مبدل‌های حرارتی در تجهیزات پتروشیمی

مبدل‌های حرارتی در تجهیزات پتروشیمی

مبدل‌های حرارتی در تجهیزات پتروشیمی

  • ۱۱ مهر ۱۳۹۸

مبدل حرارتی، سیستمی است که برای انتقال گرما بین دو یا چند سیال مورد استفاده قرار می‌گیرد. مبدل‌های حرارتی هم در فرآیندهای گرمایشی و هم در فرآیندهای سرمایشی کاربرد دارند. مایعات برای جلوگیری از مخلوط شدن ممکن است توسط یک دیوار جامد از هم جدا شده یا در تماس مستقیم باشند.

از مبدل‌‌های حرارتی به صورت گسترده در کارخانه‌های مواد شیمیایی و تجهیزات پتروشیمی، پالایشگاه‌های نفتی، کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی و تصفیه فاضلاب استفاده می‌شود. یکی از نمونه‌های اولیه مبدل‌های حرارتی در موتورهای احتراق داخلی یافت می‌شود. در این موتورها یک سیال که به عنوان مایع خنک‌کننده موتور شناخته می‌شود، از طریق لوله‌های رادیاتور جریان می‌یابد. جریان هوا در بین لوله‌ها نیز باعث سرد شدن مایع خنک‌کننده می‌گردد.


انواع مبدل ‌های حرارتی

مبدل دو لوله‌ ای

مبدل‌‌های حرارتی دو لوله‌ای ساده‌ترین نوع مبدل‌هایی هستند که در صنایع و تجهیزات پتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از یک سو، این مبدل‌های حرارتی از نظر طراحی و نگه‌داری بسیار کم هزینه هستند. این ویژگی باعث شده تا این نوع از مبدل‌های حرارتی در صنایع کوچک بسیار مورد توجه قرار گیرند.

از سوی دیگر، راندمان پایین آن‌ها و همچنین فضای بالای اشغال شده، باعث شده است تا در صنایع مدرن مانند تجهیزات پتروشیمی از مبدل‌های حرارتی کارآمدتر مانند پوسته، لوله یا صفحه استفاده شود. با این حال، به دلیل این که مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای بسیار ساده هستند، از آن‌ها برای آموزش طراحی‌های اولیه مبدل‌های حرارتی به دانشجویان استفاده می‌شود.

مبدل‌ های حرارتی پوسته و لوله

این نوع مبدل‌ها، که کاربرد زیادی در صنایع و تجهیزات پتروشیمی دارند، شامل یک سری لوله هستند و این لوله‌ها حاوی مایعی هستند که باید گرم یا سرد شوند. مایع دیگری روی این لوله‌ها جریان دارد تا بتواند گرما را تامین کرده یا گرمای مورد نیاز را جذب کند. مجموعه‌ای از لوله‌ها، دسته لوله نامیده می‌شوند و ممکن است از چندین نوع لوله از جمله لوله‌های ساده، طویل و ...، ساخته شده باشند.

مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله معمولا برای کاربردهای با فشار بالا (با فشار بیشتر از ۳۰ بار و دمای بیش از ۲۶۰ درجه سانتیگراد) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

هنگام طراحی لوله‌ها در این نوع مبدل‌های حرارتی، چندین ویژگی باید در نظر گرفته شود. عوامل متغیر زیادی ممکن است در طراحی لوله و پوسته وجود داشته باشد. به طور معمول، انتهای هر لوله از طریق سوراخ‌هایی به پلینم‌‌ها (جعبه‌های آب) متصل می‌شوند. همچنین لوله‌ها ممکن است مستقیم یا U شکل باشند.

برخی عوامل مهم در طراحی لوله‌های مبدل‌های حرارتی مورد استفاده در تجهیزات پتروشیمی عبارتند از:

  • قطر لوله
  • ضخامت لوله
  • طول لوله
  • سطح لوله
  • طرح‌بندی لوله
  • طراحی بافل

مبدل ‌های حرارتی صفحه‌ ای

مبدل‌های صفحه‌ای، نوع دیگری از مبدل‌های حرارتی هستند که در پالایشگاه‌ها و تجهیزات پتروشیمی کاربرد دارند. این مبدل‌ها از صفحات بسیار نازک و کمی جدا از هم تشکیل شده‌اند که دارای نواحی سطحی بسیار بزرگ و گذرگاه‌های کوچک سیال برای انتقال حرارت می‌باشند. در مقایسه با مبدل‌های پوسته و لوله، مبدل‌های صفحه‌ای از حجم و هزینه کمتری برخوردار هستند.

تفاوت دیگر بین این دو نوع مبدل این است که مبدل‌های صفحه‌ای، به طور معمول برای مایعات دارای فشار کم و متوسط کاربرد دارند. در مقابل، مبدل‌های پوسته و لوله برای فشارهای بالا بیشتر به کار می‌روند. یک تفاوت مهم دیگر که بین این دو نوع مبدل وجود دارد، این است که مبدل‌های صفحه‌ای بیشتر از جریان‌های متضاد استفاده می‌کنند. این امر امکان رسیدن به اختلاف درجه حرارت پایین‌تر، تغییرات حرارتی بالا و افزایش راندمان را ایجاد می‌کند.

مبدل حرارتی صفحه و پوسته

نوع دیگری از مبدل‌های حرارتی که در فرآیندها و تجهیزات پتروشیمی کاربرد دارند، مبدل‌های صفحه و پوسته هستند. در این مبدل‌های حرارتی فناوری مبدل‌های صفحه‌ای و مبدل ‌های پوسته و لوله با یکدیگر ترکیب شده‌اند. قلب این نوع مبدل‌های حرارتی حاوی یک بسته صفحه جوش داده شده است که با فشار دادن و برش صفحات گرد و جوشکاری آن‌ها در کنار هم ساخته می‌شود.

فناوری مبدل‌های حرارتی صفحه و پوسته توانایی انتقال حرارت بالا، فشار زیاد و کار در دمای بالا را ایجاد می‌کند. به خصوص، این مبدل‌ها بدون واشر کار می‌کنند که باعث ایجاد ایمنی در برابر نشتی در فشار و دمای بالا می‌شود.

کاربرد در صنایع دیگر

علاوه بر صنایع و تجهیزات پتروشیمی، مبدل‌های حرارتی کاربرد بسیار گسترده‌ای در صنایع دیگر نیز دارند. نوع و اندازه مبدل حرارتی مورد استفاده می‌تواند متناسب با عواملی مانند نوع مایع، دما، چگالی و ... تنظیم شود. برخی صنایع دیگر که از مبدل‌های حرارتی به صورت گسترده استفاده می‌کنند عبارتند از:

  • تصفیه فاضلاب
  • تبرید
  • نفت
  • انرژی هسته‌ای