مقدمه
مبدل های گرمای پوسته ای و لوله ای دارای متنوع ترین شکل ها ، در بین مبدل های گرمایی می باشند. این مبدل ها در صنایع فرآیندی ، در نیروگاه های بخار و هسته ای بعنوان چگالنده ، در مولدهای بخار نیروگاه های با رآکتور آب تحت فشار ، در گرمکن های آب تغذیه ، و در برخی سیستمهای تهویه مطبوع و تبرید استفاده میشوند .
مبدلهای حرارتی پوسته و لوله از ساده ترین دستگاه هایی میباشد که دارای قطعات متحرک نمی باشند و بر اساس انتقال حرارت از یک سیال و یا بخار که از داخل لوله ها جریان دارد با سیال دیگری که در فضای بیرون لوله ها ( در داخل پوسته ) قرار گرفته صورت میگیرد.
در تعیین چیدمان مکانیکی و برای رسیدن به یک انتقال حرارت خوب بین دو سیال و یا بخار بایستی چهار نکته اساسی مد نظر قرار گیرد:
- توجه به انبساط حرارتی دیفرانسیلی بین تیوب و پوسته
- ترتیب عبور سیال از میان لوله ها
- جریان سیال در طرف پوسته
- ملاحظه نحوه سرویس و باز نمودن مبدل
1- انبساط حرارتی دیفرانسیلی:
از آنجائیکه درجه حرارت سیال داخل لوله متفاوت از درجه حرارت سیال داخل پوسته میباشد لذا این باعث ایجاد انبساط متفاوت تیوب ها و پوسته میگردد که بایستی در طراحی تمهیداتی جهت جبران آن بصورت زیر پیش بینی گردد:
الف ) طراحی بصورت لوله های U شکل :
در مبدلهای بصورت ( U تیوب) لوله ها بصورت سنجاق سر خم شده و دوسر لوله ها به تیوب شیت اکسپند شده اند که در این تیپ لوله ها به آسانی و بدون وابسته بودن به پوسته انبساط یافته و مشکلی در انبساط لوله و پوسته بوجود نمی آید
ب) طراحی بصورت تیوب شیت متحرک :
در این نوع مبدل یکی از تیوب شیت ها بصورت ثابت و تیوب شیت دیگر بصورت متحرک می باشد که در این نوع مبدل انبساط لوله ها به آسانی قابل جبران است و مشکلی از نقطه نظر انبساط وجود ندارد.
ج ) طراحی بصورت تیوب شیت های ثابت:
در این نوع مبدل لوله ها به تیوب شیت هایی که خود به پوسته جوشکاری شده اند متصل میشوند که در این نوع مبدل میتوان با قراردادن انبساط گیر در وسط پوسته و جوشکاری آن به پوسته تغییرات انبساط را جبران نمود.
2- ترتیب عبور سیال از داخل لوله ها:
ساده ترین الگوی جریان ، جریانی است که سیال از یک طرف لوله ها وارد و از طرف دیگر خارج میشود که این نوع تیوب باندل را یک پاسه میگوئیم که این نوع باندل در بعضی از فرآیندها کاربرد دارد ولی خیلی کم مورد استفاده قرار میگیرد.
جهت افزایش مقدار انتقال حرارت بایستی مقدار سرعت جریان را در داخل لوله ها بالا برد وآن نیز با افزایش تعداد پاسها ( با قراردادن صفحات پارتیشن ) در ورودی لوله ها عملی میگردد.
در باندلهای با تیوب شیت ثابت میتوان چندین صفحه پارتیشن را در دو طرف ورودی و خروجی تیوب شیت ها قرار داد.
3- جریان سیال طرف پوسته:
الف ) ساپورت لوله ها :
با توجه به اینکه بالا بودن طول لوله ها و پائین بودن قطر آنها در مبدلهای پوسته و لوله ای باعث خم شدن لوله ها میگردد جهت جلوگیری از شکم دادن لوله ها و کاهش ارتعاش در باندلهای بلند بایستی صفحات نگهدارنده لوله ها در فواصلی در طول تیوب باندل قرار گیرد.
ساپورت لوله ها مقداری تاثیر در جریان طرف پوسته دارد ولی اساساً نقش نگهداری لوله ها در تیوب باندل را عهده دار است.
ب ) بافل ها :
جهت اصلاح شرایط جریان در طرف پوسته کاربرد دارد و باعث رسیدن به ضریب انتقال حرارت مناسب در طرف پوسته میشوند.
بدون وجود بافل ها جریان از یک طرف پوسته وارد شده در داخل تیوب باندل پخش شده و بصورت جریان موازی و با سرعت کم از طرف دیگر مبدل خارج میشود و انتقال حرارت خوب انجام نمی گیرد.
4- ملاحظه نحوه سرویس و باز نمودن مبدل
الف ) ملاحظات سرویس و نگهداری:
در طراحی مبدلها بایستی سرویس و نگهداری مد نظر قرار گیرد تا بتوان بآسانی نسبت به تعمیر و سرویس مبدل اقدام نمود از جمله سیال رسوب گذار را در داخل لوله ها در نظر گرفت تا بتوان بآسانی نسبت به برس زدن و تمیزکاری داخل لوله ها اقدام نمود.
ب ) ملاحظات نصب و کاربرد مبدلها:
با رعایت مواردی میتوان از مبدلها استفاده بهینه نمود که بعضی از این موارد بشرح ذیل می باشد:
- سیال با دمای بالا را در طرف پوسته ( بیرون لوله ها ) و آب سردکننده در داخل لوله ها منظور گردد.
- اگر از شیر رگولاتور اتوماتیک آب استفاده مینمائید آن را در ورودی آب مبدل قرار دهید و سیستم لوله کشی آب خروجی را طوری در نظر بگیرید که مبدل همیشه پر آب باشد و همینطور پروب درجه حرارت را در طرف هدرهای مبدل نصب نمائید.
- بر روی مبدل بایستی بوشن هایی جهت تخلیه سیال طرف پوسته و طرف لوله در نظر گرفته شود و همینطور بوشن هایی جهت هواگیری منظور گردد.
- در صورت استفاده از آب شهر و جهت جلوگیری از پرشدن مبدل با لجن و ناخالصی های دیگر حتماً از یک صافی در ورودی مبدل استفاده نمائید.
- مبدلهایی با تیوب باندل فیکس جهت بخار توصیه نمی شود و در اینگونه موارد مبدل با تیوب باندل متحرک پیشنهاد میشود.
- لوله کشی های مبدل بایستی بصورت مناسب ساپورت شده تا از وارد شدن فشار اضافی به بوشن های ورودی و خروجی مبدل جلوگیری گردد و در صورت وجود ارتعاشات اضافی قرار دادن لرزه گیرها توصیه میگردد.
- وقتی که پوسته مبدل را باز میکنید کسگت ها را تعویض نمائید . جهت جلوگیری از خوردگی و اطمینان از آب بندی بر روی کسگت ها روغن بمالید.
- در مدلهای استاندارد نمی توان از آب نمک استفاده کرد ، برای اینگونه مبدل میتوان ( برای مثال) از لوله ها و تیوب شیت های کاپرنیکل ۹۰/۱۰ استفاده نمود و همینطور برای آبهای شور نیز بایستی از مواد مخصوص استفاده نمود.
- موقعی که از آندهای روی (Zn) برای موارد خاص استفاده میگردد دو هفته پس از استارت مبدل آنها را مورد بازبینی قرار دهید و در این مدت با بازبینی چشمی آند و تعیین خوردگی آن فاصله بازدیدهای بعدی و کنترل آن مشخص میشود و موقعی که ۷۰% حجم آند خورده شد آن را تعویض نمائید.
- با تخلیه آب مبدلها آنها را از یخ زدن در دمای زیر صفر درجه محافظت نمائید.
- محفظه روغن مبدل ممکن است با لجن پر شود و نیاز به تمیزکاری باشد. پیشنهاد میگردد که محفظه روغن با یک حلال تجاری پر شده و پس از نیم ساعت با یک جریان معکوس مبدل حلال شسته شود تا لجن ها تمیز گردد و در صورت نیاز شستشو را ادامه دهید.
- بعضی وقتها نیاز به تمیزکاری لوله های کولینگ از آلودگی ها و رسوبات میباشد که پیشنهاد میگردد با مخلوط ۵۰% جوهر نمک و آب ( دارای مواد ضد خوردگی آهن و فلزات ) استفاده نمائید و جهت تأثیر بهتر میتوانید از فرچه هایی که بر روی لوله ها خش ایجاد نکنند جهت شستشو استفاده نمائید و پس از اتمام کار میتوانید با یک خنثی کننده محیط را خنثی و پس از شستشوی کامل دوباره مبدل را وارد مدار نمائید.
◄ و در آخر یه فایل PDF از مقاله ای که در این باره جمع آوری کردم قرار میدم ، که به طور مفصل (در84 صفحه‼) به موضوع طراحی مبدل های حرارتی Shell & Tube پرداخته شده است.
