ما هو مُبادل الحرارة للقشرة والأنابيب؟

المبادلة الحرارية من نوع الأنبوب والغلاف هي فئة من أوعية الضغط الصناعية المصممة لنقل الطاقة الحرارية بين سائلين دون السماح لهما بالاختلاط. إنها النوع الأكثر شيوعًا من المبادلات الحرارية المستخدمة في مصافي النفط، والعمليات الكيميائية الكبيرة، ومرافق توليد الطاقة نظرًا لتصميمها القوي وقدرتها على التعامل مع الضغوط ودرجات الحرارة القصوى.التصميم الأساسي هو بالضبط كما يوحي الاسم: وعاء ضغط خارجي كبير (الغلاف) يحتوي على حزمة من الأنابيب الأصغر (الأنابيب). يتدفق أحد السائلين عبر داخل الأنابيب، بينما يتدفق السائل الثاني فوق خارج الأنابيب داخل الغلاف، وينقل الحرارة عبر جدران الأنابيب الموصلة حرارياً.1. تشريح المبادلة الحرارية

المبادلة الحرارية من نوع الأنبوب والغلاف قابلة للتخصيص بدرجة عالية، ولكن جميع التصميمات تعتمد على أربعة مكونات ميكانيكية حرجة:حزمة الأنابيب: سطح نقل الحرارة الأساسي. عادة ما تكون الأنابيب مصنوعة من معادن موصلة للغاية ومقاومة للتآكل (مثل التيتانيوم، وسبائك النحاس، أو الفولاذ المقاوم للصدأ).الغلاف: الأسطوانة الخارجية التي تحتوي على السائل الثاني. وهي مصممة لتحمل الضغط الداخلي للنظام وغالبًا ما تكون معزولة لمنع فقدان الحرارة إلى البيئة.

ألواح معدنية سميكة مثقوبة بفتحات لاستيعاب الأنابيب. يتم توسيع الأنابيب أو لحامها في هذه الصفائح لإنشاء ختم مانع للتسرب يفصل سائل جانب الغلاف عن سائل جانب الأنبوب.

• الحواجز: ألواح داخلية مثبتة داخل الغلاف. تؤدي وظيفتين حيويتين: دعم الأنابيب الطويلة لمنع الاهتزاز، وإجبار سائل جانب الغلاف على التدفق في نمط متعرج عبر حزمة الأنابيب، مما يخلق اضطرابًا ويزيد من نقل الحرارة.

• 2. الديناميكا الحرارية: نقل الحرارة و LMTDيتم التحكم في حجم وكفاءة المبادلة الحرارية من نوع الأنبوب والغلاف بواسطة معادلة نقل الحرارة الأساسية:

• فهم LMTDنظرًا لأن درجات حرارة كلا السائلين تتغير أثناء تدفقهما عبر المبادلة الحرارية، فإن فرق درجة الحرارة بينهما ليس ثابتًا. يستخدم المهندسون متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي (LMTD) لحساب القوة الدافعة المتوسطة الحقيقية لنقل الحرارة.

• حاسبة تفاعلية لـ LMTD ومساحة السطحلفهم كيف تحدد درجات حرارة السوائل الحجم المادي للمبادلة الحرارية، استخدم المحاكي أدناه. اضبط درجات حرارة الدخول والخروج لتياراتك الساخنة والباردة، بالإضافة إلى حمل الحرارة المستهدف، لحساب LMTD ومساحة السطح المطلوبة (A).

بينما يفترض الودجت أعلاه مرورًا واحدًا، نادرًا ما تكون المبادلات الحرارية الصناعية من نوع الأنبوب والغلاف بهذه البساطة. يتم تصنيفها حسب عدد المرات التي يمر فيها السائل عبر طول المبادلة الحرارية.

يدخل السائل من أحد طرفي الأنابيب ويخرج من الطرف الآخر. سائل الغلاف يفعل الشيء نفسه.مبادلة 1-2 (أنبوب مزدوج المرور): يدخل سائل الأنبوب، ويسافر إلى نصف الأنابيب، ويصل إلى منحنى على شكل حرف U (أو رأس رجوع)، ويسافر مرة أخرى إلى النصف الآخر من الأنابيب. هذا يضاعف سرعة السائل ويزيد معامل نقل الحرارة (U)، على الرغم من أنه يتطلب المزيد من طاقة الضخ.

تستخدم للأعمال الصناعية الضخمة لزيادة الاضطراب والكفاءة الحرارية ضمن بصمة مادية أصغر.4. المبادلات الحرارية من نوع الأنبوب والغلاف مقابل المبادلات الحرارية اللوحيةعند تحديد المعدات، البديل الأساسي لتصميم الأنبوب والغلاف هو المبادلة الحرارية اللوحية (PHE).

المبادلة الحرارية من نوع الأنبوب والغلاف

• المبادلة الحرارية اللوحية (PHE)حدود الضغط

• مرتفع للغاية (حتى 300+ بار)معتدل (عادة أقل من 30 بار)حدود درجة الحرارةمرتفع جدًا (حتى 600 درجة مئوية+)

• معتدل (محدود بمانعات التسرب المطاطية، ~ 150 درجة مئوية)البصمة/الحجم

مدمج (كثافة مساحة سطح عالية)