مبادله گرما صنعتی چیست؟

یکمبادله گرما صنعتییک دستگاه مکانیکی سنگین است که برای انتقال انرژی حرارتی (گرمی) از یک مایع (سیال یا گاز) به مایع دیگر بدون اجازه مخلوط شدن فیزیکی دو مایع طراحی شده است.

آنها اسب کار ترمودینامیک تولید جهانی هستند، که در پالایشگاه های نفت، کارخانه های پردازش شیمیایی، تاسیسات تولید برق و سیستم های بزرگ HVAC استفاده می شوند.اینکه آیا هدف این است که یک محصول شیمیایی داغ قبل از ذخیره سازی خنک شود، آب را به بخار با فشار بالا جوش دهید یا برای صرفه جویی در انرژی، مبادلات گرما اجزای حیاتی هستند که کنترل دمای صنعتی را امکان پذیر می کنند.

صرف نظر از شکل فیزیکی آنها، تمام مبادلات گرما به قوانین اساسی ترمودینامیک تکیه می کنند. گرما به طور طبیعی از یک منبع با دمای بالا به یک سینک با دمای پایین جریان می یابد.مایعات توسط یک مانع بسیار رسانای حرارتی جدا می شوند (معمولا فلزات مانند فولاد ضد زنگ)، مس و یا تیتانیوم).

مهندسان این سیستم ها را با استفاده از دو معادله اصلی طراحی می کنند.

1معادله بار گرما:

این مقدار کل انرژی حرارتی منتقل شده را بر اساس تغییر جرم و دمای مایعات محاسبه می کند.

2معادله مساحت سطح:

این اندازه فیزیکی (سطح) مورد نیاز برای رسیدن به این وظیفه گرما را محاسبه می کند.

برای درک اینکه چگونه خواص مایعات و اهداف حرارتی اندازه یک مبادله گرما صنعتی را تعیین می کنند، از شبیه ساز زیر استفاده کنید.تنظیم جریان توده و کاهش دمای یک جریان فرآیند داغ برای محاسبه کل گرمای وظیفه، و ببینید که چگونه سطح مورد نیاز بر اساس ضریب انتقال گرما انتخاب شده تغییر می کند.

هیچ یک از مبادلات گرما یک اندازه مناسب برای همه نیست. مهندسان کارخانه هندسه های مختلفی را بر اساس فشار سیستم، لزگی مایع و وجود ذرات فاسد یا کثیف انتخاب می کنند.

در هنگام مشخص کردن یک مبادله گرما برای یک نیروگاه، مهندسان باید فراتر از ریاضیات حرارتی نگاه کنند و قابلیت کار طولانی مدت را در نظر بگیرند:

• کاهش فشار (Delta P$):فشار مایع از طریق فضاهای تنگ (مانند داخل لوله ها یا بین صفحات) ایجاد اصطکاک می کند.کارخانه باید مقدار زیادی انرژی الکتریکی را برای پمپ های بزرگتر صرف کند.

• فاکتور آلودگی:با گذشت زمان، مواد معدنی، جلبک ها یا محصولات جانبی شیمیایی به سطوح انتقال گرما چسبیده می شوند.مهندسان عمداً اندازه ی مبادلات گرما را بیش از حد بزرگ می کنند تا به این آلودگی در آینده پاسخ دهند.

• متالورژی:در صورت پردازش اسید های تهاجمی یا آب دریا، فولاد کربن استاندارد به سرعت شکست می خورد. مهندسان باید به فولاد ضد زنگ، دوپلکس، تیتانیوم،یا حتی Hastelloy برای اطمینان از تجهیزات زنده می ماند 20 سال زندگی طراحی.

س: آیا مایعات گرم و سرد می توانند در یک مبادله گرما مخلوط شوند؟

در مبادلات گرما صنعتی استاندارد، مایعات به شدت توسط یک دیوار فلزی جدا می شوند. اگر آنها مخلوط شوند،به این معنی است که مبدل گرما دچار خرابی مکانیکی شده است (مانند یک لوله شکسته یا یک گاسکت منفجر شده)، که می تواند منجر به آلودگی محصول یا واکنش های شیمیایی خطرناک شود.

س: "پاس" در یک مبادله گرما چیست؟

A: "پاس" به تعداد دفعات سفر مایع از یک انتهای مبادله کننده به سمت دیگر اشاره دارد. در یک پوسته 2 پاس و مبادله کننده لوله، مایع به پایین نیمی از لوله ها می رود، در یک کاپ سر می چرخد,و از نیمه ی دیگر پایین می آید. گذر چندگانه سرعت مایع و بهره وری انتقال گرما را افزایش می دهد، اما همچنین کاهش فشار را افزایش می دهد.

س: چرا مبادله گرما ها بافلر دارند؟

ج: بافل ها صفحه های فلزی هستند که در داخل پوسته یک مبادله کننده پوسته و لوله قرار دارند.آنها لوله های طولانی را پشتیبانی می کنند (از لرزش و شکستن آنها جلوگیری می کنند) و مایع سمت پوسته را مجبور به جریان در یک الگوی زگ زگ آشفته می کنند، که به طور چشمگیری کارایی حرارتی را بهبود می بخشد.

برای کمک به من در ارائه اطلاعات مربوط به جریان کار شما، آیا شما در حال حاضر ارزیابی یک مبادله گرما برای طراحی تاسیسات جدید،یا شما به دنبال برای رفع مشکل یک واحد موجود است که عملکرد پایین است?