مبدل حرارتی صفحه‌ای: کاربرد، طرز کار و نحوه نصب
رپورتاژ آگهی
در صنعت بسیار پیش می‌آید که میخواهیم یک سیال را گرم یا سرد کنیم. برای این کار از تجهیزی به نام مبدل حرارتی استفاده میکنیم. مبدل حرارتی، حرارت را بین دو سیال گرم‌شونده و خنک‌شونده، بدون اختلاط آنها با یکدیگر، منتقل می‌کند. مبدلهای حرارتی انواع مختلفی دارند که شناخته شده‌ترین و پرکاربردترین آنها مبدلهای حرارتی پوسته و لوله و مبدلهای حرارتی صفحه‌ای است. در این مقاله قصد داریم تا شما را با مبدلهای حرارتی صفحه‌ای آشنا کنیم. در مبدل حرارتی صفحه‌ای انتقال حرارت از طریق صفحات نازک شیاردار فلزی انجام میشود. مبدلهای حرارتی صفحه‌ای انواع مختلفی دارند اما معروف‌ترین نوع آن مبدل حرارتی صفحه‌ای واشردار (GPHE) است.
کاربرد مبدل حرارتی صفحه‌ای
مبدل حرارتی صفحه‌ای به دلیل راندمان بالا، اندازه کوچک و تعمیر و نگهداری آسان به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. در ادامه به مثال‌هایی از کاربرد مبدلهای حرارتی صفحه‌ای در صنایع مختلف اشاره میکنیم:
کاربرد مبدلهای حرارتی صفحه‌ای در تاسیسات و تهویه مطبوع
گرمایش آب‌گرم مصرفی، استخر، جکوزی و گرمایش از کف، ایزولاتور یا فشارشکن مدار چیلر و بویلر (زون بندی)، سیستم‌های گرمایش خورشیدی، سیستم‌های گرمایش و سرمایش منطقه‌ای و … .
کاربرد مبدلهای حرارتی صفحه‌ای در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
مبدلهای حرارتی صفحه‌ای در پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها برای پیشگرم نفت خام، کندانس و خنک‌کردن محصولات خروجی از برج تقطیر، پیشگرم آمین در برج آمین در پالایشگاه گاز، خنک کردن محصولات خروجی از راکتورها در واحدهای پتروشیمی، خنک کردن آب خنک‌کننده فرآیندهای مختلف توسط آب دریا و بسیاری کاربردهای دیگر استفاده می‌شوند.
کاربرد مبدلهای حرارتی صفحه‌ای در صنایع معدن، فولاد و فلز
مبدلهای حرارتی صفحه‌ای برای خنک کاری ماشین‌آلات حفاری در معادن، برای خنک کردن حوضچه‌های عملیات حرارتی و اسیدشویی در کارخانجات تولید آهن و فولاد، خنک کردن کویل کوره‌های القایی در کارخانه‌های ذوب فلزات، خنک‌کاری محلول‌های فرآیند لیچینگ مس و طلا و … مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاربرد مبدلهای حرارتی در صنایع غذایی و نوشیدنی
خنک کردن شیر در دامداری‌ها، پاستوریزه و استریلیزه‌کردن شیر، نوشیدنی و سایر موادغذایی. خنک کردن نوشیدنی‌ها و موادغذایی پیش از بسته‌بندی. تبخیر و کندانس خنک کردن در فرآیند تولید سرکه و الکل و … .
برخی کاربردهای عمومی مبدلهای حرارتی صفحه‌ای در صنایع مختلف نیز به شرح زیر است:
- خنک کردن روغن‌های روانکار
- خنک کردن روغن گیربکس ماشین‌آلات مختلف
- خنک کردن روغن هیدرولیک در پرس‌ها و ماشین‌آلات
- تولید آب‌گرم با استفاده از بخار
- کنترل دمای فرآیندها
ساختار و نحوه کارکرد مبدل حرارتی صفحه‌ای
مبدل حرارتی صفحه‌ای به طور کلی شامل تعدادی صفحه نازک فلزی شیاردار است که بین دو صفحه ضخیم نگهدارنده قرار گرفته اند. اجزای اصلی مبدل حرارتی صفحه‌ای به شرح زیر است:
- صفحات: صفحه مبدل حرارتی جزء اصلی آن است. این صفحات معمولا از جنس استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ بوده و الگوهای خاصی دارند که با هدف توزیع متوازن جریان در عرض صفحه و بهبود انتقال حرارت طراحی شده اند. ضخامت این صفحات عموما بین 0.4 تا 1 میلیمتر بوده که فرم‌دهی آنها توسط پرس‌های هیدرولیک تناژ بالا و قالب‌های مخصوص انجام میگیرد.
- واشرها یا گسکتها: واشر یا گسکت در مبدل حرارتی صفحه‌ای وظیفه هدایت جریان سیال‌ها، جلوگیری از اختلاط آنها و آب‌بندی است. واشرها پایه لاستیکی داشته و به وسیله پخت در پرس‌های حرارتی و قالب‌های ویژه تولید می‌شوند. واشرها می‌توانند به صورت قفلی یا با استفاده از چسب مخصوص روی صفحات مبدل حرارتی فیکس شوند.
- صفحات فشاری یا فریم: فریم شامل دو صفحه آهنی ضخیم رنگ‌شده است که صفحات و واشرهای مبدل حرارتی را بین خود نگه میدارند. ضخامت فریم‌ها به فشار کاری مبدل حرارتی بستگی دارند. نازل‌های ورودی و خروجی سیال‌ها بر روی فریم‌ها تعبیه می‌شوند.
- پیچ‌های نگهدارنده: این پیچ‌ها صفحات فشاری را به یکدیگر متصل کرده، تحمل کننده فشار سیالات عبوری از داخل مبدل حرارتی هستند. تعداد و قطر پیچ‌ها بسته به فشار طراحی مبدل حرارتی انتخاب می‌شوند.
- راهنمای بالا و پایین: راهنماها وظیفه نگهداری صفحات مبدل حرارتی و تحمل وزن آنها هنگام مونتاژ را به عهده داشته و باعث می‌شوند که هنگام سفت کردن پیچ‌ها صفحات کاملا روی یکدیگر قرار گیرند و مبدل حرارتی به خوبی آب بندی شود.
مبدل حرارتی صفحه‌ای با ورود سیال‌های گرم‌شونده و خنک‌شونده از نازل‌های ورودی و جریان آنها به‌صورت متناوب بین صفحات، حرارت را با بازدهی بالا انتقال می‌دهد. شیارها و الگوهای صفحات باعث افزایش آشفتگی جریان و بهبود انتقال حرارت می‌شوند. صفحات مبدل حرارتی انواع مختلفی دارند و انتخاب صحیح آنها به نوع فرآیند، دما و نوع سیالات بستگی دارد. بنابراین، انتخاب و چیدمان صفحات باید توسط متخصصین انجام شود تا مبدل به‌درستی عمل کرده و به دماهای مطلوب دست یابد.
نحوه نصب مبدل حرارتی صفحه‌ای
بهتر است نصب و راه‌اندازی مبدل حرارتی صفحه ای توسط افراد متخصص و با تجربه در این زمینه انجام شود. در هر صورت توجه به نکات زیر بسیار حائز اهمیت است:
- پیش از اتصال لوله‌کشی، مطمئن شوید که هیچ جسم خارجی در سیستم پایپینگ وجود نداشته باشد. چرا که می‌تواند وارد مبدل حرارتی شده و باعث گرفتگی مبدل شود.
- مبدل را به صورت عمودی نصب کنید. در این صورت به دلیل امکان تخلیه کامل هر دو طرف مبدل حرارتی، تعمیر مبدل حرارتی بسیار آسان‌تر خواهد بود. همچنین با توجه به جریان همرفت طبیعی، مبدل حرارتی راندمان عملکردی بهتری خواهد داشت.
- مبدل حرارتی را بر روی فونداسیونی که متناسب با وزن تجهیز طراحی شده، قرار داده و با استفاده از پیچ‌های پایه آن را به فونداسیون محکم کنید به صورتی که اصلا تکان نخورد.
- در کنار مبدل حرارتی، فضای کافی (حداقل برابر عرض مبدل حرارتی) جهت دمونتاژ و مونتاژ صفحات در نظر بگیرید.
- در پشت و جلوی مبدل حرارتی، فضای کافی برای برداشتن و گذاشتن پیچ‌های فشاری در نظر بگیرید.
- پیش از راه‌اندازی، پیچ‌های فشاری مبدل حرارتی را چک کنید و مطمئن شوید که به اندازه کافی محکم هستند. عدد A، مشخص کننده میزان فشردگی صفحات مبدل حرارتی است که توسط سازنده مبدل حرارتی صفحه‌ای مشخص میشود. با یک متر عدد A را اندازه بگیرید و با مقدار روی پلاک مبدل مقایسه کنید.
- به فشار و دمای طراحی بر روی پلاک مبدل حرارتی توجه کنید و در هنگام راهبری محصول دقت کنید که دما و فشار از این مقادیر تجاوز نکند.
- برای جلوگیری از گرفتگی مبدل حرارتی در ورودی‌های سیالات از صافی با توری مناسب استفاده کنید.
- به منظور تسهیل فرآیند سرویس و تمیزکاری مبدل حرارتی حتما برای هر ورودی و خروجی، شیر قطع کننده جریان و اتصال مناسب برای اسیدشویی (CIP) لحاظ کنید.
- در صورتی که سیال داخل مبدل حرارتی، خورنده است یا دما و فشار خیلی بالا یا خیلی پایینی دارد، حتما بر روی صفحات از شرود یا پوشش محافظ استفاده کنید تا در صورت بروز نشتی به پرسنل نگهداری آسیب وارد نشود.
- در هنگام راه‌اندازی دقت کنید که شیرها را به آرامی باز کنید تا ضربه جریان به مبدل حرارتی وارد نشود.
- در موارد با دمای بالای 100 درجه سانتیگراد، دما را در یک بازه یک ساعته و به آرامی بالا ببرید. تغییر دمای ناگهانی می‌تواند سبب کاهش طول عمر واشرها شود.
- در ورودی و خروجی‌ها، ونت (تخلیه هوا) و درین (تخلیه مایع هنگام سرویس) مناسب در نظر بگیرید.
اکنون با مطالعه این مقاله به یک آشنایی اولیه با ساختار، نحوه کارکرد، کاربردها و نکات اولیه در خصوص نصب و راه‌اندازی مبدلهای حرارتی صفحه‌ای دست یافته اید. اما توصیه میشود برای انتخاب، خرید و یا نصب و راه‌اندازی مبدل حرارتی حتما با مختصصین این زمینه و سازندگان مبدلهای حرارتی صفحه‌ای مشورت کنید.
