بخشی از مقاله
چکیده
بیش از 85% از موارد کاربرد مبدلهاي حرارتی جدید در پالایشگاهها ، صنایع شیمیایی ، پنروشیمی ها و نیروگاههاي تولید قدرت به مبدلهاي حرارتی پوسته و لوله ي رایج اختصاص دارد .اساس و مبناي این گستردگی استفاده اینستکه ثابت شده است که مبدل هاي پوسته و لوله یک تکنولوپی مقرون به صرفه است که براي رنج گسترده اي از نیازهاي تبادل گرمایی را می تواند پاسخگو باشد . اگرچه ، محدودیتهایی در ارتباط با تکنولوژي این مبدلها وجود دارد که می توان به استفاده ي غیر موثر از افت فشار سمت پوسته ، مناطق مرده و یا کم جریان اطراف بفلها که می تواند منجر به خوردگی و رسوب در این نقاط شود و نیزارتعاش تیوبها ناشی از جریان اشاره کرد که می توانند در نهایت منجر به ازکار افتادگی تجهیز گردند .
این مقاله یک تکنولوژي جدید که به عنوان Twisted Tube Technology شناخته می شود و قادر به غلبه برمحدودیتهاي تکنولوژي متداول امروزي است و علاوه براین ، ضریب انتقال حرارت بالاتري را از سمت تیوب مهیا می سازد را ارائه می کند . این مقاله ، ساخت ، راندمان ، و جنبه هاي اقتصادي مبدل هاي با تیوب پیچیده را در مقایسه با طراحی هاي متداول امروزي براي متریالهاي مختلف ارائه می دهد .
-1 مبدل هاي حرارتی پوسته و لوله ي رایج
مبدل هاي حرارتی پوسته و لوله از نوع TEMA - انجمن سازندگان مبدلهاي حرارتی پوسته و لوله - شامل تعدادي تیوب با مقطع دایروي درون یک پوسته استوانه اي متصل شده به یک تیوب شیت ، با سایز تیوب ، طول تیوب و قطر پوسته اي که بسته به ملزومات کاربرد تغییر می کنند هستند . سطح انتقال حرارت می تواند از چند فوت مربع تا بیش از 25000 فوت مربع متغیر باشد . تیوب باندل معمولا شامل یک تعداد از بفلها با دو هدف مهیا کردن ساپورت براي تیوبها و نیز هدایت کردن جریان سمت پوسته از میان تیوبها در طول تیوبها - شکل - 1 می باشد . جریان پس و پیش در سمت پوسته ، افت فشاري بیش از آنچه که به ازاي واحد انتقال حرارت انتظار می رود خواهد داشت زیرا انرژي بیشتر صرف وارونه کردن جریان خواهد شد تا افزایش تبادل گرمایی .
شکل -1 نمایش جریان در مبدل حرارتی پوسته و لوله رایج
همچنین ، انرژي که صرف وارونه کردن جریان می شود ، تمایل به مجبور کردن سیال سمت پوسته به عبور از فاصله کلرنس میان بفل – تیوب و بفل – پوسته دارد که حاصل این امر جریان عرضی کمتر و ضریب انتقال حرارت کمتر خواهد بود در نهایت اینکه ، جریان سیال اطراف بفلها غیر یکنواخت است و منجر به نواحی کم جریان و نقاط مرده خواهد شد که مستعد انباشتگی رسوب ، خوردگی و انتقال حرارت ضعیف خواهد بود . راندمان حرارتی - - ξ یک مبدل پوسته و لوله ، معمولا بافرض اختلاط کامل شعاعی و نه محوري جریان سمت پوسته محاسبه می گردد .
اگرچه در عمل ، اختلاط محوري قابل ملاحظه اي از میان تقسیم بفل - baffle compartment - وجود دارد وعلاوه بر این ، جریان به شکل عرضی در پاره اي از اوقات بیش از جریان محوري است . این تاثیرات با نشتی جریان در اتصال میان بفل – تیوب و بفل – پوسته که در فرآیند انتقال حرارت در باندل شرکت نمی کند پیچیده تر می شوند . در نتیجه این محدودیت ها ، راندمان حرارتی واقعی - ξ - ، از مقدار تئوري کمتر و از مقادیر حاصله از دیگر انواع مبدلها که از این محدودیتها رنج نمی برند نیز کمتر خواهد بود .معمولا راندمان حرارتی یک مبدل حرارتی پوسته و لوله در محدوده 60% الی 80% خواهد بود .
-2 مبدل حرارتی با لوله پیچیده
مبدل حرارتی با لوله پیچیده براي نخستین بار در اروپاي غربی و در اواسط دهه 1980 در اسکاندیناوي عرضه شد. در ابتدا این نوع از مبدل جهت غلبه بر محدودیت هاي ذاتی همراه با تکنولوژي مبدلهاي پوسته و لوله ي رایج توسعه داده شد . کاربرد تکنولوژي تیوب هاي پیچیده در ابتدا منحصر به کندانس ساختن در صنایع نیشکر و کاغذ و نیز بخش گرمایشی و به طور محدود در صنایع پروسسی بود. شرکت KOCH این تکنولوژي را تحت لایسنس خود کرد و در 1995 متعاقبا آن را کاملا آشکار کرد .
شکل -2 نمایش جریان در یک مبدل حرارتی با لوله پیچیده
1-2 ساختمان
مبدل با تیوب هاي پیچیده ، شامل یک باندل از تیوب هاي شکل داده شده به صورت منحصر بفرد است که در یک باندل و بدون استفاده از بفلها مونتا ژ شده اند - شکل . - 3 تیوبها در معرض یک فرآیند شکل دهی منحصربفرد قرار گرفته اند که منجر به بیضوي شدن مقطع عرضی آنها و نیز یک مارپیچ - مضاعف شده که یک مسیر مارپیچ جریان در سمت تیوب ایجاد می کند - شکل - 4 فرایند شکل دهی متعهد به اینست که که جداره ي تیوب ثابت باقی بماند واز نقطه ي تسلیم متریال نگذرد ، بنابراین یکپارچگی مکانیکی را حفظ می کند . دو انتهاي تیوب با مقطع دایروي هستند تا امکان اتصال معمول تیوب به تیوب شیت فراهم گردد.
