ما هي أنواع المبادلات الحرارية الثلاث؟ دليل الصناعة

المبادل الحراري هو جهاز مصمم لنقل الطاقة الحرارية بكفاءة من سائل إلى آخر دون خلط السوائل. في حين أن هناك العديد من الفئات الفرعية والتكوينات،الأنواع الرئيسية الثلاثة لمبادلات الحرارة المستخدمة في الصناعات العالمية هي:

1. مبادلات الحرارة للقذائف والأنابيب: المعيار الصناعي القوي لتطبيقات الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية.

2. مبادلات الحرارة الصفيحة: تصاميم صغيرة وفعالة للغاية مثالية لضغوط معتدلة ومعالجة صحية.

3. مبادلات الحرارة المبردة بالهواء: أنظمة الأنابيب المزدوجة التي تستخدم الهواء المحيطي بدلاً من الماء للتبريد ، مثالية للمناطق النائية أو القاحلة.

المبادلات الحرارية للقذائف والأنابيب هي أنظمة الإدارة الحرارية الأكثر استخدامًا في الصناعة الثقيلة ، وتفضل بشكل خاص في مصافي النفط ومحطات توليد الكهرباء ومرافق معالجة الكيماويات.

يتكون التصميم من وعاء ضغط خارجي أسطواني كبير ("القشرة") يحتوي على حزمة من الأنابيب الصغيرة والموازية. يتدفق سائل واحد من خلال الأنابيب الداخلية (جانب الأنابيب) ،بينما يتدفق السائل الثاني حول الأنابيب داخل القشرة (جانب القشرة)عادة ما يتم تثبيت عازلات داخل الغلاف لخلق الاضطرابات وتوجيه التدفق ، مما يزيد من معدل نقل الحرارة ويدعم الأنابيب بشكل هيكلي.

• المزايا: القدرة الاستثنائية على تحمل الضغوط الشديدة ودرجات الحرارة العالية. فهي قابلة للتخصيص بشكل كبير (مرور واحد أو مرور متعدد) وسهلة نسبيًا في الصيانة ،حيث يمكن إزالة حزم الأنبوب في كثير من الأحيان للتنظيف الميكانيكي.

• القيود: إنها تتطلب بصمة مادية كبيرة وتمتلك كفاءة حرارية عامة أقل مقارنة بتصاميم الألواح ذات الحجم المماثل.

• عمليات تكرير وتقطير البتروكيماويات.

• توليد البخار والتكثيف في محطات الطاقة.

• التبريد الصناعي عالي الضغط

المبادلات الحرارية للصفائح (غالبا ما تسمى المبادلات الحرارية للصفائح والإطار) تشتهر بطبقتها المدمجة وكفاءتها الحرارية الاستثنائية.

بدلاً من غلاف يحتوي على أنابيب، يستخدم هذا التصميم سلسلة من الألواح المموجة الرقيقة المفصولة عن بعضها في إطار جامد.القنوات ذات الاضطرابات العالية، والغلافات الإيلستومرية تتناوب في التدفق بحيث تمر السوائل الساخنة والباردة عبر فجوات متناوبة. وهذا يخلق مساحة سطحية ضخمة لنقل الحرارة في حجم فضائي صغير جدًا.

• المزايا: كفاءة حرارية عالية للغاية بسبب الاتصال السطحي الكبير والاضطرابات المسببة.ومتنوعة (يمكن زيادة القدرة ببساطة عن طريق إضافة المزيد من الألواح)كما أنها سهلة التفكيك للتفتيش البصري الدقيق والتنظيف.

• القيود: الحزم بين الألواح تحد من قدرة النظام على التعامل مع الضغوط الشديدة أو درجات الحرارة المرتفعة للغاية. يمكن أن تتحلل الحزم أيضًا كيميائيًا وتتطلب استبدالًا دوريًا.

• معالجة الأطعمة والمشروبات (البستوريزة) ، بسبب التوافق الصحي "النظيف في المكان" (CIP).

• صناعة الأدوية

• أنظمة التكييف والتبريد التجاري

كما تعرف باسم مبردات المروحة، يتم استخدام مبادلات الحرارة المبردة بالهواء عندما تكون وسيلة التبريد السائلة (مثل الماء) نادرة أو غير قابلة للحياة اقتصاديا أو مقيدة بيئيا.

في هذا النظام، يتدفق سائل العملية الساخن من خلال سلسلة من الأنابيب.هذه الأنابيب مجهزة بأجنحة معدنية خارجية لزيادة مساحة سطحها بشكل مصطنعيتم استخدام مروحة صناعية كبيرة (إما الموجة القسرية أو الموجة المحفزة) لتنفخ الهواء الجوي المحيط عبر الأنابيب ذات الأجنحة ، مما يزيل الحرارة مباشرة إلى البيئة.

• المزايا: لا تتطلب مياه التبريد، مما يجعلها صديقة للبيئة ويزيل الحاجة إلى مواد كيميائية معقدة لمعالجة المياه أو أبراج التبريد. مثالية للتركيبات البعيدة.

• القيود: تعتمد الأداء الحراري بشكل كبير على درجات حرارة الهواء المحيطة (أقل فعالية في أيام الصيف الحارة).والمروحة تستهلك طاقة كهربائية كبيرة بينما تولد ضوضاء صوتية.

• محطات ضاغطة خطوط الأنابيب عن بعد.

• بنية تبريد مركز البيانات

• محطات البتروكيماويات الموجودة في المناطق الصحراوية أو الجافة.

س: هل هناك تصنيفات أخرى إلى جانب نوع البناء؟

ج: نعم. في حين أن القشرة والأنابيب والصفائح والمبردة بالهواء تشير إلى البناء المادي ، يتم تصنيف مبادلات الحرارة أيضًا حسب ترتيب تدفقها.أنواع التدفقات الثلاث هي التدفق المضاد (تتحرك السوائل في اتجاهات معاكسة، مما يعطي أعلى كفاءة) ، التدفق الموازي (تتحرك السوائل في نفس الاتجاه) ، والتدفق المتقاطع (يتحرك السوائل عمودياً لبعضها البعض).

س: أي نوع من مبادلات الحرارة هو الأكثر كفاءة؟

الجواب: من حيث نقل الحرارة لكل وحدة من الحجم، المبادل الحراري الصفيح هو الأكثر كفاءة. الصفائح المموجة تخلق اضطرابات عالية وتعظيم مساحة السطح،مما يسمح لها بتحقيق اقترابات درجة حرارة ضيقة لا يمكن أن تتطابق مع القشرة والأنبوب في نفس البصمة.

س: لماذا أنابيب المبادلات المبردة بالهواء لها زعانف؟

الجواب: الهواء (غاز) لديه توصيل حراري أقل بكثير من الماء أو النفط. يتم ربط الزعانف إلى الخارج من الأنابيب لزيادة مساحة السطح المعرضة للهواء بشكل كبير.تعويض رياضي لمؤشر نقل الحرارة الضعيف للغاز.