أمبادلة الحرارةهي قطعة متخصصة من المعدات الهندسية المصممة لنقل الطاقة الحرارية (الحرارة) من سائل إلى آخر دون خلط السائلين جسديا.هم العمود الفقري لإدارة الحرارة في كل قطاع صناعي تقريبا، معالجة كل شيء من تبريد زيت المحرك إلى تنظيم درجات الحرارة القصوى في المفاعلات الكيميائية ومحطات الطاقة.
على المستوى الأساسي، المبادلات الحرارية تعمل علىالقانون الثاني للديناميات الحراريةالحرارة تتدفق بشكل طبيعي من منطقة ذات درجة حرارة عالية إلى منطقة ذات درجة حرارة منخفضة.
في المبادل الحراري النموذجي ، يتدفق سائل ساخن وسائل سائل باردة عبر مسارات مجاورة ولكنها منفصلة (غالباً الأنابيب أو الألواح المعدنية).الحائط المعدني الذي يفصلهم يعمل كحاجز موصل للغايةالطاقة الحرارية من السائل الساخن تمر عبر الحاجز المعدني ويتم امتصاصها من قبل السائل البارد ، وبالتالي تبريد التيار الأول وتسخين الثاني.
لتحديد حجم المبادل الحراري بشكل صحيح ، يجب على المهندسين حساب معدل نقل الحرارة الإجمالي المطلوب للعملية. يتم حكم ذلك بواسطة معادلة نقل الحرارة العالمية:
لأن درجات حرارة كلا السوائل تتغير مع مرورها عبر المعدات، فإن الفرق في درجة الحرارة ليس ثابت.الفرق اللوغاريتمي المتوسط في درجة الحرارة (LMTD)يحسب متوسط قوة دفع درجة الحرارة الفعالة على طول المبادل بأكمله:
يؤثر الاتجاه الذي يسير فيه السوائل فيما يتعلق ببعضها البعض بشكل كبير على LMTD والكفاءة العامة.
التدفق المتوازي:كلا السوائل تدخل من نفس الطرف وتسافر في نفس الاتجاه. السوائل الباردة لا يمكن أن تصل إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الخروج من السوائل الساخنة.
التدفق المضاد:السوائل تدخل من الطرفين المقابلين وهذا يحافظ على تراجع درجة الحرارة أكثر اتساقاً في جميع أنحاء الوحدةمما يسمح لدرجة حرارة خروج السائل البارد أن تكون أعلى من درجة حرارة خروج السائل الساخنهذا هو الإجراء الأكثر كفاءة
استخدم الأداة أدناه لتصور الفرق بين التدفق المضاد والتدفق المتوازي. عن طريق ضبط درجات حرارة السائل،يمكنك أن ترى كيف أن ترتيب التدفق يغير منحدر درجة الحرارة و LMTD الناتجة.
تتطلب العمليات الصناعية المختلفة هندسة مختلفة للتعامل مع المتغيرات مثل الضغط واللزوجة والتلوث (تراكم الحطام).
| نوع المحول | التصميم الأساسي | الأفضل ل | القيود |
|---|---|---|---|
| القشرة والأنابيب | مجموعة من الأنابيب المتوازية مغلقة داخل قشرة أسطوانية كبيرة | ضغوط عالية ودرجات حرارة عالية للغاية (على سبيل المثال مصافي النفط). | بصمة جسدية كبيرة، من الصعب تنظيف جانب القذيفة. |
| اللوحة والإطار | سلسلة من الصفائح المعدنية المموجة المكدسة معاً | كفاءة عالية في مساحة صغيرة؛ العمليات الصحية الغذائية / الدوائية. | لا يمكنها التعامل مع الضغوط الشديدة، يمكن أن تتحلل الصمامات. |
| مبردة بالهواء | يسير السائل الساخن من خلال الأنابيب ذات الأجنحة بينما ينفخ المروحة الضخمة الهواء المحيط عبرها. | أماكن تكون فيها مياه التبريد نادرة أو مكلفة. | محدودة بدرجة حرارة الهواء المحيطة؛ بصمة كبيرة. |
| أنبوب مزدوج | أنبوب أصغر معلق مركزي داخل أنبوب أكبر | العمليات على نطاق صغير؛ السوائل عالية اللزوجة. | مساحة سطحية صغيرة جداً؛ غير فعالة للحجم الكبير. |
س: ما هو "التلوث" في المبادل الحراري؟
الجواب: التلوث هو تراكم المواد غير المرغوب فيها (السلح، الطحالب، الرواسب الكيميائية) على أسطح نقل الحرارة.خفض معامل نقل الحرارة (U) وإجبار النظام على العمل بجديجب على مهندسي العمليات جدولة CIP بانتظام أو فرشاة الأنابيب الميكانيكية للتخفيف من هذا.
س: لماذا أنابيب في محول القشرة والأنابيب لديها "أجنحة"؟
ج: يتم إضافة الزعانف إلى الخارج من الأنابيب لزيادة مساحة السطح بشكل مصطنع (أ). تستخدم بشكل كبير عند نقل الحرارة بين السائل والغاز ،لأن الغازات بطبيعة الحال لديها توصيل حراري أقل بكثير من السوائل.
س: ما هي المواد المستخدمة لبناء مبادلات الحرارة؟
الجواب: يعتمد الأمر بالكامل على سائل العملية. تستخدم التطبيقات الشائعة للتبريد بالماء النحاس أو الفولاذ الكربوني.المعالجة الكيميائية العدوانية أو التطبيقات الصيدلانية عالية النقاء تتطلب 316L الفولاذ المقاوم للصدأالتيتانيوم، أو سبائك متخصصة مثل هاستيلوى لمنع التآكل والحفاظ على المعايير الصحية.
أمبادلة الحرارةهي قطعة متخصصة من المعدات الهندسية المصممة لنقل الطاقة الحرارية (الحرارة) من سائل إلى آخر دون خلط السائلين جسديا.هم العمود الفقري لإدارة الحرارة في كل قطاع صناعي تقريبا، معالجة كل شيء من تبريد زيت المحرك إلى تنظيم درجات الحرارة القصوى في المفاعلات الكيميائية ومحطات الطاقة.
على المستوى الأساسي، المبادلات الحرارية تعمل علىالقانون الثاني للديناميات الحراريةالحرارة تتدفق بشكل طبيعي من منطقة ذات درجة حرارة عالية إلى منطقة ذات درجة حرارة منخفضة.
في المبادل الحراري النموذجي ، يتدفق سائل ساخن وسائل سائل باردة عبر مسارات مجاورة ولكنها منفصلة (غالباً الأنابيب أو الألواح المعدنية).الحائط المعدني الذي يفصلهم يعمل كحاجز موصل للغايةالطاقة الحرارية من السائل الساخن تمر عبر الحاجز المعدني ويتم امتصاصها من قبل السائل البارد ، وبالتالي تبريد التيار الأول وتسخين الثاني.
لتحديد حجم المبادل الحراري بشكل صحيح ، يجب على المهندسين حساب معدل نقل الحرارة الإجمالي المطلوب للعملية. يتم حكم ذلك بواسطة معادلة نقل الحرارة العالمية:
لأن درجات حرارة كلا السوائل تتغير مع مرورها عبر المعدات، فإن الفرق في درجة الحرارة ليس ثابت.الفرق اللوغاريتمي المتوسط في درجة الحرارة (LMTD)يحسب متوسط قوة دفع درجة الحرارة الفعالة على طول المبادل بأكمله:
يؤثر الاتجاه الذي يسير فيه السوائل فيما يتعلق ببعضها البعض بشكل كبير على LMTD والكفاءة العامة.
التدفق المتوازي:كلا السوائل تدخل من نفس الطرف وتسافر في نفس الاتجاه. السوائل الباردة لا يمكن أن تصل إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الخروج من السوائل الساخنة.
التدفق المضاد:السوائل تدخل من الطرفين المقابلين وهذا يحافظ على تراجع درجة الحرارة أكثر اتساقاً في جميع أنحاء الوحدةمما يسمح لدرجة حرارة خروج السائل البارد أن تكون أعلى من درجة حرارة خروج السائل الساخنهذا هو الإجراء الأكثر كفاءة
استخدم الأداة أدناه لتصور الفرق بين التدفق المضاد والتدفق المتوازي. عن طريق ضبط درجات حرارة السائل،يمكنك أن ترى كيف أن ترتيب التدفق يغير منحدر درجة الحرارة و LMTD الناتجة.
تتطلب العمليات الصناعية المختلفة هندسة مختلفة للتعامل مع المتغيرات مثل الضغط واللزوجة والتلوث (تراكم الحطام).
| نوع المحول | التصميم الأساسي | الأفضل ل | القيود |
|---|---|---|---|
| القشرة والأنابيب | مجموعة من الأنابيب المتوازية مغلقة داخل قشرة أسطوانية كبيرة | ضغوط عالية ودرجات حرارة عالية للغاية (على سبيل المثال مصافي النفط). | بصمة جسدية كبيرة، من الصعب تنظيف جانب القذيفة. |
| اللوحة والإطار | سلسلة من الصفائح المعدنية المموجة المكدسة معاً | كفاءة عالية في مساحة صغيرة؛ العمليات الصحية الغذائية / الدوائية. | لا يمكنها التعامل مع الضغوط الشديدة، يمكن أن تتحلل الصمامات. |
| مبردة بالهواء | يسير السائل الساخن من خلال الأنابيب ذات الأجنحة بينما ينفخ المروحة الضخمة الهواء المحيط عبرها. | أماكن تكون فيها مياه التبريد نادرة أو مكلفة. | محدودة بدرجة حرارة الهواء المحيطة؛ بصمة كبيرة. |
| أنبوب مزدوج | أنبوب أصغر معلق مركزي داخل أنبوب أكبر | العمليات على نطاق صغير؛ السوائل عالية اللزوجة. | مساحة سطحية صغيرة جداً؛ غير فعالة للحجم الكبير. |
س: ما هو "التلوث" في المبادل الحراري؟
الجواب: التلوث هو تراكم المواد غير المرغوب فيها (السلح، الطحالب، الرواسب الكيميائية) على أسطح نقل الحرارة.خفض معامل نقل الحرارة (U) وإجبار النظام على العمل بجديجب على مهندسي العمليات جدولة CIP بانتظام أو فرشاة الأنابيب الميكانيكية للتخفيف من هذا.
س: لماذا أنابيب في محول القشرة والأنابيب لديها "أجنحة"؟
ج: يتم إضافة الزعانف إلى الخارج من الأنابيب لزيادة مساحة السطح بشكل مصطنع (أ). تستخدم بشكل كبير عند نقل الحرارة بين السائل والغاز ،لأن الغازات بطبيعة الحال لديها توصيل حراري أقل بكثير من السوائل.
س: ما هي المواد المستخدمة لبناء مبادلات الحرارة؟
الجواب: يعتمد الأمر بالكامل على سائل العملية. تستخدم التطبيقات الشائعة للتبريد بالماء النحاس أو الفولاذ الكربوني.المعالجة الكيميائية العدوانية أو التطبيقات الصيدلانية عالية النقاء تتطلب 316L الفولاذ المقاوم للصدأالتيتانيوم، أو سبائك متخصصة مثل هاستيلوى لمنع التآكل والحفاظ على المعايير الصحية.
العنوان
رقم 5 طريق شوتشو الشرقي، منطقة التنمية الصناعية هاي-تك في تشنغدينغ، شيجياتشوانغ، الصين
الهاتف
86-19930663095
البريد الإلكتروني
cecvessels@gmail.com
