دانلود پاورپوینت راه‌های افزایش انتقال حرارت در مبدل‌های پوسته و لوله‎

با کاهش ذخایر توان و استفاده روز اضافه آن در صنعت مجبور به بهینه‌سازی مصرف توان می‌باشیم. قسمت صنعت کشور با استفاده بیست درصد توان کشور یکی از بخش‌های استفاده کننده‌ی توان می‌باشد. در این قسمت مبدل‌های حرارتی از پرکاربردترین اسباب می‌باشند. در بین مبدل‌های حرارتی نوع پوست و لوله پرکاربردترین هستند.

هر نوع سازش که منتهی به افزایش کارآیی حرارتی این نوع مبدل‌ها گردد موجبات کاهش قابل ملاحظه‌ای در مصرف توان خواهد شد. در این پژوهش آغاز به تعریف، انواع، فواید و بدی ها مبدل‌های پوسته-لوله خواهیم پرداخت بعد راه‌های افزایش جابجایی حرارت در مبدل‌ها بطور جدا بررسی خواهد شد.

متداولترین و پرکاربردترین نوع مبدل‌های حرارتی که در صنعت مورد کاربرد قرار می‌گیرد مبدل‌های حرارتی لوله- پوست می‌باشد که به منظور کاربرد های متفاوت و در اندازه‌های متنوع طراحی و ساخته می‌شود. در این تبدیل یک سیال در لوله‌ها جریان می‌یابد در حالیکه سیال دیگر درون پوست و از روی لوله‌ها تردد می‌کند. جهت ایمان از این که سیال درون پوست از روی لوله‌ها می‌گذرد و در نتیجه جابجایی حرارت بیشتری چهره می‌گیرد، موانعی در داخل پوست قرار داده می‌شود.

از این نوع مبدل‌ها به منظور بخار کردن یک مایع یا کندانس آسان گرفتن یک تبخیر و یا جابجایی حرارت میان دو مایع کاربرد می‌شود . اجزای ایجاد دهنده یک تبدیل حرارتی لوله- پوست عبارتند از :

لوله ، ورق لوله ، پوست ، سر روبرو ، سر پشت وصفحات نگهدارنده (بافل ها )

این نوع از مبدل‌ها از تعداد اضافی لوله شامل سیال که بخش بیرونی آن با سیال دیگر در ارتباط می‌باشد ایجاد یافته و عمل جابجایی حرارت از راه سطح واسط که همان بدنه یا جداره لوله است توانایی می‌پذیرد پس باید کالا لوله‌ها به گونه‌ای گزینش گردد که اضافه بر استقامت، رسانای خوب حرارت نیز باشد .

مبدل‌های حرارتی حاضر در صنایع و کارخانجات به ویژه صنعت پتروشیمی ، معمولاً  از نوع پوست و لوله (Shell & Tube) می‌باشند.

در مبدل‌های لوله-پوسته طبق معمول دو ورق از کالا فلز در آغاز و انتهای تبدیل قرار می‌گیرد که به عدد لوله‌های داخل تبدیل بر روی این ورقه‌ها سوراخ ایجاد شده‌است و این لوله‌ها به ورق لوله از راه جوش یا به روش مکانیکی پیوسته شده‌اند .

دو سر تبدیل یعنی سر جلویی و عقبی تبدیل به گونه‌ای مدل سازی و ساخته می‌شود که سیال از یک سر تبدیل وارد شده و به جهت ورودی لوله‌ها راهنمایی شود و پس از تردد از لوله‌ها وارد سر عقبی شده و در آنجا گردآوری گردد.

سیالی که از میان پوست عبور می‌کند باید به گونه‌ای راهنمایی شود که در ضمن مسیر زیادترین تماس را با سطح بیرونی لوله‌ها پابرجا نماید و فرآیند جابجایی حرارت به بهترین شکل چهره پذیرد. برای کسب به این هدف از قطعه‌ای به آوازه بافل کاربرد می‌شود.

بافل‌ها به دو مقصود در مبدل‌ها مورد کاربرد قرار می‌گیرند ، راهنمایی سیال و نگهداشتن لوله‌ها برای پیشگیری از ارتعاش و جابجایی. با برپایی بافل‌ها جریان عبوری سیال در پوست تقریباً عمود بر جریان عبوری سیال درون لوله‌ها می‌شود که این امر سبب افزایش جابجایی انرژی حرارتی و در نتیجه افزایش کارآیی کار می‌گردد.

در دبی‌های بالا، از تبدیل حرارتی تاچند لوله‌ای یا لوله و پوسته کاربرد می‌شود. در تبدیل لوله و پوست تک مسیره سیال داخل لوله‌ها تنها یکبار طول لوله‌ها را ضمن کرده و از مبدل بیرون می‌شود.

در صورتیکه به منظور سیال داخل لوله‌ها به تغییرات دمایی زیادتر نیاز باشد، باید دوران بیشتری را در تبدیل طی آهسته و به این مقصود لوله‌ها را به شکل U می‌سازند، برای اینکه با افزایش طول لوله‌ها بطور مستقیم، طول تبدیل نیز افزایش می‌یابد که به علت تصرف فضای بیشتر، پسندیده نیست. در درستی مبدل حرارتی را دومسیره می‌سازند.

پوسته به منظور حفظ سیال روی لوله‌ها و آرایش جریان سیال است.

( جهت خواندن متن کامل این قسمت فایل ضمیمه را دانلود نمایید. )

مقدمه

با کاهش ذخایر توان و استفاده روز اضافه آن در صنعت مجبور به بهینه‌سازی مصرف توان می‌باشیم. قسمت صنعت کشور با استفاده بیست درصد توان کشور یکی از بخش‌های استفاده کننده‌ی توان می‌باشد. در این قسمت مبدل‌های حرارتی از پرکاربردترین اسباب می‌باشند. در بین مبدل‌های حرارتی نوع پوست و لوله پرکاربردترین هستند.

هر نوع سازش که منتهی به افزایش کارآیی حرارتی این نوع مبدل‌ها گردد موجبات کاهش قابل ملاحظه‌ای در مصرف توان خواهد شد. در این پژوهش آغاز به تعریف، انواع، فواید و بدی ها مبدل‌های پوسته-لوله خواهیم پرداخت بعد راه‌های افزایش جابجایی حرارت در مبدل‌ها بطور جدا بررسی خواهد شد.

1.1 مبدل‌های پوسته-لوله

متداولترین و پرکاربردترین نوع مبدل‌های حرارتی که در صنعت مورد کاربرد قرار می‌گیرد مبدل‌های حرارتی لوله- پوست می‌باشد که به منظور کاربرد های متفاوت و در اندازه‌های متنوع طراحی و ساخته می‌شود. در این تبدیل یک سیال در لوله‌ها جریان می‌یابد در حالیکه سیال دیگر درون پوست و از روی لوله‌ها تردد می‌کند. جهت ایمان از این که سیال درون پوست از روی لوله‌ها می‌گذرد و در نتیجه جابجایی حرارت بیشتری چهره می‌گیرد، موانعی در داخل پوست قرار داده می‌شود.

شکل(1) : تبدیل حرارتی پوسته-لوله

از این نوع مبدل‌ها به منظور بخار کردن یک مایع یا کندانس آسان گرفتن یک تبخیر و یا جابجایی حرارت میان دو مایع کاربرد می‌شود . اجزای ایجاد دهنده یک تبدیل حرارتی لوله- پوست عبارتند از :

لوله ، ورق لوله ، پوست ، سر روبرو ، سر پشت وصفحات نگهدارنده (بافل ها )

شکل (2) : تبدیل حرارتی پوست لوله با اجزای آن

این نوع از مبدل‌ها از تعداد اضافی لوله شامل سیال که بخش بیرونی آن با سیال دیگر در ارتباط می‌باشد ایجاد یافته و عمل جابجایی حرارت از راه سطح واسط که همان بدنه یا جداره لوله است توانایی می‌پذیرد پس باید کالا لوله‌ها به گونه‌ای گزینش گردد که اضافه بر استقامت، رسانای خوب حرارت نیز باشد .

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

مبدل‌های حرارتی حاضر در صنایع و کارخانجات به ویژه صنعت پتروشیمی ، معمولاً از نوع پوست و لوله (Shell & Tube) می‌باشند.

در مبدل‌های لوله-پوسته طبق معمول دو ورق از کالا فلز در آغاز و انتهای تبدیل قرار می‌گیرد که به عدد لوله‌های داخل تبدیل بر روی این ورقه‌ها سوراخ ایجاد شده‌است و این لوله‌ها به ورق لوله از راه جوش یا به روش مکانیکی پیوسته شده‌اند .

دو سر تبدیل یعنی سر جلویی و عقبی تبدیل به گونه‌ای مدل سازی و ساخته می‌شود که سیال از یک سر تبدیل وارد شده و به جهت ورودی لوله‌ها راهنمایی شود و پس از تردد از لوله‌ها وارد سر عقبی شده و در آنجا گردآوری گردد.

سیالی که از میان پوست عبور می‌کند باید به گونه‌ای راهنمایی شود که در ضمن مسیر زیادترین تماس را با سطح بیرونی لوله‌ها پابرجا نماید و فرآیند جابجایی حرارت به بهترین شکل چهره پذیرد. برای کسب به این هدف از قطعه‌ای به آوازه بافل کاربرد می‌شود.

بافل‌ها به دو مقصود در مبدل‌ها مورد کاربرد قرار می‌گیرند ، راهنمایی سیال و نگهداشتن لوله‌ها برای پیشگیری از ارتعاش و جابجایی. با برپایی بافل‌ها جریان عبوری سیال در پوست تقریباً عمود بر جریان عبوری سیال درون لوله‌ها می‌شود که این امر سبب افزایش جابجایی انرژی حرارتی و در نتیجه افزایش کارآیی کار می‌گردد.

در دبی‌های بالا، از تبدیل حرارتی تاچند لوله‌ای یا لوله و پوسته کاربرد می‌شود. در تبدیل لوله و پوست تک مسیره سیال داخل لوله‌ها تنها یکبار طول لوله‌ها را ضمن کرده و از مبدل بیرون می‌شود.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

در صورتیکه به منظور سیال داخل لوله‌ها به تغییرات دمایی زیادتر نیاز باشد، باید دوران بیشتری را در تبدیل طی آهسته و به این مقصود لوله‌ها را به شکل U می‌سازند، برای اینکه با افزایش طول لوله‌ها بطور مستقیم، طول تبدیل نیز افزایش می‌یابد که به علت تصرف فضای بیشتر، پسندیده نیست. در درستی مبدل حرارتی را دومسیره می‌سازند.

شکل (5) : تبدیل حرارتی پوست لوله دو مسیره

پوسته به منظور حفظ سیال روی لوله‌ها و آرایش جریان سیال است.

شکل(6): مبدل پوست لوله و اجزای آن

شکل شماتیک پایین هم دو نوع آرایش مثلثی و مربعی در تبدیل های پوست لوله را نشان می‌دهد.

شکل (7): آرایش مثلثی و مربعی در مبدل پوست لوله

شکل(8) :مبدل گرمایی پوسته-لوله که آرایش لوله‌های آن بصورت مثلثی است.

1.2 اشکال مبدل های لوله و پوست :

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

در مبدل‌های نوع سر ثابت، ورق لوله‌ها به پوست جوش یا به وسیله نبش و مهره استوار شده‌است، لذا با تغییرات درجه تاب جایی به منظور انبساط لوله و پوست هر یک به طور جدا وجود ندارد.

شکل (9) : تبدیل Fixed Tube Sheet Exchanger

این مبدل‌ها دارای rear head ثابت می‌باشند و در نتیجه زمان نوسانات دمایی توانایی افزایش و یا کاهش طول لوله وجود ندارد. به این لحاظ در فرآیندهایی که دمای سیال گرم یا خنک به گونه قابل توجهی دگرگونی می‌کند. به چرا عدم توانایی افزایش یا کاهش طول لوله، این نوع مبدل کاربرد نمی‌شود.

به بند دیگر درصورتی که نوسانات دمای سیستم بسیار باشد، حدس نشتی و ترک خوردن لوله‌ها در محل اتصال تیوب به تیوب شیت بسیار می‌شود. به منظور پیشگیری از رخ ادا کردن این حالت، در این مبدل‌ها از اتصال انبساطی یا expansion joint کاربرد می‌شود. هرچند درصورتی که فشار بسیار و یا سیال خورنده باشد، دیگر نمی‌توان از این اتصال کاربرد کرد. برای اینکه در فشارهای بالا عدد نقاطی که دارای پتانسیل نشتی هستند، افزایش می‌یابد. درصورتی که سیال بکار رفته در تنها رسوب زا باشد سیال ته نشست زا را درون لوله و سیال بدون ته نشست را داخل پوست می‌فرستند. در این تبدیل به حافظه عدم وجود اتصالات درونی مانند پیاله نمد و...احتمال نشتی کمتر می‌شود و همچنین برای اینکه اتصالات درونی نداریم در فضای مربوطه به اتصالات نیز می‌توان لوله‌های بیشتری قرار داد. در نتیجه در ضخامت ثابت پوست این نوع مبدل عدد لوله‌های بیشتری خواهد داشت. از دیگر مزایای این مبدل پاک کردن آن به چگونگی مکانیکی است.

شکل (10) : Expansion Joint

انبساط یا انقباض هر یک از دو جزء بالا به تکی ممکن است موجب خردشدن و یا انحراف لوله‌ها شود، لذا تفاوت درجه تاب دو سیال که با هم تبادل تاب می‌کنند نباید بسیار باشد .

برای غلبه بر این سخت معمولاً از اتصالات انبساطی (Expansion Joint) روی پوست مبدل کاربرد می‌شود. وقتی‌که لوله و پوست سرد شوند اتصال انبساطی و لوله‌ها انقباض یافته می‌شوند و جاذبه وارده بر نقاط جوش خورده کاهش می‌یابد. به چرا مشکلاتی که در بررسی و پاک کردن مبدل‌های سر ثابت وجود دارد عموما در جایی کاربرد می‌شوند که حدس کثیف شدن پوست محدود باشد .

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

همانطور که از آوازه این مبدل‌ها آشکار است دارای rear head پویا می‌باشند. به این لحاظ وقتی تغییرات دمایی خیلی بسیار باشد می‌توان از این مبدل‌ها کاربرد کرد به چه دلیل که توانایی انبساط و انقباض لوله‌ها در این نوع در نگاه گرفته شده‌است. ولی به عامل وجود اتصالات درونی تعداد لوله‌های کمتری نسبت به تبدیل fixed tube sheet در آن قرار می‌گیرد. در این نوع مبدل، یکی از ورق لوله‌ها میان کانال و پوست پیچ و نگین شده و در وضعیت ثابتی قرار می‌گیرد، اما ورق لوله دیگر در داخل پوست به چهره شناور در آمده، توانایی انبساط یا انقباض به منظور هر یک از دو جزء آورنده سیال یعنی لوله و پوست وجود دارد.

از این رو تفاوت درجه تاب دو سیالی که با هم تبادل تاب می‌کنند هر تاچند که بسیار باشد اشکالی ایجاد نخواهد کرد. بعد از واکردن صفحه ثابت، گونه لوله و سر شناور را می‌توان مانند تنها یکپارچه خارج کشید. از این طریق امکان پاک کردن و بررسی قسمت بیرونی لوله‌ها شدنی می‌گردد. ایراد این مبدل‌ها مسافت نسبتاً بسیار بین پوست و لوله می‌باشد.

این مسافت برای مطابقت دادن صفحه شناور لوله‌ها با پوست می‌باشد. برای اینکه در این فضا نمی‌توان لوله‌ای به کار برد، این فضا بلااستفاده می ماند و حاصل این مبدل‌ها کاهش می‌یابد.

این مبدل‌ها به چهار گونه تقسیم می‌شوند:

شکل (11) : تبدیل لوله پوست نوع سر شناور

1.2.2.1 نوع T (pull through floating head)

که هد شناور در این تبدیل مستقیما به tube sheet نبش شده‌است و این یکی از بدی ها این تبدیل است برای اینکه این پیچ‌ها اضافه بر خطر نشتی، جریان ناپسند ایجاد می‌کنند و به عامل اتصالات، عدد لوله‌ها نسبت به مبدل‌های U-type و fixed tube sheet کمتر است. از مزایای این تبدیل این است که می‌توان به منظور تعمیر گونه لوله آن را از درون بیرون کرد.

شکل (12) : تبدیل لوله پوست نوع سر شناور نوع T

1.2.2.2. نوع S (split backing ring)

فضای درگذشته کمتری نسبت به تبدیل نوع T دارد و در نتیجه عدد لوله‌های بیشتری می‌توان در آن بکار برد. در تبدیل نوع S فضای سودمند بیشتری برای جابجایی حرارت وجود دارد و با بکار حمل کردن لوله‌های زیادتر می‌توان جابجایی حرارت بهتری نسبت به تبدیل نوع T داشت. یکی از بدی ها مبدل نوع S این است که نمی‌توان گونه لوله را از آن بیرون کرد به این لحاظ با گرفتگی لوله‌های این مبدل‌ها باید آن‌ها را عوض کرد. همچنین به علت خرج ساخت بالا این نوع در صنعت کاربرد کمی دارد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

1.2.2.3 نوع W (externally sealed)

که در آن دو پیاله نمد وجود دارد، در نتیجه دارای محدودیت دمایی و فشاری به منظور قسمت‌های لوله و پوست می‌باشد. این تبدیل دارای cover ثابتی است. Tube sheet روی قسمت یاتاقان مانند، پویا است و لذا مسافت بین cover و tube sheet متغیر بوده و باید از یک تا دو عبور لوله کاربرد کرد. از بدی ها دیگر این تبدیل این است که از آن در فشارها و ارتعاش‌های بسیار نمی‌توان کاربرد کرد و حداکثر دمای عملیاتی بکار رفته در آن 200 رتبه سانتی‌گراد است.

شکل (14) : تبدیل لوله پوست نوع سر شناور نوع W

1.2.2.4 نوع P (out side packed):

در این تبدیل یک پیاله نمد وجود دارد که علت محدودیت دمایی و فشاری به منظور سمت پوست می‌شود. در این تبدیل cover و tube sheet پویا بوده و لذا مسافت ثابتی میان آن‌ها وجود دارد. از مزیت‌های دیگر این تبدیل نسبت به تبدیل نوع w این است که در این تبدیل دارای محدودیت عدد گذر نمی‌باشیم.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

1.2.2 تبدیل با لوله‌های U شکل ( U – Tube Exchanger) :

لوله‌ها در این تبدیل به شکل ‌U می‌باشند. به این لحاظ این تبدیل برخلاف دیگر مبدل‌ها دارای یک tube sheet بوده و در نتیجه هزینه‌های ساختن این تبدیل کمتر از مبدل‌های دیگر می‌شود. این تبدیل بخاطر شکل لوله‌هایش دارای دست کم دو عبور می‌باشد و گونه لوله این تبدیل نیز قابل عوض است.

شکل (16) : تبدیل U شکل

همچنین بخاطر خم لوله‌ها توانایی افزایش و یا کاهش طول لوله‌ها در اثرات تغییرات دمایی وجود دارد. بعلت وجود فقدان اتصالات داخلی توانایی نشتی کاهش می‌یابد. در این تبدیل فقط توانایی تعویض لوله‌های محیطی وجود دارد و درصورتی که لوله‌های درونی سوراخ یا خراب شوند باید آن‌ها را بسته یا به تعبیر plug کنیم. ضمن تعداد لوله‌ها در این تبدیل بخاطر وجود خم انتهایی از تبدیل fixed tube sheet کمتر است. دقت کنید ردیف‌های درونی دسته لوله بعلت خم شدگی زیادتر دارای قطر کمتری هستند و در نتیجه استواری آن‌ها در مساوی فشار، دما، فرسایش و فرسایش کمتر است. به منظور همین قطر لوله‌های ردیف‌های درونی بیشتر در نگاه گرفته می‌شود. با دقت به آسانی ساخت این مبدل، در صنعت از آن بسیار کاربرد می‌شود.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

این نوع تبدیل حرارتی حاوی فقط یک کانال و یک ورق لوله می‌باشد. از این رو ورودی و خروجی لوله‌ها از راه یک کانال که به دو قسمت تقسیم شده‌است، چهره می‌گیرد. همانطور که از آوازه این تبدیل حرارتی آشکار است لوله‌ها به شکل حرف لاتین U ساخته می شوند.

شکل(18) : تبدیل پوسته-لوله از نوع U شکل

با واکردن پیچ و مهره‌ها، کانال از پوست جدا می‌شود و ورق لوله‌ها و گونه لوله‌ها را می‌توان از پوست خارج نمود بطوریکه امکان پاک کردن و بررسی قسمت درونی لوله‌ها می‌باشد. از طرفی نمی‌توان جریان‌های شامل مواد جامد (کثیف) را به حافظه ایجاد سابیده شدگی در خم حاضر در لوله‌ها کاربرد کرد.

این مبدل‌ها به منظور سیالاتی به کار می‌روند که تفاوت درجه حرارت اضافی داشته باشند، برای اینکه انتهای U شکل لوله‌ها ، توانایی انبساط و انقباض را تا حد اضافی به وجود می‌آورند.

1.3 مزایای مبدل‌های پوسته-لوله

• استحقاق کاربرد در سختی وسیعی از دماها و فشارها

• در دسترس وجود داشتن روش‌های ساختن و گستردگی اطلاعات مدل سازی مکانیکی و حرارتی و استانداردهای موجود

• نگهداری آسان: حاوی باز کردن، بررسی کردن، تعمیر کردن، پاک کردن و پیشرفت دادن

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• سطح ارتباط زیاد در حجم کم

• الگو مکانیکی خوب

• پخش یکنواخت فشار

1.4 بدی ها مبدل‌های پوسته-لوله

معایب مبدل‌های پوسته-لوله متداول را در سه قسمت حرارتی، هیدرولیکی و عملیاتی می‌توان طبقه‌بندی کرد. ضرایب جابجایی حرارت به دست آمده ناشی از وجود جریان‌های برگشتی و اختلاط‍‌های جریان کم بوده و از اینرو جابجایی حرارت به تنها سطح کم می‌باشد. در قسمت هیدرولیکی مهمترین مبحث، کاهش فشار تبدیل در سمت پوست است که در ساختارهای مرسوم، کاهش و خیزهای مکرر جریان و انقباض و انبساط‌های و تغییرات غیرمنتظره مسیر جریان علت افزایش کاهش فشار می‌گردد. ارتعاش دسته لوله و رسوب‌گذاری نیز ازنکات حائز ارزش در قسمت مشکلات عملیاتی می‌باشد. در واقع، ته نشست گذاری و کاهش فشار بالا می‌توانند هزینه‌های اضافی را به فرآیندها تکلیف کنند.

در دهه پسین باتوجه به افزایش ارزش انرژی، همواره تلاش بر کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی مبدل‌های حرارتی پوسته-لوله بوده و در این راستی فناوری‌های تازه از تمام ابزارهای افزاینده جابجایی حرارت درون لوله، تبدیل با بافل‌های میله‌ای، مبدل‌های لوله پیچشی و...معرفی گردیده‌اند.

1.5 فهمیدن نوع و میزان مبدل های پوست و لوله :

اندازه تبدیل با دقت به کد TEMA با قطر پوست و طول لوله‌ها بر طبق اینچ آشکار می‌شود، تبدیل با میزان 192 – 23 دارای ضخامت 23 و طول لوله‌ها 192 اینچ می‌باشد .

با دقت به نوع سر ثابت (Stationary Head) نوع پوست (Shell Type) و نوع سر انتهایی (Rear Head) نیز نوع تبدیل توسط سه حرف لاتین آشکار می‌شود .

مثلا مبدلی با میزان 192 – 17 نوع AES دارای پوست ای به ضخامت 17 اینچ می‌باشد . این تبدیل دارای یک کانال و یک درپوش قابل جدا آسان گرفتن می‌باشد و دارای پوسته‌ای با یک عبور و دارای سر شناور با دو نیم حلقه می‌باشد.

1.6 مقیاس های مرتبط:

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

660 API - که توسط مجتمع نفت امریکا تالیف شده‌است و برای مدل سازی و ساختن مبدل‌های پوست لوله‌ای کاربرد می‌گردند.

- API 661 که توسط مجتمع نفت امریکا تالیف شده‌است و برای مدل سازی و ساختن مبدل‌های هوا خنک کاربرد می‌گردند.

ASME Sec VIII - که برای مدل سازی مکانیکی مبدل‌ها حرارتی فشار بالا کاربرد می‌گردد.

2.1 خوردگی

در آغاز باید توضیح نمود که فرسایش همیشه یک پدیده‌ی ناپسند نیست ولی در بعضی موردها مانند : آندیزه آسان گرفتن آلومینیوم و تراشه شیمیایی نقش مطلوبی دارد؛ اما فرسایش به عنوان یک پدیده‌ی ناپسند دارای تعاریف متعددی است و بطورکلی و جامع فرسایش عبارت است از برهم رفتار الکتروشیمیایی میان ماده و محیط دوروبر آن که نتیجه آن انهدام و نیستی یا فساد ماده ها و یا دگرگونی و تغییر در خواص و ویژگیها آن‌ها (عموماً فلزات) به جهت فعل و انفعال شیمیایی آن‌ها با محیط دوروبر می‌باشد.

2.2 دسته بندی انواع فرسایش در مبدل‌های حرارتی پوسته-لوله

برای فرسایش طبقه بندی‌های مختلفی وجود دارد؛ دسته بندی انواع فرسایش غالباً با دقت به شکل صوری فلز خورده شده چهره می‌گیرد، بطوریکه در اکثر احوال با دیده‌ فلز خورده شده می‌توان نوع آن را آشکار نمود و حالت آنکه خوردگی‌های شکل در تبدیل حرارتی عبارتند از : فرسایش دمای بالا، فرسایش داخل تبدیل و لوله‌ها، فرسایش سطح بیرونی مبدل و لوله‌ها، فرسایش سطح بیرونی و تبدیل لوله‌ها، فرسایش مرطوب و فرسایش گالوانیکی یا دو فلزی.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

اصول خوردگی

مقاومت در برابر فرسایش وابسته به فاکتورهای مهمی است از حقایق زیر نتیجه می‌گردد :

1) ترمودینامیک : توضیح کننده‌ی ممکن بودن واکنش‌های فرسایش از نظر فرضیه می‌باشد.

2) متالوژی : اثر ساختمان متالوژیکی فلزات و آلیاژها را در تقلیل فرسایش نشان می‌دهد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

4) الکتروشیمی : به کمک قوانین الکتروشیمی می‌توان پدیده فرسایش را توضیح و سینتیک آن‌را تعریف داد.

3.1 تحقیق مشکل جرم گرفتگی در مبدل‌های گرمایی

مبدل‌های گرمایی در اشکال مختلفی ساخته شده و مورد کاربرد قرار می‌گیرند. باید گفت علاقه به جرم‌گذاری در اشکال مختلف این ادوات، مختلف است. به عنوان یک اساس در مدل سازی فرآیند، گزینش مدلی که جرم‌گذاری پائینی داشته و جوابگوی نیازمندی‌های فرآیندی باشد، یکی از بهترین گزینه‌هاست. در این مکان باید اشاره کرد که مبدل‌های گرمایی پوست و لوله‌ای با وجود استقامت از نظر ساختن و کارایی قابل در شرایط عملیاتی متفاوت (نظیر توان فشارهای بالا) آمادگی جرم‌ گرفتگی فوقانی (بویژه در جهت پوسته) دارند و این به عامل وجود منطقه ها مرده و ساکنی است که در دوطرف بافل‌ها بوجود می‌آید.

توجه به نکات زیر الزامی است :

• وجود ته نشست در عملکرد تبدیل حرارتی و هیدرولیکی اصلی‌ترین مشکل مدل سازی و بهره‌برداری مبدل‌های صنعتی می‌باشد.

• افزایش سطح جابجایی حرارت میان 20%-200% بعلت ایجاد رسوب

• Shut Down منظم اسباب و تمیزکاری آن‌ها مهم‌ترین احتیاج صنایع می‌باشد.

• پس از گذشت ده‌ها سال ازابداع روش‌های متفاوت رسوب‌گیری هنوز روش‌های تمیزکاری نسبت به فرآیندهای ایجاد رسوب کمتر آشنا شده‌است.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

3.2 مکانیزم های ایجاد رسوب:

1- تبلور(رسوب گذاری تعلیقی یا جرم گرفتگی رسوبی): املاح حاضر در مایعات (مثل سولفات کلسیم)در اثر سرمازایی و گرمایش یا بخار کردن و جوشیدن در تبدیل ها روی سطح بلورین می‌شوند.

2- واکنش‌های شیمیایی: اکسید شدن ماده ها آلی و املاح معدنی در دماهای بالا، سختی آب، ایجاد کک، پلیمرازیسیون، Cracking

شکل(20) : ته نشست گذاری بر اثرات واکنش‌های شیمیایی

3- پخت: هیدروکربن‌ها در صنایعی حکایت پالایش نفت خام، روی سطح ته نشست ایجاد می‌کنند.

4- ته نشینی(جرم گرفتگی ذره‌ای): ته نشینی ذراتی مثل سنگریزه در اثرات نیروی ثقل.

شکل(21): ته نشست از نوع ته نشینی

5- انجماد(جرم گرفتگی بی تجربه از جامد سازی): درصورتی که درجه تاب سطح پایین‌تر از نقطه انجماد برخی از ترکیبات محلول باشد، باعث یخ زدن آن ترکیبات روی روی که نوعی رسوب شمار می‌شوند.

شکل(22): ته نشست از نوع انجماد

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل(23) : ته نشست گذاری بر اثرات خوردگی

7- جرم گرفتگی بیولوژیکی: در اثر افزایش شدن و پیوستن میکرو/ماکرو اورگانیسم‌های بیولوژیکی به سطح جابجایی گرما در این مکانیزم موجودات زنده به سطح مبادله حرارتی می‌چسبند و ایجاد و تولید غشاهای چسبناک می‌کنند. مانند: ته نشینی جلبک‌ها

(نیاز به دانلود ترجمه)

شکل(24): ته نشست از نوع بیولوژیکی

8- ته نشست ذرات محلول مانند : سولفات کلسیم، سیلیکات سدیم، کربنات لیتیم، در این موردها افزایش دما اندازه رسوب گذاری را افزایش می‌دهد برای اینکه باعش کم گشتن فعالیت نمک‌ها می‌گردد.

(نیاز به دانلود ترجمه)

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

3.3 نحوه فهمیدن رسوب گذاری

نحوه فهمیدن رسوب گذاری در تبدیل به دو چهره است:

1- تبدیل کارایی قابل قبلی را نداشته و دمای خروجی سیال فرآیندی به اندازه مطلوب نمی‌رسد.

2- کاهش فشار میان ورودی و خروجی تبدیل نسبت به حالت طبیعی افزایش می‌یابد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

فرآیند جابجایی حرارت: به طورمثال در فرآیند تقطیر تبخیر معمولاً ایجاد رسوب بااهمیت نیست.

نوع سطح: نوع روی فقط در سرعت اولیه ایجاد رسوب اثربخش می‌باشد و در بقیه رشد ته نشست تاثیری ندارند. سطح ها تفلونی ته نشست کمی می گیرند. با گزینش لوله‌هایی از کالا آلیاژهای حاوی مس، از بعضی رسوب گرفتگی‌های بیولوژیکی کاسته می‌شود.

سرعت جریان سیال: سرعت بالاتر رود ایجاد رسوب کمتر می‌شود، اما سرعت بالا علت افزایش ساییدگی، لرزش و کاهش فشار هم می‌شود.

دمای روی و سیال: از [13] دما در اندازه رسوب اثر دارد. اینطور نیست که حتما با افزایش دما رسوب زیادتر شود در کل ارتباط به سیال روان در تبدیل دارد و شدنی است با کاهش دما از یه حدی میزان رسوب افزایش یابد

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

نوع مبدل: به عنوان مثال مبدل ورق و شاسی ته نشست کمتری نسبت به تبدیل لوله و پوست دارد.

3.4.2 عواملی که در صنعت سبب ایجاد ته نشست می‌شوند

• تغییرات غیرمنتظره دما در فرآیند

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• جوانه زنی روی سطح ها زبر

• واکنش ماده ها شیمیایی روی سیال و لوله

• وجود ناخالصی‌ها در سیال

• شکل هندسی لوله‌ها و روش تلاطم سیال

• ذرات و ماده ها قابل ته نشست روی روی لوله

• بقایای موجودات آبزی در آب دریا

3.5 بدی ها و ضررها رسوب

• کاهش و دگرگونی در ضریب جابجایی حرارت

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• افزایش دوران و عدد اورهال

• افزایش هزینه‌ها و ارزش محصول

• کاهش کارآیی تولید و افزایش استفاده مواد اولیه

• افزایش کاربرد از حلال‌های شیمیایی

• افزایش عوض لوله‌ها و مخزن ها و اسباب و کاهش عمر سودمند آنها

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• کاهش عمر سودمند تجهیزات

• اخلال در فرآیند

3.6 ارزش رسوب در صنعت و اقتصاد

• مطابق محاسبات بعمل آمده در کشورهای صنعتی آسیب ناشی از ته نشست در مبدل‌های حرارتی 25% درصد از رشد آمیخته ملی GDP را حاوی می‌شود.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• تا 25 سال قبل معضل ته نشست در مبدل‌ها تقریباً جز قابل حل شمار می‌شد.

• در بخش توان سنگاپور، اتلاف توان بعلت رسوبات حاضر در مبدل‌های حرارتی حدود 8%- 1% درصد از GDP سنگاپور می‌شود که مبلغی میان 120-150 میلیون دلار سالیانه بر قسمت صنعت توان آن کشور تکلیف می‌نماید.

• مطابق محاسبات بعمل آمده دست کم زیان‌های بی تجربه از ته نشست در صنایع ایالات متحده امریکا 18 میلیارد دلار بر آورد شده است که به تکی 6 میلیارد دلار خسارات بی تجربه از وجود ته نشست در مبدل‌های حرارتی می‌باشد.

• وجود ته نشست در عملکرد حرارتی و هیدرولیکی اصلی ترین مشکل مدل سازی و بهر برداری مبدل‌های صنعتی می‌باشد.

• به علت ایجاد رسوب در مبدل‌های حرارتی و چگالنده‌ها، سطح جابجایی حرارت میان 20% - 200% در مدل سازی اولیه افزایش می‌یابد.

• Shut Down (نیاز به دانلود ترجمه) منظم اسباب و تمیزکاری آنها مهمترین احتیاج صنایع می‌باشد.

• در صنعت کمترین میزان رسوب قابل توان نمی‌باشد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

توجه به محدودیت سوخت‌های فسیلی در جهان موجب شده‌است که امروزه مبحث بهینه‌سازی مصرف توان در واحدهای فرآیندی، افزون از قبل مورد دقت قرار گیرد. یکی از تکنیک‌های بهینه‌سازی استفاده انرژی، فن HTE است که در زیر شناسایی شده‌است.

معرفی فن آوری THE

بخش صنعت کشور با استفاده بیست درصد توان کشور یکی از بخش‌های استفاده کننده‌ی توان می‌باشد. در این قسمت مبدل‌های حرارتی از پرکاربردترین اسباب می‌باشند. در بین مبدل‌های حرارتی نوع پوست و لوله پرکاربردترین هستند. هرچند امروزه در مقایسه با دیگر مبدل‌ها از نوع مبدل‌ها از کارآیی بالایی بهره مند نیستند. ولی به عامل مزایایی شبیه دسترسی به رقیق افزارهای طراحی، وجود کدهای مقیاس مهندسی و نهایتاً توانایی ساخت همچنان موردها کاربرد فراوانی دارند. از طرفی هر نوع سازش که منتهی به افزایش کارآیی حرارتی این نوع مبدل‌ها گردد موجبات کاهش قابل ملاحظه‌ای در مصرف توان را در برخواهد داشت. در بین این روش‌های اصلاح، به کار حمل کردن تکنیک‌های بهبود جابجایی حرارت (Enhancement Heat Transfer) نه تنها علت کاهش قابل ملاحظه‌ای در مصرف توان در صنایع فرایندی را خواهد داشت که از مشکلات بی تجربه از انجمن کردن رسوب در لوله‌ها به اندازه قابل توجهی می‌کاهد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

یکی از روش‌های کاربردی و اثربخش در بهبود جابجایی حرارت و کاهش جرم گرفتگی، کاربرد از وسایل افزاینده جابجایی حرارت (Tabulators) است. این وسایل به آسانی در درون لوله‌های مبدل‌های پوسته-لوله‌ای برپایی می‌شوند و در زمان ایست واحدها (Overhaul)، به آرامش قابل خارج کشیدن و پاک کاری و نصب ازنو می‌باشند.

این چگونگی کاربردی، امروزه به عنوان فن آوری HTE یا Heat Transfer Enhancement آشنا شده است که تحت لیسانس شرکت‌های مختلف، افزون از یک دهه به منظور به کارگیری در صنایع متفاوت نفت و دندان و پتروشیمی و تا اینکه نیروگاه‌ها پیشنهاد و آگهی می‌گردد. شایان یاد است که در حالت حاضر، تنها در آمریکا افزون از 50 پالایشگاه و 6 تنها پتروشیمیایی از مزایای این فن آوری بهره برده‌اند. البته کاربرد از این فن آوری محدود به آمریکا نبوده و در فراوانی از پالایشگاه‌ها و مرکزها پتروشیمی کشورهای اروپایی و تا اینکه در آسیا (به طور آشکار تایلند، مالزی و ژاپن) نیز این فن آوری به کار گرفته شده‌است.

4.2 شرعیات و مبانی فن آوری THE:

اساساً روش‌های متعددی به منظور افزایش حاصل مبدل‌های حرارتی عرضه شده‌است که به دلیل خرج کمتر نسبت به روش‌های دیگر و عدم کاربرد از دیگر منابع توان نظیر برق، جنبه‌های اجرایی کاربرد از وسایل افزاینده جابجایی حرارت به منظور مهندسان در صنایع، بی شمار پرجاذبه‌تر فهمیدن داده شده‌است. این وسایل که با اشکال هندسی خاصی مدل سازی می‌شوند، داخل لوله‌های تبدیل قرار داده می‌شوند.

ایجاد سرعت‌های دورانی در جریان سیال و افزایش معاشرت بخصوص در نزدیکی دیواره‌های درونی لوله‌های مبدل، نهایتاً دلیل می‌گردد که از سرعت ته‌نشینی ذرات کاسته شده و از ایجاد لایه مرزی نیز پیشگیری گردد. مجال نیافتن سیال برای ایجاد لایه‌ی مرزی که خود از مقاومت‌های بااهمیت در برابر جابجایی حرارت شمار می‌شود، از دلیل ها عمده‌ی افزایش نرخ جابجایی حرارت بین سیال داخل لوله و پوست می‌باشد. به علاوه، افزایش سرعت شعاعی و محوری در جریان سیال درون لوله علت نوعی یکنواختی در پخش دما در طول لوله و در هر مقطع از آن می‌گردد. لذا در بعضی از مکانیزم‌های ایجاد جرم گرفتگی داخل لوله‌های مبدل‌ شبیه کک زدن (Cocking)، که چرا اصلی آن به وجود آمدن نقاط گرم موضعی در روی لوله (Hot Spot) است، کاربرد از این وسایل باعث پیشگیری از این مظهر شده و نهایتاً دلیل بهبود جابجایی حرارت در طول لوله می‌گردد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل(26) : تبدیل حرارتی پوسته-لوله

وسایل افزاینده‌ی جابجایی حرارت در اشکال مختلفی مدل سازی می‌شوند که هر یک بسته به ساختمان مدل سازی خود، با مکانیزم خاصی دلیل افزایش جابجایی حرارت و کاهش همزمان جرم گرفتگی در لوله‌ها می‌گردند.

این وسایل نه تنها در لوله‌های مبدل‌های پوسته-لوله‌ای ولی در کولرهای هوایی، جوش آورها، چگالنده‌ها، و کوره‌های احتراقی نیز به گونه عملی کاربرد می‌شوند.

نکته قابل دقت این است که زیادتر سیالاتی که مورد سرمازایی و گرمایش قرار می‌گیرند، دارای ویسکوزیته نسبتاً فوقانی می‌باشند، یا در مواردی که سیالات آلوده (Foulant) بوده، ضریب جابجایی حرارت این سیالات در جریان لوله نسبتاً پایین می‌باشد. لذا در این گونه مبدل‌هایی، جابجایی حرارت به منظور طرف لوله‌ی بازرسی کننده‌ی سرعت جابجایی حرارت می‌باشد. به این لحاظ استفاده از دستگاه‌های افزاینده‌ی جابجایی حرارت، موجب سلامت و مزیتی به منظور رفع هر دو نقیصه‌ی نامبرده در مبدل‌های پوسته-لوله‌ای خواهد بود.

4.3.1 موردها به کارگیری فن THE

اصولاً به کارگیری و مزایای بی تجربه از به کار حمل کردن این وسایل در لوله‌های مبدل‌های پوسته- لوله‌ای در دو زمینه‌ی پایین قابل دقت مهندسان بوده است:

1) در سلامت کارکرد مبدل‌های حرارتی موجود، مزایای عمده‌ای در فرآیند مرتبط به برپایی این وسایل در داخل لوله‌ها و بعد کاهش عدد گذرهای جهت لوله به چهره زیر نتیجه می‌گردد:

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

• حمل کردن درجه حرارت‌های سیالات خروجی از جهت لوله و طرف پوست به دماهای مورد نگاه در مدل سازی (Spec) و تا اینکه فراتر از آن

• افزایش گنجایش واحدها (Revamping) با افزایش دادن دبی جریان‌ها در مبدل‌ها، به ویژه وقتی که مبدل‌ها، دستگاه‌های حرارتی گلوگاهی (Bottleneck) فرآیند شمار می‌شوند.

• افزایش پاس حرارتی دستگاه‌های مبادله حرارتی و سازش شبکه‌ی مبدل‌های حرارتی (Retrofitting) و نهایتاً کاهش استفاده آب و تبخیر (Utilities) در یک فرآیند.

2 ) مزایای بی تجربه از به کارگیری این فن آوری در مدل سازی اولیه‌ی مبدل‌ها (Grassroots Design)

• کاهش سطح جابجایی حرارت مورد احتیاج به مقدار بی شمار قابل ملاحظه

• کاهش عدد پوسته‌ها و گذرهای جهت لوله‌ی تبدیل و ساده‌تر گشتن ساختمان تبدیل در طراحی

• کاهش نیروی محرکه‌ی دمایی LMTD که به طور شبیه در مبدل‌های بخاری(Steam heaters) ، احتیاج به امان بخار فشار بالا را برطرف خواهد نمود.

4.3.2.1 نمونه‌های شدنی از به کارگیری این فن آوری در صنایع (Case Studies)

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

مثال اول) پالایشگاه نفت گرنبی موس در اسکاتلند

شرکت نفت انگلستان (B.P) توانایی رسوب گرفتگی بی تجربه از کریستالی گشتن ترکیبات هیدروکربوری سنگین (واکس) را با مدل سازی یک کولر هوایی قابل و کاربرد از این فن آوری حذف نموده است.

مثال دوم) پالایشگاه نفت لینجن در آلمان

با پیوند این فن آوری و با کاربرد از بافل‌های مارپیچ نه تنها از اندازه رسوب گرفتگی در لوله‌های تبدیل کاسته شده، بلکه مدل سازی با این تلفیق، منتهی به داشتن عدد کمتری از پوسته‌های تبدیل شده است.

مثال سوم) پالایشگاه اونتاریا در کانادا

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

مثال چهارم) تاسیسات ذخایر دندان لنچات در بلژیک

استفاده از این فن آوری منجر به سلامت کارکرد تبدیل میانی تنها با یک پوست در عملیات آبگیری از دندان شده است.

4.3.2.2 اقدامات انجام شده در پژوهشگاه صنعت نفت :

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

1- ارایه‌ی سمینار و کارگاه‌های آموزشی

به مقصود آشنایی مهندسان و کارشناسان متفاوت و مشتاق به این تکنولوژی، سمینارها و کارگاه‌های مختلفی در روی صنایع نفت و دندان و پتروشیمی برگزار شده‌است.

2- ساختن وسایل افزاینده جابجایی حرارت

با کوشش و پیگیری‌های انجام شده فن ساخت و پارامترهای تولیدی یکی از مهمترین اشکال وسایل افزاینده‌ی جابجایی حرارت بدست آمده‌است. در حالت حاضر توانمندی ساخت این وسایل در ابعاد متفاوت و با فشردگی‌های مختلف و به منظور هر دامنه‌ای از نیاز آماده آمده است.

3- معین کردن مشخصه‌ی عملکرد هیدرولیکی- حرارتی وسایل مذکور

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

4- تهیه‌ی نرم ابزار RIPI-HEX

جهت معین کردن پتانسیل بکارگیری این فن در مبدل‌های پوسته- لوله‌ای و به منظور شرایط مدل سازی (Design) و عملکردی (Rating) رقیق افزاری آماده و تالیف شد. با کمک این نرم ابزار امکان تحقیق هر یک از احوال توصیف شده در شرایطی که افزایش کارآیی حرارتی تبدیل مدنظر باشد، قابل تحقیق خواهد بود.

در حال موجود پژوهشگاه صنعت نفت توانایی پیش‌بینی و ارزیابی میزان پتانسیل سودمندی بی تجربه از بکارگیری این فن را به منظور مبدل‌های شناسایی شده از سوی صنایع متفاوت را توانگر می‌باشد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

افزایش ضریب جابجایی حرارت در فرآیندهای صنعتی به منظور کاهش ابعاد، افزایش حاصل ترمودینامیکی و یا کاهش توان پمپاژ از ارزش فوق‌العاده‌ای بهره مند است. سطوح توسعه یافته انتقال تاب با استفاده از هندسه و آرایش‌های خاص، علت افزایش میزان hA در تنها سطح اساس در مقایسه با سطح ها صاف می‌شود. با به کارگیری این سطوح، درصورتی که میزان جابجایی حرارت ثابت نگه داشته‌شود، طول تبدیل حرارتی کاهش می‌یابد. در یک سناریوی دیگر با ثابت نگه داشتن میزان جابجایی حرارت و طول کلی تبدیل می‌توان پارامتر (نیاز به دانلود ترجمه) را ثابت نگه داشت که این علت افزایش حاصل فرآیند از نظر ترمودینامیکی و نهایتاً کاهش هزینه‌ی عملکرد خواهد شد و در ضمینه دیگری می‌توان توضیح داشت که افزایش ضریب جابجایی حرارت، می‌تواند منتهی به کاهش سرعت مورد احتیاج و افزایش روی جریان سیال و در نتیجه کاهش توان مورد احتیاج پمپاژ شود.

5.2 روش‌های افزایش ضریب جابجایی حرارت

این روش‌ها ازاصل به دو گروه اصلی، پرکار و غیرفعال (Active and passive techniques) تقسیم می‌شوند. در روش‌های غیرفعال سطح ها با آرایش خاص، مانند کاربرد از پوشش زبر بر روی سطح ها گسترش یافته، کاربرد از ادواتی که در جریان سیال قرار دارند، افزودنی به سیال و غیره بکار گرفته می‌شوند. در روش‌های پرکار از توانایی خارجی کاربرد می‌شود. در این گونه مواردی از میدان الکتریکی، صوتی و یا لرزش سطوح و سطوح لرزان برای به هم زدن لایه مرزی و افزایش تلاطم کاربرد می‌شود. بعضی از روش‌های باب در جدول (1) عنوان شده‌است. روش‌های غیرفعال بدلیل خرج کمتر معمولاً مورد دقت بیشتری قرار دارند. از تمام این روش‌ها می‌توان از اسباب درون لوله‌ای مانند نوار مشکل شده(Twisted Tape) ، کانال سیم یا برس(Wire mesh or brush) و سیم‌های پرپیچ وخم برس (Coiled Wire) و سیم‌های پرپیچ وخم نام برد. این اسباب به آرامش داخل لوله‌های تبادل‌گر ها قابل کاربرد می‌باشند. البته کاربرد از اسباب درون لوله‌ای علت افزایش ناپسند افت فشار درون لوله نیز خواهد شد.

لوله‌های پره دار می‌توانند به سه سوگند لوله‌های پره‌دار داخلی، بیرونی یا تواماً کاربرد شود.

آرایش کالا توانای عملکرد

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

اندود فلزی

پره یکپارچه

شیاردار

زبری یکپارچه

افزودن پرپیچ وخم مفتولی

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

افزودن کاست پیچشی

Al, Cu, Si

Al. Cu

Al, Cu

Cu, St

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

عمومی

عمومی

عالی

عالی

متوسط

عالی

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

متوسط

متوسط

خارج لوله‌های مدور

اندود فلزی

اندود غیرفلزی

زبری(یکپارچه)

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

پره محوری

Al, Cu, Si

تفلون

AlCu

عمومی

Al, St

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

متوسط

عالی(جوشش)

متوسط(جابجایی)

عالی(جابجایی)

در بکارگیری سطوح توسعه یافته انتقال حرارت، سمتی که اثر بیشتری در ضریب انتفال تاب به عهده دارد، قابل دقت است.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

در نهایت برای گزینش بهترین چگونگی برای سلامت ضریب جابجایی حرارت، بررسی اندازه افت فشار و بررسی‌های اقتصادی مربوطه مورد احتیاج است.

بطور کلی در مبدل‌های حرارتی، سمت افزایش میزان جابجایی حرارت و دست‌یابی به (نیاز به دانلود ترجمه) مورد نگاه به روش‌های پایین عمل می‌شود:

1- افزایش عدد لوله‌ها (مبدل حرارتی لوله و پوسته)

افزایش روی و زمان ارتباط دو سیال ( تبدیل حرارتی شکل ) یا کاربرد از لوله‌های پره‌دار ( با این لوله‌ها که تبدیل حرارتی پره‌ای را می‌سازند. با کاربرد از این لوله‌ها، به عدد کمتری لوله احتیاج است، به همین چرا از نگاه اقتصادی نیز قابل هستند.)

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

3- برپایی بافل‌ها سمت افزایش بهم فرسایش و ضریب انتقال سیال داخل پوسته، وظیفه دیگر بافل‌ها توان وزن لوله‌ها و پیشگیری از انحراف آنها به زمان انبساط و تحرک و ارتعاش آن‌هاست. از هرکدام از بافل‌ها فقط برخی از لوله‌ها تردد می‌کنند برای اینکه نیم‌دایره هستند و نحوه‌ی برپایی آن‌ها باعث تماس عمود سیال با لوله‌ها شده‌است، که جابجایی حرارت را افزایش می‌دهد.

5.3 بهبود جابجایی حرارت مبدل‌های حرارتی به کمک تحریک لایه مرزی

امروزه نحوی امکان مداخله در قالب لایه مرزی درهم و روش‌های تحریک آن بمنظور بازرسی ضریب جابجایی حرارت و ضریب سایش مورد دقت است. در لایه‌های گذرا اثر گذاری بر امواج تولمین-شلشتینگ و در لایه‌های درهم اثر گذاری بر نمایه سرعت و از این راه بر تنش برشی، از مباحث مورد دقت بشمار می‌آیند.

در مبدل‌های حرارتی افزایش ضریب جابجایی حرارت علت کاهش حجم و هزینه‌های تبدیل می‌شود. یکی از راه‌های افزایش ضریب جابجایی حرارت، تحریک لایه مرزی است. بدین چهره که با کاربرد از موانعی، جریان را دچار بی نظمی و دور کرده که علت ایجاد دگرگونی در پروفیل سرعت و افزایش جابجایی حرارت می‌شود.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

ایجاد توربولانسی و دور در جریان درون لوله علت افزایش ضریب جابجایی حرارت می‌شود.

شکل(27) :مانع دیسکی

شکل(28) :مانع مخروطی

شکل(29) : مزاحم حلقوی

نکته بااهمیت در تحریک لایه مرزی بحث کاهش فشار مانع ها است. هرچند با قرار ادا کردن مانع داخل لوله ضریب جابجایی حرارت و در نتیجه میزان جابجایی حرارت افزایش می‌یابد، ولی ضریب سایش و در نتیجه کاهش فشار نیز افزایش می‌یابد. باید دقت داشت که کاهش فشار از حد مجاز زیادتر نشود در جز اینصورت کاربرد از محرک لایه مرزی قابل قبول نیست.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

یکی از راه‌های افزایش ضریب جابجایی حرارت سرمایشی و کاهش فشار ایزوترمال در مبدل‌های حرارتی با کاربرد از سیم پیچ درونی با گام‌ها و قطرهای متفاوت است. آزمایشات نشان می‌دهد که برپایی سیم‌پیچ در درون لوله علت افزایش ضریب جابجایی حرارت انتقال به اندازه حداکثر 230% نسبت به اندازه ها مربوط لوله صیقلی می‌شود. در چشم حال ضریب سایش تا 30% نیز افزایش می‌یابد.

در رفتار هر تبادل‌گر حرارتی یک پتانسیل بالقوه به منظور افزایش ضریب جابجایی حرارت دارد. از روش‌های گوناگونی به منظور افزایش کارایی تبادل‌گر های حرارتی کاربرد می‌شود تا در فضای کوچکتری حداکثر جابجایی حرارت چهره گیرد.

ضریب سایش جریان آرام به منظور یک لوله با سیم‌پیچ اصولاً در مقایسه با لوله‌های صاف زیادتر است. همانطور که دیده می‌شود افزایش نسبی ضریب سایش در رینولدزهای پایین کم بوده و در اندازه ها بالاتر رینولدز این افزایش نسبی زیادتر است. عامل را می‌توان در این مسئله دانست که در رینولدزهای کم که برحسب با دبی پایین جریان می‌باشد سیال فقط از روی سیم پیچ تردد می‌کند و افزایش نسبی ضریب سایش بعلت وجود گردابه‌های کوچکی است که در سیم نبش ایجاد می‌شود. لیکن هنگامیکه دبی جریان افزایش می‌یابد بعلت وجود سیم پیچ‌های پرپیچ وخم یک جریان ثانویه و در نتیجه یک آشوب در کل جریان ایجاد می‌شود و منتهی به افزایش ضریب سایش می‌گردد. با افزایش رقم رینولدز بدلیل نیروی درگ زیادتر سیم با ضخامت بزرگتر مقدار سایش نسبت به سیم با ضخامت کمتر افزایش می‌یابد.

در گام‌های کم، سیال میان حلقه‌های سیم نبش مانند بخش اسیر قرار می‌گیرد و مزاحم افزایش زیاد جابجایی حرارت بر اثرات زبری بی تجربه از وجود سیم‌پیچ می‌گردد. بتدریج که قدم سیم‌پیچ افزایش می‌یابد این اثرات کمتر می‌شود و سیال میان سیم‌پیچ زیادتر حرکت می‌کند. ولی از جهت دیگر با افزایش قدم سیم پیچ، مسافت از یک سیم تا سیم بعدی بسیار می‌گردد و اثرات زبری سیم‌پیچ در این مسافت از میان می‌رود. به این لحاظ بین اثر بی تجربه از زبری سیم نبش که باعث آشفته شدن جریان می‌شود ( افزایش جابجایی حرارت) و اثرات بوجود آمدن حوضچه‌های آسایش (کاهش جابجایی حرارت) باید یک وضعیت بهینه یافت.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

افزایش ضریب سایش در دبی‌های پایین کم می‌باشد ولیکن با افزایش یافتن مقدار دبی، آشوب بوجود آمده در جریان علت رشد تند آن می‌گردد، لیکن در همه احوال در صد افزایش ضریب سایش کمتر از درصد افزایش ضریب جابجایی حرارت می‌باشد. در همه حالات کاربرد از سیم پیچ علت بهینه شدن جابجایی حرارت در تبدیل می‌شود

5.5 بهبود جابجایی حرارت مبدل‌های حرارتی با کاربرد از لوله U شکل

در وضعیت کلی لوله‌های U شکل اعداد ناسلت بالاتری را نسبت به لوله‌های صاف به منظور همه‌ی اعداد رینولدز در 113 تا 300 درصد به نسبت به شیب کاربرد نشان می‌دهند.

عدد ناسلت با افزایش شیب افزایش می‌یابد این می‌تواند نتیجه‌ای از سطوح ارتباط بالاتر و مخلوط بهتر سیال اصلی و دیواره‌ی لوله باشد. دقت کنید که اثرات المان‌های سطح ها U شکل بر سرعت جابجایی حرارت در اعداد رینولدز، پایین‌تر و کارآمد تر است، به این لحاظ خروجی اخلال لایه مرزی قابل تصورتر خواهد بود بطور شبیه افت توان در بحث فاکتور سایش در اعداد رینولدز نیز بالاست بطوریکه در اثر نسبت شیب لوله بر فاکتور سایش در اعداد رینولدز نیز بالاست بطوریکه در اثر نسبت شیب لوله بر فاکتور سایش هم دما در اعداد متفاوت رینولدز آشکار و شبیه فاکتورهای اصطکاکی همه لوله‌های U شکل به گونه ثابت بالاتر از لوله‌های صیقلی می‌باشند. این به چرا پراکنش فشار دینامیک سیال به چرا افت‌های بالای ویسکوزیته در نزدیکی دیواره‌ی لوله بوده و بر اثرات جریانات سیکل دور و بی نظمی حاصل می‌آید.

5.6.1 بهبود جابجایی حرارت مبدل‌های حرارتی با کاربرد از حفره‌ها و سطح ها موج‌دار :

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

این مظهر باعث می‌شود که جابجایی حرارت بومی دیواره در کنار پایین دست سوراخ افزایش یابد. نشان داده شده که در حالتی که عمق نسبی حفره، یعنی نسبت عمق به ضخامت آن مساوی 0.25 باشد، جابجایی حرارت درون کانال به میزان بیشینه می‌رسد.

شکل(30) : الگو حفره ایجاد شده در کانال

و همچنین نشان داده شده وقتیکه حفره‌های روی دیواره کانال روبروی هم قرار نگیرند و نامتقارن باشند رقم ناسلت و میزان جابجایی حرارت افزایش بیشتری از خود نشان می‌دهند.

5.6.2 تحقیق عددی جریان و جابجایی حرارت در دو نوع کانال پرموج :

امروزه در صنعت مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای، کانال‌های پرموج کاربرد اضافی دارند. این نوع مبدل‌های حرارتی افزایش جابجایی حرارت و معاشرت بهتر سیال را بهمراه دارند. مطالعه ها صورت گرفته نشان می‌دهد که جریان در مبدل‌های حرارتی با سطح ها مواج، مشکل تر و جابجایی حرارت تا حد 2 الی 3 مساوی نسبت به مبدل‌های حرارتی با سطوح راست افزایش می‌یابد. این افزایش جابجایی حرارت بدلیل رشد تند لایه مرزی، معاشرت بهتر سیال و افزایش سطح جابجایی حرارت در تنها طول کانال‌های پرموج می‌باشد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل(31) : اشکال کانال‌های مواج

در قلمرو ورودی کانال، رقم ناسلت میزان بزرگی دارد و بتدریج کاهش می‌یابد. در ورود به دلیل تفاوت دمای زیاد، یک جابجایی حرارت انتقال بزرگ را بهمراه دارد، ولی بتدریج که جریان از کانال تردد داده می‌شود تفاوت دمای سیال و دیواره کمتر شده و علت کاهش رقم ناسلت می‌گردد. دیده‌ شده در کانال Chevron پرش‌هایی در رقم ناسلت دیده می‌شود، که تغییرات اکید فوق بدلیل وجود گردابه (wake) در گوشه‌های تیز این کانال می‌باشد که این گردابه‌ها خود آورنده افزایش جابجایی حرارت و در نتیجه اضافه عدد ناسلت را بهمراه دارند. یک ناحیه حباب دورانی در گوشه‌های تیز کانال ایجاد شده‌است، که سرعت سیال در این قسمت بسیار بی ارزش و در حد صفر است. گردابه‌هایی که در این قسمت‌ها ایجاد می‌شوند نقش بسزایی در معاشرت جریان در این اطراف دارند، به این لحاظ به چرا این معاشرت و در نتیجه برهم خوردن لایه مرزی گرمایی، رقم ناسلت و به پیروی آن جابجایی حرارت در این اطراف افزایش می‌یابد.

شکل(32) : نمایه سرعت در کانال Chevron

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

5.7 بهبود جابجایی حرارت مبدل‌های حرارتی با کاربرد از کاست تابیده :

یکی از روش‌های کاربردی و مؤثر در بهبود جابجایی حرارت و کاهش ته نشست گرفتگی، کاربرد از وسایل افزاینده‌ی جابجایی حرارت (Tabulators) است. این وسایل به آسانی در درون لوله‌های مبدل‌های پوسته-لوله‌ای برپایی می‌شوند و در زمان ایست واحدها، به آرامش قابل خارج کشیدن و تمیزکاری و نصب ازنو می‌باشند.

ایجاد سرعت‌های دورانی در جریان سیال و افزایش اختلاط به ویژه در نزدیکی دیواره‌های درونی لوله‌های مبدل، نهایتاً دلیل می‌گردد که از سرعت ته نشینی ذرات کاسته شده و از ایجاد لایه مرزی نیز پیشگیری گردد. مجال نیافتن سیال برای ایجاد لایه‌ی مرزی که خود از مقاومت‌های بااهمیت در برابر جابجایی حرارت شمار می‌شود، از دلیل ها عمده‌ی افزایش نرخ جابجایی حرارت بین دو سیال داخل لوله و پوست می‌باشد. به علاوه، افزایش سرعت شعاعی و محوری در جریان سیال درون لوله علت نوعی یکنواختی در پخش دما در طول لوله و در هر مقطع از آن می‌گردد. لذا صحیح به همین چرا است که در بعضی از مکانیزم‌های ایجاد رسوب گرفتگی داخل لوله‌های مبدل‌ها، شبیه کک زدن (Cocking)، که چرا اصلی آن بوجود آمدن نقاط گرم موضعی در روی لوله (Hot Spot) است، کاربرد از این وسایل باعث پیشگیری از این مظهر شده و نهایتاً دلیل بهبود جابجایی حرارت در طول لوله می‌گردد. وسایل افزاینده‌ی جابجایی حرارت در اشکال مختلفی مدل سازی می‌شوند که هریک بسته به ساختمان مدل سازی خود، با مکانیزم خاصی دلیل افزایش جابجایی حرارت و کاهش همزمان جرم گرفتگی در لوله‌ها می‌گردند. این وسایل نه تنها در مبدل‌های پوسته-لوله‌ای ولی در کولرهای هوایی، جوش آورها، چگالنده‌ها، و کوره‌های احتراقی نیز بطور عملی کاربرد می‌شوند. نکته قابل دقت این است که زیادتر سیالاتی که مورد سرمازایی و گرمایش قرار می‌گیرند، دارای ویسکوزیته‌ی نسبتاً فوقانی می‌باشند، یا در مواردی که سیالات آلوده (Foulant) بوده، ضریب جابجایی حرارت این سیالات در جریان لوله نسبتاً پایین می‌باشد. در نتیجه در این گونه مبدل‌هایی، جابجایی حرارت به منظور طرف لوله‌ی بازرسی کننده‌ی سرعت جابجایی حرارت می‌باشد. به این لحاظ استفاده از وسایل افزاینده‌ی جابجایی حرارت، موجب سلامت و مزیتی به منظور رفع هر دو نقیضه‌ی نامبرده یعنی پایین وجود داشتن ضریب جابجایی حرارت و ته نشست گرفتگی در مبدل‌های پوسته-لوله‌ای خواهد بود.

شکل پایین بعضی از این وسایل افزاینده‌ی جابجایی حرارت قابل برپایی در لوله‌های یک تبدیل حرارتی نوع پوسته-لوله را نشان می‌دهد.

شکل(33): ماتریس سیمی

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل(35) : نحوه‌ی قرار ادا کردن کویل سیمی در درون لوله

(نیاز به دانلود ترجمه)

شکل (36) : چند الگو نوار تابیده

نوار تابیده یکی از وسایل افزاینده جابجایی حرارت قابل برپایی در درون لوله‌های یک تبدیل حرارتی از نوع پوسته-لوله‌ای است. این وسایل را می‌توان در دونوع مداوم و مقطعی در درون مبدل‌های حرارتی برپایی نمود.

(نیاز به دانلود ترجمه)

شکل (37) : کاست تابیده پیوسته

(نیاز به دانلود ترجمه)

شکل (38) : کاست تابیده مقطعی

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

5.8. بهبود جابجایی حرارت مبدل‌های حرارتی با کاربرد از بافل

5.8.1 وظایف بافل

مغشوش کننده ها (بافل‌ها) دو وظیفه دارند:مهمترین وظیفه اینکه، آنها لوله‌ها را در کل مجموعه و بهر برداری از آن، در محل قابل ثابت تماشا می‌دارند و از ارتعاشات بی تجربه از گردابه‌های بوجود آمده وسیله جریان روی لوله‌ها پیشگیری می‌کنند، وثانیاً آنها جریان برگشتی سمت پوست را راهنمایی کرده و در ادامه میدان لوله‌ها به قبل می‌رانند و همچنین سرعت و ضریب جابجایی حرارت را افزایش می‌دهند.

شکل(39) : بافل‌ها

متداول‌ترین نوع مغشوش‌کننده، مغشوش‌کننده تک قسمتی است. قسمت جدا شده باید دست کم نصف ضخامت باشد تا از همپوشانی مغشوش‌کننده‌های مجاور دست کم یک صف لوله ایمان حاصل شود. به مقصود به حداقل حمل کردن کاهش فشار به منظور جریان مایع در پوسته، برش آشفته کننده 20 تا 25 درصد قطر باب است، به منظور جریان‌های دندان با فشار کم، بریدگی 40 تا 45 درصد باب است.

5.8.2 اشکال بافل

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

بافل‌‌های عرضی در ایجاد جریان متقاطع درون پوست مبدل نقش دارند. جریان متقاطع در پوست باعث می‌شود که تمام تیوب‌ها در فرآیند جابجایی حرارت کارتل کنند و بدین انضباط از ایجاد نقاط نابینا در مبدل پیشگیری می‌شود. بعلاوه بافل‌های عرضی نقش پشتیبانی را نیز اجرا کرده و از لرزش لوله‌ها در تندی جریان‌های بالا پیشگیری می‌کنند. بافل عرضی از دید آرایش به سه گونه تقسیم می‌شود. Single segmental یا تک قطاعی، double segmental یا دو قطاعی، tripe segmental یا سه قطاعی، نوع single قطاعی از یک حلقه کامل است با قطر کم و سوراخ دار. تیوب‌ها از داخل سوراخ‌ها رد شده و در عوض خود استوار می‌شوند. میان تیوب‌ها و ورق بفل مسافت کمی در نگاه گرفته می‌شود که به آن baffele clearanece می‌گویند.

شکل(40) : بافل عرضی

شکل(41) : جریان متقاطع ایجاد شده در بافل عرضی

قسمتی که از حلقه برش داده شده baffle window یا پنجره بافل نامیده می‌شود که محل تردد سیال داخل پوست است. نحوه‌ی آرایش و قرارگیری baffle window در یک الگو شکل تردد جریان سیال سمت پوست را آشکار می‌کند.

شکل (42) : نحوه تردد سیال که وابسته به شکل و آرایش baffle window است.

نوع double segmental و tripe segmental بصورت ورق و حلقه از یک حلقه کامل جدا می‌شوند و وضعیت خاصی از جریان ایجاد می‌کنند. این دو نوع به منظور سیالات تمیز کاربرد می‌شوند و در موردها دیگر کاربرد کمی دارند.

شکل (43) : بافل عرضی نوع double segmental

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

بافل طولی صفحه‌ای اریکه و افقی است که میان تیوب‌ها قرار می‌گیرند و از یک سر به tube sheet وصل است. با قرار ادا کردن بافل طولی می‌توان گذرهای پوست را افزایش داد. معمولاً قطر بافل طولی میان 6 تا 13 میلیمتر می‌باشد. همچنین بافل باید تحمل تفاوت فشار میان دو گذر پوست را داشته باشد. اگر تفاوت دمای میان دو گذر پوست زیاد باشد، بافل طولی را دوجداره می‌سازند تا هوای بین دو ورق عایق حرارتی شود برای اینکه نباید میان دو گذر پوست از راه بافل طولی مبادله حرارتی انجام گیرد.

بافل‌های طولی صفحاتی هستند به ضخامت دست کم یک چهارم اینچ و در وسط گونه تیوب و هم راستا با تیوب‌ها قرار می‌گیرند که عدد پاس در پوست زیادتر شده که در نتیجه دوران تبادل تاب و کارآیی انتقال تاب افزایش می‌یابد برای فراوانی از جریانات دندان با سرعت بالا، شکل آشفته کننده تک قسمتی یک کاهش فشار ناپسند و بالا در سمت پوست را سبب می‌گردد.

شکل(44) : بافل طولی

برای پیشگیری از نشتی در سر تا سر بافل طولی معمولاً از یک پوشش نیم دایره‌ای که نیمی از گونه لوله درون آن قرار می‌گیرد کاربرد کرد. این پوشش shroud آوازه دارد و به بافل طولی و tube sheet نبش می‌شود و همراه گونه لوله می‌تواند جابجا شود.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل(45) : بافل طولی و پوشش نیم دایره‌ای برای پیشگیری از نشتی

5.8.2.3 بافل Support :

Support baffle بافل‌هایی هستند که تنها برای پشتیبانی کردن و نگه داشتن لوله‌ها بکار می‌رود و هیچ تاثیری در افزایش جابجایی حرارت و یا کاهش فشار ندارد. شکل آن‌ها بصورت دایره‌ای کامل و سوراخدار است. این بافل‌ها وظیفه‌ی پیشگیری از لرزش را نیز بر عهده دارند.

(نیاز به دانلود ترجمه)

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

5.8.2.4 بافل impingement

اگر جریان ورودی به پوست دارای سرعت اضافی باشد و یا شامل ذرات جامد باشد، لوله‌ها به تکرار زمان سوراخ شده و یا تا اینکه دفرمه می‌شوند، صفحه تماس یا impingement baffle صفحه‌ای است که در پایین نازل ورودی پوست و بالای تیوب‌ها برپایی می‎شود و وظیفه‌ی آن پیشگیری از آسیب دیدن لوله‌هاست. بعلاوه صفحه تماس با پخش مناسب سیال ورودی روی لوله‌ها، از ایجاد نقاط نابینا در مبدل پیشگیری می‌کند.

(نیاز به دانلود ترجمه)

شکل (47) : بافل impingement

5.8.3 بافل‌های جدید

در الگو رایج مبدل‌های حرارتی پوسته- لوله‌ای از بافل‌های عادی در جهت پوسته کاربرد می‌گردد، که این نوع بافل‌ها درصورتی که چه مقدار جابجایی حرارت را تا حدی افزایش می‌دهند ولی کاهش فشار اضافی را در جریان سمت پوست ایجاد می‌نمایند. به این لحاظ بکار حمل کردن طرحی که اضافه بر افزایش جابجایی حرارت، کاهش فشار و اندازه رسوب کمی داشته‌باشد به عنوان یک امر پسندیده مورد دقت محققان و صنعتگران قرا گرفت. در ضمن سال‌های گذشته اشکال مختلفی از بافل‌ها در مبدل‌های حرارتی پوسته- لوله‌ای مورد کاربرد قرار گرفته‌اند و همواره هدف از عرضه طرح‌های تازه این بوده‌است که با وجود افزایش نرخ جابجایی حرارت تبدیل ، میزان افت فشار جریان سمت پوست در حد معقولی باقیمانده بماند.

رایج ترین نوع این بافل‌ها یعنی بافل‌های عادی باعث می‌شوند که سیال درون پوست در یک راه زیگزاگ و پیچاپیچ و خم از روی لوله‌ها تردد نماید. این آژانس سبب می‌گردد که به عامل افزایش پیدا کردن توربولانس و یا بعبارتی معاشرت محلی جریان در جهت پوسته، جابجایی حرارت افزایش یابد. بسته به تلرانس‌های ساخت، مبدل‌های حرارتی با بافل‌های عادی دارای میزان قابل ملاحظه‌ای جریان‌های نشتی و جریان‌های میانبر در میان بافل و پوست و یا لوله‌ها خواهد بود. این جریان‌های نشتی و میانبر علت می‌شوند که دبی اثربخش جریان در دوروبر مجموعه لوله‌ها کاهش یافته و در نتیجه ضریب جابجایی حرارت سمت پوست نیز کاهش یابد. درصورتی که چه تردد جریان با دبی بسیار از روی مجموعه لوله‌ها از نقطه نگاه بهبود جابجایی حرارت پسندیده می‌باشد ولی این امر می‌تواند باعث لرزش شدید لوله‌ها در اثر تردد جریان بشود که این آژانس نیز به نوبه خود سبب کاهش عمر کارکرد تبدیل شده و در نهایت منتهی به از کار افتادن آن خواهد شد.

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

شکل(48) : روش آرایش وچگونگی ایجاد جریان‌های گردابی در بافل‌های معمولی

بهبود درهندسه بافل‌های عادی اولین قدم درجهت سلامت شرایط جریان سمت پوست مبدل‌های پوسته-لوله‌ای است. یکی از عواملی که باعث ایجاد رسوب در مبدل‌های حرارتی پوست – لوله‌ای می‌شود روش آرایش ونوع بافل‌ها می‌باشد. در این نوع مبدل‌های حرارتی بافل‌های یک تکه‌ای عادی می‌توانند یکی از عوامل بااهمیت ایجاد ته نشست در سمت پوست مبدل‌های حرارتی باشند. چرا این امر ایجاد جریان‌های گردابی و همچنین سرعت پایین سیال در سمت پوست این نوع از مبدل‌های حرارتی می‌باشد. در شکل(48) این نوع جریان‌های گردابی دیده‌ می‌شوند. برای اجتناب از این نوع جریان‌های گردابی و یکنواخت آسان گرفتن پروفیل سرعت سیال سمت پوست ، بافل‌های پرپیچ وخم در صنعت به کار گرفته شدند . در شکل( 49) این نوع از بافل‌ها نشان داده شده اند. این نوع از بافل‌ها به چرا شکل مخصوص خود می‌توانند علت ایجاد سرعت یکنواخت در سمت پوست شده و همچنین کاهش ته نشست درسمت پوست گردند . این نوع ازبافل‌ها علت می‌شوند تا مدت دوران کارکرد مبدل‌های حرارتی بدون نیازبه پاک کردن به دوتاسه مساوی مبدل‌های حرارتی با بافل‌های عادی برسد.

(نیاز به دانلود ترجمه)

شکل(49) : روش آرایش و شکل جریان در بافلهای مارپیچ

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

1- بهبود جابجایی حرارت جهت پوسته

2- کاهش کاهش فشار سمت پوست به ازای یک دبی جریان مشخص

3- کاهش اثرات بی تجربه از جریان‌های میانبر

4- کاهش ته نشست گذاری در جهت پوسته پیشگیری از ارتعاشات آموختن شده وسیله جریان

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.

Nemcansky و Lutcha در سال ۱۹۹۰ بافل‌های پرپیچ وخم را در یک تبدیل حرارتی پوسته-لوله‌ای برپایی کرده و سلامت حاصل شده در کارکرد کلی تبدیل را مورد برآورد قرار دادند. آن‌ها یافتند که یک بافل پرپیچ وخم که درست مدل سازی شده‌باشد، علت می‌گردد که شرایط جریان سمت پوست به جریان کلاً غیرمختلط کنار گردد که این آژانس به نوبه خود دلیل افزایش تفاوت دمای میانگین بین دو جریان (نیرو محرکه جابجایی حرارت) خواهد شد. همچنین شکل جریانی که بواسطه این نوع بافل‌ها در سمت پوست ایجاد می‌گردد علت می‌شود که ضریب جابجایی حرارت سمت پوست بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش یابد. دلیل ها بیشتری نیز براساس بر سلامت کارآیی این نوع مبدل‌ها با کاربرد از نمودار ضریب جابجایی حرارت بر طبق افت فشار، عرضه گردید. آنها دریافتند که به منظور تمامی زوایای پرپیچ وخم و کاهش فشار یکسان، ضریب جابجایی حرارت تبدیل با بافل‌های پرپیچ وخم بیشتر از تبدیل با بافل‌های عادی خواهد بود و همچنین حداکثر ضریب جابجایی حرارت در حالتی که زاویه پرپیچ وخم بافل ها مساوی 40 رتبه باشد نتیجه می‌گردد.

استفاده از تبدیل حرارتی با بافل‌های پرپیچ وخم (با آوازه تجاری Helixchanger) در مواردی که ضریب جابجایی حرارت جهت پوسته بازرسی کننده باشد و یا در مواردی که کاهش کاهش فشار جهت پوسته پسندیده باشد، بسیار به دردبخور خواهد بود. همچنین در مواردی که سیال سمت پوست خاصیت رسوب‌گذاری قابل توجهی داشته باشد و یا ارتعاشات گونه لوله‌ها بر اثرات جریان پوست مطرح باشد کاربرد از Helixchanger پاسخ بسیار مفیدی خواهد بود. کاربردهای رایج این فن آوری عبارتند از :

۱- صنایع پتروشیمیایی و پالایشگاهی

- نفت خام/ واحدهای تقطیر خلائی Hydro-tresting ,Thermal Conversion- واحدهای کراکینگ

جهت دیده‌ متن کامل، فایل ترجمه را دانلود نمایید.