VIII که برای طراحی مکانیکی مبدل ها حرارتی فشار بالا استفاده می گردد.
طراحی حرارتی، بررسی و شبیه سازی مبدلهای حرارتی پوسته و لوله
آیا مناسب ترین مبدل را برای کاربردتان طراحی می کنید؟
آیا اطمینان دارید که نتایج بدست آمده از آخرین تحقیقات در نرم افزار حرارتی مورد استفاده شما به کار گرفته شده است؟
آیا می توانید طراحی، بررسی و شبیه سازی تمام انواع مبدلهای پوسته و لوله شامل مبدل های دو لوله (Double Pipe) و ترموسیفون را به طور جامع در یک برنامه داشته باشید؟
با انتخاب TASC اطمینان بیشتری در طراحی تجهیزات و عملیات واحد دارید. در این نرم افزار از روش ها اختصاصی HTFS استفاده شده است که بر مبنای بیش از 30 سال تجربه و تحقیق استوار است.

توانایی ها
TASC به چهار روش مختلف مورد استفاده قرار می گیرد:
طراحی (Design)- طراحی حرارتی بر مبنای سطح یا هزینه بهینه با شرایط مشخص فرآیندی و محدودیت های ابعادی.
بررسی (Checking) – بررسی این مطلب که آیا مبدل موجود، بار حرارتی مورد نیاز را با در نظر گرفتن شرایط خاص ورودی و خروجی برآورده می کند یا خیر. در این حالت، نسبت سطح حرارتی موجود به سطح حرارتی مورد نیاز محاسبه می شود.

شبیه سازی (Simulation) – محاسبه شرایط خروجی و کارکرد مبدل براساس شرایط ورودی.
ترموسیفون (Thermosiphon) – محاسبه عملکرد Thermosiphon reboiler عمودی یا افقی، میزان جریان در گردش و افت فشار در لوله های ورودی و خروجی.
Click to enlarge.
کاربرد در فرآیند
TASC جریانهای فرایندی را در حالت های مختلفی مانند، تک جزئی یا مخلوطی از اجزا شامل مایعات یا گازهای تک فازی، مایعات در حال جوش، بخارهای در حال میعان (همراه یا بدون گازهای غیرقابل میعان) در هر حالت فیزیکی (بخار فوق گرم، بخار اشباع، فاز مایع اشباع یا فوق سرد) می پذیرد. این قابلیت بدان معناست که TASC ابزار عام و مشترک شرکت هایی است که در محدوده نفت، گاز، پتروشیمی، نیروگاهی و ساخت مبدل فعالیت دارند. این نرم افزار به طور گسترده در این زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد:
کندانسورها با Desuperheating و Cooling.
کندانسورهای پاره ای با جریانهای چند جزئی (Multicomponent partial condenser).

کندانسورها
جوش آورنده از نوع Kettle .
تبخیر کننده های Falling film.
مجموعه های چند پوسته، چند فاز Feed-effluent
جوش آورنده های از نوع Thermosiphon.
مشخصات فنی و توانایی ها
نمایش نمایی از مبدل و ارائه برگه های اطلاعاتی به فرم استاندارد TEMA با اطلاعات خروجی. قابلیت ورود اطلاعات به فرم جداول اطلاعاتی TEMA
نوع جریان : تک فازی، در حال جوش و میعان .
قابلیت قبول مبدلهای سری – موازی تا 12 پوسته به صورت سری و هر تعداد به صورت موازی.

پوسته های نوع X.,K, J, H, G, F, E طبق استاندارد TEMA.
مبدل های دو لوله ای و چند لوله ای از نوع Hairpin.
واحدهای افقی یا عمودی.
لوله های ساده یا پره کوتاه.
داشتن پایگاه داده ها برای لوله های پره کوتاه.
تیغه ها (baffles) یک یا دو تکه ای، بدون لوله در روزنه (no tubes in windows)، تیغه های میله ای (rod baffles) و مبدل های بدون تیغه.
تجزیه و تحلیل ارتعاش، پایداری جریان برای جوش آورنده های نوع Thermosiphon.
دادن اطلاعات ورودی در سیستم SI ، متریک یا انگلیسی.& nbsp;
اتصال کامل و دو طرفه به نرم افزار شبیه سازی فرایندی HYSYS .
قابلیت ارتباط با نرم افزارهای شبیه سازی فرایندی HYSIM و ASPEN-PLUS.

تولید فایل های با فرمت DXF ، برای استفاده در نرم افزارهای گرافیکی کاربردی نظیر AutoCAD.
بسته نرم افزاری برای محاسبه هزینه با قابلیت تغییر بر مبنای هزینه مواد و نیروی کار مورد نظر.
Click to enlarge.
خواص فیزیکی
تغییر خواص با دما و فشار به طور کامل در محاسبات TASC منظور می گردد. کاربر می تواند خواص فیزیکی سیال را مشخص کرده یا آن را از بسته نرم افزاری فرایندی یا بسته نرم افزاری تعیین خواص، استخراج و به برنامه دهد و یا اجازه دهد TASC خود از ترکیبات مخلوط داده شده این خواص را محاسبه نماید.
بررسی ارتعاش ناشی از جریان
رتعاش در مبدل های حرارتی پوسته و لوله ممکن است باعث بروز مشکلات عملیاتی حاد، کاهش تولید به دلیل کاهش میزان جریان (برای دوری جستن از ارتعاش) و کاهش زمان عملیاتی به دلیل خسارات سنگین به وجود آمده گردد. TASC به طور دقیق و بر مبنای روش های عملا امتحان شده و معتبر، مسائل مربوط به ارتعاش احتمالی ناشی از جریان های گازی مایع، یا دو فازی سمت پوسته را شناسایی می کند.

خروجی
در خروجی TASC از قابلیت انعطاف پذیری و راحتی کار در محیط TASC برای تجزیه و تحلیل شکل هندسی و مشخصات تفصیلی کارکرد مبدل استفاده گردیده است. محیط گرافیکی و توانایی تمرکز موجود در نرم افزار باعث افزایش توانایی تجزیه و تحلیل گرافیکی اطلاعات خروجی و قابلیت بررسی دقیق بی نظمی های موجود در اطلاعات عملکردی می گردد. خروجی TASC شامل :

اطلاعات تفصیلی طرح بهینه (در حالت Design) یا طرح موجود (در حالت های Simulation یا Checking) از جمله وزن های تقریبی مبدل و جدول طرح های ممکن دیگر (در حالت Design)

برگه اطلاعاتی بر طبق استاندارد TEMA با اطلاعات تفصیلی مبدل.

نقشه جزئیات هندسی مبدل.
اطلاعات جامع در مورد افت فشار در پوسته و لوله، توزیع جریان در پوسته و شرایط بین پوسته های به هم متصل.
تغییر دما و ضریب انتقال حرارت در طول مبدل (در حالت Simulation یا Checking) شامل دمای فلز لوله به تفصیل.
تجزیه و تحلیل ارتعاش بهمراه شناسایی دلایل آن.
فایل های با فرمت DXF برای استفاده در برنامه های گرافیکی کاربردی.
فایل های INTOUT برای ارتباط خودکار با پایگاه داده ها و سایر برنامه های کاربردی .
فایل ورودی داده ها برای نرم افزار OPTU.

مبدل های حرارتی
طراحی و ساخت مبدل های حرارتی در ظرفیت های مختلف نیز در برنامه کار شرکت صنایع کوره ایران قرار دارد ، ما تاکنون برای صنایع مختلف مبدل های هوای گرم ، مبدل های دسته لوله ، مبدل های ایرسیل و فایرتیوپ های مختلفی طراحی و اجراء نموده ایم ، طراحی و اجرای مبدل های حرارتی مورد نیاز در صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی نیز در برنامه تولید این شرکت قرار دارد.

منبع
Perry, Robert H. and Green, Don W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6th Edition, McGraw-Hill