مبدل حرارتی پوسته و لوله چیست؟
مبدل حرارتی پوسته و لوله یا شل اند تیوب (Shell and Tube Heat Exchanger) نوعی مبدل است که برای تبادل حرارت بین دو سیال، بدون اختلاط آنها، به کار می‌رود. این هیت اکسچنجر لوله ای به دلیل کارایی بالا، قابلیت اطمینان، تنوع و قیمت مناسب در طیف گسترده‌ای از صنایع به عنوان مبدل خنک کننده، گرم کننده، تبادل حرارت، جداسازی سیالات کاربرد دارند.
مبدل‌های حرارتی پوسته لوله، بر اساس روش هدایت گرمایی و انتقال حرارت کار می‌کنند؛ به‌گونه‌ای که گرما بین سیالات از طریق دیواره لوله‌ها منتقل می‌شود. به بیان ساده‌تر با جریان‌یافتن سیال درون لوله در این مبدل، فرایند انتقال حرارت از سیال گرم به سیال خنک‌تر انجام خواهد شد. در واقع از این سیستم که به مبدل حرارتی لوله‌ای نیز معروف است، برای افزایش با کاهش دمای سیال کمک می‌گیرند.
سیال چیست؟
هر ماده‌ای است که می‌تواند به طور پیوسته جریان یابد و گرما را منتقل کند. سیالات می‌توانند مایعات، گازها یا حتی مخلوطی از هر دو (آب، روغن، مواد شیمیایی، گازها) باشند. آرکا تجهیز صدر به عنوان یک شرکت معتبر تولید کننده مبدل حرارتی، می‌تواند به شما در خرید و سفارش انواع مبدل مشاوره رایگان دهد.
نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله
مبدل حرارتی پوسته و لوله از دو بخش اصلی پوسته (shell) و لوله (Tubes) تشکیل شده‌اند. عملکرد این مبدل بدین صورت است، سیالی که باید گرم یا سرد شود، از داخل لوله‌ها عبور می‌کند و سیال دیگر که وظیفه‌ی تبادل حرارت را دارد، در فضای بین لوله‌ها و پوسته جریان می‌یابد. با توجه به نوع سیال، دمای کارکرد، فشار و ظرفیت حرارتی، از آرایش‌های مختلف لوله‌ها در داخل پوسته استفاده می‌شود.
بسته به طرح، تعداد گذر‌های متفاوتی بین سیالات و جریان‌های مختلف، وجود خواهد داشت تا با مواد و الزامات خاص فرایند مطابقت داشته باشد. اساس کار این مبدل‌ها، انتقال غیرمستقیم حرارت در حالی است که سیال‌ها با هم ترکیب نشوند. جهت آشنایی و مشاهده کامل ویدئو نحوه کار آن به صفحه نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله مراجعه نمایید.
اجزای تشکیل دهنده مبدل حرارتی پوسته و لوله
مبدل شل اند تیوب از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام وظیفه‌ی خاص خود را دارند. مهم‌ترین این اجزا عبارتند از:
1- پوسته (Shell)
پوسته یک استوانه است که از جنس فلزاتی مانند فولاد ضد زنگ یا آلیاژ مس ساخته می‌شود. پوسته محل قرارگیری لوله‌ها و سیال سرد است.
2- لوله‌ها (Tubes)
لوله‌ها در داخل پوسته قرار دارند و سیالی که باید گرم یا سرد شود از داخل آنها عبور می‌کند. جنس لوله‌ها بسته به نوع کاربرد و سیال مورد استفاده، متفاوت است. رایج‌ترین مواد برای ساخت لوله‌ها شامل:
- ✔استیل
- ✔مس (برای انتقال حرارت بالا)
- ✔ فولاد ضدزنگ (برای مقاومت در برابر خوردگی)
- ✔ تیتانیوم (برای شرایط خورنده مانند آب دریا)
-
3- تیوب شیت (Tube Sheet)
تیوب شیت یک صفحه است که در دو سر پوسته قرار دارد و لوله‌ها از آن عبور می‌کنند. تیوب شیت وظیفه‌ی نگهداری لوله‌ها در جای خود و جلوگیری از نشت سیال را بر عهده دارد.
4- بافل‌ها (Baffles)
بافل‌ها دیواره‌های صفحاتی هستند که در داخل پوسته قرار دارند و مسیر جریان سیال سرد را به طور منظم می‌کنند. استفاده از بافل‌ها به افزایش راندمان انتقال حرارت و کاهش افت فشار سیال سرد در مبدل شل اند تیوب کمک می‌کند.
5- نازل‌ها (Nozzles)
نازل‌ها ورودی و خروجی سیال به داخل و خارج از مبدل هستند. نازل‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که سرعت سیال را در محل ورود و خروج افزایش دهند تا راندمان انتقال حرارت بالاتر رود.
6- اتصالات (Connections)
اتصالات برای وصل کردن مبدل به لوله‌های سیستم لوله کشی استفاده می‌شوند. اتصالات باید به گونه‌ای باشند که در برابر فشار و دمای کارکرد اکسچنجر مقاوم باشند.
7- تجهیزات جانبی
علاوه بر اجزای اصلی فوق، مبدل صنعتی پوسته لوله ممکن است دارای تجهیزات جانبی نیز باشند مانند شیرهای کنترل، فیلترها، و گیج‌های فشار و دما.
این هیت اکسچنجرهای لوله ای با مقطع دایره ای که در پوسته استوانه ای شکل نصب شده‌اند ساخته می شوند. به طوری که محور لوله ها موازی با محور پوسته است.
انواع مبدل پوسته و لوله صنعتی
مبدل‌های پوسته لوله براساس ساختار، نوع مکانیزم، جنس، پالس شامل موارد زیر می‌شود:
1- براساس نحوه قرار گیری
در اکسچنجر حرارتی پوسته و لوله، آرایش لوله‌ها به نحوه قرارگیری لوله‌ها(مربعی، مثلثی، مارپیچ، خطی، شش ضلعی) در داخل پوسته اشاره دارد. آرایش لوله‌ها یکی از عوامل مهم در تعیین راندمان و کارایی مبدل صنعتی است.
2- مبدل حرارتی تک پاس یا دو پاس
رایج‌ترین نوع آنها مبدل‌های حرارتی یک پاس و دو پاس هستند. در مدل دو پاس، سیال داخل لوله‌ها دو بار از طول مبدل عبور می‌کند. استفاده از مبدل حرارتی دو پاس پوسته لوله به افزایش راندمان انتقال حرارت منجر می‌شود.
3- مبدل های پوسته لوله ای U شکل
مبدل های پوسته لوله ای از لوله های دایره ای قرار گرفته در یک پوسته استوانه ای ساخته می شود که لوله ها موازی با پوسته می باشد. یک سیال در داخل لوله ها و سریال دیگر از روی دسته لوله ها جریان دارد.
نوعی از طراحی که امکان انبساط گرمایی مستقل لوله ها و پوست را فراهم می کند لوله U شکل است. بنابراین در این نوع طراحی انبساط گرمایی می توانند وجود داشته باشند و محدود نیست. لوله U شکل دارای کمترین هزینه ساخت است. زیرا فقط به یک صفحه لوله نیاز است. سمت لوله به دلیل شکل انحنای U نمی تواند با وسایل مکانیکی تمیز شود. در این نوع دست لوله ها اعداد زوجی از گذرگاه‌های لوله می تواند به کار رود. تنها لوله های قرار گرفته در ردیف بیرونی دسته لوله ها قابل تعویض می باشند. جزئیات بیشتر در شکل زیر نشان داده شده است.
پوسته به صفحه لوله جوش خورده و به سمت بیرونی دست لوله برای تمیز کاری دسترسی وجود ندارد.
4- مبدل حرارتی پوسته و لوله با تیوب شیت ثابت
مبدل تیوب شیت ثابت (Fixed tubesheet exchangers)، از لوله‌های مستقیم ساخته شده که هر دو انتهای آن به تیوپ شیت‌ها (صفحات لوله) متصل شده‌اند. از طرفی این صفحه لوله، توسط روش جوشکاری به پوسته مبدل حرارتی محکم می‌شود. از مهم‌ترین مزایای این سیستم می‌توان به ساده‌بودن طراحی و نحوه ساخت آن و به حداقل رسیدن احتمال نشت به دلیل استفاده از جوشکاری اشاره کرد. همچنین هزینه‌های نگهداری و تعمیر مبدل حرارتی پوسته و لوله در این حالت کمتر خواهد بود.
داخل پوسته افزایش‌یافته و امکان استفاده برای شرایط اختلاف دمایی بالا فراهم خواهد بود.
5- مبدل حرارتی فلوتینگ هد (کلگی شناور)
در مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله با یک سر شناور، پیکربندی لوله‌ها به‌صورت مستقیم است. در واقع فقط یک سر لوله‌ها به تیوب شیت ثابت، متصل خواهد شد. از این رو آزاد بودن سر دیگر لوله‌ها، باعث شده تا هیت اکسچنجر در اختلاف دمای بالا عملکرد بهینه‌ای داشته و امکان انبساط و شناور شدن آنها، فراهم باشد.
6- مبدل جریان موازی یا جریان همسو
در این حالت، هر دو سیال سمت لوله و سمت پوسته از یک طرف وارد هیت اکسچنجر شده و از طرف مقابل خارج می‌شوند. به همین دلیل میزان تغییرات دمایی برای هر دو سیال یکسان خواهد بود.
7- جریان مخالف یا جریان ناهمسو
در این حالت، سیال سمت لوله و سیال سمت پوسته از سمت مخالف همدیگر وارد مبدل شده و از طرف مقابل یکدیگر خارج می‌شوند. این نوع مبدل، یکی از کارآمدترین و متداول‌ترین مدل ها محسوب می‌شود.
8- جریان متقاطع
در این حالت، سیال سمت پوسته نسبت به سیال سمت لوله با زاویه 90 درجه حرکت می‌کند. به همین دلیل یکی از سیالات با عبور از مسیر خود تغییر فاز (مایع به گاز) داده و سپس توسط سیال دیگر به حالت مایع جذب می‌شود.
البته در برخی از موارد، بر اساس نوع طراحی، اجرا و طریقه نصب مبدل انتقال حرارت پوسته لوله، ترکیبی از این مدل‌ها را استفاده می‌کنند.
استانداردها و الزامات خرید مبدل شل اند تیوب
انتخاب و طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله باید مطابق با استانداردها و الزامات مربوطه انجام شود. این استانداردها و الزامات توسط سازمان‌های مختلفی مانند ASME، TEMA و API تدوین شده‌اند. این کار برای اطمینان از عملکرد ایمن، کارآمد و قابل اعتماد مبدل حرارتی در طول عمر مفید آن ضروری است. برای اطمینان از اینکه یک اکسچنجر حرارتی خاص دارای استانداردهای مورد نظر شما است، باید اسناد و مدارک همراه آن، گزارش های بازرسی، مشخصات فنی و... را بررسی کنید، و سازنده مبدل حرارتی به شما تضمین صد درصد ایمنی و استاندارد دستگاه را بدهد.
نکته: به طور کلی بر اساس استاندارد TEMA انواع این مبدل‌ها را می‌توان به سه دسته، کلاس B با کاربری فرایندهای شیمیایی، کلاس C با کاربری عمومی در صنایع مختلف و کلاس R با کاربری صنایع پتروشیمی و فرایندهای بزرگ‌مقیاس تقسیم‌بندی کرد. آرکا تجهیز صدر، با افتخار، مبدل شل اند تیوب یا پوسته و لوله را با ضمانت استاندارد، پیشرفته ترین تکنولوژی ساخت و... به شما ارائه می‌دهد. ما متعهد به ارائه محصولات باکیفیت و قابل اعتماد هستیم که مطابق با بالاترین استانداردهای صنعت، طراحی و ساخته شده‌اند. جهت آشنایی با انواع استاندارد مبدل های حرارتی کلیک کنید.
مزایای مبدل شل اند تیوب
این دستگاه ها برای کاربردهای مختلف طراحی و تولید شده و نیاز‌های هر عملیات تولیدی مجموعه‌ای از صنایع را برآورده می‌کنند. برخی از مزایای مبدل حرارتی پوسته و لوله عبارت‌اند از:
- • نگهداری و تعمیر مبدل پوسته و لوله ساده‌تر است.
- • این نوع در برابر فشار‌های بسیار بالا مقاوم هستند.
- • این سیستم با کنترل افت فشار، از رسوب در لوله‌ها و پوسته جلوگیری می‌کند.
- • به دلیل استفاده از چندین لوله در ساختارشان، سطح بیشتری برای انتقال حرارت اتفاق می‌افتد.
- • همچنین این اکسچنجر شل اند تیوب به دلیل سهولت در مونتاژ و دمونتاژ، به راحتی می‌توانند رسوب زدایی شوند.
- • این مبدل‌های حرارتی، به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که با افت فشار مقابله کرده و آن را به حداقل برسانند.
- • مبدل مدل پوسته لوله دارای ظرفیت کار در دمای بالا هستند و می‌توانند برای هر شرایط عملیاتی سازگار شوند.
- • طراحی و ساخت مبدل حرارتی پوسته و لوله، انعطاف‌پذیر بوده و به‌راحتی می‌توان برای سازگاری با هر فرایند تولید، آن را تنظیم کرد.
- • طراحی بافل این دستگاه، به‌گونه‌ای است که سیال درون پوسته را به‌خوبی هدایت کرده و راندمان انتقال حرارت را افزایش می‌دهد.
- • به‌کارگیری چندین تیوب، انبساط حرارتی بین لوله‌ها و پوسته را افزایش داده و امکان استفاده از مایعات قابل‌اشتعال و سمی را مهیا می‌کند.
- • قیمت مبدل حرارتی پوسته لوله، مهم‌ترین مزیت آن محسوب می‌شود؛ به طور کلی هزینه این سیستم از نوع صفحه‌ای بسیار کمتر است.
کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله در صنایع مختلف
مبدل انتقال سیال پوسته و لوله به دلیل کارایی بالا، تنوع و قیمت مناسب، در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی دارند. از این دستگاه برای اهداف مختلفی همچون حذف حرارت فرایند تولید، تبخیر، گرم‌کردن آب خوراک تولید، فرایند تغلیظ بخار، تبادل دمایی روغن خنک‌کننده هیدرولیک و روان‌کننده‌ها، توربین‌های خنک‌کننده، کمپرسور‌ها و موتور‌ها کمک می‌گیرند. برخی از مهم‌ترین این کاربردها عبارتند از:
- • کارخانه‌های پتروشیمی: تقطیر، تولید بخار، خنک‌کاری
- • پالایشگاه‌های نفت و گاز: خنک کردن سیالات فرآیندی، پیش گرم کردن سیالات، استحصال بخار
- • صنایع دریایی: تولید آب آشامیدنی، گرم‌کردن روغن، خنک‌کاری موتور
- • تولید انرژی و برق: خنک کردن ژنراتورها و توربین‌ها، تولید بخار برای توربین‌ها
- • صنایع شیمیایی: تولید مواد شیمیایی، استخراج حلال‌ها، تصفیه و تغلیظ مواد
- • صنایع فراوری و تولید مواد غذایی: پاستوریزه کردن، سرد کردن و انجماد مواد غذایی، تولید روغن‌های خوراکی
- • تاسیسات گرمایشی و سرمایشی: تهویه مطبوع، گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها، کنترل رطوبت، تصفیه هوا
- • دارویی: تولید داروها، استریل کردن تجهیزات، کنترل دمای فرآیند
- • سیستم‌های خنک‌سازی موتور و سردخانه‌ها: خنک‌کردن فضای داخلی، حفظ دمای مطلوب
- • صنایع فولاد: خنک کردن فولاد مذاب، تولید بخار برای توربین‌ها، تصفیه آب صنعتی
- • نساجی: رنگرزی و چاپ پارچه، بخاردهی و تکمیل پارچه، تصفیه آب
- • کاغذ و سلولز: تولید خمیر کاغذ، خشک کردن کاغذ، تصفیه آب
- • استخر: مبدل پوسته و لوله برای خنک یا گرم کردن آب استخر، سونا، جکوزی
- • موارد دیگر: صنایع معدنی، لاستیک‌سازی، لوازم آرایشی و بهداشتی، تصفیه فاضلاب
وظایف اصلی مبدل پوسته و لوله
مبدل شل اند تیوب به طور کلی دو وظیفه اصلی را انجام می‌دهند:
تبادل حرارت
وظیفه اصلی مبدل شل اند تیوب، تبادل حرارت بین دو سیال مختلف است. این تبادل حرارت می‌تواند به صورت گرم کردن یک سیال با استفاده از سیال گرم دیگر و یا سرد کردن یک سیال با استفاده از سیال سرد دیگر انجام شود.
جداسازی سیالات
در برخی موارد، این مبدل شل اند تیوب علاوه بر تبادل حرارت، وظیفه جداسازی دو سیال را نیز بر عهده دارند. این کار به این صورت انجام می‌شود که سیالات از طریق دیواره لوله‌ها با یکدیگر تبادل حرارت می‌کنند، اما با هم مخلوط نمی‌شوند.
اهداف اصلی طراحی این مبدل حرارتی لوله ای در نظر گرفتن انبساط گرمایی پوسته و لوله ها و تمیز کردن آسان تر مجموعه و هزینه کم در روش ساخت و تولید آن ها نسبت به سایر مبدل‌ها می باشد. پیشنهاد می کنیم جهت آشنایی بیشتر درباره عملکرد و کاربرد آن در صنایع مختلف مطلب نحوه کار مبدل حرارتی پوسته و لوله را مطالعه نمایید.
قیمت مبدل حرارتی پوسته لوله
مبدل انتقال سیال پوسته و لوله به دلیل تنوع در جنس، نحوه قرارگیری لوله‌ها، ابعاد و استانداردهای ساخت، طیف قیمتی گسترده‌ای دارند. جنس بدنه و لوله‌ها، آرایش لوله‌ها، اندازه هیت اکسچنجر و کیفیت ساخت، از جمله عوامل تعیین کننده قیمت نهایی هستند. قیمت مبدل حرارتی پوسته و لوله ممکن است از 10 میلیون تومان تا 500 میلیون بیشتر یا کمتر با توجه به جنس، ابعاد، ظرفیت و کاربری آن متفاوت باشد. گروه صنعتی آرکا تجهیز صدر با ارائه مشاوره تخصصی و استعلام قیمت دقیق، به شما در انتخاب این دستگاه مناسب با نیازتان کمک می‌کند.
سازنده مبدل حرارتی پوسته و لوله
آرکا صدر با سال‌ها تجربه و تخصص در زمینه طراحی و تولید انواع مبدل حرارتی هواخنک، مبدل حرارتی صفحه‌ای، مبدل خنک کننده روغن، مبدل پاستوریزاتور و... مفتخر است که به عنوان یکی از بهترین تولیدکنندگان این محصول در ایران و به ویژه در استان خراسان رضوی و شهر مشهد شناخته می‌شود. ما با بهره‌گیری از دانش فنی روز دنیا، بهترین مواد اولیه و تجهیزات پیشرفته، طیف گسترده‌ای از مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله را برای کاربردهای مختلف در صنایع مختلف ارائه می دهیم. برای سفارش و طراحی انواع مبدل حرارتی پوسته لوله در مشهد به صفحه تماس با ما مراجعه کنید.