بخشی از مقاله
خلاصه
مبدل حرارتی صفحه ای نوعی مبدل حرارتی است که با استفاده از تعداد زیادی صفحات فلزی نازک، موجب تبادل حرارت بالا بین سیال گرم و سرد میشود. اساس عملکرد این نوع مبدل به این شکل است که از دو جهت مخالف سیال سرد و گرم وارد مبدل میشوند. سیالات وارد شده به صورت یکی در میان بین صفحات فلزی جریان مییابند و با یکدیگر تبادل گرما میکنند.
از مزایای ویژهای مبدل عبارت است از: انتقال حرارت بهتر و بازدهی بالاتر نسبت به سایر مبدلها، قابلیت تغییر سطح تبادل حرارت، فضای اشغال شده کمتر، تعمیر و نگه داری آسان و حجم کم مایع ذخیره شده در داخل مبدل. در مقاله پیش روی مبدل حرارتی صفحه ای 101-E-101 واحد شیرین سازی گاز فاز 15 و 16 پارس جنوبی ، به عنوان نمونه مورد مطالعه انتخاب - علت انتخاب مبدل مذکور این است که مبدل موجود و در حال کار با مشکلات عدیده مکانیکی و عملیاتی مواجه بوده و طراحی یک مبدل جدید و تعویض مبدل موجود در دستور کار واحد قرار دارد - و به کمک نرم افزارAspen Plate+ ، مورد طراحی قرار می گیرد.
در ادامه تاثیر پارامترهای مهم طراحی مبدل های حرارتی صفحه ای بر میزان عملکرد مبدل مورد بررسی و نتایج ثبت و مورد تحلیل قرار می گیرد سپس مبدل جدیدی طراحی می گردد، هدف از طراحی مجدد این مبدل دستیابی به مبدلی با مساحت کمتر می باشد. قابل ذکر است کاهش %10 سطح مبدل حرارتی در حالی صورت می پذیرد که هر دو دمای خروجی مطلوب حاصل گشته و مبدل طراحی شده فاقد مشکل توزیع نامناسب،افت فشاروسایر مشکلات عملیاتی و مکانیکی رایج در مبدل های حرارتی صفحه ای بوده و با توجه به استاندارد مربوط به این نوع مبدل های یعنی API 662 امکان ساخت آن کاملا میسر می باشد.
-1مقدمه
شدت رقابت در بازارهای جهانی و نیاز روز افزون به صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش اثرات زیست محیطی فرایندها سبب شده است که مصرف کنندگان به سمت استفاده از مبدل های با کارایی بالا متمایل شوند. با وجودی که هنوز به وفور از مبدل های حرارتی پوسته و لوله در صنایع مختلف استفاده می شود و کارایی آن ها را می توان با استفاده از وسایل تقویتی در آن ها بسیار بالا برد ، اما به نظر می رسد که این مبدل ها از نظر نسبت قطرها و مساحت سطح هیدرولیک به حجم بسیار بزرگ هستند.
آگاهی مهندسین از این مشکل سبب توسعه انواع مبدلهای مختلف دیگر شده است که کارایی بالایی دارند و بسیار جمع و جورترند .یک مبدل حرارتی کم حجم یا جمع و جور مبدلی است که چگالی مساحت سطح انتقال آن در حداقل یکی از طرف های سیال بیش تر از 700 m2/m3 باشد. این مبدل ها نه تنها جای کوچکتری اشغال می کنند بلکه ویژگی های ساختاری آن ها به گونه ای است که کارایی هیدرولیکی حرارتی بهتری ایجاد می کنند و بازدهی انرژی آن ها بیش تر و هزینه های بهرهبرداری از آن ها، هزینه های سرمایه ای و مواد در آن ها کمتر است.
هر چند مبدل های حرارتی صفحه ای - PHE - به لحاظ جمع و جور بودن در رده پایین طبقهبندی مبدل ها بر این اساس قرار می گیرند،امااین مبدل ها نسبت به مبدل های دیگر بسیار جمع و جورتر، دارای مزایای زیاد و ویژگی های کاری منحصر به فردی هستند. از جمله این مزایا میتوان به درجه بندی حرارتی قابل انعطاف این مبدل ها - به راحتی می توان صفحات را اضافه یا کم کرد تا جوابگوی نیازهای مختلف به بار حرارتی باشند - ،اختلاف دمای اپروچ پایین در هنگام استفاده از شیوه جریان معکوس یا مخالف خالص - که برای مواردی لازم است که در آن ها به شرایط کرایوژنیک و تعدیل روند کاهش دمای شماری از سیالات فرایند نیاز داریم - ،وافزایش کارایی انتقال حرارت اشاره کرد.
-2 طراحی مبدل حرارتی صفحه ای 101-E-101 بااستفاده از نرم افزار Plate +
نرم افزار Aspen plate+ از دو بخش اصلی ورودی و نتایج تشکیل یافته است، که در بخش ورودی اطلاعات مورد نیاز جهت انجام محاسبات در اختیار نرم افزار قرار می گیرد و در بخش نتایج اطلاعات کامل مبدل شبیه سازی شده قابل مشاهده خواهد بود. فرم انتخاب نوع سیستم مورد مطالعه: در این فرم نوع و تغییر فاز سیال های سرد و گرم و نیز مود محاسباتی تعیین می گردد.
فرم داده های فرآیندی: مهمی که حتما می بایست توسط کاربر در اختیار نرم افزار قرارگیرد عبارتند از دبی سیال سرد و گرم ، دمای ورودی و خروجی دو سیال و نیز فشار عملیاتی دو سمت.حال پس از وارد نمودن اطلاعات مورد نظر نرم افزار شروع به اجرا می گردد، یکی از زیرصفحه های مهم در قسمت نتایج - شکل شماره - 1 که توسط نرم افزار در اختیار کاربر قرار می گیرد، صفحه کارائی است که خود از دو زیر صفحه تشکیل یافته است و می توان بیان نمود به نوعی دیتاشیت مبدل حرارتی طراحی شده می باشد.
اطلاعاتی نظیر دبی کل سیالات ورودی و خروجی، دماهای ورودی و خروجی دو سمت، میزان انتقال حرارت کل، سرعت سیالات، سطح کل انتقال حرارت بخشی از این اطلاعات می باشند. درشکل شماره - - 2 شماتیک مبدل حرارتی صفحه ای طراحی شده 101-E-101 واحد شیرین سازی گاز فاز 15 و 16 پارس جنوبی، قابل ملاحضه می باشد. جهت آشنائی بیشتر با مبدل حرارتی طراحی شده مشخصات مکانیکی مبدل نظیر مساحت مبدل، تعداد و ضخامت صفحات، قطر پورت ها، زاویه شورون و ... در شکل مشخص شده است.
