المبادل الحراري هو جهاز موفر للطاقة ينقل الحرارة بين سائلين أو أكثر عند درجات حرارة مختلفة. بالنسبة للتدفئة في منطقة كبيرة ، يعد وجود مبادل حراري أمرًا ضروريًا.
وفقًا لطريقة نقل الحرارة للمبادل الحراري ، يمكن تقسيم المبادل الحراري إلى ثلاث فئات:
المبادل الحراري الملامس المباشر ، والذي يسمى أيضًا المبادل الحراري الهجين ، هو جهاز تكون فيه السوائل الساخنة والباردة على اتصال مباشر وتبادل الحرارة. عادةً ما يكون الموائع المتصلان بشكل مباشر هما الغاز والسائل مع ضغط تبخير أقل ؛
مبدأ عمل المبادل الحراري لتخزين الطاقة هو استخدام الموصلية الحرارية للمواد الصلبة. على وجه التحديد ، يقوم الوسط الحراري أولاً بتسخين المادة الصلبة إلى درجة حرارة معينة ، ثم يحصل الوسيط البارد على الحرارة من المادة الصلبة. من خلال هذه العملية ، يمكن تحقيق انتقال الحرارة. ؛
يستخدم المبادل الحراري لجدار التقسيم أيضًا التوصيل الحراري للوسيط ، ويتم فصل الوسائط الباردة والساخنة بجدار فاصل صلب ، وتبادل الحرارة عبر جدار التقسيم. بالنسبة لمؤسسات التدفئة ، فإن المبادلات الحرارية لجدار التقسيم هي الأكثر استخدامًا. وفقًا للهياكل المختلفة ، يمكن أيضًا تقسيمها إلى مبادلات حرارية للأنابيب ومبادلات حرارية للوحة ومبادلات حرارية للأنابيب الحرارية.
1
قذيفة وأنبوب مبادل حراري
تسمى المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب أيضًا بالمبادلات الحرارية للقذيفة والأنبوب. إنه مبادل حراري للجدار المقسم يستخدم جدار حزمة الأنبوب المغلق في الغلاف كسطح لنقل الحرارة. هذا النوع من المبادلات الحرارية له هيكل بسيط نسبيًا وتشغيل موثوق. يمكن أن تكون مصنوعة من مواد هيكلية مختلفة (مواد معدنية بشكل أساسي) ، ويمكن استخدامها تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع. إنه النوع الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر.
قذيفة وأنبوب مبادل حراري
وفقًا لإجراءات التعويض المعتمدة ، يمكن تقسيم المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب إلى أربعة أنواع: المبادلات الحرارية ذات الصفائح الأنبوبية الثابتة ، والمبادلات الحرارية ذات الرأس العائم ، والمبادلات الحرارية ذات الأنبوب U ، والمبادلات الحرارية لصندوق الحشو.
2
مبادل حراري ذو أنبوب ثابت
المبادل الحراري ذو الصفيحة الأنبوبية الثابتة هو نوع من المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب. يتم توصيل صفائح الأنبوب في كلا طرفي المبادل الحراري للصفائح الأنبوبية الثابتة بالقشرة عن طريق اللحام ، وتتكون بشكل أساسي من الغلاف وصفيحة الأنبوب وحزمة الأنبوب والغطاء العلوي (الرأس) ومكونات أخرى.
مبادل حراري ذو أنبوب ثابت
مزايا المبادلات الحرارية ذات الصفيحة الأنبوبية الثابتة هي:
◆ هيكل بسيط.
◆ في نفس قطر الغلاف ، يكون عدد الأنابيب هو الأكبر والأقل عددًا ؛
◆ يمكن استبدال كل أنبوب تبادل حراري ، ويسهل تنظيف الأنبوب من الداخل.
عيوب المبادلات الحرارية ذات الأنبوب الثابت هي:
◆ لا يمكن تنظيف جانب الصدفة ميكانيكيًا ؛
◆ عندما يكون فرق درجة الحرارة بين أنبوب التبادل الحراري والغطاء كبيرًا (أكبر من 50 درجة) ، سيتم إنشاء إجهاد فرق درجة الحرارة. الحل هو تثبيت وصلة تمدد على الغلاف ، بحيث لا يمكن أن يكون الضغط على جانب الصدفة مرتفعًا جدًا بسبب محدودية قوة مفصل التمدد ؛
◆ إنها مناسبة فقط لمناسبات العمل حيث يكون السائل نظيفًا وليس من السهل قياسه ، ويكون فرق درجة الحرارة بين الموائع صغيرًا أو يكون فرق درجة الحرارة كبيرًا ولكن الضغط الجانبي للقشرة ليس مرتفعًا.
3
مبادل حراري للرأس العائم
المبادل الحراري للرأس العائم هو نوع من المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب. لها أحد طرفي لوحة الأنبوب غير المتصلة بالصدفة ويمكنها أن تطفو بحرية في الاتجاه المحوري. ويسمى أيضًا الرأس العائم. يتكون الرأس العائم من لوحة أنبوب عائم وحلقة خطاف وغطاء طرف عائم للرأس ، وهو اتصال قابل للفصل ، ويمكن سحب حزمة الأنبوب من الغلاف.
مبادل حراري للرأس العائم
مزايا المبادلات الحرارية للرأس العائم هي:
◆ إذا كان هناك اختلاف في درجة الحرارة بين أنبوب التبادل الحراري والغلاف ، أي عندما يتمدد الغلاف أو أنبوب التبادل الحراري ، فلن يكون هناك إجهاد فرق درجة الحرارة ؛
◆ يمكن سحب حزمة الأنبوب من الغلاف ، وهو مناسب للتنظيف داخل الأنابيب وبينها.
مساوئ المبادلات الحرارية للرأس العائم هي:
هيكل معقد وكمية كبيرة من المواد وتكلفة عالية ؛
◆ إذا لم يكن الختم بين غطاء الرأس العائم وصفيحة الأنبوب العائم محكمًا ، فسيحدث تسرب داخلي ، مما يؤدي إلى اختلاط الوسيطتين.
4
مبادل حراري على شكل حرف U
المبادل الحراري للأنبوب على شكل حرف U هو نوع من المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب ، والتي تتكون من صفائح أنابيب ، وقذائف ، وحزم أنابيب ومكونات أخرى. يتم ثني كل أنبوب من أنبوب المبادل الحراري على شكل U ، ويتم تثبيت المدخل والمخرج على التوالي على جانبي لوح الأنبوب نفسه. ينقسم الرأس إلى غرفتين بواسطة فاصل ، بحيث يمكن توسيع كل أنبوب وقلصه بحرية. ، بغض النظر عن الأنابيب والمباني الأخرى.
مبادل حراري على شكل حرف U
مزايا المبادلات الحرارية ذات الأنبوب U هي:
◆ يمكن أن تطفو حزمة الأنبوب بحرية دون مراعاة إجهاد اختلاف درجة الحرارة ، ويمكن استخدامها في المناسبات ذات الاختلاف الكبير في درجات الحرارة ؛
◆ تحتوي على لوحة أنبوبية واحدة ، وحواف أقل ، ونقاط تسرب أقل وهيكل بسيط ؛
◆ مبادل حراري أنبوب على شكل حرف U يمكن الاعتماد عليه في التشغيل ومنخفض التكلفة.
عيوب المبادلات الحرارية ذات الأنبوب U هي:
◆ يصعب تنظيف الأنبوب من الداخل. نظرًا لأن الأنبوب يحتاج إلى نصف قطر انحناء معين ، فإن معدل استخدام لوح الأنبوب يكون منخفضًا ؛
المسافة بين الأنابيب في الطبقة الأعمق من حزمة الأنبوب كبيرة ، وجانب الصدفة سهل لتقصير الدائرة. عندما تكون سرعة التدفق في الأنبوب عالية جدًا ، فسوف يتسبب ذلك في تآكل خطير لقسم أنبوب الانحناء على شكل حرف U ويؤثر على عمر الخدمة ؛
◆ في حالة تلف الأنبوب الداخلي ، لا يمكن استبداله ، وبالتالي فإن معدل الخردة مرتفع.
5
رش المبادل الحراري
المبادل الحراري بالرش هو نوع من المبادلات الحرارية الأنبوبية ، والتي تعمل على إصلاح أنابيب التبادل الحراري على الإطار الفولاذي في صفوف ، ويتدفق السائل الساخن في الأنابيب ، ويتم سكب ماء التبريد بالتساوي من جهاز الرش العلوي ، لذلك فهو ويسمى أيضًا مبرد الرذاذ. الجزء الخارجي من أنبوب المبادل الحراري بالرش عبارة عن طبقة من الفيلم السائل بدرجة عالية من الاضطراب ، ويكون معامل نقل الحرارة خارج الأنبوب أكبر بكثير من معامل المبادل الحراري المغمور. بالإضافة إلى ذلك ، يتم وضع المبادل الحراري بالرش في الغالب في المكان الذي يدور فيه الهواء ، كما أن تبخر ماء التبريد يزيل جزءًا من الحرارة ، مما قد يقلل درجة حرارة مياه التبريد ويزيد من القوة الدافعة لانتقال الحرارة . بالمقارنة مع المبادل الحراري الغاطس ، تم تحسين تأثير نقل الحرارة للمبادل الحراري بالرش بشكل كبير.
رش المبادل الحراري
مزايا المبادلات الحرارية بالرش هي:
هيكل بسيط وتكلفة منخفضة ؛
◆ يمكنه تقليل درجة حرارة مياه التبريد وزيادة القوة الدافعة لنقل الحرارة ؛
◆ يمكن أن تتحمل الضغط العالي ؛
◆ سهل للصيانة والتنظيف ، متطلبات جودة المياه منخفضة.
عيوب المبادلات الحرارية بالرش هي:
سيؤثر الرش غير المتكافئ لمياه التبريد على تأثير نقل الحرارة ؛
◆ يمكن تثبيته في الهواء الطلق فقط.
6
أنبوب مبادل حراري
المبادل الحراري للغلاف هو نوع من المبادلات الحرارية للأنبوب ، وهو عبارة عن غلاف دائري متحد المركز متصل بواسطة أنبوبين قياسيين بأحجام مختلفة. يسمى الجانب الخارجي جانب الصدفة ويسمى الجانب الداخلي جانب الأنبوب. يمكن أن تتدفق مادتان مختلفتان في الاتجاه المعاكس (أو في نفس الاتجاه) في جانب الغلاف وجانب الأنبوب لتحقيق تأثير التبادل الحراري. تتكون المبادلات الحرارية للأنبوب والأنبوب عادةً من غلاف (بما في ذلك الغلاف الداخلي والقشرة الخارجية) ، ومرفق على شكل حرف U ، وصندوق حشو ، وما شابه.
أنبوب مبادل حراري
مزايا غلاف المبادلات الحرارية هي:
◆ هيكل بسيط قادر على تحمل الضغط العالي ؛
◆ يمكن زيادة أو تقليل مساحة نقل الحرارة وفقًا للاحتياجات ، وهو أمر مناسب للتطبيق.
عيوب غلاف المبادلات الحرارية هي:
هناك العديد من الوصلات بين الأنابيب والتي يسهل تسربها.
مساحة أرضية كبيرة واستهلاك كبير للمعادن لكل وحدة سطح نقل حرارة.
7
مبادل حراري مغلف
المبادل الحراري المغلف هو نوع من المبادلات الحرارية للوحة ، والتي يتم تصنيعها عن طريق تركيب غلاف على الجدار الخارجي للحاوية ، وله هيكل بسيط ؛ لكن سطح تسخينها مقيد بجدار الحاوية ، ومعامل نقل الحرارة ليس مرتفعًا. من أجل تحسين معامل نقل الحرارة وجعل السائل في الغلاية يسخن بشكل متساوٍ ، يمكن تركيب محرض في الغلاية. عند تمرير ماء التبريد أو عامل التسخين غير المتغير إلى الغلاف ، يمكن أيضًا ضبط حواجز لولبية أو إجراءات أخرى لزيادة الاضطراب في الغلاف لزيادة معامل نقل الحرارة على جانب واحد من الغلاف. لتعويض النقص في سطح نقل الحرارة ، يمكن أيضًا تركيب ملفات داخل الغلاية. تستخدم المبادلات الحرارية المغطاة على نطاق واسع في تسخين وتبريد عمليات التفاعل.
مبادل حراري مغلف
مزايا المبادلات الحرارية المغلفة هي:
◆ هيكل بسيط.
◆ سهل المعالجة.
عيوب المبادلات الحرارية المغلفة هي:
◆ منطقة نقل حرارة صغيرة وكفاءة نقل حرارة منخفضة.
8
مبادل حراري ذو لوحة لولبية
المبادل الحراري للوحة اللولبية هو نوع من المبادلات الحرارية للوحة ، والتي تتكون من لوحين معدنيين متوازيين ، وتشكل قناتين حلزونيين متحد المركز بالداخل. يتم وضع قسم في وسط المبادل الحراري لفصل القنوات الحلزونية ، ويتم لحام عمود المسافة بين اللوحتين للحفاظ على تباعد القناة.
مبادل حراري ذو لوحة لولبية
مزايا المبادلات الحرارية ذات الألواح الحلزونية هي:
◆ ارتفاع معامل انتقال الحرارة.
◆ ليس من السهل القياس والحظر ؛
◆ قادرة على استخدام مصدر الحرارة مع درجة حرارة منخفضة ؛
◆ هيكل مدمج.
عيوب المبادلات الحرارية ذات اللوح اللولبي هي:
◆ يجب ألا يكون ضغط التشغيل ودرجة الحرارة مرتفعين للغاية ؛
◆ ليس من السهل الإصلاح.
9
مبادل حراري للأنابيب الحرارية
يتم تشكيل أنبوب الحرارة عن طريق ملء كمية معينة من سائل عامل معين في أنبوب معدني مغلق يزيل الغاز غير القابل للتكثيف. يمتص سائل العمل الحرارة عند الطرف الساخن ويغلي ويتبخر. يتدفق البخار المتولد إلى الطرف البارد للتكثيف وإطلاق الحرارة الكامنة. يعود المكثف إلى النهاية الساخنة ويغلي ويتبخر مرة أخرى. تتكرر هذه الدورة ، ويتم نقل الحرارة باستمرار من الطرف الساخن إلى الطرف البارد.
مبادل حراري للأنابيب الحرارية
مزايا المبادلات الحرارية للأنابيب الحرارية هي:
◆ هيكل بسيط وعمر خدمة طويل وتشغيل موثوق ؛
◆ موصلية حرارية عالية للغاية وخاصية متساوية الحرارة ؛
يمكن تغيير منطقة نقل الحرارة على جانبي الجانبين البارد والساخن بشكل تعسفي ، ويمكنه نقل الحرارة على مسافة طويلة ، ويمكنه التحكم في درجة الحرارة.
عيوبه هي:
◆ ضعف مقاومة الأكسدة ومقاومة درجات الحرارة العالية.
احتياطات استخدام المبادل الحراري:
◆ حافظ على شبكة الأنابيب نظيفة. سواء كان ذلك قبل العمل أو بعد اكتمال العمل ، يجب تنظيف شبكة الأنابيب لتجنب انسداد المبادل الحراري. بالإضافة إلى ذلك ، يجب الانتباه إلى تنظيف جهاز إزالة التلوث والمرشح ، بحيث يمكن إكمال عمل التبادل الحراري بأكمله بسلاسة.
◆ تحكم بصرامة في الماء المخفف. قبل معالجة وسط التسخين ، تحقق من جودة المياه في النظام وفي خزان التليين ، وقم بحقنها بعد التأكد من أن جودة المياه مؤهلة.
◆ اختبر النظام الجديد. بالنسبة للنظام الجديد ، لا يمكن استخدامه بالتناوب مع المبادل الحراري على الفور ، ولكن يجب تشغيل النظام الجديد خلال فترة زمنية محددة ، ولا يمكن دمج المبادل الحراري إلا في النظام بعد اكتمال اختبار التشغيل. الغرض من ذلك هو منع الشوائب في شبكة الأنابيب من إتلاف المعدات الداخلية للمبادل الحراري
