المبادل الحراري
المبادل الحراري
المبادل الحراري هو جهاز يُستخدم لنقل الحرارة بشكل فعال بين سائلين (غاز أو سائل) إلى آخر. بشكل عام، كما يتضح من اسم المبادل الحراري، فإن المبادل الحراري مسؤول عن تبادل الحرارة بين سائلين. يمكن أن تكون السوائل التي يتم تبادل الحرارة بينها هي الماء، الغاز، الزيت، الهواء، وغيرها.
تُستخدم هذه الأجهزة في أنظمة التدفئة للمباني، التكييف، توليد الطاقة، استعادة الحرارة المهدورة، ومعالجة المواد الكيميائية.
المبادل الحراري ذو أنبوب وغطاء
أكثر أنواع المبادلات الحرارية شيوعًا واستخدامًا في الصناعة هي المبادلات الحرارية ذات الأنابيب والغطاء، التي يتم تصميمها وبناؤها لأغراض مختلفة وبأحجام متنوعة.
تتكون المبادلات الحرارية ذات الأنابيب والغطاء من العديد من الأنابيب التي تحتوي على سائل، حيث يتلامس الجزء الخارجي من الأنابيب مع سائل آخر، ويحدث نقل الحرارة عبر السطح الوسيط، وهو غلاف أو جدار الأنبوب. لذلك، يجب اختيار مادة الأنابيب بحيث تكون شديدة التحمل وتتمتع بكفاءة عالية في نقل الحرارة.
عادةً ما يتم تركيب لوحين معدنيين (لوح الأنبوب) في بداية ونهاية المبادل الحراري، حيث يتم إنشاء ثقوب على هذه الألواح وفقًا لعدد الأنابيب الموجودة داخل المبادل ويتم لحام الأنابيب إليها أو ربطها ميكانيكيًا.
يتم تصميم طرفي المبادل، الأمامي والخلفي، بحيث يدخل السائل من أحد الأطراف ويتوجه نحو المدخل الأنبوبي، ثم يمر عبر الأنابيب ويتجمع في الطرف الخلفي.
السائل الذي يمر عبر الغلاف يجب توجيهه بطريقة تسمح له بالتلامس المستمر مع السطح الخارجي للأنابيب لتحقيق أقصى كفاءة في نقل الحرارة. لتحقيق ذلك، يتم استخدام قطعة تسمى "بافل" (Baffle).
يتم استخدام البافلات في المبادل الحراري ذات الأنابيب والغطاء لغرضين: توجيه السائل ومنع الأنابيب من الاهتزاز والتحرك. مع تركيب البافلات، يصبح تدفق السائل في الغلاف عموديًا تقريبًا على تدفق السائل داخل الأنابيب، مما يزيد من كفاءة نقل الطاقة الحرارية وبالتالي يزيد من كفاءة النظام.
المواصفات الفنية للمبادلات الحرارية ذات الأنابيب والغطاء:
1- الأجزاء المكونة للمبادل الحراري ذو الأنابيب والغطاء
المبادل الحراري هو جهاز يُستخدم لنقل الحرارة بشكل فعال بين سائلين (غاز أو سائل) إلى آخر. بشكل عام، كما يتضح من اسم المبادل الحراري، فإن المبادل الحراري مسؤول عن تبادل الحرارة بين سائلين. يمكن أن تكون السوائل التي يتم تبادل الحرارة بينها هي الماء، الغاز، الزيت، الهواء، وغيرها.
تُستخدم هذه الأجهزة في أنظمة التدفئة للمباني، التكييف، توليد الطاقة، استعادة الحرارة المهدورة، ومعالجة المواد الكيميائية.
المبادل الحراري ذو أنبوب وغطاء
أكثر أنواع المبادلات الحرارية شيوعًا واستخدامًا في الصناعة هي المبادلات الحرارية ذات الأنابيب والغطاء، التي يتم تصميمها وبناؤها لأغراض مختلفة وبأحجام متنوعة.
تتكون المبادلات الحرارية ذات الأنابيب والغطاء من العديد من الأنابيب التي تحتوي على سائل، حيث يتلامس الجزء الخارجي من الأنابيب مع سائل آخر، ويحدث نقل الحرارة عبر السطح الوسيط، وهو غلاف أو جدار الأنبوب. لذلك، يجب اختيار مادة الأنابيب بحيث تكون شديدة التحمل وتتمتع بكفاءة عالية في نقل الحرارة.
عادةً ما يتم تركيب لوحين معدنيين (لوح الأنبوب) في بداية ونهاية المبادل الحراري، حيث يتم إنشاء ثقوب على هذه الألواح وفقًا لعدد الأنابيب الموجودة داخل المبادل ويتم لحام الأنابيب إليها أو ربطها ميكانيكيًا.
يتم تصميم طرفي المبادل، الأمامي والخلفي، بحيث يدخل السائل من أحد الأطراف ويتوجه نحو المدخل الأنبوبي، ثم يمر عبر الأنابيب ويتجمع في الطرف الخلفي.
السائل الذي يمر عبر الغلاف يجب توجيهه بطريقة تسمح له بالتلامس المستمر مع السطح الخارجي للأنابيب لتحقيق أقصى كفاءة في نقل الحرارة. لتحقيق ذلك، يتم استخدام قطعة تسمى "بافل" (Baffle).
يتم استخدام البافلات في المبادل الحراري ذات الأنابيب والغطاء لغرضين: توجيه السائل ومنع الأنابيب من الاهتزاز والتحرك. مع تركيب البافلات، يصبح تدفق السائل في الغلاف عموديًا تقريبًا على تدفق السائل داخل الأنابيب، مما يزيد من كفاءة نقل الطاقة الحرارية وبالتالي يزيد من كفاءة النظام.
المواصفات الفنية للمبادلات الحرارية ذات الأنابيب والغطاء:
1- الأجزاء المكونة للمبادل الحراري ذو الأنابيب والغطاء
- الأنابيب الناقلة للحرارة
- الغلاف
- الطرف الأمامي
- الطرف الخلفي
- البافلات
- لوح الأنبوب
2- ظروف التشغيل للمبادل الحراري ذو الأنابيب والغطاء
- ضغط التشغيل: 0-6000 psi
- درجة حرارة التشغيل: 250-800 درجة مئوية
- المواد الأولية: مجموعة واسعة من المواد المعدنية وغير المعدنية
3- معايير تصميم وبناء المبادلات الحرارية ذات الأنابيب والغطاء
- TEMA: تم تطويره بواسطة جمعية مصنعي المبادلات الحرارية ذات الأنابيب (الولايات المتحدة) ويتم استخدامه في تصميم وبناء المبادلات الحرارية ذات الأنابيب.
- API 660: تم تطويره بواسطة جمعية النفط الأمريكية ويستخدم في تصميم وبناء المبادلات الحرارية ذات الأنابيب.
- ASME Sec VIII: يُستخدم لتصميم المبادل الحراري ذو الضغط العالي.
المبادل الحراري ذو الألواح
يتكون هذا المبادل من إطار ثابت وإطار متحرك مع صفحات مموجة يتم وضعها بين الإطارين، بحيث تفصل بين السوائل الساخنة أو الباردة.
آلية عمل المبادل الحراري ذو الألواح هي أن السوائل الساخنة والباردة تتدفق في اتجاهين متعاكسين، مما يزيد من كفاءة نقل الحرارة. يدخل السائل إلى هذه الصفحات المموجة بشكل متناوب بين الصفحات النابضة، حيث يتم تبادل الحرارة بينهما.
ترتيب الصفحات بشكل متماثل واحدًا تلو الآخر يسمح للسوائل الباردة والساخنة بالدوران بين هذه الصفحات، مما يخلق أمواجًا في السائل ويساعد في تسريع نقل الحرارة والتبريد بين السائلين.
