مبدل حرارتی تولید شده با قطعات استیل

فهرست موضوعات

مقدمه – چالش های موجود در مبدل های حرارتی حین سرویس دهی 

مبدل های حرارتی تجهیزاتی هستند که در کاربردهای صنعتی و خانگی برای انتقال حرارت از یک سیال به سیال دیگر استفاده می شوند. این وسیله حرارت را در اثر اختلاف دمای ایجاد شده بین دو سیال، از یک سیال به سیال دیگر انتقال می دهد. در واقع یک سیال گرما از دست می دهد و دیگری گرما دریافت می کند. این تجهیزات به خاطر اینکه با سیالات و دمای بالا مواجه بوده با چالش هایی نظیر خوردگی، فشار بالا، تنش های حرارتی (عامل ایجاد ترک) و.... هستند. عدم توجه به این مسائل منجر به افزایش تعداد مراحل بازرسی، تعمیر و نگهداری مبدل های حرارتی حین سرویس دهی می شود. فرایند تعمیر و نگهداری نیز همیشه هزینه بر بوده و اغلب باعث از کار افتادن جزئی یا کلی سیستم می شود. بنابراین می بایست به دنبال راه حلی بود که بر این مسائل غلبه کند. یکی از پارامترهایی که منجر به افزایش بهره وری و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری می شود مبحث انتخاب مواد است. با انتخاب متریال مناسب برای ساخت مبدل های حرارتی بخشی از مشکلات فوق حل می گردد. در این راستا فولادهای زنگ نزن مقاوم به حرارت همچون ورق استیل 310 و 309 دارد توانسته اند عملکرد موفق آمیزی در تولید مبدل های حرارتی داشته باشد. این فولادها برای بکارگیری در دماهای بالا طراحی شده اند و به خاطر دارا بودن مقادیر بالایی از کروم قیمت بالایی نیز دارند. البته در هر گرید خاص عواملی نظیر ضخامت و فرایندهایی که روی ورق از طرح دار کردن و پانچ گرفته تا نورد سرد انجام می گیرد بر قیمت نهایی تاثیر گذار است. به عنوان ورق استیل 309 در مقایسه با ورق های معمولی قیمت بالاتری دارد.  

دلایل استفاده از گریدهای نسوز در ساخت مبدل حرارتی

منظور از ورق استیل نسوز گریدهای 309 (S309) و 310 (S310) می باشند که به خاطر کروم و نیکل بالایی دارند که از مقاومت به خوردگی خوبی به ویژه در دماهای بالا برخوردارند. علاوه بر مقاومت به خوردگی خواصی نظیر مقاومت در برابر حرارت و خزش، شکل پذیری، سهولت در فرایند تولید و همچنین قابلیت کار تحت فشار و دمای بالا عمده ترین دلایل انتخاب این فولادها جهت بکارگیری در ساخت مبدل حرارتی بوده است. به عنوان مثال از ورق استیل 310 در ساخت مبدل های حرارتی مورد استفاده در صنایع نیروگاهی و پتروشیمی استفاده می شود. این گرید با دارا بودن 24 الی 26 درصد کروم و 19 الی 22 درصد نیکل گران ترین رده آلیاژی در بین گریدهای آستنیتی سری 300 می باشد. پس از این رده آلیاژی، گرید 309 قرار دارد. این فولاد معمولا با سطوح مات دو پولیش و تک پولیش ارائه می گردد. ورق مات دو پولیش معمولا در ضخامت های کمتر از 3 میل تولید شده و حاصل نورد سرد می شود. اگر کار اضافی بر روی سطح ورق ها انجام گیرد هزینه این فرایند به قیمت نهایی افزوده می شود. به عنوان مثال ورق استیل مشبک 309 قیمت گران تری نسبت به ورق مات دارد.

معرفی انواع مبدل های حرارتی

انواع مختلفی از مبدل حرارتی وجود دارد که در کارخانجات صنعتی فعال هستند. اما در یک دسته بندی کلی این تجهیزات به سه نوع مبدل حرارتی پوسته ولوله (shell and tube)، صفحه ای (plate type) و هوا خنک (Air cooled) تقسیم می شوند. در این قسمت به طور خلاصه با این سه مدل از مبدل های حرارتی آشنا می شویم.

1-مبدل حرارتی پوسته ولوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل یک مخزن (پوسته استوانه ای شکل) و تعداد زیادی لوله (تیوب) می باشد. مکانیزم عملکرد این مبدل به این صورت بوده که یک سیال از درون دسته ای از لوله ها که ورودی و خروجی آنها یکی است جریان داشته و سیال دیگر با دمای متفاومت درون مخزن استوانه ای شکل و در فضای بین لوله ها جریان دارد. بدین ترتیب گرما در اثر اختلاف دمای بین دوسیال و از طریق دیواره لوله ها، از سیال گرم به سرد منتقل می شود. این نوع از مبدل ها در صنایع  غذایی، نفت و گاز استفاده می شوند.

2-مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای مانند مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله عمل می‌کنند و از یک سری صفحات روی هم به جای لوله استفاده می‌کنند.  مبدل های حرارتی صفحه ای معمولاً بسته به کاربرد و سیالات مورد استفاده لحیم کاری یا واشر می شوند. ساختار جمع و جور این مبدل ها آنها را به گزینه ای ایده آل برای استفاده در صنایع نوشیدنی و فرآوری مواد غذا تبدیل می کند.

3-مبدل حرارتی هوا خنک

رادیاتور اتومبیل مثال خوبی از یک مبدل حرارتی هوا خنک است. همانطور که می دانید درون رادیاتور، آب داغ در جریان است که توسط هوای دمیده شده فن ، خنک می شود. این مبدل ها همانطورکه از نامشان پیداست، دمای سیال را با هوایی که به وسیله فن دمیده می شود، خنک می کند. از این مبدل ها زمانی استفاده می شود که شرایط حاکم بر پروژه اعم از موقعیت مکانی و آب و هوا اجازه استفاده از سیستم های خنک کننده رایج همچون برج های خنک کننده را نمی دهد. به عنوان مثال زمانی که آب کافی موجود نبوده امکان آلودگی آب وجود داشته از این مبدل ها به جای خنک کننده های آبی (مانند برج های خنک کننده) استفاده می کنند. مبدل های هوا خنک در صنایع نیروگاهی، فولاد، شیمیایی، نفت و گاز استفاده می شوند.