مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله(به انگلیسی: Shell and tube heat exchanger) 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 کرده و بخار داغ بر روی لوله‌ها و درون پوسته جریان پیدا می کند.

تعداد زیاد این لوله‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌کند، موجب انتقال حرارت بخار به مایع داخل لوله شده و مایع را به جوش می‌آورد.

انواع مبدل‌ها

مبدل‌های حرارتی بر اساس شکل، کابرد، محل نصب و بسیاری پارامترهای دیگر طراحی می‌شوند. در نتیجه می‌توان آن‌ها را بر اساس این ویژگی‌ها در دسته‌بندی‌های مختلف قرار داد. در نمودارهای زیر دسته‌بندی انواع مبدل‌ها بر اساس آرایش جریان در داخل مبدل و ساختار کلی مبدل و جایگاه مبدل پوسته و لوله در هر دسته‌بندی قابل مشاهده است:

بر اساس ساختار

• Tubular 

1. پوسته و لوله
2. double-pipe
3. spiral tube
4. pipecoils

• plate type

1. plate
2. spiral
3. lamella
4. platecoils

• extended-surface

1. plate-fin
2. tube-fin    

• regenerative

1. rotary
2. fixed-matrix

در مبدل های پوسته و لوله، تعداد یک یا دسته ای از لوله های فلزی (تیوب) در داخل یک لوله ی بزرگتر (شل یا پوسته)قرار می گیرند، تیوب ها یا از یک طرف پوسته و یا از دو سر آن توسط صفحه ای گرد و حفره دار جمع آوری می شوند که این صفحه در حقیقت عمل هدر یا جمع آوری سیال داخل تیوب ها را انجام میدهد که به آن تیوپ شیت نیز گفته میشود.

اگر شکل تیوب بصورت U باشد هر دو سر تیوب ها در یک طرف پوسته قرار گرفته و از یک صفحه ی جمع کننده استفاده میشود و اگر مستقیم باشد از یک طرف پوسته ورودی و از انتهای آن خروجی در نظر گرفته می شود.

پوسته مبدل حرارتی در واقع لوله ای است با طول مشخص که تیوب ها در آنجا داده می شود و خود نیز داری ورودی و خروجی بوده که معمولاً به صورت عرضی روی آن قرار دارد. بدین ترتیب دو سیال قرار گرفته در داخل مجموعه اختلاطی با هم ندارند و صرفا از طریق دیواره تیوب های فلزی (مس، آلومینیوم، استیل، تیتانیوم و …) تبادل حرارت میکنند.

مبدل پوسته لوله به شکل های گوناگون در صنعت تولید می شود که کلی ترین آنها در 3 شکل U تیوب، تیوب مستقیم و اسپیرال قرار می گیرد.

مبدل حرارتی مدل اسپیرال این تفاوت را دارد که تیوب های آن در داخل پوسته به شکل مارپیچی دور هم پیچیده شده و بدین ترتیب سطح تماس بیشتر و راندمان بالاتری نسبت به حالت معمول دارند.

منبع : مبدل حرارتی پوسته و لوله از سایت ویکی پدیا

انتخاب مناسب ترین مبدل حرارتی

در حالی که طیف گسترده ای از مبدل های حرارتی در دسترس هستند ، مناسب بودن هر نوع (و طراحی آن) در انتقال گرما بین مایعات بستگی به مشخصات و الزامات کاربرد دارد. این عوامل تا حد زیادی طراحی بهینه مبدل حرارتی مورد نظر را تعیین می کنند و بر رتبه و محاسبات اندازه مربوطه تأثیر می گذارند.

برخی از عواملی که متخصصان صنعت هنگام طراحی و انتخاب مبدل حرارتی باید در نظر داشته باشند عبارتند از:

• نوع مایعات ، جریان سیال و خواص آنها

• خروجی های حرارتی مورد نظر

• محدودیت اندازه

• هزینه ها

نوع سیال ، جریان و خواص

نوع خاص مایعات مانند هوا ، آب ، روغن ، و غیره - و خصوصیات فیزیکی ، شیمیایی و حرارتی آنها - از جمله فاز ، دما ، اسیدیته یا قلیایی ، فشار، سرعت جریان و غیره - در تعیین جریان کمک می کند. پیکربندی و ساخت و ساز مناسب برای آن برنامه انتقال حرارت خاص است.

به عنوان مثال ، اگر مایعات خورنده ، درجه حرارت بالا یا مایعات با فشار زیاد درگیر باشند ، طراحی مبدل حرارتی باید قادر به تحمل شرایط تنش بالا در طی فرآیند گرمایش یا سرمایش باشد. یکی از روش های تحقق این الزامات با انتخاب مصالح ساختمانی است که دارای خواص مورد نظر می باشند: مبدلهای حرارتی گرافیتی دارای رسانایی حرارتی بالا و مقاومت در برابر خوردگی هستند ، مبدلهای حرارتی سرامیکی می توانند درجه حرارت بالاتر از نقاط ذوب فلزات متداول و مبدلهای حرارتی پلاستیک را کنترل کنند.جایگزین کم هزینه ای را ارائه می دهد که دارای درجه ای از مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی است.

روش دیگر با انتخاب طرحی مناسب برای خواص سیال است: مبدلهای حرارتی صفحه ای قادر به انتقال مایعات با فشار متوسط ​​تا متوسط ​​اما در سرعت بالاتر از انواع دیگر مبدلهای حرارتی هستند و تبادل گرما دو فاز هنگام کار با مایعات ضروری است. یک تغییر فاز در کل فرآیند انتقال حرارت. سایر خصوصیات جریان سیال و سیال که متخصصان صنعت ممکن است هنگام انتخاب مبدل حرارتی به خاطر داشته باشند عبارتند از ویسکوزیته سیال ، خصوصیات رسوب ، محتوای ذرات و وجود ترکیبات محلول در آب.

خروجی های حرارتی

خروجی حرارتی مبدل حرارتی به میزان گرمای منتقل شده بین مایعات و تغییر دمای مربوطه در پایان فرآیند انتقال حرارت اشاره دارد. انتقال گرما در مبدل حرارتی منجر به تغییر دما در هر دو مایعات می شود ، دمای یک سیال به محض خارج شدن گرما کاهش می یابد و با افزودن حرارت ، دمای مایعات دیگر افزایش می یابد. خروجی حرارتی مطلوب و میزان انتقال حرارت به تعیین نوع و طراحی بهینه مبدل حرارتی کمک می کند زیرا برخی از طرح های مبدل حرارتی نرخ انتقال بخاری بیشتری را ارائه می دهند و می توانند درجه حرارت بالاتر از سایر طرح ها را تحمل کنند ، البته با هزینه بالاتر.

محدودیت اندازه

پس از انتخاب نوع مطلوب مبدل حرارتی ، یک اشتباه معمول در خرید یک مورد که برای فضای فیزیکی داده شده بسیار بزرگ است. اغلب اوقات ، خرید دستگاه تبادل گرما در اندازه ای که فضای بیشتری را برای گسترش یا اضافه کردن آن فراهم می کند ، محتاط تر است و نه انتخاب دستگاهی که فضا را به طور کامل در بر بگیرد. برای برنامه های کاربردی با فضای محدود مانند هواپیماها یا اتومبیل ها ، مبدل های حرارتی جمع و جور کارایی انتقال حرارت بالا را در راه حل های کوچکتر و سبک تر ارائه می دهند. مشخصه ای از سطح انتقال حرارت زیاد به نسبت حجم ، چندین نوع از این دستگاههای تبادل گرما در دسترس هستند ، از جمله مبدلهای حرارتی صفحه جمع و جور. به طور معمول، این دستگاه ها از ویژگی های نسبت ≥700 متر 2 / متر 3 برای برنامه های کاربردی گاز به گاز و ≥400 متر 2 / متر 3 برای برنامه های کاربردی مایع به گاز.

هزینه ها

هزینه مبدل حرارتی نه تنها قیمت اولیه تجهیزات بلکه هزینه های نصب ، بهره برداری و نگهداری از طول عمر دستگاه را نیز شامل می شود. اگرچه لازم است مبدل حرارتی را انتخاب کنید که به طور مؤثر الزامات برنامه ها را برآورده کند ، همچنین لازم است که هزینه های کلی مبدل حرارتی انتخاب شده را در نظر داشته باشید تا بهتر تشخیص دهید که آیا دستگاه ارزش سرمایه گذاری دارد یا خیر. به عنوان مثال ، مبدل حرارتی در ابتدا گران اما با دوام تر ممکن است منجر به هزینه های نگهداری کمتر و در نتیجه هزینه های کل کمتر در طی دوره های چند ساله شود ، در حالی که مبدل حرارتی ارزان تر ممکن است در ابتدا ارزانتر باشد اما در همان مدت زمان به چندین تعمیر و تعویض نیاز دارد. 

عملکرد انواع پمپ سیرکولاتور

پمپ سیرکولاتور برای گردش مایعات در سیستم های گرمایش تجاری ، سبک تجاری و مسکونی طراحی شده است. در سیستم های پمپ چدنی برای سیستم های بسته یا محفظه های استیل ضد زنگ برای سیستم های آب گرم یا خانگی قابل استفاده است.
با استفاده از پمپ سیرکولاتور می توانید نگرانی در مورد تنظیمات پیچیده پمپ را متوقف کنید. به سادگی پمپ را نصب کرده تا به طور خودکار سیستم گرمایش را تجزیه و تحلیل می کند ، تنظیم بهینه را پیدا می کند و عملکرد خود را به سمت تغییر تقاضا ادامه می دهد. با استفاده از طراحی موتور آهنربای دائمی خود ، این دستگاه گردش انرژی کارآمد باعث کاهش مصرف انرژی تا 80٪ می شود. تضمین کمترین مصرف انرژی ممکن بدون آسیب رساندن.
همیشه مطمئن باشید که پمپ هرگز بدون مایع در سیستم کار نمی کند چون این عمل موجب کاهش عمر دستگاه می شود.
پمپ سیرکولاتور بسته به نیاز شما شامل پمپ سیرکولاتور از جنس چدن ، برنز یا فولاد ضدزنگ است.
انواع پمپ سیرکولاتور از کوچک تا متوسط معمولا به طور کامل توسط فلنچ لوله هایی که آنها را به بقیه لوله کشی متصل می کنند نگه داشته می شوند. پمپ های بزرگتر معمولا بصورت رزوه ای متصل می شوند.

پمپ سیرکولاتور را می توان بر روی یک دیگ بخار گرم یا گرمکن هیدرولیک نصب کرد.

پمپ سیرکولاتور فقط یک دستگاه جابجایی آب است و نه بالابر آب . سیستم گرمایش هیدرونیکی با تکیه بر فشار آب شروع شده در سیستم گرمایشی به منظور فراهم آوردن آسانسور کافی جهت دریافت آب گرمایش داخل تخته های پایه، کنوکتورها یا رادیاتورها در طبقات فوقانی ساختمان قرار دارد.
ضروری است هنگام نصب پمپ سیرکولاتور، اندازه مناسب پمپ برای مقدار جریان مورد نیاز حلقه انتخاب شود. پمپ های زیاد باعث ایجاد مشکل در جریان می شوند و باعث ایجاد کارایی در سیستم می شوند. سرعت بیش از حد باعث ایجاد مشکلات جریان می شود ، که باعث می شود حلقه به درستی گرم نشود و دیگ بخار بی رویه آتش نشود. این می تواند تفاوت زیادی در مصرف سوخت باشد.
نصب پمپ سیرکولاتور بصورت عمودی و افقی مشروط بر اینکه شفت در راستای افق باشد امکان پذیر می باشد. و قابل استفاده برای نصب مستقیم بر روی خطوط لوله در سیستم های سرمایشی، گرمایشی موتورخانه و تهویه مطبوع می باشد.
ظرفیت گرمایی قابل تحمل این پمپ ها دامنه ای بین 10- تا 130+ می باشد.

عملکرد پمپ سیرکولاتور

یک پروانه در تمامی پمپ ها تعبیه شده که به وسیله موتور درون محفظه در حال چرخش می باشد که موجب می شود سرعت آب در درون محفظه به آرامی کم شده و بر اثر این کاهش انرژی، بخشی از انرژی جنبشی تبدیل به پتانسیل (فشار استاتیکی که در واقع هد پمپ می باشد) خواهد شد و در نتیجه خروج آب از سمت دهانه پمپ صورت خواهد گرفت.

انواع پمپ سیرکولاتور

پمپ سیرکولاتور خطی (inline) : پمپ های سیرکولاتور خطی در خط لوله قرار گرفته و دارای ورودی و خروجی یکسان و در یک راستا می باشد که در دو نوع کوپلینگ دار و بدون کوپلینگ تولید می شوند. 
پمپ سیرکولاتور زمینی : پمپ سیرکولاتور زمینی با میزان دبی و هد بالاتر، از موتور و پمپ بزرگ تری نیز برخوردار می باشند. از این رو نصب این نوع از موتور پمپ ها با توجه به وزن بالایی که داشته بایستی روی زمین صورت می گیرد.

اجزای پمپ سیرکولاتور خطی

• الکتروموتور
• شفت 
• یاتاقان
• کاسه نمد
• کوپلینگ
• پروانه

کاربرد پمپ سیرکولاتور

از کاربردهای پمپ های سیرکولاتور می توان به استفاده در سیستم گردش آب پکیج های گرمایشی، برگشت آب گرم مصرفی، مخازن آب گرم مصرفی و … اشاره نمود.
پمپ سیرکولاتور دارای قابلیت کاربری در انواع دما، فشار و انتقال سیالات مختلف را دارا می باشد.

راهکارهایی برای بهبود و بالا بردن توان گرمایش رادیاتور

• یک تخته عایق کف را نصب کنید تا گرما در اتاق به دام بیفتد.

عایق بندی ضعیف در دیوار منجر به اتاق سرد می شود حتی وقتی رادیاتور شما به درستی کار کند. یک ورق عایق پوشانده شده از آلومینیوم را از یک طرف انتخاب کنید. ورق را در مقابل دیوار با قسمت آلومینیومی که رو به رادیاتور قرار دارد تنظیم کنید. این یک راه حل زیبا نیست ، اما بهتر از تلاش برای تعمیر یک دیوار کامل در وسط زمستان است. 

1. به جای خرید آن ، عایق خود را بسازید. برای بریدن یک تکه عایق کف حداقل به اندازه رادیاتور از یک چاقوی ابزار استفاده کنید. سپس فویل آلومینیومی را روی آن چسب بزنید.
2. ترفند عایق برای درها و پنجره های مجاور که اجازه می دهد در پیش نویس ها نیز کار کنند ، کار می کند. عایق گرما را جذب می کند و آن را مجدداً به اتاق شما هدایت می کند.

• در صورت داشتن سیستم 1 لوله ، دریچه ترموستاتیک را بر روی دریچه نصب کنید.

بیشتر رادیاتورها دارای یک لوله واحد هستند که هم آب سرد و هم آب را منتقل می کند. این سیستم ها غالباً دارای دریچه دریچه کوچک هستند که کنترل گرما زیادی ارائه نمی دهد. با یک کارشناس گرمایشی یا لوله کش تماس بگیرید تا آنها را مجبور به نصب شیر جدید بر روی دریچه کنید. این باعث می شود رادیاتور شما بسیار کارآمد تر شود. 

• اگر رادیاتور شما ناکارآمد است ، اندازه رادیاتور متفاوت را انتخاب کنید.

اندازه رادیاتور مورد نیاز شما به عوامل مختلفی بستگی دارد که به خانه شما بستگی دارد. ابتدا اتاق مورد نظر خود را برای گرم کردن انتخاب کنید و سپس محاسبه کنید که منطقه چقدر بزرگ است. اتاق خواب 15 در 23 × 23 در (38 سانتی متر × 58 سانتی متر) از کوچکترین رادیاتور ممکن بهره می برد ، در حالی که مناطق بزرگتر مانند اتاق های نشیمن نیاز به چیزی بزرگتر و قوی تر دارند.
ویژگی های اتاق تغییر می کند. رادیاتورها گرما را نسبت به دیوارهای خارجی ، عایق ضعیف یا درها و پنجره ها از دست می دهند. فرش و مبلمان گرما را جذب می کنند و آن را در اتاق نگه می دارند.

• برای گرم کردن اتاق های بزرگتر ، یک رادیاتور اضافی نصب کنید.

برای گرم کردن هر اتاق به رادیاتور جداگانه احتیاج دارد. برخی از اتاق ها برای گرم نگه داشتن نیاز به کمک بیشتری دارند. به عنوان مثال ، رادیاتورها را بر روی دیوارهای مخالف قرار دهید و احساس کنید که هنگام گرما به سمت مرکز اتاق ، لکه های سرما از بین می روند.
استفاده از رادیاتورهای متعدد نیاز به رادیاتورهای بزرگ و حجیم را برطرف می کند.

• برای قابلیت حمل در رادیاتور برقی وصل کنید.

بیشتر رادیاتورهای مدرن برقی هستند. رادیاتورهای برقی از روغن به عنوان منبع گرما استفاده می کنند و به هیچ وجه نیاز به نگهداری ندارند. آنها کارآمد هستند و به سرعت گرم می شوند. علاوه بر این ، رادیاتورهای برقی مدرن اغلب قابل حمل هستند ، بنابراین تنها چیزی که برای کار با آنها نیاز دارید یک پریز برق است.
اگر خانه شما دارای رادیاتور بخار است ، احتمالاً با آن گیر خواهید افتاد ، مگر اینکه آماده باشید تا خانه خود را تغییر دهید. رادیاتورهای بخار شبیه به الکتریکی هستند اما باید در خانه شما به یک خط آب وصل شوند.

منبع :https://payadama.com

نحوه عملکرد رادیاتورها و مقایسه آنها با گرمایش از کف

تأمین دمای مطلوب خانه به خصوص در فصول سرد سال از مسائل مهمی است که این روزها با پیشرفت علم و تکنولوژی روز از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود. یکی از پرطرفدارترین شیوه‌های مدرن در سیستم گرمایشی خانه استفاده از رادیاتور است.

رادیاتورها برای انتقال انرژی حرارتی از یک رسانه به دیگری به منظور گرمایش فضا طراحی شده اند. و در یک سیستم گرمایش مرکزی تابشی ، آب گرم یا بعضی اوقات بخار در یک دیگ بخار مرکزی ایجاد می شود و توسط پمپ ها از طریق رادیاتورهای داخل ساختمان گردش می شود ، و این گرمای تولید شده به محیط اطراف منتقل می شود.

نحوه عملکرد رادیاتور برای گرمایش خانه

رادیاتور آب گرم هنگامی که در دمای پایین (زیر 49 درجه سانتیگراد) روشن می شود ، توسط یک پمپ حرارتی یا دمای پایین یا دیگ چگال کننده تغذیه می شود. این ماده عمدتاً در هنگام عایق بندی خانه مورد استفاده قرار می گیرد و باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کنترل دمای اتاق به اتاق می شود. حرکات گرد و غبار را کاهش می دهد ، آثار کمتری را بر روی دیوارها می گذارد و راندمان انتشار بهتری دارد. با گرمایش کف گرم ، در محدوده راه حل هایی قرار دارد که مورد حمایت مقررات حرارتی فرانسه است و در صورت آسیب دیدن این مزیت را دارد که به راحتی تعمیر یا تغییر می کند.

با توجه به دمای عرضه پایین تر ، در همان نیرویی که یک فرستنده دمای بالا دارد ، سطح انتشار لزوما بزرگتر است. از این مشاهده ، یک مزیت و یک ضرر را دنبال کنید. رادیاتورهای درجه حرارت پایین فضای دیوار بیشتری نسبت به رادیاتورهای سنتی می گیرند ، اما از طرف دیگر درجه حرارت یکنواخت تری در اتاق فراهم می کنند.

تفاوت رادیاتور و گرمایش زیر کف

برخلاف گرمایش زیر کف ، که در جریان عملیات بازسازی به دلیل کارهای اساسی می تواند نصب آن دشوار باشد ، رادیاتورها می توانند بدون مشکل فرآیند نصب، راه اندازی، سرویس سیستم موجود را جایگزین کنند. همچنین در سیستم گرمایش کف اجرا در هنگام بازسازی خانه هزینه بالایی دارد.

در سیستم‌ رادیاتور ها مرکز گرمادهی در مکان خاصی از ساختمان به نام موتورخانه قرار دارد و گرما توسط هوا به بخش‌های مختلف ساختمان منتقل می‌شود.

سیستم گرمایش از کف توسط رومیان باستان که مهندسان باهوشی بودند، ابداع شده است. در این نوع سیستم، گرما از طریق سطح زمین پخش می‌شود و زمانی‌که روی زمین راه می‌روید، گرما را احساس می‌کنید. در این نوع سیستم گرمایشی، تمام بخش‌های محیط از دمای یکسانی برخوردار هستند، چون که گرما از کل اتاق از سمت پایین به بالا منتقل می‌شود.

در سیستم گرمایش رادیاتور، پکیج شوفاژ دیواری در دسترس بوده و امکان کنترل سیستم در داخل واحد ساختمانی وجود دارد.

این روش به دلیل وجود سنسورهای آب گرم مصرفی و شوفاژ و سنسور دود از امنیت بالاتری بر خوردار بوده و امکان تنظیم دما به میزان مد نظر را به شما می دهد.

رادیاتور دمای پایین

• آب فقط باید تا 50 - 55 درجه سانتیگراد گرم شود: دستگاه تولید گرما خیلی کاربردی نیست و بنابراین انرژی کمتری مصرف می کند. که یک رویکرد اکولوژیکی و اقتصادی است.
• برای ارائه راحتی مطلوب ، با وجود آب گرم گرمای کمتر ، گزینه جایگزین افزایش سطح تماس بین رادیاتور و عناصر اطراف است.
• فقط ارتباط رادیاتور با دمای پایین با پمپ حرارتی یا دیگ بخار با دمای پایین حداکثر بهره وری را فراهم می کند. بنابراین آنها در صورت نوسازی کامل خانه شما ، از دیگ به رادیاتورها ، امکان بسیار جالبی دارند. آنها وقتی می خواهید فقط چند رادیاتور را تعویض کنید جذابیت کمتری دارند.

رادیاتور ها در انواع مختلف پره ای، پنلی و برقی تولید می شوند که رادیاتورهای شوفاژ پره ای نیز در سه نوع رادیاتور آلومینیومی ، رادیاتور فولادی و رادیاتور چدنی تولید می شوند که معمولا از ۵ تا ۲۵ پرده می تواند باشد.

برای دانستن اینکه کدام نوع و ابعاد برای گرمایش محیط شما مناسب است باید با یک متخصص تجهیزات مشورت نمایید.

شما نیز میتوانید با مراجعه به بخش رادیاتور در سایت پایا دما و مطالعه اطلاعات دقیق در مورد انواع محصول و صحبت با مشاوران سایت بهترین انتخاب را انجام دهید.