المبادل الحراري للأنابيب والأنابيب هو نوع من أجهزة الهندسة الحرارية ويقوم بوظيفة نقل الحرارة من المبرد إلى المادة الساخنة. اعتمادًا على الحالة المحددة ، قد يكون دور المبرد بخارًا أو سائلًا. حتى الآن ، يتم استخدام نموذج السخان والأنبوب على نطاق واسع.
المبادل الحراري هو جهاز معقد إلى حد ما يستخدم كمكثف أو سخان أو مبخر
المحتوى
مجالات الاستخدام
بدأ إنتاج هذه الأجهزة في أوائل القرن العشرين. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المحطات الحرارية كانت تحتاج إلى سخانات كبيرة تعمل تحت ضغط مرتفع.
تستخدم سخانات القشرة والأنابيب في العديد من الصناعات ، بما في ذلك:
- صناعة النفط والغاز؛
- إنتاج كيميائي
- الصناعات الغذائية.
يرتبط كل إنتاج تقريبًا بتوليد الحرارة أو امتصاصها ، وبالتالي ، فإن المبادلات الحرارية مطلوبة في مجالات مختلفة من النشاط البشري. يعتمد أداء المعدات في الشركات ، وكذلك عمل مكيفات الهواء المنزلية والسخانات ، ومشعات التبريد في السيارات ، وما إلى ذلك ، على تصميمها وخصائصها.
ملحوظة! غالبًا ما يتم استخدام السخانات من هذا النوع لتبريد سوائل العمل وتسخين المبرد لتشغيل مضخات الحرارة.
يتم استخدام المبادلات الحرارية للغلاف والأنبوب على نطاق واسع كمكثفات ومبخرات. اليوم ، بفضل تطوير التقنيات الصناعية ، أصبح تصميم المبادلات الحرارية أكثر تقدمًا ولا يزال يتم تحديثه.
مزايا وعيوب المبادلات الحرارية ذات القشرة والأنبوب
من وجهة نظر هيكلية ، فإن المبادلات الحرارية من هذا النوع تشبه النماذج الأولى التي تم إنتاجها في بداية القرن العشرين. أثر تحديث هذه الأجهزة على عناصر معينة فقط ، ومع ذلك ، ظل الأساس دون تغيير. يمكن للمواد الحديثة التي يتم استخدامها لسخانات القشرة والأنبوب تحسين خصائصها التشغيلية.
في صناعة المبادلات الحرارية ، يتم استخدام المواد الحديثة التي تحسن بشكل كبير من جودة الأجهزة النهائية
تتميز المبادلات الحرارية للأنابيب والأنابيب بعدد من الصفات الإيجابية ، مما يسمح لها بالبقاء عناصر لا غنى عنها في الصناعات المختلفة حتى يومنا هذا:
- مقاومة المطرقة المائية في النظام ؛
- القدرة على العمل في البيئات الملوثة ؛
- معدلات نقل الحرارة منخفضة.
- أداء جيد؛
- ارتداء المقاومة؛
- قابلية الصيانة؛
- مقاومة الضغط العالي.
- مقاومة المواد الكيميائية العدوانية.
- السلامة التشغيلية؛
- الموثوقية والمتانة.
سخانات من هذا النوع لها عيوبها ، بما في ذلك:
- أبعاد كبيرة جدًا ؛
- غالي السعر.
الجهاز ومبدأ التشغيل
يتضمن المبادل الحراري للأنبوب والأنبوب عدة عناصر هيكلية. فكر في العناصر الرئيسية:
- غلاف (الإسكان) ؛
- غرف التوزيع والإرشاد ؛
- نظام الأنبوب الداخلي ؛
- صفائح أنبوبية
- الأقسام والأختام.
يتميز طراز الجهاز هذا بوجود غلاف يخفي الأنابيب الداخلية ، ومن هنا جاء اسم "غلاف وأنبوب"
ملحومتان في الجسم. أحدهما مسؤول عن توفير بيئة العمل ، والآخر عن الاستنتاج. يتم لحام الشفاه الخاصة حتى نهايات الغلاف.
بالإضافة إلى ذلك ، يتضمن هيكل هذا السخان صفائح أنبوبية ، يتم لحام الأنابيب بينها ، ومجهزة بشبكات عن بعد. يشكل هذا التصميم نظام الأنابيب في جهاز الاسترداد ويسمح للسخان بتمرير متعدد.
يتم إدخال فتحتين في الجزء السفلي من جهاز الاسترداد ، والتي تقوم بنفس وظائف فتحات الغلاف ، كما تقوم بوظائف المدخل والمخرج. تم تجهيز الجزء السفلي من المبرد بالشفاه. شفاه الاسترداد هي شفرات التزاوج للإسكان. يتم إدخال نظام الأنابيب لمثل هذا الجهاز في السكن. يتم إصلاح الشبكات باستخدام عناصر الإغلاق والمسامير الخاصة بين حواف جهاز التعافي والإسكان. هذا يسمح ، إذا لزم الأمر ، بإصلاح أي عنصر من جهاز القشرة والأنبوب بسلاسة.
مبدأ تشغيل هذا النوع من السخان هو كما يلي: الوسط الساخن والبارد يدور من خلال قناتين مختلفتين. تتم عملية نقل الحرارة بين جدران هذه القنوات.
أنواع المبادلات الحرارية للغلاف والأنبوب
سخان القشرة والأنبوب معقد للغاية ، من وجهة نظر هيكلية ، الجهاز ولديه العديد من الأصناف التي تستحق الانتباه إليها. نظرًا لميزات التصميم (وجود جهاز الاسترداد) ، يتم تصنيف أجهزة الصدفة والأنبوب على أنها نوع متجدد.
تعتبر المبادلات الحرارية ذات القشرة والأنبوب نوعًا متجددًا من الأجهزة المماثلة.
بالإضافة إلى ذلك ، اعتمادًا على اتجاه حركة وسائط العمل ، يتم تقسيم سخانات القشرة والأنبوب إلى الأنواع التالية:
- تدفق مباشر
- تدفق عبر؛
- تدفق معاكس.
حصل نموذج القشرة والأنبوب على اسمه بسبب حقيقة أن الأنابيب التي يدور من خلالها المبرد يتم وضعها داخل الغلاف. هناك اعتماد على سرعة وسط العمل على عدد الأنابيب الموجودة في الغلاف. في المقابل ، كلما زادت السرعة ، زاد معدل نقل الحرارة للجهاز.
ضع في اعتبارك المواد الأساسية التي تصنع منها هذه السخانات:
- خليط معدني؛
- الفولاذ المقاوم للصدأ.
- القوة العالية تدوم.
يمكن تصنيع أنابيب هذه الأجهزة من المواد التالية:
- صلب؛
- نحاس
- نحاس؛
- التيتانيوم.
يرتبط استخدام هذه المواد بحقيقة أن المبادلات الحرارية تعمل عادة في ظروف قاسية وتتلامس مع المواد العدوانية التي يمكن أن تسبب التآكل.
المبادلات الحرارية مصنوعة من مواد ذات مقاومة عالية للتآكل ، مثل التيتانيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
مهم! الفولاذ التقليدي غير مناسب لمبادل حراري ذو غلاف وأنبوب لأنه يتمتع بمقاومة منخفضة للتآكل.
تنقسم نماذج القشرة والأنبوب أيضًا إلى أنواع. يوجد اليوم 4 أنواع من هذه الأجهزة:
- سخان مزود بمعوض حالة درجة الحرارة ؛
- سخان بأنابيب ثابتة (ثابتة) ؛
- جهاز مع أنابيب على شكل حرف U وشكل W ؛
- جهاز الرأس العائم.
يمكن وضع سخانات الصدف والأنبوب في الفضاء أفقيًا أو رأسيًا أو بزاوية معينة.
زيادة معامل انتقال الحرارة
الصناعة لا تقف مكتوفة الأيدي - تعمل باستمرار على تحديث المبادلات الحرارية. يتم تحسين الخصائص التقنية من خلال استخدام الطرق التالية:
- خلق تدفقات مضطربة ؛
- تنفيذ الإدراجات اللولبية ، التي يتم من خلالها تكوين تدفق طولي وعرضي حول الأنابيب ؛
- إنتاج الأنابيب الجانبية والأنابيب الملتوية ؛
- استخدام المخاليط التي تشمل السوائل والغازات ؛
- خلق اهتزاز للأسطح المسؤولة عن نقل الحرارة ؛
- التدفق النابض لبيئة العمل.
يمكن أن تزيد الطرق المذكورة أعلاه من معامل نقل الحرارة. من الشائع أيضًا استخدام عدة طرق في وقت واحد. يمكن لمثل هذا المزيج أن يزيد بشكل كبير من الخصائص التشغيلية لسخان القشرة والأنبوب بعامل 2-3. من الجدير بالذكر أيضًا أن بعض الطرق لا تزيد معدلات نقل الحرارة فحسب ، بل يمكنها أيضًا أداء وظائف مفيدة أخرى. على سبيل المثال ، تمنع التدفقات المضطربة تكوين رواسب الملح على الجدران الداخلية للأنابيب ، مما يلغي تضييق تجويف الأنابيب.
يسمح التحسين المستمر لتصميم المبادل الحراري بزيادة نقل الحرارة وزيادة الخصائص التشغيلية
نصائح اختيار المبادل الحراري
يحتاج برنامج احتساب السخان الأنبوبي والصدفي إلى بيان واضح للبيانات الأولية. يتطلب الجهاز التعافي الجيد دائرة محددة جيدًا. هناك العديد من النقاط التي يجب مراعاتها عند اختيار مبادل حراري للأنبوب والأنبوب. هذه الأحكام مهمة جدًا للحسابات.
بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة للمبردات السائلة والغازية ، هناك سرعة دوران محددة عبر الأنابيب. كما ذكر أعلاه ، كلما زادت السرعة ، كان نقل الحرارة أفضل ، على التوالي. بالنسبة للوسائط السائلة ، تتراوح السرعة من 0.6 إلى 6 م / ث. بالنسبة للوسائط الغازية ، يمكن أن تتراوح السرعة من 3 إلى 30 م / ث. ومع ذلك ، تعتمد كمية الطاقة المستهلكة أيضًا على السرعة ، وبالتالي ، في بعض الحالات ، يتم التقليل من سرعة المبرد لتقليل استهلاك الكهرباء.
عند اختيار الأنابيب ، يجب الانتباه إلى المواد التي صنعت منها ، وكذلك قطرها. يتم اختيار مواد الأنابيب اعتمادًا على وسيط العمل الذي سيتم تدويره خلالها. يجب أن نتذكر - كلما كانت البيئة أكثر عدوانية ، كلما كانت مواد الأنبوب أكثر موثوقية.
مهم! إذا تم تنظيف النظام باستخدام حمض ، فمن المستحسن أن تختار أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ. يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ بخصائص عالية مضادة للتآكل ، ومقاومة ممتازة للكواشف العدوانية ، بالإضافة إلى ذلك ، لديه معامل منخفض من الموصلية الحرارية.
تعتبر المبادلات الحرارية ذات القذائف والأنابيب أجهزة ضخمة نوعًا ما ، لذلك عند اختيارها ، يجدر النظر في أحجامها ، بحيث لن تكون هناك صعوبات في النقل والتركيب في المستقبل.
الأجهزة كبيرة الحجم لها وزن كبير ، مما يزيد من تكاليف النقل
من الضروري أيضًا مراعاة حقيقة أنه بعد أعمال التثبيت ، يجب أن تكون هناك مساحة كافية أمام جهاز الاسترداد من أجل إجراء إصلاحات تشغيلية للجهاز ، إذا لزم الأمر. يجب أن يكون هناك مساحة كافية بحيث يمكن إزالة نظام الأنابيب من السكن. يجب أن يكون للمبادل الحراري للأنبوب والأنبوب تصميمًا يأخذ في الاعتبار الوصول المجاني ليس فقط إلى العناصر الرئيسية ، ولكن أيضًا إلى قطع الغيار الأخرى. هذا ينطبق بشكل خاص على أجهزة التحكم.
نصائح عملية أنبوب ومبادل حراري شل
المبادلات الحرارية من هذا النوع ، على الرغم من أنها أجهزة متواضعة تمامًا ، إلا أنها عاجلاً أم آجلاً تحتاج إلى تنظيف أو إصلاح وقائي.
ينطوي إصلاح المبادل الحراري على بعض العواقب - غالبًا ما يكون هذا انخفاضًا في معامل نقل الحرارة. الجزء الأكثر ضعفًا من سخان القشرة والأنبوب هو الأنبوب. كقاعدة ، هم الذين يتسببون في الانهيار. بمعرفة هذه الميزة للمبادلات الحرارية ، ينصح الخبراء بشرائها بهامش. بالإضافة إلى ذلك ، تنشأ المشاكل غالبًا عندما يتم تنظيم هذه الأجهزة عن طريق المكثفات. أي تغييرات تنطوي على انحرافات في منطقة نقل الحرارة. عادة ما تكون التغييرات في منطقة نقل الحرارة غير خطية.
إن القيام بهذا الجهاز بيديك أمر صعب للغاية ، وفي بعض الحالات مستحيل. إن المبادل الحراري للقشرة والأنبوب هو جهاز معقد للغاية ، ويتطلب إنتاجه الالتزام الصارم بالعملية التكنولوجية ، والتي تشمل العديد من المراحل.
