دوره آموزشی مبانی، طراحی و بهره برداری مبدلهاي حرارتي صنعتی

دستگاهی که دمای سیالات(گاز یا مایع) را به یکدیگر انتقال می دهد، مبدل گرمایی یا مبدل حرارتی (غلط مصطلح از مبادله‌کننده حرارتی) (به انگلیسی: Heat exchanger) نامیده می‌شود.

انتقال دما به دلیل اختلاف دمای سیالات با یکدیگر اتفاق می‌افتد و به صورت همزمان از بیش از دو سیال مایع یا گاز در مبدلهای گرمایی می‌توان استفاده کرد. منبع گرمایشی در مبدل حرارتی، سیال گرم است.

در انواع مبدل حرارتی، تبادل دما به شیوه‌های مختلفی انجام می‌شود. گرم کردن سیال با دمای پایین‌تر، خنک ‌کردن سیال گرم و نیز امکان، تبادل انرژی حرارتی میان سیالات، دفع حرارت به محیط و یا خنک کردن و گرم کردن یک فضا، به وجود می‌آید.

مبدل های گرمایی بخش مهمی از اغلب سیستم ها و تاسیسات حرارتی، برودتی، انرژی و حمل و نقل هستند.

مبدل‌های حرارتی در نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع فرآیندی، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع، سیستم‌های تبرید و کاربردهای فضایی و… به‌کار گرفته  و در دستگاه‌های مختلف نظیر دیگ بخار‌، مولد بخار‌، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده‌ها‌، برج خنک کن‌، پیش‌گرم‌کن فن کویل‌، خنک‌کن و گرم‌کن روغن‌، رادیاتور‌ها‌، کوره‌ها و … کاربرد فراوان دارند‌.

تبادل حرارت در مبدل‌های گرمایی، در حالت‌های مایع – مایع، گاز – گاز و مایع – گاز صورت می‌گیرد. در برخی از مبدل‌های حرارتی، امکان حضور بیشتر از دو سیال نیز وجود دارد.

در اغلب مبدل های گرمایی بین دو محیط تبادل گرما انجام می شود ولی وسایلی نیز وجود دارند که در آن انتقال جرم نیز صورت می گیرد.

آرایش جریان در مبدل های حرارتی :

1. مبدل های حرارتی با جریان همسو Cocurrent  flow

جهت جریان سیال سرد و گرم، هم جهت و به صورت موازی است.  در واقع هر دو سیال، از یک سمت وارد مبدل می شوند، در یک جهت جریان می یابند و از یک سمت خارج می شوند.

2. مبدل های حرارتی با جریان غیر همسو Countercurrent flow

 دو سیال در خلاف جهت یکدیگر، در یک راستا حرکت می کنند. در شرایط یکسان، مبدل های غیر همسو از سطح انتقال حرارت کم تری برخوردارند.

3. مبدل های حرارتی از نوع جریان متقاطع (عمود بر هم)   Cross flow

 جهت جریان سیال های سرد و گرم، به صورت متقاطع  (عمود برهم) است. بسته به نوع طراحی این نوع مبدل، می توانند دو سیال مخلوط شوند و یا نشوند.

4. جریان چندگذر multi pass:

که در آنها جریان های دو سیال به صورت چندتایی در مبدل چیده شده اند.

استاندارد TEMAمبدل حرارتی پوسته و لوله‌ای (Shell and Tube Heat Exchanger )

TEMA مخفف Tubular Exchangers Manufacturers Association به معنای انجمن تولیدکنندگان مبدل های لوله ای است. و مجموعه‌ای از استانداردها است که توسط اعضای کمیته فنی TEMA تنظیم شده اند. این استانداردها سبک مبدل حرارتی و تلرانس ماشین‌کاری و مونتاژ را تعریف می‌کنند. یکی از مزایای انتخاب تولیدکننده‌ای که مبدل‌هایش را مطابق با مشخصات TEMA می‌سازد این است که خریدار مطمئن است محصولی که می‌خرد بر اساس مشخصات و معیارهای مشخصی ساخته، دریافت و نصب می‌شود.

انواع مبدل‌های حرارتی:

• مبدل حرارتی لوله‌ای (Tube Type Heat Exchanger)
• مبدل حرارتی پوسته و لوله‌ای (Shell and Tube Heat Exchanger )
• براساس استاندارد TEMAسه ترکیب اصلی وجود دارد :
• مبدل حرارتی سر ثابت (Fixed Tube Sheet Heat Exchanger)
•  مبدل حرارتی سر شناور (Floating Head Type Heat Exchanger)
• مبدل حرارتی با لوله‌های U شکل (U – Tube Heat Exchanger)
•  طبق این استاندارد انواع در پوش جلویی از نوع A,B,C,D,N,Y انواع پوسته از نوع E,F,G,H,J,K انواع در پوش انتهایی L,M,N,P دسته بندی شده است.
• نوع E بدلیل سادگی و ارزانی، رایجترین نوع پوسته میباشد که پوسته تک گذر نامیده می‌شود.

مبدل حرارتی دو لوله‌ای(Two-Pipe heat exchanger) (Double Pipe Heat Exchanger) و سنجاقی  (Hairpin Heat Exchanger)

مبدل حرارتی لوله‌ای مارپیچی (Spiral Tube Heat Exchanger )

دسته لوله ها (Tube Bundles):

  مبدل مارپیچی) (Helical Heat Exchanger

انواع مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای (Plate Type Heat Exchanger ) یا Plate & Frame Heat Exchanger

مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار (Gasket Plate Heat Exchanger)

مبدل حرارتی صفحه ای لحیم کاری شده (Brazed Plate Heat Exchanger)

مبدل حرارتی صفحه ای جوشکاری شده(Welded Plate Heat Exchanger)

مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشکاری شده (Semi-welded Plate Heat Exchanger)

مبدل حرارتی صفحه ای جوشی بَوِکس (Bavex‌ Plate Heat Exchanger)

مبدل حرارتی صفحه ای با شکاف عریض

مبدل حرارتی صفحه ای دو جداره ای

مبدل حرارتی صفحه‌ای مارپیچ یا حلزونی (Spiral Plate Heat Exchanger)

 مبدل حرارتی لاملا (Lamella Heat Exchanger)

مبدل حرارتی صفحه بالش (Pillow plate Heat Exchanger)

مبدل حرارتی با چرخه آدیاباتیک (Adiabatic wheel Heat Exchanger)

مبدل حرارتی صفحه پوسته (Plate and shell Heat Exchanger)

• مبدل های لوله ای فین دار (پره دار):
• مبدل حرارتی لوله‌ای پره دار (Fin Tube Heat Exchanger)
• مبدل حرارتی صفحه‌ای پره دار (Fin Plate Heat Exchanger)
•  مبدل حرارتی با سطوح پره دار (Fin Type Heat Exchanger)
• مبدل حرارتی لوله ای فین دار (Fin based Heat Exchanger)
• مبدل حرارتی هوا خنک یا پره دار (Air-Cooled Heat Exchangers) (Air Cooler)
• مبدل حرارتی پره ای یا هوا خنک(Blade Heat Exchanger or cool air)
•  مبدل حرارتی: Regenerative
• مبدل حرارتی بازیاب (Regenerative Heat Exchangers )
• بازیاب های دوار (rotary regenerators Heat Exchangers)
• بازیاب شبکه ثابت (fixed matrix regenerator  Heat Exchangers)
• بازیاب در ابعاد میکرو (micro scale regenerative Heat exchanger)
• مبدل حرارتی اختلاطی (Mixing Exchanger Heat Exchangers )

فرا مبدل‌ها:برخی تجهیزات از جمله Fired Heaters، انواع بویلر، Cooling Tower ها و … هم در واقع مبدل‌های حرارتی و قابل بررسی در دسته‌بندی‌های جداگانه هستند.