مبدل های پوسته و لوله
هنگامی که سطح انتقال حرارت لازم براي مبدل هاي دو لوله اي زیاد شود (بیشتر از ۲۵۰متر باشد)، بهتر است از مبدل هاي پوسته و لوله استفاده شود. مبدل هاي پوسته و لوله به طور وسیعی در فرایند هاي انتقال حرارت براي کاربردهاي مایع/مایع و همچنین در کندانسورها و مولدهاي بخار استفاده میشوند. این مبدل ها براي انتقال حرارت مشخصی سطح کمتري به نسبت مبدل هاي لوله اي اشغال میکنند.
مزایاي اینگونه مبدل ها عبارتند از
۱-در حجم کم ایجاد سطح بزرگی براي انتقال حرارت میکنند.
۲-طراحی مکانیکی خوبی دارند.
۳-روش ساخت تثبیت شده خوبی دارند
۴-قابلیت استفاده براي دامنه وسیعی از مواد را دارند.
۵-به راحتی تجهیز میشوند.
۶-روش طراحی خوب و تثبیت شده اي دارند.
قسمتهاي اصلی این مبدلها عبارتند از
-لوله ها (Tubes)
– پوسته (Shell)
-بافل ها (Baffles)
-هد جلویی (Front Head)
-هد پشتی (Rear Head)
-صفحات تیوب ها (Tube Sheets)
-نازل ها (Nozzl)
پوسته: پوسته ها که در واقع در بر گیرنده لوله ها هستند از نظر اندازه، مـواد سازنده و ضـخامت محدوده وسیعی دارند. قیمت پوسته ها بیشتر از لوله ها میباشد بنابراین معمولاً سعی میشود از حداقل پوسته استفاده شود.
لوله ها (Tubes): لوله عنصر اصلی مبدل هاي پوسته و لوله هستند که در واقع سطح انتقال حرارت لازم را براي سیالاتی که در داخل و خارج آن جریان دارند را فراهم میسازند. لوله ها معمولا از فلزات مختلف به روش اکستروژن و بدون درز ساخته میشوند. جنس آنها معمولاً از فولاد کم کربن، فولاد زنگ نزن، مس و … میباشد. لوله ها ممکن است به صورت مربعی ۹۰ درجه یا در وضعیت چرخانده کنار هم قرار گیرند. در این حالت تمیز کردن خارج لوله ها راحتتر است. طرح مثلثی روش دیگري است که به علت زیاد بودن آشفتگی سیال، ضریب انتقال حرارت و افت فشار طرف پوسته را افزایش میدهد؛ و نیـز مقـدار بیـشتري از لوله را میتوان در قطر مشخصی از پوسته قرار داد. قطر لوله هـا بـین ۵۰mm-16mm می باشد. ولی معمولاً از ۱۶mm تا ۲۵mm استفاده میشود.طول لوله ها نیز از ۱/۸m تا ۳/۷m انتخاب می شود. ضخامت لوله ها نیز با توجه به قطر آنها از ۲/۳mm تا ۱/۲mm انتخاب می شود.
گرچه هدف، افزایش انتقال حرارت به وسیله افزایش سرعت سیال ها در داخـل لولـه هـا میباشد ولی این سرعت باید در حد مجاز باشد چون هرچقدر سرعت بیشتر شود،افت فشار افزایش مییابد و همچنین نوسانات بیشتر میشود و باعث ایجاد شکستگی در اتصالات و زانویی ها میشود.
بافل ها (Baffles): بافل ها معمولاً در قسمت پوسته مبدل استفاده میشوند براي اینکه لوله ها را در جاي خود نگه دارند و جریان سیال داخل پوسته را به صورت چرخشی تبدیل کنند تا سرعت سیال و ضریب انتقال حرارت افزایش یابد و معمـولاً به صورت هاي Segmental baffle, disk-and-doughnut baffle,orifice baffle میباشند.
بافلها دو مشخصه اصلی دارند: برش بافل(Baffle Cut)، فاصله بافل ها (Baffle Spacing (Lb
فاصله بافل ها (Baffle Spacing (Lb: فاصله دو بافل متوالی میباشـد کـه معمـولاً بـین %۲۰ تا %۱۰۰ قطـر پوسته انتخاب میشود و مقدار بهینه آن بین %۳۰ تا %۵۰ قطر پوسته میباشد. هرچقدر Lbکمتر باشد سرعت و افت فشار در پوسته بیشتر میشود.
برش بافل Baffle Cut: ارتفاع بریده شده از بافل نسبت به قطر میباشد که معمولاً به صورت درصـد بیـان میشود و معمولاً %۲۵ میباشد.
هرچقدر Baffle Cut کمتر یا طول بریده شده کمتر شود سرعت و ضریب انتقال حرارت و افت فشار بیشتر میشود. بافل ها را میتوان به دو دسته بافل هاي طولی Longitudinal Baffles و بافل هاي متقاطع یا مـورب Transver Bafflesنیز تقسیم بندي کرد که معمولاً به صورت زاویه دار با لوله ها قرار میگیرند و باعث ایجاد جریان ناآرام در اطراف پوسته میشوند. بافل هاي طولی براي کنترل مسیر جریان داخل پوسته استفاده میشوند.
صفحه تیوب(Tube Sheet): یکی از اجزاي مهم مبدل ها که اصلیترین سد بین تیوب ها و پوسته است و طراحی می مناسب آنها براي اطمینان از کارایی سیستم لازم است، صفحه تیوب ها هستند.نحوه اتصال آنها به تیوبها و پوسته هم میتواند به صورت جوش داده شده و هم به وسیله پیچ باشد.
تعداد گذرهاي پوسته و لوله: ساده ترین مدل جریان براي لوله ها به این صورت است که سیال از یک طرف وارد شود و از طرف دیگر خارج گردد. این مدل تک گذر لوله است. براي بهتر نمودن انتقال حرارت سرعت بالاتري باید ایجاد نمود. این عمل به وسیله افزایش تعداد گذر لوله ها امکانپذیر است. از طرف دیگر با افزایش تعداد گذرهاي لوله و افزایش سرعت سیال، افت فشار زیاد میشود. در واقع انتقال حرارت باید در سرعت هاي بالا ایجاد شود واین افت فشار سیستم را زیاد میکند. در نتیجه تعداد گذرها، با توجه به دو فاکتور سرعت و افت فشار مشخص میشود. تعداد گذرهاي لوله معمولاً از یک تا هشت میباشد. در مورد گذرهاي پوسته نیز معمولا از یک یا دو گذر استفاده میشود.حالت هاي مختلف گذرهاي پوسته در استاندارد بین المللی TEMA با علامت هاي E,F,G,H,J,K,X شناخته میشوند.
نازل ها: نازل ها براي انتقال سیال به بیرون و یا داخل مبدل استفاده میشوند.
تهیه کننده: محمد بهزادی
