مبدل حرارتی پوسته و لوله چیست؟

یک مبادل حرارتی پوسته و لوله، کلاسی از مخازن صنعتی تحت فشار است که برای انتقال انرژی حرارتی بین دو سیال بدون اجازه اختلاط آنها طراحی شده است. این رایج‌ترین نوع مبادل حرارتی است که در پالایشگاه‌های نفت، فرآیندهای شیمیایی بزرگ و تأسیسات تولید برق به دلیل طراحی مستحکم و توانایی تحمل فشارهای و دماهای شدید مورد استفاده قرار می‌گیرد.طراحی اساسی دقیقاً همانطور که از نامش پیداست: یک مخزن فشار بزرگ بیرونی (پوسته) حاوی دسته‌ای از لوله‌های کوچکتر (لوله‌ها) است. یک سیال از داخل لوله‌ها عبور می‌کند، در حالی که سیال دوم از خارج لوله‌ها در داخل پوسته جریان می‌یابد و از طریق دیواره‌های لوله‌های رسانای حرارتی، گرما را منتقل می‌کند.1. اجزای مبدل

مبادل حرارتی پوسته و لوله بسیار قابل تنظیم است، اما همه طرح‌ها به چهار جزء مکانیکی حیاتی متکی هستند:دسته لوله: سطح اصلی انتقال حرارت. لوله‌ها معمولاً از فلزات با رسانایی بالا و مقاوم در برابر خوردگی (مانند تیتانیوم، آلیاژهای مس یا فولاد ضد زنگ) ساخته می‌شوند.پوسته: استوانه بیرونی که حاوی سیال دوم است. این پوسته برای تحمل فشار داخلی سیستم طراحی شده و اغلب برای جلوگیری از اتلاف حرارتی به محیط، عایق‌بندی می‌شود.

صفحات فلزی ضخیم که با سوراخ‌هایی برای پذیرش لوله‌ها سوراخ شده‌اند. لوله‌ها در این صفحات منبسط یا جوش داده می‌شوند تا یک مهر و موم ضد نشت ایجاد شود که سیال سمت پوسته را از سیال سمت لوله جدا می‌کند.

• بافل‌ها: صفحات داخلی نصب شده در داخل پوسته. آنها دو هدف حیاتی را انجام می‌دهند: پشتیبانی از لوله‌های بلند برای جلوگیری از لرزش، و مجبور کردن سیال سمت پوسته به جریان در الگوی زیگزاگ در سراسر دسته لوله، که باعث ایجاد تلاطم و به حداکثر رساندن انتقال حرارت می‌شود.

• 2. ترمودینامیک: انتقال حرارت و LMTDاندازه و راندمان یک مبادل حرارتی پوسته و لوله توسط معادله اساسی انتقال حرارت تعیین می‌شود:

• درک LMTDاز آنجایی که دمای هر دو سیال در حین عبور از مبدل تغییر می‌کند، اختلاف دما بین آنها ثابت نیست. مهندسان از "اختلاف دمای میانگین لگاریتمی (LMTD)" برای محاسبه نیروی محرکه متوسط واقعی برای انتقال حرارت استفاده می‌کنند.

• ماشین حساب تعاملی LMTD و مساحت سطحبرای درک اینکه چگونه دمای سیال اندازه فیزیکی مبدل حرارتی را تعیین می‌کند، از شبیه‌ساز زیر استفاده کنید. دماهای ورودی و خروجی جریان‌های گرم و سرد خود را همراه با بار حرارتی مورد نظر خود تنظیم کنید تا LMTD و مساحت سطح مورد نیاز (A) را محاسبه کنید.

در حالی که ویجت بالا فرض یک مرحله را دارد، مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله صنعتی به ندرت اینقدر ساده هستند. آنها بر اساس تعداد دفعاتی که سیال از طول مبدل عبور می‌کند، دسته‌بندی می‌شوند.

سیال از یک انتهای لوله‌ها وارد و از انتهای دیگر خارج می‌شود. سیال پوسته نیز همین کار را انجام می‌دهد.مبدل 1-2 (دو مرحله‌ای لوله):سیال لوله وارد می‌شود، در نیمی از لوله‌ها حرکت می‌کند، به یک خم U (یا هدر برگشت) می‌رسد و در نیمه دیگر لوله‌ها به عقب برمی‌گردد. این باعث دو برابر شدن سرعت سیال و افزایش ضریب انتقال حرارت (U) می‌شود، اگرچه به قدرت پمپاژ بیشتری نیاز دارد.

برای وظایف صنعتی عظیم برای به حداکثر رساندن تلاطم و راندمان حرارتی در یک فضای فیزیکی کوچکتر استفاده می‌شود.4. مبدل‌های پوسته و لوله در مقابل مبدل‌های صفحه‌ایهنگام مشخص کردن تجهیزات، جایگزین اصلی برای طراحی پوسته و لوله، مبدل حرارتی صفحه‌ای (PHE) است.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

• مبدل حرارتی صفحه‌ای (PHE)محدودیت‌های فشار

• بسیار بالا (تا 300+ بار)متوسط (معمولاً زیر 30 بار)محدودیت‌های دمابسیار بالا (تا 600 درجه سانتیگراد+)

• متوسط (محدود به واشرهای لاستیکی، حدود 150 درجه سانتیگراد)فضای اشغالی/اندازه

فشرده (چگالی سطح بالا)