مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله(به انگلیسی: Shell and tube heat exchanger ) نوعی مبدل حرارتی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحدهای تقطیر نفت خام دارد. همان‌طور که از نام آن پیداست این مبدل از یک مخزن استوانه‌ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است.

به نامهای مبدل حرارتی لوله ای و مبدل آب گرم موتورخانه نیز معروف است یکی از رایج ترین و کاربردی ترین روش های گرم و سرد کردن غیر مستقیم سیالات مختلف می باشد که بیشتر در محیط های صنعتی و پالایشگاه ها و سیستم های حرارت مرکزی مورد استفاده قرار میگیرد.

 

مبدل حرارتی پوسته لوله (shell and tube) مجموعه ای از پوسته (shell) استوانه ای شکل و لوله های گذر سیال (tube) می باشد که به منظور افزایش یا کاهش دمای سیال موجود در لوله ها در صنایع مختلف از قبیل پالایشگاه ها، نیروگاه ها و صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد. مبدل های حرارتی دارای انواع مختلفی می باشند که در همگی هدف انتقال حرارت بین سیالات است که در برخی انتقال حرارت مستقیم و در برخی مانند مبدل پوسته و لوله به صورت غیرمستقیم انجام میشود.

 

همان طور که اشاره شد، انتقال حرارت و دما در مبدل پوسته و لوله به صورت غیرمستقیم بوده و گذر سیالات از پوسته و لوله ها باعث تغییر دما در آنها می گردد. در ساختار کلی این گروه از مبدل های حرارتی یک پوسته یا مخزن استوانه ای قرار دارد که  داخل آن لوله هایی موازی با مدار پوسته قرار گرفته است. یک گروه از سیال که نقش افزایش یا کاهش دما را دارد، از شیر ورودی مخصوص وارد پوسته شده و تماس غیرمستقیم سیال وارد شده در لوله های داخل مجموعه باعث انتقال حرارت می گردد. در نهایت از شیرهای خروجی سیال با دمای مورد نظر خارج شده و برای مصارف مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

جهت گذر سیال موجود در پوسته و لوله ها ممکن است همسو، ناهمسو و یا متقاطع باشد و اختلاف دمای موجود در سیالات پوسته و لوله ها دلیل اصلی تغییر دما بوده که با هزینه کم سیال را برای محیط های مختلف آماده می کند.

 

در ساخت و تولید مبدل حرارتی پوسته و لوله، بدون توجه به محیط و هدف اصلی استفاده از آن چند بخش مهم در نظر گرفته میشود که در واقع زمینه ساز انجام درست فرآیند تغییر دما می باشند. اصلی ترین اجزا مبدل حرارتی عبارتند از:

 

1.هدر جلویی (front head): ورودی سیال مایع یا گاز به لوله های مبدل

 

2.هدر پشتی (Rear head): خروجی سیال از مبدل

 

3.تیوب باندل (tube): مجموعه از قطعات برای عبور سیال مایع یا گاز از لوله ها

 

4.پوسته (shell): مخزن و پوسته مقاوم در برابر خوردگی و فشار برای عبور سیال انتقال دما

 

موارد ذکر شده تقسیم بندی کلی ساختار داخلی مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد و قطعات اصلی آن عبارتند از:

 

-پوسته یا shell

-لوله یا تیوب

-بافل

-فونداسیون

-نازل

-صفحه لوله

-مجرا و درپوش مجرا

-تیوب یا لوله های مبدل

سیال اصلی که در فرآیندهای شیمیایی و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد، برای رسیدن به دمای مورد نظر وارد لوله هایی از جنس مس یا برنج و استیل میشود که همگی در داخل پوسته قرار گرفته اند. شکل و ساختار این لوله ها به نوع مبدل بستگی دارد و در حالت کلی به صورت خمیده یا U شکل و مستقیم کاربرد دارند. یکی از مهم ترین تفاوت هایی که در لوله های مبدل حرارتی پوسته و لوله وجود دارد، تعداد پیچ ها و تغییر مسیر سیال در آنها می باشد. به عنوان مثال، اگر هدف عبور سیال به صورت مستقیم از تیوب باشد، از لوله های مستقیم و بدون خمیدگی استفاده میشود. در مقابل، اگر هدف افزایش تماس سیال داخل لوله با سیال پوسته باشد، پیچ و خم در آن بیشتر خواهد شد. بر اساس تعداد پیچ و خم لوله ها در داخل پوسته اصطلاحا 1 پاس، 2 پاس و غیره گفته میشود. یک پاس همان لوله های مستقیم بوده و با افزایش تعداد پاس ها تعداد پیچ و خم ها در لوله بیشتر خواهد شد.

مشخصات مبدل حرارتی پوسته و لوله

همانطور که می دانید مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube) به دلیل انطباق پذیری و انعطافی که دارند یکی از محبوب ترین انواع مبدل های حرارتی می باشند. در این نوع مبدل دو سیال با دماهای مختلف وجود دارند که یکی از آن ها وارد پوسته یا شل می شود و دیگری به درون لوله ها هدایت می شود. گرما از یک سیال به سیال دیگر از طریق دیواره لوله ها منتقل شده و حرارت از این طریق دو سیال مبادله می شود.مبدل های حرارتی شل و تیوب به شکل گسترده ای در تهویه و صنایع جهت گرم و سرد کردن سیال ها کاربرد دارند. این نوع مبدل ها در صنایع مختلفی از جمله : برودتی، شیمیایی، انرژی، نیروگاهی، پتروشیمی، هسته ای و بسیاری از صنایع دیگر به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. اجزای تشکیل دهنده مبدل های حرارتی پوسته و لوله همانطور که از اسم آن ها مشخص است شامل یک پوسته ( لوله با سایز بزرگتر) می باشد که در داخل آن باندل لوله های با سایز کوچکتر قرار می گیرند. لوله های مورد استفاده در مبدل ها می توانند از جنس های کربن استیل، استنلس استیل ۳۰۴، استنلس استیل ۳۱۶، مس، نیکل و آلومینیوم باشند.