اثرات حرارتی
اگر مواد مانند آهن بکار رفته شده در مبدل ها حرارت ببینند ممکن است دچار انبساط حرارتی گردند. به عنوان مثال در یک مبدل پوسته و لوله افزایش درجه حرارت باعث افزایش اندازه لوله ها و پوسته میشود. از آنجایی که این افزایش ها ممکن است با هم فرق کنند، تنظیم هاي مختلفی براي کاهش این اثرات حرارتی وجود دارد. در شکل هاي زیر دو مبدل با کلگی هاي متحرك یا اتصالات متحرك براي کاهش میزان استرس ناشی از انبساط حرارتی میباشند. این استرس هاي حرارتی با استفاده از لوله هاي Uشکل نیز قابل جلوگیري میباشند.
استفاده از مبدل ها با کلگی هاي ثابت براي زمانی که لوله ها کوتاه هستند یا اختلاف دما بین لوله و پوسته ماکزیمم ۳۰ درجه سانتی‌گراد میباشد استفاده میشود. در اکثر موارد از مبدل ها با کلگی هاي متحرك (Floating-Head) استفاده میشود.
انتخاب محل عبور سیال ها
تصمیم گیري براي قرار دادن سیال در داخل پوسته و لوله و اینکه کدامیک از آنها در داخل لوله قرار داده شود و کدامیک داخل پوسته، به چند عامل بستگی دارد:
۱-فشارها: سیال با فشار بالا در قسمت لوله قرار میگیرد، زیـرا ضخامت نـسبی لوله (نـسبت بـه قطر) بیشتر است.
۲-درجه حرارت: افزایش درجه حرارت باعث کاهش تنش مجاز مواد بکار رفته میگردد و در نتیجه ضخامت لازم براي دیواره ظرف نیز افزایش مییابد. این تاثیر عیناً شبیه فشار است. سیال با درجه حرارت زیاد بایستی در لوله جاي داده شود.
۳-خورندگی سیال ها: براي سیال هاي با خورندگی زیاد به مواد و آلیاژهاي گرانقیمت نیاز است. اگر فقط یکی از سیال ها خورنده باشد آن وقت گذاردن آن در داخل لولـه باعث میشود که پوسته گرانقیمت از آلیاژ مرغوب نیاز نباشد. اما اگر سیال خورنده در پوسته قرار بگیرد آنگاه هم براي پوسته و هم براي لوله بایستی از موادي که در مقابل خوردگی مقاوم هستند استفاده شود.
۴-تمیزی سیال ها: در بعضی از فرایندهاي انتقال حرارت شرایط لازم جهت تمیزي سیال ها و آلـوده نشدن آنها سختتر از حالت هاي عادي است و ممکن است به آلیاژهاي گرانقیمت نیاز باشد. در اینگونه مواقع بهتر است که سیال ها در داخل لوله قرار داده شوند.
۵-خطر نشت: در بیشتر مبدل هاي حرارتی احتمال نشت سیال لوله ها از سیال پوسته کمتر است.
۶-ویسکوزیته سیال ها: براي اینکه انتقال حرارت مـاکزیمم شود، جریان هـر دو سیال میبایستی ناآرام باشد. در صورتی که سیال لزج در داخل لوله باشد احتمال دارد جریان آن آرام شود پس بهتر است داخل پوسته قرار داده شود.
رسوب مبدل ها (Fouling)
هنگامی که یک مبدل حرارتی در سرویس قرار میگیرد در شروع کار سطوح انتقال حرارت آن تمیز است ولی با گذشت زمان در بعضی از سرویس ها مانند سیستم هاي قدرت فرایندهاي شیمیایی، به تدریج توانایی انتقال حرارت انها کم میشود. این وضعیت به علت جمع شدن موادي روي سطوح انتقال حرارت(همان لوله ها) کـه موجب افزایش مقاومت حرارتی در برابر انتقال حرارت میگردد به وجود می‌آید. یک فرایند صنعتی را در نظر بگیرید که شامل چندین دستگاه اصلی میباشد. در صورتی که تمام فرایند بخواهد به خاطر اینکه یکی از ابزار انتقال حرارت که توانایی خود را در فرایند انتقال حرارت از دست داده از کار بیفتد این حادثه از نظـر اقتصادي ناخوشایند است.
در استاندارد TEMA ضریب رسوب داده شده است تا به طراح کمک کند مبدل پوسته و لوله را طوري طراحی کند که بتواند براي مدتی به طرز رضایت‌بخشی کار کند. تا اینکه دوباره مبدل از مدار خارج شود و تمیز گردد.
عواملی که باعث ایجاد رسوب میشوند اغلب عبارتند از:
۱-وجود ذرات معلق در سیال
۲-کاهش حلالیت نمکها با افزایش دما (مثل نمک هاي منیزم)
۳-خوردگی: بعنی تبدیل یک لایه از فلز (آهن) و اکسید آن (اکسید آهن) کـه باعث کاهش ضریب رسانش میشود.
۴-پدیده های بیولوژیکی (زیست محیطی):در آب رودخانه ها جلبک ها و موجودات زنده وجود دارند که با صافی جدا نمیشوند و داخل مبدل شروع به تکثیر میکنند.
۵-به وجود آمدن کک: در کوره هاي نفت مقداري از نفت میشکند و تبدیل به کک میگردد و روي دیواره رسوب میکند.
تمیز کردن و نگهداری از مبدل (Cleaning & Maintenance)
مبدلها باید به طور متناوب تمیز شوند و لوله ها تعویض شوند . داخل لوله ها به راحتی با استفاده از مواد تمیز کننده مانند بعضی مواد اسیدي و jetآب تمیز میشوند. ولی تمیز کردن خارج لوله ها احتیاج به باز کردن لوله ها و کلاف لوله ها (Tube Bundle) از مبدل دارد.
تهیه کننده: محمد بهزادی
