مبدل حرارتی پوسته و لوله
مبدل حرارتی پوسته و لوله یکی از رایج‌ترین و پراستفاده‌ترین انواع مبدل‌های
حرارتی در صنایع مختلف است. این نوع مبدل به دلیل طراحی ساده و توانایی
تحمل فشار و دماهای بالا، به‌ویژه در صنایعی مانند نفت، گاز، پتروشیمی، و
نیروگاه‌ها کاربرد گسترده‌ای دارد. برای درک عملکرد این نوع مبدل، لازم است
با اجزای کلیدی آن آشنا شویم.
پوسته بخش خارجی مبدل حرارتی است که معمولاً به شکل استوانه‌ای
طراحی می‌شود. در داخل این پوسته، لوله‌ها قرار می‌گیرند. سیال اصلی
(معمولاً سیالی که حجم بیشتری دارد یا از لحاظ صنعتی حائز اهمیت‌تر
است) از طریق ورودی‌های تعبیه شده وارد پوسته می‌شود و در آن به
صورت جریانی حرکت می‌کند. این سیال در تماس غیرمستقیم با سیال
دیگری که از داخل لوله‌ها عبور می‌کند قرار می‌گیرد. جنس پوسته بسته
به نوع سیال و شرایط کاری می‌تواند از فولاد، استیل یا مواد دیگر ساخته
لوله‌ها
لوله‌ها در واقع مسیرهای باریکی هستند که سیال دوم از درون آن‌ها
عبور می‌کند. این لوله‌ها به‌صورت موازی درون پوسته قرار می‌گیرند و
ممکن است دارای اشکال مختلفی باشند. جنس لوله‌ها اغلب از موادی
مانند مس، آلومینیوم یا استیل ضدزنگ انتخاب می‌شود که رسانایی
حرارتی بالایی داشته باشند و در برابر خوردگی مقاوم باشند.تعداد و
اندازه لوله‌ها بر اساس نیاز حرارتی سیستم و نوع سیالات مورد استفاده
تعیین می‌شود. این لوله‌ها ممکن است صاف یا دارای پره‌هایی باشند تا
سطح انتقال حرارت افزایش یابد
صفحات لوله‌ای لوله‌ها از طریق دو صفحه لوله‌ای در ابتدا و انتهای مبدل نگه داشته می‌شوند.
این صفحات که معمولاً از جنس فلزات مقاوم ساخته می‌شوند، علاوه بر نگهداری
لوله‌ها، نقش مهمی در جلوگیری از نشت سیال از بخش پوسته به لوله‌ها و
بالعکس دارند. صفحات لوله‌ای به گونه‌ای طراحی می‌شوند که لوله‌ها به‌طور
محکم در داخل آن‌ها قرار گیرند و از تغییرات دما و فشار دچار آسیب نشوند.
سرپوش‌ها یا درپوش‌ها
در دو انتهای مبدل، درپوش‌هایی نصب می‌شود که وظیفه هدایت سیال به
داخل و خارج لوله‌ها را بر عهده دارند. این درپوش‌ها به صفحات لوله‌ای متصل
می‌شوند و سیال را به‌صورت متمرکز وارد لوله‌ها می‌کنند. بسته به نوع طراحی
مبدل، این درپوش‌ها ممکن است دارای مسیرهای ورودی و خروجی متعددی
باشند تا سیال بتواند به شکل بهینه از سیستم عبور کن.
دیوارک‌ها
دیوارک‌ها صفحات عمودی یا افقی هستند که در داخل پوسته قرار می‌گیرند
و باعث هدایت سیال در مسیرهای مشخصی می‌شوند. این دیوارک‌ها نقش
مهمی در افزایش کارایی انتقال حرارت دارند، زیرا با ایجاد جریان گردابی یا
آشفته در سیال، تماس آن با سطح لوله‌ها را به حداکثر می‌رسانند.
همچنین دیوارک‌ها مانع از بروز جریان کوتاه در سیال پوسته
می‌شوند که می‌تواند باعث کاهش کارایی مبدل شود.
ورودی و خروجی سیال
هر مبدل حرارتی پوسته و لوله دارای دو مجموعه نازل ورودی و خروجی
برای هر دو سیال است. این نازل‌ها که معمولاً در بالای پوسته و درپوش
ها قرار دارند، به سیالات اجازه می‌دهند که به‌صورت جداگانه وارد سیستم
شوند و پس از انجام فرآیند انتقال حرارت، از آن خارج شوند. طراحی مناسب
این نازل‌ها به‌ویژه در جلوگیری از نشت سیالات و کنترل جریان آن‌ها اهمیت
زیادی دارد.
فین‌ها یا پره‌ها
در برخی از مبدل‌های حرارتی، از پره‌ها برای افزایش سطح تماس لوله‌ها با
سیال استفاده می‌شود. این پره‌ها که معمولاً در بخش خارجی لوله‌ها نصب
می‌شوند، باعث افزایش میزان انتقال حرارت بین سیال درون لوله‌ها و سیال
درون پوسته می‌شوند. استفاده از فین‌ها معمولاً در مواقعی که اختلاف دمای
بین دو سیال کم است یا نیاز به افزایش کارایی مبدل وجود دارد، مفید است.
نشت‌بندها
یکی از بخش‌های حساس در مبدل‌های حرارتی، نشت‌بندها هستند. این
نشت‌بندها به‌ویژه در نقاط اتصال پوسته و صفحات لوله‌ای نصب می‌شوند
تا از نشت سیالات به بیرون از سیستم جلوگیری کنند. انتخاب نشت‌بندهای
مناسب بسته به نوع سیال، فشار و دمای کاری بسیار اهمیت دارد.
پایه‌ها و پشتیبان‌ها
مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله معمولاً بسیار سنگین هستند و به پایه‌ها
و پشتیبان‌هایی برای نگهداری و تثبیت آن‌ها نیاز دارند. این پایه‌ها علاوه بر
حمایت از مبدل، کمک می‌کنند تا سیستم به‌صورت افقی یا عمودی نصب
شود و در برابر لرزش‌ها و تکانه‌های مکانیکی مقاوم باشد.
نتیجه‌گیری
مبدل حرارتی پوسته و لوله به عنوان یک ابزار اساسی در صنایع مختلف، از
اجزای متعددی تشکیل شده است که هرکدام نقش خاصی در عملکرد بهینه
آن ایفا می‌کنند. انتخاب صحیح مواد برای ساخت اجزا و طراحی مناسب
مبدل، بهینه‌سازی کارایی و طول عمر این تجهیزات را تضمین می‌کند. این
مبدل‌ها به دلیل انعطاف‌پذیری بالا و قابلیت استفاده در شرایط مختلف
همچنان یکی از محبوب‌ترین و کاربردی‌ترین نوع مبدل‌های حرارتی در صنعت
به شمار می‌روند.
