مبادله گرما بازیافتی فولاد ضد زنگ: مهندسی برای کارایی

Aمبادله گرما بازیافتی(often called a "recuperator") is a specialized thermal device designed to recover waste heat from a hot process stream—such as industrial exhaust gas or flue gas—and transfer it to a cold process stream without the two fluids mixing.

در محیط های صنعتی سخت گیر که فشارهای آن از0.1 MPa) به فشار بالا (10 MPa), فولاد ضد زنگ انتخاب شده است. این ماده مقاومت در برابر خوردگی لازم، طول عمر ساختاری و ثبات حرارتی مورد نیاز برای تبدیل انرژی ضایعات به صرفه جویی در عملیات را فراهم می کند.

بر خلاف مبادلات گرما استاندارد که ممکن است فقط برای کنترل دمای استفاده شود، مبادلات بازیافتی توسط نقش خود در کنترل دمای محیط تعریف می شود.بهره وری انرژیبا گرم کردن هوا سوخت یا مایعات فرآیند، مصرف سوخت سوزان ها، کوره ها و توربین ها را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.

• مانع حرارتی:دستگاه از یک دیوار جامد (معمولاً صفحات فولاد ضد زنگ یا لوله ها) برای جدا کردن گاز خروجی داغ از ورودی سرد استفاده می کند.

• انتقال انرژی:گرما از طریق دیوار از جریان گرم به جریان سرد هدایت می شود.

• جدايي:از آنجا که جریان ها هرگز مخلوط نمی شوند، این فناوری برای فرآیندهایی که آلودگی یا تماس متقابل کیفیت محصول را خراب می کند ضروری است.

طراحي يک بازگرداننده براي10 MPa(100 بار) یک چالش مهندسی قابل توجهی در مقایسه با سیستم های جوی (0,1 MPa) است.ظرف های تحت فشار گواهی شده.

• ضخامت ساختاری:برای مقاومت در برابر 10 MPa، دیواره های پوسته و لوله باید برای فشار بالا طراحی شوند. ما ضخامت مورد نیاز را بر اساس استانداردهای بخش VIII ASME محاسبه می کنیم:

• خستگی حرارتی:واحدهای فشار بالا اغلب در دمای بالا کار می کنند.سیستم باید گسترش حرارتی را از طریق مفاصل گسترش یا طرح های "سر شناور" برای جلوگیری از ترک ورق لوله یا خستگی فلزی در هزاران چرخه حرارتی پذیر است.

• انتخاب مواد: فولاد ضد زنگ 316Lبرای مقاومت مکانیکی متعادل و مقاومت در برابر تهویه اسیدی (معمول در گاز های خروجی) ترجیح داده می شود، در حالی که304ممکن است برای ساختارهای پشتیبانی برای کاهش هزینه استفاده شود.

مبادله گرما های آماده به ندرت برای فرآیندهای صنعتی پیچیده کارایی مطلوب را ارائه می دهند. یک بازیافت کننده با اندازه سفارشی اجازه می دهد:

1. بهینه سازی زمان اقامت:ما حجم داخلی را اندازه گیری می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که گاز / مایع زمان کافی را در مبادله کننده صرف می کند تا انتقال گرما را بدون ایجاد کاهش فشار غیر ضروری به حداکثر برساند.

2. ادغام فضایی:در نصب مجدد نیروگاه های قدیمی، فضا محدود است. ساخت سفارشی اجازه می دهد تا هندسه های منحصر به فرد مانند بانک های لوله ای فشرده با بالاب ها متناسب با پیکربندی های موجود لوله یا لوله باشد.

3. مطابقت با افت فشار:با تنظیم فاصله بافل و ارتفاع لوله، می توانیم اطمینان حاصل کنیم که مبادله کننده باعث فشار بیش از حد در فن های خروجی یا کمپرسورهای شما نمی شود.

س: آیا می توان از یک بازیافت کننده با درجه 10 MPa برای بازیافت گازهای خروجی با فشار پایین استفاده کرد؟

A: بله. فشار بالاتر یک حاشیه ایمنی را فراهم می کند. با این حال، سنگین تر و گران تر خواهد بود. اگر فشار فرآیند شما فقط 0.1 ≈ 0.5 MPa باشد،استاندارد سازی بر روی درجه فشار پایین تر هزینه های سرمایه را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.

سوال: رایج ترین نقطه شکست در یک بازیافت کننده چیست؟

الف:گند زدن و خستگی حرارتیگاز های خروجی اغلب حاوی ذرات یا مواد شیمیایی فشرده می شوند. اگر این مواد روی سطوح فولاد ضد زنگ قرار گیرند، به عنوان عایق کار می کنند و کارایی را از بین می برند. علاوه بر این،اگر سیستم برای گسترش یا انقباض طراحی نشده باشد، مفاصل جوش خورده در نهایت به دلیل استرس حرارتی شکسته می شوند.

س: چگونه می توانم پتانسیل بازیابی گرما را محاسبه کنم؟

A: جایی که U ضریب انتقال گرما کلی است (که عوامل آلودگی را محاسبه می کند) ، A مساحت سطح شما است و تفاوت متوسط دمای لوگاریم است.تیم مهندسی ما این را بر اساس ترکیب گازی خاص و سرعت جریان شما محاسبه می کند.

برای کمک به ما در محدود کردن الزامات فنی برای سیستم مدیریت حرارتی شما، آیا شما به دنبال جایگزینی یک واحد موجود با یک drop-in سفارشی،یا شما در مراحل اولیه اندازه گیری یک خط فرآیند جدید?