آموزش نرم افزار +HTFS ( شبیه سازی و طراحی مبدل های حرارتی و دستگاههای تبادل حرارت )

[حــامد]

نرم افزارهاي مجموعه HTFS عمدتاً براي طراحي انواع تجهيزات انتقال حرارت به كار مي روند. اين مجموعه از تعدادي نرم افزار قدرتمند كه زمينه هاي فني زير را پوشش مي دهند تشكيل شده است :

​

• 
  [*=right] - مبدلهاي حرارتي پوسته و لوله
  
  [*=right] - خنك كننده هاي هوايي
  
  [*=right]- مبدلهاي حرارتي صفحه اي
  
  [*=right] - مبدلهاي حرارتي صفحه اي پره دار
  
  [*=right] - مبدلهاي حرارتي براي تهويه مطبوع و بازيافت حرارت
  
  [*=right]- مبدلهاي حرارتي نيروگاهي
  
  [*=right] - كوره ها

 

[حــامد]

نرم افزارهايي كه در اين مجموعه قرار مي گيرند عبارتند از :


​

TASC، طراحي حرارتي ، بررسي عملكرد و شبيه سازي مبدلهاي پوسته و لوله
نرم افزاری توانمندو جامع براي محاسبات مهندسي در خصوص كاربردهاي مختلف مبدلهاي پوسته و لوله است ازجمله در گرمايش و سرمايش بدون تغيير فاز، ميعان در كندانسورهاي ساده يا همراه باخشكي زدايي (desuper heating) ، فراسرد سازي (sub cooling)، كندانسورهاي چند جزئي، جوش آورها و تبخيركننده هاي از نوعfalling-film كاربرددارد.
اتصال اين نرم افزار به برنامه شبيه سازHYSYSو تبادل دوطرفه اطلاعات بهصورت زنده و فعال، از ويژگي هاي برجسته آن است.
FIHR، شبيه سازي كوره ها با سوخت گاز و مايع
نرم افزاري توانا براي شبيه سازي انتقال حرارت و افت فشاردر كوره هايي است كه با سوخت مايع يا گاز كار ميكنند. از لحاظ هندسي حالت هاي متنوعي شامل محفظه هاي استوانه اي يا جعبه اي، تكي يا دوقلو و حاوي لوله هاي عمودي،افقي يا مركزي و مجهز به سيستم باز يا گردشي گازهاي حاصل از احتراق، همگي قابل شبيه سازي است. از نظر فرايندي نيز جريانهاي ورودي تك فاز يا دو فازي با چند بار گذرقابل قبول هستند. در قسمت كنوكسيوني كوره، امكان نصب 9 دسته لوله به صورت مجزا بالوله هاي ساده يا پره دار يا شمع دار وجود دارد. اين برنامه به شبيه سازها و بانكهاي اطلاعاتي خواص فيزيكي متصل مي شود. خروجيFIHR در قالب استانداردAPIو همراه با نقشه كوره ها است.
MUSE، شبيه سازي مبدلهاي صفحه ای پره دار
اين نرم افزار مي تواند انواع مبدلهاي صفحه ای پره دار كه در جداسازي اجزاي هوا و صنايع نفت، گاز و پتروشيمي به كار مي روند را شبيه سازي كند.MUSE ميتواند تا 15 جريان فرايندي تك فاز و در حال جوشش يا ميعان را بررسي كند. از لحاظ هندسي نيز هر نوع پيچيدگي نقاط ورودي و خروجي مانند جوش آورهاي ترموسيفون و مبدلهاي با جريان متقاطع در آن قابل قبول است .
TICP، محاسبه عايقكاري حرارتي
از اين نرم افزار در شبيه سازي انواع عايق بندي استفاده ميشود. اين نرم افزار جامع مجموعهاي ازاستانداردها و خصوصيات عايقهاي مختلف متعارف است و ميتواند انواع محاسبات مانند تعيين ضخامت بهينه عایق ، محاسبه پروفيل دما، ارزيابي خواص حرارتي و برآورد هزينه ها را انجام دهد.
PIPE، طراحي، پيش بيني و بررسي عملكرد خطوط لوله
با بهره گيري از اين نرم افزار، مي توان عملكرد سيستم خطوط لوله حاوي سيالات تك فاز يا دو فازي را در حالت يكنواخت شبيه سازي كرد. افزون بر لوله ها، انواع اتصالات مانند زانويي ، كاهش يا افزايش ناگهاني قطر، شيرهاي توپي، پروانه اي، كروي و دروازه اي، اريفيس و روزنه ها و هر نوع عامل نامشخص افت فشار را میتوان در نرم افزارPIPEمدلسازي كرد
ACOL، شبيه سازي و طراحي مبدلهاي حرارتي هواخنك
از اين نرم افزار مي توان براي شبيه سازي مبدلهاي حرارتي هواخنك، واحدهاي بازيافت حرارت، تاسيسات و تهويه مطبوع، سرماسازي وتبريد و خنك كننده هاي ميان مرحله اي استفاده كرد. حالت هاي مختلفي مانندجريان اجباري، القايي و آزاد (بدون پنكه) جريان هوا يا هر نوع گاز در حالت گرمايش ياسرمايش در قسمت متقاطع با لوله ها و حالت هاي مختلفي مانند تك فاز، جوشش يا ميعان در طرف لوله ها قابل بررسي است.
روش اختصاصي HTFS در طراحي مبدلهاي فرآيندي هواخنك به صورت تصويري و محاوره اي درACOLگنجانده شده است. نوع گذر لوله ها را مي توان ساده يا پيچيده در نظر گرفت و لوله ها را نيز ميتوان از نوع ساده يا پرده دارانتخاب كرد. اين برنامه به نرم افزارهاي انتخاب پنكه ها، شبيه سازها وبانك هاي داده هاي خواص فيزيكي متصل مي شود و در خروجي برگه هاي اطلاعاتي نوع API را ارائه مي كند.
FRAN، بررسي و شبيه سازي مبدلهاي نيروگاهي
از اين نرم افزار براي شبيه سازي عملكرد مبدلهاي پوسته و لوله كه براي گرم كردن آب تغذيه ديگ بخار به كار مي روند استفاده مي شود. جريانهاي گرم كننده بخار مراحل مختلف توربينها با فشارهاي مختلف و بخار چگاليده هستند. در حالت، بررسي،سطح حرارتي مورد نياز به ازاي شرايط مشخص در هر قسمت مبدل محاسبه مي شود. در اين نرم افزار امكان بررسي وشبيه سازي با جزئياتي مانند تعداد مناطق درون گرمكن ها، نوع قسمت خنك كن آب خروجي ،عمودي يا افقي بودن مبدل، تعداد گذر لوله ها، نوع كلگي، جزئيات قسمت خشكي زدائي(desuper heating)، الگوي چيدن لوله ها و بسياري جزئيات ديگر فراهم آمده و بدين ترتيب نرم افزاري حرفه اي براي اين كار محسوب مي شود. توانايي ارزيابي ارتعاش ازديگر توانايي هاي اين نرم افزار است. خصوصيات آب و بخار به طور كامل در درون نرم افزار محاسبه مي شود.

 

[حــامد]

TASC، طراحي حرارتي ، بررسي و شبيه سازي مبدلهاي حرارتي پوسته و لوله

با انتخاب TASC اطمينان بيشتري در طراحي تجهيزات و عمليات وجود دارد. در اين نرم افزار از روش ها اختصاصي HTFS استفاده شده است كه بر مبناي بيش از 30 سال تجربه و تحقيق استوار است.
توانايي ها

TASC به چهار روش مختلف مورد استفاده قرار مي گيرد :

• طراحي ( Design )- طراحي حرارتي بر مبناي سطح يا هزينه بهينه با شرايط مشخص فرآيندي و محدوديت هاي ابعادي.
• بررسي ( Checking ) - بررسي اين مطلب كه آيا مبدل موجود، بار حرارتي مورد نياز را با در نظر گرفتن شرايط خاص ورودي و خروجي برآورده مي كند يا خير. در اين حالت، نسبت سطح حرارتي موجود به سطح حرارتي مورد نياز محاسبه مي شود.
• شبيه سازي ( Simulation ) - محاسبه شرايط خروجي و كاركرد مبدل براساس شرايط ورودي.
• ترموسيفون ( Thermosiphon ) - محاسبه عملكرد ریبویلر ترموسیفون عمودي يا افقي، ميزان جريان در گردش و افت فشار در لوله هاي ورودي و خروجي.

كاربرد در فرآيند

TASC جريانهاي فرايندي را در حالت هاي مختلفي مانند تك جزئي يا مخلوطي از اجزا شامل مايعات يا گازهاي تك فازي ، مايعات در حال جوش ، بخارهاي در حال ميعان (همراه يا بدون گازهاي غيرقابل ميعان) در هر حالت فيزيكي (بخار فوق گرم ، بخار اشباع ، فاز مايع اشباع يا فوق سرد) مي پذيرد. اين قابليت بدان معناست كه TASC ابزار عام و مشترك شركت هايي است كه در محدوده نفت ، گاز، پتروشيمي ، نيروگاهي و ساخت مبدل فعاليت دارند. اين نرم افزار به طور گسترده در اين زمينه ها مورد استفاده قرار مي گيرد :

• كندانسورها با Desuper heating و Cooling.
• كندانسورهاي پاره اي با جريانهاي چند جزئي (Multi component partial condenser).
• كندانسورها
• جوش آورنده از نوع Kettle .
• تبخير كننده هاي Falling film.
• مجموعه هاي چند پوسته، چند فاز Feed-effluent
• جوش آورنده هاي از نوع ترموسیفون

مشخصات فني و توانايي ها

• نمايش نمايي از مبدل و ارائه برگه هاي اطلاعاتي به فرم استاندارد TEMA با اطلاعات خروجي. قابليت ورود اطلاعات به فرم جداول اطلاعاتي TEMA
• نوع جريان : تك فازي ، در حال جوش و ميعان .
• قابليت قبول مبدلهاي سري – موازي ، تا 12 پوسته به صورت سري و هر تعداد به صورت موازي.
• پوسته هاي نوع X,K, J, H, G, F, E طبق استاندارد TEMA.
• مبدل هاي دو لوله اي و چند لوله اي از نوع Hairpin.
• واحدهاي افقي يا عمودي.
• لوله هاي ساده يا پره كوتاه.
• داشتن پايگاه داده ها براي لوله هاي پره كوتاه.
• بافل يك يا دو تكه اي ، بدون لوله در روزنه ( no tubes in windows )، تيغه هاي ميله اي و مبدل هاي بدون بافل.
• تجزيه و تحليل ارتعاش، پايداري جريان براي جوش آورنده هاي نوع ترموسیفون
• دادن اطلاعات ورودي در سيستم SI ، متريك يا انگليسي
• اتصال كامل و دو طرفه به نرم افزار شبيه سازي فرايندي HYSYS .
• قابليت ارتباط با نرم افزارهاي شبيه سازي فرايندي HYSIM و ASPEN-PLUS.
• توليد فايل هاي با فرمت DXF ، براي استفاده در نرم افزارهاي گرافيكي كاربردي نظير AutoCAD.
• بسته نرم افزاري براي محاسبه هزينه با قابليت تغيير بر مبناي هزينه مواد و نيروي كار مورد نظر.

خواص فيزيكي
تغيير خواص با دما و فشار به طور كامل در محاسبات TASC منظور مي گردد. كاربر مي تواند خواص فيزيكي سيال را مشخص كرده يا آن را از بسته نرم افزاري فرايندي يا بسته نرم افزاري تعيين خواص، استخراج و به برنامه دهد و يا اجازه دهد TASC خود از تركيبات مخلوط داده شده اين خواص را محاسبه نمايد.
بررسي ارتعاش ناشي از جريان
ارتعاش در مبدل هاي حرارتي پوسته و لوله ممكن است باعث بروز مشكلات عملياتي حاد ، كاهش توليد به دليل كاهش ميزان جريان ( براي دوري جستن از ارتعاش ) و كاهش زمان عملياتي به دليل خسارات سنگين به وجود آمده ، گردد. TASC به طور دقيق و بر مبناي روش هاي امتحان شده و معتبر ، مسائل مربوط به ارتعاش احتمالي ناشي از جريان هاي گازي مايع ، يا دو فازي سمت پوسته را شناسايي مي كند .



خروجي

در خروجي TASC ، از قابليت انعطاف پذيري و راحتي كار در محيط این نرم افزار براي تجزيه و تحليل شكل هندسي و مشخصات تفصيلي كاركرد مبدل استفاده گرديده است. محيط گرافيكي و توانايي تمركز موجود در نرم افزار باعث افزايش توانايي تجزيه و تحليل گرافيكي اطلاعات خروجي و قابليت بررسي دقيق بي نظمي هاي موجود در اطلاعات عملكردي مي گردد. خروجي TASC شامل :

• اطلاعات تفصيلي طرح بهينه (در حالت Design) يا طرح موجود (در حالت هاي Simulation يا Checking ) از جمله وزن هاي تقريبي مبدل و جدول طرح هاي ممكن ديگر (در حالت Design)
• برگه اطلاعاتي بر طبق استاندارد TEMA با اطلاعات تفصيلي مبدل.
• نقشه جزئيات هندسي مبدل.
• اطلاعات جامع در مورد افت فشار در پوسته و لوله، توزيع جريان در پوسته و شرايط بين پوسته هاي به هم متصل.
• تغيير دما و ضريب انتقال حرارت در طول مبدل (در حالت Simulation يا Checking) شامل دماي فلز لوله به تفصيل.
• تجزيه و تحليل ارتعاش به همراه شناسايي دلايل آن.
• فايل هاي با فرمت DXF براي استفاده در برنامه هاي گرافيكي كاربردي.
• فايل هاي INTOUT براي ارتباط خودكار با پايگاه داده ها و ساير برنامه هاي كاربردي .
• فايل ورودي داده ها براي نرم افزار OPTU.

 

[حــامد]

[h=1]ACOL، شبيه سازي و طراحي مبدلهاي حرارتي هواخنك[/h]شش حالت شبيه سازي براي رسيدن به خواسته هاي كاربران ، سازندگان و مهندسان ارائه مي دهد :

• دماي جريان خروجي قسمت لوله ها
• دماي جريان ورودي قسمت لوله ها
• عملكرد كنوكسيون طبيعي براي حالت “ پنكه ها خاموش “
• مقدار جريان قسمت لوله ها
• مقدار جريان طرف ديگر مبدل (متقاطع با لوله ها) به ازاي شرايط مشخص شده جريان قسمت لوله
• ضريب جرم گيري قسمت لوله ها

[h=1]طراحي[/h]روش منحصر به فرد تصويري محاوره اي ACOL در طراحي مبدلهاي حرارتي هوا خنك ، شيوه هميشگي HTFS است. اين روش در عمل امكان دستيابي به شرايط بهينه تركيب و وضعيت واحد عملياتي به ازاي بار حرارتي مشخص را فراهم مي آورد. برنامه ACOL تعداد دسته لوله ها و پنكه ها را به علاوه مقدار جريان هواي لازم محاسبه مي كند. در اين مسير طرح ها و گزينه هاي مختلفي كه همگي عملي بوده و محدوديت هاي فرآيند در آنها رعايت شده است مورد بررسي قرار مي گيرند. يك اشاره كوچك موس كافيست تا خلاصه نتايج طراحي نشان داده شود. در روش طراحي پيشرفته ACOL طول و عرض مورد نظر طراح ، اندازه بهينه پنكه ها و جداول طراحي هاي جايگزين تعيين مي شود. سپس با شبيه سازي تفصيلي مي توان خطاي طراحي هاي خلاصه اوليه واحد را تصحيح كرد.
[h=1]كاربرد در فرآيند[/h]جريان فرايند در قسمت لوله ها مي تواند تك فاز يا دو فازي گرم يا سرد باشد. محاسبات محدود به مواد منفرد نيست و هر مخلوطي (با گازهاي غيرقابل ميعان يا بدون آن) در هر شرايطي (بخار خشك، بخار اشباع، دو فاز، مايع اشباع يا مادون سرد ) را مي توان به كار برد. جريان هاي X-side ( كه مربوط به حالت متقاطع است ) مي تواند هواي خشك يا مرطوب يا مخلوطي از گازها باشد. اين قابليت انعطاف زمينه كاربرد مداوم ACOL در صنايع نفت، گاز، شيميايي، پتروشيمي و انرژي را فراهم مي آورد.






[h=1]مشخصات فني و توانايي[/h]انواع كاربرد
مبدلهاي حرارتي كه با هوا خنك مي شوند (ACHE) ، بازيافت حرارت ، تهويه مطبوع ، Charge Cooler
انواع لوله ها
ساده ، پره بلند ، پره كوتاه ، پره دندانه دار ( Serrated Fin ) ، پره صفحه اي
انواع High fin
Extruded, L, G دوفلزي Shoulder grooved , (bi-metalic)
انواع كلگي
U-tube, Manifold, D, Cover Plate, Plug, Box
تعداد گذر
تا 50 عدد با آرايش ساده يا پيچيده. امكان چيدن و تنظيم گذرها به صورت تصويري
اندازه دسته لوله
2 تا 100 رديف با دسته لوله هاي چند گانه در هر bay و چندين bay در هر unit
نوع جريان هوا
اجباري، القايي ، آزاد (بدون پنكه)
طرف جريان فرآيندي
گرمايش و سرمايش تك فاز، ميعان يا جوشيدن
تقويت انتقال حرارت در طرف لوله ها
مشخص شده به ازاي هر گذر ، نوار پيچان ( twisted tapes )، ضرايب تقويت
X-side (جريان متقاطع)
هواي خشك، هواي تر (رطوبت زدايي)،مخلوط گازي چند جزئي، پروفيل دما و سرعت درورودي، عملكرد سطوح اختصاصي را نيز مي توان مشخص كرد.
خواص فيزيكي
مواد خالص و مخلوط هاي چند جزئي
بانكهاي داده داخلي
بانك داده ها با 40 ماده، بانك داده هاي مواد خاص كاربر و خواص جريان، بانك خاص كاربر براي X-side
واسطه هاي مخصوص
برنامه هاي PPDS2 , ASPENPLUS, HYSYS, HYSIM از طريق فايل هاي PSF، برنامه انتخاب پنكه CF-P20 ، بانك اطلاعاتي خواص مواد DIPPR
جرم گيري
مقاومت استاندارد يا مقدار جرم گيري در قسمت لوله به عنوان تابعي از سرعت، دما، كيفيت ، فاز يا طول، X-side به عنوان تابعي از شماره رديف لوله ها
[h=1]نتايج خروجي[/h]ACOL از توان و قابليت هاي محيط ویندوز براي نشان دادن تمامي مشخصات مبدل استفاده مي كند. ترسيم منحني به صورت گسترده براي تجزيه و تحليل اطلاعات خروجي به كار گرفته شده است. خروجي ACOL شامل موارد زير است:

• خلاصه عملكرد حرارتي – هيدروليكي مبدل
• جزئيات نتايج شامل :
  • طرف لوله، طرف متقاطع با لوله ها و افت فشار دهانه ها
  • منحني هاي شرايط جريان و نتايج بدست آمده در مبدل
• برگه اطلاعاتي APIبا ورودي جزئيات مبدل به صورت خودكار
• آرايه مبدل حرارتي براي واحدهاي از نوع API
• خروجي متني شامل
  • خلاصه عملكرد حرارتي – هيدروليكي شامل تخمين وزن
  • نمودار جانمايي كلگي
  • اطلاعات جامع افت فشار در طرف لوله و طرف متقاطع
  • منحني هاي خواص جريان و بار حرارتي محاسبه شده توسط برنامه يا ضميمه شده به برنامه
  • جداول با جزئيات شرايط فرآيند و عملكرد آن در طول مبدل در قسمت لوله و X-side براي 20 نقطه در طول لوله در هر گذر يا رديف
  • نصب X-side و داده هاي Fan noise
• فايل هاي INTOUT براي ارتباط خودكار با بانك هاي اطلاعاتي و ساير برنامه اي كاربردي .

 

[حــامد]

[h=1]PIPESYS ، شبيه سازي خطوط لوله[/h]خطوط لوله از عوارض گوناگون زمين تحت شرايط اقليمي مختلف عبور مي كنند. انتقال سيال در اين شرايط زماني بنحو مطلوب صورت مي گيرد كه اندازه خط لوله به درستي و با در نظر گرفتن عواملي مانند افت فشار و اتلاف حرارت تعيين شده و تجهيزات و لوازم نصب شده در داخل خط مانند كمپرسورها، گرم كن ها و اتصالات با آن متناسب باشد.
با توجه به پيچيدگي محاسبات شبكه خطوط لوله، طراحي دقيق اندازه مشكل بنظر مي رسد. معمولا براي جبران خطاي محاسبه افت فشار در طراحي، لوله با اندازه بزرگتري انتخاب مي شود. در جريان هاي چند فازي اين مسئله باعث افت دما و فشار بيشتر، افزايش ملزومات براي انتقال مايع و خوردگي بيشتر لوله خواهد شد. مدلسازي دقيق سيال از اين مسائل جلوگيري كرده و نتيجه آن سيستم خط لوله با صرفه تري است. براي اين كار مي توان از مجموعه دانسته هاي تكنولوژي جريان تك فاز و چند فازي در قالب نرم افزار براي شبيه سازي دقيق و موثر جريان در خطوط لوله استفاده كرد. PIPESYS با قابليت هاي فراوان در مدلسازي دقيق هيدروليك خطوط لوله چنين نرم افزاري است. PIPESYS پس از نصب به صورت جزئي از نرم افزار HYSYS درآمده و به قابليت هاي اين نرم افزار مانند بانك داده هاي مواد و خواص سيال دسترسي دارد.
مجموعه اي از تجهيزات داخل خط كه براي ساخت خط لوله وآزمايش آن به كار مي روند در PIPESYS پيش بيني شده است و به كمك آن مي توان خطوط لوله اي را كه در محيط ها و ارتفاعات مختلف سطح زمين كشيده شده اند مدلسازي كرد.
[h=1]امکانات و توانایی ها[/h]

• مدلسازي دقيق و تفصيلي جريان هاي تك فاز و چند فاز.
• محاسبه جزئيات پروفيل دما و فشار براي خطوط لوله اي كه از زمين هاي ناهموار، چه در خشكي و چه در فلات قاره دريايي عبور مي كنند.
• محاسبه فشار از ابتداي خط به انتها يا برعكس. مدلسازي اثرات تجهيزات داخل خط مانند ايستگاه هاي تقويت فشار گاز و تلمبه خانه ها، گرم كن، خنك كن، رگلاتورها و اتصالات شامل شيرالات و زانويي.
• اجراي تجزيه و تحليل هاي ويژه شامل :
  • پيش بيني لخته مايع حاصل از ارسال توپك (Pig)
  • پيش بيني حد سرعت براي سايش
  • ارزيابي حالت هاي حاد لخته سازي و آثار آن در لوله هاي عمودي و افقي
• محاسبات تحليل حساسيت جهت تصميم گيري در مورد وابستگي رفتار سيستم به هر پارامتر
• اجراي محاسبات سريع و موثر با بهينه كننده داخلي كه محاسبات را بدون كاهش دقت به طرز چشمگيري تسريع مي كند.
• مطالعه امكان افزايش ظرفيت خطوط موجود بر مبناي تاثيرات تركيب مواد، خطوط لوله و شرايط اقليمي .
• مدلسازي يك خط لوله يا شبكه خطوط به تنهايي يا به عنوان بخشي از تاسيسات كامل جمع آوري و فراورش (به كمك HYSYS )

مجموعه گسترده اي از روابط و مدل هاي محاسباتي مربوط به جريان هاي افقي، مايل، عمودي، پيش بيني رژيم جريان، سهم مايع (hold up) و افت فشار اصطكاكي در PIPESYS گنجانده شده است. روش اجراي محاسبات در PIPESYS از قابليت انعطاف قابل ملاحظه اي برخوردار است.
[h=1]نمونه هايي از كاربرد PIPESYS در عمل[/h]

• محاسبه پروفيل فشار براساس پروفيل معين دما، محاسبه هر دو پروفيل فشار و دما براساس شرايط يك سر لوله، محاسبه پروفيل فشار در جهت جريان يا برخلاف آن براي تعيين شرايط بالادست يا پايين دست.
• اجراي محاسبات مكرر براي رسيدن به يك شرط در ابتداي لوله و شرط ديگري در انتهاي لوله مثلا محاسبه فشار بالادست و دماي پايين دست بر مبناي فشار پايين دست و دماي بالادست.
• محاسبه شدت جريان متناظر با شرايط معلوم بالادست يا پايين دست.

PIPESYS از لحاظ ظاهر شبيه HYSYS طراحي شده تا دسترسي به اطلاعات تسهيل شود. اما نظر به طراحي ماهرانه و در عين حال ساده آن حتي بدون آشنايي با HYSYS نيز مي توان در مدت كوتاهي به آن خو گرفت.

 

[meisam_ghk]

سلام دوست عزیز اگر فایل آموزش این نرم افزار را دارید برای دانلود بذارید متشکرم

 

[saiedhp]

.....​

MUSE، شبيه سازي مبدلهاي صفحه ای پره دار
اين نرم افزار مي تواند انواع مبدلهاي صفحه ای پره دار كه در جداسازي اجزاي هوا و صنايع نفت، گاز و پتروشيمي به كار مي روند را شبيه سازي كند.MUSE ميتواند تا 15 جريان فرايندي تك فاز و در حال جوشش يا ميعان را بررسي كند. از لحاظ هندسي نيز هر نوع پيچيدگي نقاط ورودي و خروجي مانند جوش آورهاي ترموسيفون و مبدلهاي با جريان متقاطع در آن قابل قبول است .
.....

در مورد نرم افزار MUSE، و برای کسی که تا حالا Plate-fin طراحی نکرده و اولین بارش هست که می خواد چنین مبدلی رو تو این نرم افزار سیموله کنه، منبع یا مرجع خوبی سراغ دارین؟

 

[hose1n]

بهتر بود تیتر این تاپیک رو میگذاشتید
[h=2]مروری بر نرم افزار های شبیه سازی و طراحی مبدل های حرارتی و دستگاههای تبادل حرارت[/h]

 

[nikanati]

مبدل های صفحه ای

مبدل های صفحه ای

[h=1]مقدمه[/h]امروزه در طراحي فرايند پالايشگاه‌هاي جديد گاز، در مواردي كه شرايط عملياتي براي استفاده از مبدل‌هاي صفحـه‌اي ممكن باشد اين مبدل‌ها جايگزين مبـدل‌هاي پوستـه و لوله شده‌اند. از مزاياي اين مبدل‌ها مي‌توان به كمتر بودن حداقل اختلاف دماي مورد نياز، كاهش ابعاد، كم شدن رســوب و گرفتگي، امـكان تغيير ظرفيت، سهولت تعمير و نـگهداري و افزايش راندمان اين مبدل‌ها به نسبت مبدل‌هاي پوسته و لوله اشاره كرد.
برای کاهش مصرف انرژی در واحدهای صنعتی می توان از گرما یا سرمای خود جریانهای فرآیندی به جای منابع سودمند استفاده کرد . دستگاهی که در آن تبادل حرارتی به سیالات فرآیندی صورت می گیرد مبدل حرارتی است .مبل حرارتی برای انتقال حرارت بین دو سیال (گاز - مایع ) صورت می گیرد.
در مبدلهای حرارتی دو سیال با دمای متفاوت وجود دارد که این دستگاه شرایطی را به وجود می آورد تا تبادل گرما بین دو سیال فراهم شود . معمولاً مبدلهای حرارتی به منظور خنک کردن سیال گرم و یا گرم کردن سیال با دمای پایینتر یا هر دو مورد استفاده قرار می گیرند .
مبدل حرارتی از طریق یک سطح واسط به دو نوع معمولی و فشرده تقسیم می شوند در صورتی که سطح مبدل بیش از 700 متر مربع باشد مبدل حرارتی را فشرده می گویند.
مبدل حرارتی در صنایع مختلف از جمله نیروگاه برق پالایشگاهها ، صنایع پتروشیمی، صنایع غذایی و دارویی ،صنایع ذوب فلز و... بصورت گسترده کاربرد دارند .
مبدلهای حرارتی در دستگاههای مختلف نظیر دیگ بخار ، فن کوئل، خنک کن گرمکن روغن ، رادیاتورها ، کوره ها ، و... کاربرد گسترده دارند .
کاربرد اصول انتقال حرارت در طراحی تجهیزات برای مقاصد خاص مهندسی اهمیت بسیار زیادی دارد و هدف از به کارگیری اصول انتقال حرارت در طراحی ،تلاش برای رسیدن به هدف توسعه ی تولید برای سوددهی اقتصادی است .
در حقیقت دانستن نوع مبدل براساس سیال هایی است که از آن عبور می کنند نقش مهمی در طراحی ومحاسبات اقتصادی مبدلهای حرارتی به دنبال خواهد داشت .
تجهیزات مورد استفاده در انتقال حرارت با توجه به عملی که در فرایند انجام می دهند تعریف می گردند.مبدلهای حرارتی حرارت را بین دو جریان از فرایند بازیابی می کنند.بخار آب و آب سرد به عنوان سرویسهای جانبی مورد استفاده قرار می گیرند ولی آنها را نظیر جریانهای قابل بازیابی در فرایند مورد بررسی قرار نمی دهند .
گرمکن برای گرم کردن سیالات در فرایند به کار برده می شود و غالباً از بخار آب به عنوان سیال گرم کننده استفاده به عمل می آید.با این حال در پالایشگاههای نفت از روغن داغ جاری در سیکل حرارتی جهت گرمایش استفاده می کنند و برای سرد کردن سیالات از سرد کن استفاده می شود و آب سرد به عنوان ماده واسط سرما یش عمل می کند چگالنده نیز نوعی سرد کن است ولی هدف از به کار گیری آن گرفتن حرارت محسوس سیا ل می باشد منظور از به کار بردن ریبویلر تامین حرارت لازم در فرایند تقطیر به عنوان حرارت نهان است.تغلیظ کننده تبخیری وسیله ایست که برای غلیظ کردن محلول ها با تبخیر آب آنها مورد استفاده قرار می گیرد و اگر سیال دیگری نیز همراه با آب تبخیر شود اصطلاح تبخیر کننده به کار برده می شود.









[h=1]1-1- تعريف مبدل حرارتي[/h]دستگاهي که بوسيله آن انتقال حرارت انجام گرفته و بين دو سيال تبادل حرارتي ايجاد نمايد و يا به عبارت ديگر مبدلهاي حرارتي دسته اي از دستگاههاي انتقال حرارت هستند که در آنها حرارت بين دو سيال در دو سمت مختلف پروسس مبادله مي شود . با توجه به اينکه آب خنک و بخار آب جزء مسير اصلي پروسس محسوب نميشوند و بعنوان سرويس دهنده تلقي مي گردند (بنابراين آن دسته از دستگاههاي انتقال حرارت که در آنها تجهیزات بخار آب و آب خنک به عنوان عوامل گرم کننده و خنک کننده بکار گرفته مي شوند جزء مبدلهاي حرارتي محسوب نمي شوند) . دستگاههاي انتقال حرارت به دستگاه هائي گفته مي شود که در آنها حرارت بين دو سيال مختلف مبادله ميشود . بنابراين مبدلهاي حرارتي را ميتوان دسته کوچکي از دستگاههاي انتقال حرارت محسوب نمود . ساير دستگاههاي انتقال حرارت بجزء مبدلهاي حرارتي عبارتنداز :
گرم کننده ها[1] ، خنک کننده ها[2]، چگالنده ها[3]، تغليظ کننده ها[4]، تبخیرکننده ها[5] و ریبویلرها[6] ،کوره ها[7] وبرجهای خنک کن[8] .
در این میان برجهای خنک کن استثنائًا دو سيال را که به عمل انتقال حرارت بين آنها صورت ميگيرد به طور مستقيم در تماس مي گذارد و به همين علت است که دو عمل انتقال حرارت و انتقال جرم به طور هم زمان بين دو سيال (هوا و آب) انجام مي گيرد . در ساير دستگاههاي انتقال حرارت تماس بين دو سيال غير مستقيم است . ديده ميشود که در تمام مطالب بالا صحبت از مبادله حرارت در يک دستگاه انتقال حرارت مي باشد بدين معنا که حرارت در اين دستگاهها به هيچ وجه تبديل نشده بلکه مبادله مي شود بنابراين لغت مبدل حرارتي صحيح نبوده و بهتر است از واژه مبادل حرارتي استفاده شود .
[h=1]1-2- تاریخچه مبدل های حرارتی صفحه ای[/h]مبدل هاي صفحه[9] براي اولين بار در دهة ۱۹۸۰براي نونما كردن[10] واحدهاي تبديل كاتاليستي در مقياس وسيع مورد استفاده قرار گرفتند . در جريان اين كار دسته هائي از مبدلهاي پوسته و لوله، توسط يك باندل از صفحات كه درون يك پوسته قرار داشتند جايگزين شدند .
اين جايگزيني سبب مي شد تا افت فشار كمتر و دامنه دمائي پائين تري بين سيالات گرم و سرد در مدار انتقال حرارت سيستم ايجاد شود و ادامة استفاده از مبدلهاي صفحه اي بجاي مبدلهاي پوسته و لوله سبب شد تا استفاده از اين نوع مبدل براي واحدهاي تبديل كاتاليستي و واحدهاي توليد آروماتيك و واحدهاي تضفيه با هيدروژن حالت استاندارد صنعتي پيدا كند.
جايگزيني دسته اي از مبدلهاي پوسته و لوله با يك عدد مبدل صفحه اي با راندمان بالا مي تواند بار حرارتي كوره و كولرهاي هوائي را تا نصف كاهش دهد . اين كاهش بطور مستقيم هزينه هاي انرژي و سرمايه گذاري ثابت را كاهش مي دهد. علاوه بر اين، طراحي سادة‌ مكانيكي مبدلهاي صفحه اي و همچنين كاهش افت فشار در كوره هاي كوچكتر (بواسطة راندمان بالاي حرارتي اين مبدلها) سبب مي شود تا كل افت فشار مدار عملياتي كاهش يابد و متعاقباً مصرف انرژي در كمپرسور گاز گردشي نيز حدود 20%-40% كاهش يابد. همچنين هزينه هاي در سرويس نبودن واحد، بدليل كارهاي تعميراتي كه بر روي مبدلهاي پوسته و لوله ،‌خصوصاً به منظور تميز كاري مبدلها، ‌اعمال مي شود به كمترين مقدار كاهش مي يابد. اين امر بواسطة كمتر بودن رسوب گذاري[11] در مبدلهاي صفحه اي به دليل يكنواخت بودن شدت آشفتگي رژيم سيالات درون مبدل مي باشد.
صفحات اين مبدل فقط تحت نيروي مكانيكي حاصل از اختلاف فشار سيالات تبادل كننده حرارت قرار مي گيرند (نه در برابر نيروهاي مكانيكي حاصل از كل فشار سيستم ). با اين رويكرد صفحات بسيار نازكي با ابعاد بزرگ (بيش از ۲ متر پهنا و ۱۵ متر طول) براي ساختن باندل صفحات مورد استفاده قرار مي گيرند.
با توجه به اينكه در ساخت اين مبدل از هيچ گونه واشر يا لحيم كاري استفاده نمي شود و تماماً‌جوشكاري مي باشند، لذا هيچ گونه محدوديت درجه حرارت براي آنها وجود ندارد ، بعنوان مثال تا مرز 550[SUP]0[/SUP]C در واحدهاي تبديل كاتاليستي و يا620[SUP]°[/SUP]C در توليد مونواستايرن كاربرد دارند. همچنين از لحاظ فشار نيز محدوديتي وجود ندارد ولي با توجه به فشار عملياتي ، ‌لازم است طراحي پوسته تغيير كند و وفق شرايط عملياتي طراحي گردد، ‌ليكن اختلاف فشار سيالاتي كه با هم تبادل حرارت مي كنند از محدوديت هاي اين مبدل به شمار مي رود.
آزمايشهاي فشار و آناليزهاي Finite Element تائيد مي كنند كه باندل صفحات، اختلاف فشار مثبت (از سمت خوراك به سمت خروجي راكتور) را تا حد 30bar تحمل مي كنند و اين ميزان اختلاف فشار، تقريبا پوشش دهندة تمامي فرآيندهائي است كه اين نوع مبدلها قابليت استفاده در آنها را دارند. با اين وجود چنانچه اختلاف فشار معكوس باشد (Effluent Pressure >Feed pressure) اين امر مي تواند منجر به آسيب ديدن باندل صفحات شود و به همين دليل هميشه تاكيد بر آن است كه تحت هيچ شرايطي (حتي تخليه فشار در شرايط اضطراري) اختلاف فشار معكوس نشود.
نوع طراحي منحصر بفرد صفحات اين مبدل (صفحات مواج) باعث شده تا از بوجود آمدن نواحي مرده[12] جلوگيري شود ، ‌همچنين آشفتگي رژيم جريان به همراه يكنواخت بودن پخش دو فازي سيال (به دليل نحوة مناسب اختلاط گاز گردشي و خوراك مايع از طريق ميله هاي افشان كنندة مايع) و بوجود آمدن نواحي اختلاط استاتيك ( به واسطة نوع طراحي صفحات) موجب شده تا ميزان ضريب انتقال حرارت در اين دستگاه به ميزان دو تا سه برابر نسبت به مبدلهاي پوسته و لوله بيشتر باشد . نتيجه اين طراحي سبب شده تا كل انتقال حرارت در يك باندل و بدون لوله كشي هاي واسطه و افت هائي كه از اين طريق بوجود مي آيد صورت پذيرد.
همچنين در دهه ۱۹۹۰ نيز اين تكنولوژي در واحدهائي نظير Hydrotreater ها به طور موفقيت‌آميز در سرويس قرار گرفت و استفاده از اين تكنولوژي ، بدليل كمتر بودن فضاي مورد نياز براي نصب و لوله كشي و همچنين كمتر بودن Hot Approach Temperature و افت فشار مدار باعث شده تا در مجموع سرمايه گذاري ثابت و در گردش اين نوع فرآيندها كاهش پيدا كند.
[h=1]1-3- انواع مبدل‌هاي صفحه‌اي[/h]

1. بر اساس مكانيزم انتقال حرارت
2. بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم
3. بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم
4. بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم
5. بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها

1. بر اساس مكانيزم انتقال حرارت

1. مبدل‌های حرارتی آتشين( Fired)
2. مبدل‌هاي حرارتي غير آتشين (Unfired)

2. بر اساس نوع و سطح تماس سیال سرد و گرم

1. مبدل های حرارتی نوع Recuperative
2. مبدل های حرارتی نوع Regenerative
3. مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم

• مبدل های حرارتی نوع Recuperative

در این مبدل سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت از یکدیگر جدا شده اند و انتقال از طریق سطح مذکور صورت می گیرد. اکثر مبدل های موجود در صنعت از این دسته هستند

• مبدل های حرارتی نوع Regenerative

در این مبدل ، سطح جدا کننده سیال سرد و گرم ثابت نبوده و به طور متناوب قسمت هایی از آن سطح در معرض حرکت سیال سرد یا گرم قرار می گیرند. این نوع مبدل ها بیشتر در مقیاس های آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند

• مبدل های حرارتی نوع تماس مستقیم

در مبدل های تماس مستقیم ، جریانها ، دو مایع غیر قابل اختلاط و یا یک گاز و یک مایع هستند. این مبدل ها معمولا از راندمان حرارتی بالایی برخوردارند. نمونه ای از این مبدل ها ، برج های خنک کن و کولرهای آبی ميباشند
3. بر اساس جهت جریان سیال سرد و گرم

1. مبدل های حرارتی از نوع جریان همسو
2. مبدل های حرارتی از نوع جریان غیر همسو
3. مبدل های حرارتی از نوع جریان عمود بر هم

4. بر اساس مکانیزم انتقال حرارت بین سیال سرد و گرم

1. جابجایی یک فاز در هر دو سمت
2. جابجایی یک فاز در یک سمت ، جابجایی دو فاز در سمت دیگر
3. جابجایی دو فاز در هر دو سمت

• در مبدل های حرارتی از قبیل رادیاتور خودروها ، ژنراتورها ، خنک کن های روغن ، گرم کن های مورد استفاده در گرمایش اطاقها و غیره ، در هر دو سمت سیال سرد و گرم ، انتقال گرما از طریق جابجایی یک فاز اتفاق می افتد.
• آنهايي كه مكانيزم چگالش و جوشش دارند تغيير فاز دارند.
• چگالنده ها ، دیگ های بخار و مولدهای بخار در راکتورهای آب تحت فشار در نیروگاه های هسته ای ، تبخیرکننده ها و رادیاتورهای مورد استفاده در تهویه مطبوع و گرمایش ، دارای مکانیزم های چگالش و جوشش در یکی از سطوح مبدل های حرارتی می باشند.
• انتقال گرمای دو فاز می تواند در هر دو سمت مبدل ، مانند شرایطی که چگالش در یک سمت و جوشش در سمت دیگر سطح انتقال گرما است ، اتفاق بیفتد.

5. بر اساس ساختمان مکانیکی و ساختار مبدل ها

1. مبدل های لوله ای
2. مبدل های حرارتی صفحه ای

• مبدل های لوله ای

الف- دو لوله ای ( ( Double pipe
ب‌- پوسته و لوله ( shell and tube )
ج‌- لوله ای حلزونی ( spiral tube )

• مبدل های حرارتی صفحه ای

الف- صفحه ای واشردار ( Gasketed-plat )
ب‌- صفحه ای حلزونی ( Spiral plat )
ج‌- لاملا ( Lamella )




جدول 1. انواع مبدلها بر اساس تقسیم بندی TEMA

نوع مبدل	صفحه نگهدارنده ثابت fixed tube sheet	در پوش یا صفحه نگهدارنده شناور ,کلاف لوله ای قابل تعویض یا غیر قابل تعویض Floating head or tube bundle sheet	دسته لوله های Uشکل U tube	کتلkettle
نام	BEM	AES,AEP,AJW,AFS,BET	CFU,AES	AKT
ویژگی مهم	هر دو صفحه نگهدارنده به پوسته متصل و ثابت هستند	یکی از صفحات نگهدارنده ها درون پوسته یا به همراه پوسته شناور می باشد کلاف لوله ای ممکن است از پوسته جدا شدنی یا غیر جداشدن باشد .اما درپوش می تواند جهت بازبینی انتهای لوله ها باز شود.	فقط یک صفحه نگهدارنده نیاز است لوله ها به شکل u خم می خورندوکلاف لوله ای قابل تعویض و جابجایی است	کلاف لوله ای همانند نوع u ودرپوش شناور و قابل جابجایی و تعویض است .پوسته بزرگ گرفته میشود تا جوشش و آزاد شدن بخار ها براحتی صورت پذیرد.
مناسب ترین کاربرد	چگالنده(کندانسور)مایع – مایع,گاز-گاز,گاز- مایع,سرد کردن و گرم کردن ,افقی یا عمودی جوشاندن	اختلاف درجه حرارت بالا حدودا"بالاتر از 200 درجه فارنهایت حداکثر جهت سیالات کثیف که نیاز به تمیز کردن داخلی و یا خارج پوسته باشد	برای اختلاف دماهای زیاد که ممکن است نیاز به جلوگیری از انبساط در واحدهای fixed باشد جهت سرویس های تمیز با شرایط ساده هم در بخش پوسته افقی یا عمودی	سیال جوشان درون پوسته همچون سیال خنک کننده یا سیال روان فرایندی که باید تبخیر شود می باشد خنک کردن یا سرد کردن سیال درون لوله های فرایندی بوسیله تبخیر سیال درون پوسته
محدودیت ها	حداکثر اختلاف دما در دو انتها حدود 200درجه فارنهایت برای انبساط های جزئی است	آببندی های داخلی (internal gasket )در اثر نشت می توانند خطر ساز باشند اثر خورندگی را بر روی بخش های شناور میتوانیم داشته باشیم عموما"منحصر به واحد های افقی می شود	زانوها باید با دقت ساخته شوند زیرا تخریب مکانیکی با گسیختگی ممکن است حاصل شود سرعتهای درون لوله باعث سایش در زانوها میشود .سیال باید عاری ازذرات معلق باشد	برای تاسیسات افقی است .برای کاربردهای دیگر از نظر فیزیکی بزرگ است.

[h=2]1-3-1- برخی مبدل های حرارتی صفحه ای مورد استفاده در صنایع[/h]

1. مبدل‌هاي صفحه‌اي گسكت‌دار

1. مبدل‌هاي صفحه‌اي نيمه جوشي

• مزايا:

مزيت جوش دادن دو صفحه اين است كه لزوم استفاده از موارد ديگر از بين رفته و خوردگي اندكي كاهش مي‌يابد

• ساخت:

تفاوت اين مبدل با گسكت‌دار معمولي در اين است كه زوج صفحات به يكديگر جوش داده شده و واشر سوراخ‌ها نيز از مواد با مقاومت بالا ساخته مي‌شوند

• محدوده عملياتي:

همانند گسكت‌دار معمولي

• كاربرد اصلي:

همانند گسكت‌دار معمولي و همچنين براي تبخير و ميعان مايع تبريد استفاده مي‌شود.

• مقايسه با مبدل پوسته و لوله:

مانند مبدل‌هاي صفحه‌اي گسكت‌دار معمولي

1. مبدل‌هاي صفحه‌اي لحيم شده

اين نوع مبدل از مجموعه صفحات به هم فشرده كه به همديگر لحيم شده‌اند تشكيل شده است.

• مزايا:

ديگر نيازي به واشر نيست و فريم‌ها هم مي‌توانند حذف شوند.
صفحات موج‌دار چنان تلاطمي ايجاد ميكنند كه باعث كاهش رسوب‌گيري در اين نوع مبدل مي‌گردد

• ساخت:

از تعداد زيادي صفحه فولادي به هم فشرده كه با مس يا نيكل يا فلزهاي ديگر(بسته به نوع فرايند)جوش داده شده اند.
علاوه بر جوشكاري پيرامون هر صفحه ، نقاط جناقي دروني هم جوش داده مي‌شوند.

• محدوده عملياتي:

تا دماي 225 و فشار 30 بار
اگر با نيكل لحيم كاري بشن تا دماي 400 و فشار 16 بار

• كاربرد اصلي:

به منظور سرد سازي در تبخير كننده‌ها و كندانسورها استفاده مي‌شود.
از نوع لحيم نيكلي براي خنك كردن آب بدون املاح و ميعان حلال استفاده مي‌شود.

• مقايسه با مبدل پوسته و لوله:

در عملكرد يكسان وزن اين نوع مبدل 20 تا 30 درصد مبدل پوسته و لوله است.

1. مبدل‌هاي صفحه‌اي جوشي دوگانه بَوِكس

اين نوع مبدل هنگامي استفاده مي‌شود كه با توجه به شرايط فرايندي امكان بكارگيري مبدل قاب و صفحه ممكن نبوده و با فشار بالا و محدوده دمايي مواجه باشيم.

• ويژگي منحصر به فرد:

طراحي هندسه داخلي آن است.

• ساخت:

اين مبدل از دو بخش لوله و صفحه تشكيل مي‌شود كه بخش لوله داراي چندين گذر و بخش صفحه تنها داراي يك گذر مي‌باشد.

• محدوده عملياتي:

با توجه به نوع فلز بكار رفته تا دماي 900 درجه را تحمل مي‌كند و در حالات برودتي تا دماي منهاي 200 درجه
فشار تا 60 بار هم قابل افزايش است البته به ضخامت و سطح صفحات بستگي دارد

• كاربرد اصلي:

بازيابي حرارت گازهاي سوخته ، كاربردهاي برودتي، انتقال حرارت بين گازهاي خورنده و كاربردهاي با آب دريا

• مقايسه با مبدل پوسته و لوله:

شركت سازنده ادعا ميكند كه اين نوع مبدل 40 درصد حجم مبدل پوسته و لوله در شرايط عملياتي مشابه خواهد داشت. ضريب انتقال حرارت در كاربردهاي مايع-مايع حدود 5000 وات بر متر مربع بر كلوين است.

1. مبدل‌هاي صفحه‌اي جوشي پليتيولار

این مبدل دو نوع X و S دارد.

• مزايا:

در اين مبدل از صفحاتي با ضخامت استاندارد استفاده مي‌شود به همين دليل قدرت و توانايي مبدل پوسته و لوله با ضريب انتقال حرارت بالاي مبدل صفحه‌اي تركيب شده است
صحفات بهم جوش داده شده‌اند پس نيازي به واشر نيست.

• ساخت:

سه پارامتر اصلي فرم كانال ها، شكل جريان سيال و استفاده از پوسته در ساخت اين مبدل تاثير گذار است.
شكل كانالها:
طراحي نوع T براي گازها و سيالات ويسكوز پيشنهاد ميشه و طراحي نوع I براي عمليات ‌هاي با فشار بالا مناسب است و در طراحي نوع DI و U براي فشار بالا و شرايطي كه نياز به تميز كردن مكانيكي باشد استفاده مي‌شود.

• محدوده عملياتي:

دماي بين منفي 180 و 700 درجه و از خلا كامل تا 40 بار
انتقال حرارت چند جريانه تا 4 جريان نيزقابل ساخت است.

• كاربرد اصلي:

در صنايع شيميايي ، غذايي ، نوشيدني ، كاغذ ، سيمان و صنايع سردسازي

• مقايسه با مبدل پوسته و لوله:

ضريب كلي انتقال حرارت در اين مبدل ها 2 تا 4 برابر بيشتر از مبدل پوسته و لوله مشابه است. در نتيجه حجم اين مبدل 75 تا 90 درصد كاهش مي‌يابد

1. مبدل‌هاي صفحه‌اي جوشي كمپوبلاك

اين نوع مبدل بر پايه كاربردهاي مبدل‌هاي پوسته و لوله، مارپيچي و صفحه‌اي طراحي شده و همچنين مشكلات كاربرد گسكت را ندارد

• مزايا:

نبود گسكت اين امكان را مي‌دهد تا از سيالات با دماهاي بالا و مواد شيميايي آسيب‌زا در آن استفاده كنيم.
همچنين طراحي پيچ و مهره‌اي اين نوع مبدل‌ها، امكان جدا كردن سريع قاب و تميز كردن سريع مي‌دهد.

• ساخت:

مجموعه صفحات به هم فشرده به گونه‌اي جوش خورده‌اند كه جريان متقاطع باشد.

• محدوده عملياتي:

تا دماي 300 و فشار 32 بار.
ميزان سطح انتقال حرارت در اين مبدل از 1/5 تا 300 متر مربع متغير مي‌باشد.

• كاربرد اصلي:

كندانسورها – تبخير كننده‌ها – جوش‌آورها

1. مبدل‌هاي صفحه‌اي حلزوني

اين مبدل‌ها مي‌توانند خودشان را تميز كنند.

• مزايا:

كانال صاف و خميده باعث كاهش رسوب‌گذاري مي‌شود.

• ساخت:

به صورت سفارشي و براي بارهاي حرارتي مختلف با تمام فلزاتي كه توانايي شكل دهي دارند ساخته مي‌شود.
عرض كانال‌ها در بازه 5 تا 30 ميلي‌متر و عرض صفحه مي‌تواند 2 متر باشد. با اين شرايط ميتوان تا سطح انتقال حرارت 600 متر مربع را تأمين كرد.

• محدوده عملياتي:

تا 400 درجه. بدون گسكت تا 850 درجه.فشار تا 15 بار و در طراحي‌هاي خاص تا 30 بار.

• كاربرد اصلي:

سيالاتي كه تمايل به رسوب دهي دارند يا آلوده به ذرات هستند مناسب است.

• مزایا:

كانال صاف و خميده باعث كاهش رسوب‌گذاري مي‌شود.

[h=1]1-4- مزايا و محدوديت ها[/h][h=2]الف- مزایا[/h]مزاياي اين مبدل‌ها را مي‌توان در عبارت « انعطاف‌پذيري سيستم» خلاصه كرد.

• تلاطم و كارايي انتقال حرارت بالا

وجود برآمدگي و موج دار بودن صفحات باعث مي شود كه حتي در سرعت هاي پايين سيال نيز، تلاطم زيادي وجود داشته باشد. شركت هاي مختلف سازنده براي طراحي الگوهاي بهينه برآمدگي صفحات با هم رقابت مي كنند به گونه اي كه تغيير در الگوي اين صفحات، ميزان انتقال حرارت را در مبدل هاي ساخته شده توسط سازندگان مختلف متفاوت مي كند.

• كاهش رسوب

افزايش تلاطم ، عدم وجود مناطق راكد، جريان سيال يكنواخت و سطح نرم و غير زبر صفحات ، ميزان رسوب و در نتيجه بازه زماني تميز كردن مبدل را افزايش مي دهد.

• عدم امكان نفوذ سيالات به يكديگر
  در مبدل هاي صفحه اي فضاي بين گسكت ها با فضاي بيروني در تماس است. لذا حتي در صورت خراب بودن گسكت، دو سيال با هم تماس نخواهند داشت.
• جريان متقابل
  در مبدل هاي صفحه اي ميتوان سيالات را به صورت متقابل از كنار هم عبور داد كه اين امر موجب افزايش كارايي اختلاف دماي دو سيال ميشود.
• دماي همگرايي پايين

در مبدلهاي صفحه اي به علت جريان متقابل واقعي ، رسيدن به دماي همگرايي 1-2 درجه فارنهايت ممكن است.

• قابليت عبور چند جريان

در مبدل هاي صفحه اي مي توان با اضافه كردن صفحات حائل، بيش از دو جريان را بصورت همزمان در يك مبدل، سرد يا گرم كرد.

• قابليت تغيير تعداد صفحات و افزايش ظرفيت

با توجه به ساختمان چند قطعه اي مبدل صفحه اي ، انعطاف پذيري در طراحي و افزايش ظرفيت از خصوصيات منحصر به فرد اين مبدل است.

• سهولت تعمير و نگهداري ، بازرسي و تميز كردن

در مبدل هاي صفحه اي به راحتي ميتوان با باز كردن و پيچ هاي گيرنده و خارج كردن قاب متحرك ، كليه صفحات را بازرسي ، تعويض و يا تميز كرد.

• وزن سبك

به علت نياز به سطح تماس كمتر براي كاربرد يكسان اين مبدل ها نسبت به ديگر انواع مبدل داراي وزن كمتري هستند.

• كاربرد براي سيالات ويسكوز

چون اين مبدل در سرعت كم سيالات ، تلاطم زيادي ايجاد ميكند ، براي سيالات داراي ويسكوزيته بالا كاربرد دارد. بايد توجه داشت كه سيالاتي كه در مبدل هاي پوسته و لوله به علت ويسكوزيته بالا داراي جريان آرام هستند، در مبدل هاي صفحه اي داراي جريان متلاطم خواهند بود.

• كاهش فضاي مورد نياز

مبدل هاي صفحه اي به ميزان يك پنجم تا نصف مبدل هاي پوسته و لوله معدل خود فضا اشغال ميكننند. همچينين براي تعميرات آنها نيز نياز به فضاي اضافي نيست، در حاليكه در مبدل هاي پوسته و لوله به ميزان دو برابر طول لوله ها براي خارج كردن آنها فضا لازم است.

• كاهش مشكلات عملياتي

در اين مبدل ها مشكلات ارتعاش ناشي از جريان، صدا، خوردگي و سائيدگي به نسبت مبدل هاي پوسته و لوله بسيار كمتر است.

• هزينه پايين تر

مبدلهاي صفحه اي به صورت عمومي به علت افزايش راندمان حرارتي و كاهش هزينه هاي ساخت به نسبت مبدل هاي پوسته و لوله با انتقال حرارت يكسان، ارزانتر هستند.

• كنترل فرآيند سريعتر

به علت ضخامت كم كانال هاي بين دو صفحه مجاور و حجم كم سيال عبوري بين دو صفحه، سرعت واكنش سيال به تغييرات فرآيند سريعتر خواهد بود كه منجر به كنترل راحت تر فرايند مي شود.

[h=2]ب- محدودیتها[/h]

• حداکثر فشار کارکرد ۲۵ بار و در موارد کاملا خاص حداکثر ۳۰ بار
• حداکثر دما و با واشرهای مخصوص حداکثر
• حداکثر دبی جریان
• سطح انتقال حرارت
• ضریب انتقال حرارت

واشرهای لاستیکی محدودیت در حداکثر دمای قابل دستیابی و فشار کارکرد و نوع سیال را برای طراحی این نوع مبدل‌ها ایجاد می‌کند. ضمنا هندسه پیچیده کانالهای جریان باعث افزایش ضریب اصطکاک در مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای می‌شوند.
علت اصلی عدم پیشرفت استفاده از این نوع مبدل‌های در صنایع محدودیت ساخت صفحات بزرگ به جهت محدودیت در پرسکاری و ساخت صفحات می‌باشد. که عملاً مبدل‌های حرارتی با اندازه‌های بیشتر از قابل ساخت نیستند یعنی در واقع بصرفه هم نیستند. دبی‌های بزرگ جریان باعث افت فشارهای اضافی خواهد شد که از این منظر باعث محدودیت در ظرفیت گرمائی می‌شود که در مرتبه بالاتر طراحی واشرها به ترتیبی نیست که در فشارو دماهای بالاتر بتوان از این نوع مبدلها سود جست.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای را نمی‌توان برای کولینگ هوا استفاده کرد و حتی برای تبادل حرارت در کوپلهای هوا-هوا و یا گاز-گاز نیز مناسب نیستند ضمنا سیالاتی با لزجت بالا بویژه وقتی خنک کاری مورد نظر باشد با توجه به اثرات توزیع جریان در این نوع مبدلها ناکارآمد جلوه می‌کنند. ضمنا سرعتهای کم جریان سیال کمتر از، ضرایب کوچک انتقال حرارت و به تبع آن بازدهی غیر بهینه را در مبدلهای صفحه‌ای ایجاد می‌کند که به همین علت در سرعتهای کمتر از نمی توان از این نوع مبدلها سود جست.
مبدلهای حرارتی صفحه‌ای برای انجام کندانس خیلی مناسب نیستند که این مورد بخصوص در مورد بخارها در خلا نسبی صدق می‌کند زیرا فاصله‌های باریک صفحات و توربولانس ایجاد شده باعث بوجود آمدن افت فشارهای قابل ملاحظه‌ای در سمت بخار می‌شود. هرچند با توجه به پیشرفتهای حاصل شده در حال حاضر مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای با طراحی‌های ویژه را می توان در سیستم‌های تبخیر و کندانس نیز استفاده کرد. مسیرها و چیدمان جریان
واژه مسیر یا گذرگاه (passage) در مبدل‌های حرارتی صفحه ای به دسته‌ای از کانالها گفته می‌شود که در آنها جهت جریان یکسان باشد. شکل ذیل چیدمان تک مسیری را که بنام چیدمان "U"و "Z" اطلاق می‌شود را مشاهده می‌کنید که هر چهار دهنه ورودی و خروجی در صفحه سر همگرا هستند (fixed-head plate) که این خاصیت امکان دمونتاژ مبدل را برای تعمیر و نگهداری بدون ایجاد مشکل در سیستم لوله کشی خارجی آن را فراهم می‌کند ضمنا در این نوع چیدمان توزیع جریان توربولانس تر از چیدمان نوعZ می‌باشد.
چیدمان چند مسیره شامل مسیرهای متصل شده به شکل سری هستند. در سیستم جریان دو مسیر – یک مسیر (شکل بندی نوع ۱/۲) را نشان می دهد که در آن یک سیال در مسیر خط چین و سیال دیگر در دو مسیر خط توپر جریان دارد. در این نوع چیدمان نیمی از مبدل دارای جریان مخالف و نصف دیگر دارای جریان هم جهت می‌باشد که از آن به عنوان سیستم نامتقارن نام برده می‌شود و اگر یکی از سیالهای مورد استفاده دارای دبی حجمی بزرگتر از دیگری و یا افت فشار مجاز کوچکتر از جریان دیگر باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در چیدمان های چند مسیره همیشه باید ورودی و خروجی مبدل در هر دو سر ثابت و متحرک وجود داشته باشد. معمولا تعداد مسیرها، تعدادکانالها (مسبر جریان در دوصفحه مجاور )به ازای هر مسیر، برای دو سیال یکسان و به صورت متقارن باشد.
توزیع غیرمتقارن در هر سیستم با کانالهای متصل بهم منجمله مبدل‌های صفحه‌ای می تواند مشکل آفرین باشد که مسئله باید در طراحی این نوع سیستمهای حرارتی بسیارمورد توجه قرار گیرد.
در جدول زیر برخی از خصوصیات عملیاتی این مبدل ها به طور مختصر شرح داده شده است :
جدول 2. خصوصیات عملیاتی مبدل های صفحه ای


[h=1]1-5- چه زمانی از مبدل های حرارتی فشرده(صفحه ای) می توان استفاده کرد ؟[/h]مبدل های گرمایی فشرده در اکثر کاربرد های صنعتی مادامیکه فشار و دمای طراحی در محدوده قابل قبولی باشند(معمولا دماهایی تا 450 درجه سلسیوس و فشار هایی تا 40 بار نسبی یا 600psig ) می توانند به کار گرفته شوند .این گونه مبدل ها ، اغلب جایگزین برای کاربرد هایی هستند که در آن ها امکان استفاده از مبدل های صفحه ای واشر دار یا مبدل های صفحه ای تمام جوش وجود دارد . همچنین در زمانی که می بایست از فلزات گران قیمت مقاوم در برابر خوردگی ، برای ساخت مبدل استفاده کرد یا هنگامی که کمبود فضای نصب ادوات وجود دارد و یا زمانیکه ازدیاد و بهبود بازیافت انرژی مهم است ، استفاده از مبدل های گرمایی فشرده مفید به نظر می رسد .
زمانیکه کاربرد صنعتی مورد نظر ، اجازه ساخت مبدل پرمایی پوسته – لوله ای را تماما از جنس فولاد کربنی بدهد ، استفاده از طرح های گوناگون مبدل های گرمایی فشرده ، راه حل اقتصادی موثری به دست می دهد ، زیرا حتی در این حالت ها هم این مبدل ها، مزایایی از جمله صرفه جویی در فضای ساخت ، بازیافت گرمایی بالا و مقاومت زیاد در برابر رسوب گذاری داشته که آنها را تبدیل به ادوات کارآمد و ارزشمندی می نماید .
چنانکه شما نمی دانید که آیا کاربرد صنعتی و فرآیند شما می تواند به وسیله مبدل های فشرده انجام گیرد ، می توانید در این خصوص از شرکت تهیه کننده و فروشنده ، سوال نمایید. تهیه کنندگان اغلب مایلند تا به شما طرح کلی و سریعی بدهند که مشخص کند ،تجهیزات آنها برای شما مناسب است یا نه ؟
آنگاه با مقایسه کردن راه حل های پیشنهادی می توانید تعیین کنید که کدام یک از آنها برای شما مناسب است .
به عنوان قسمتی از طرح پیشنهادی شرکت تهیه کننده ، ممکن است انتخاب های طراحی برای ازدیاد بازیافت گرمایی مورد برسی کمی قرار گرفته باشد و مزایای صرفه جویی اقتصادی و تغییرات سرمایه گذاری ثبت شده باشند. در این مرحله و در برخی موقعیت ها ، شاید تعیین دوباره نیازمندی های عملکرد مبدل برای در نظر گرفتن مساله بهبود بازیافت گرمایی که می تواند به وسیله به کار گیری یک مبدل گرمایی فشرده حاصل شود ، مد نظر باشد .

[h=1]1-6- استفاده از مبدل حرارتی صفحه اي در سیستم حرارت مرکزی[/h]استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي درسيستم حرارت مركزي مشكلاتي را نيز به همراه خواهد داشت. به همين دليل انجام يك مطالعه امكان سنجي بر روي طرح جايگزيني اين مبدلها به جاي منبع كويلدار و يا دو جداره در سيستم حرارت مركزي يك امر لازم به نظر ميرسد.

[h=2]الف- امكان سنجي فني استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي[/h]انواع مختلف مبدلهاي حرارتي صفحه اي كه در صنعت مورداستفاده قرار گرفته است عبارتند از مبدل صفحه و فريم، مبدل صفحه اي لحيم شده، مبدل صفحه اي مارپيچ، مبدل صفحه اي لاملا و مبدل صفحه- كويل.
انواع مبدلهاي صفحه اي لاملا و مارپيچ بيشتر در كاربرد هاي صنعتي و دبي هاي زياد مورد استفاده قرار مي گيرند. از مبدل حرارتي صفحه-كويل در مخازن جهت گرم و يا سرد كردن سيالات مختلف استفاده مي شود.
از ميان انواع مبدلهاي حرارتي صفحه اي، مبدل حرارتي صفحه و فريم و مبدل حرارتي صفحه اي لحيم شده داراي قابليت بالاتري جهت استفاده در سيستم حرارت مركزي مي باشند. اين مبدلها در ظرفيتهاي پايين نيز توليد شده و نسبت به ساير انواع مبدلهاي حرارتي صفحه اي ارزانتر هستند. تفاوت اصلي اين دو نوع مبدل در نوع آببندي آنها ميباشد. در مبدلهاي لحيم شده از اتصالات دائمي جهت آب بندي استفاده شده ولي در نوع صفحه و فريم از واشرهاي آب بندي و پيچ استفاده شده است. به همين دليل اجزاي مبدل صفحه و فريم قابليت جدا شدن از هم را دارا هستند . درشكل 1 ، مبدلهاي حرارتي صفحه و فريم و صفحهاي لحيم شده نمايش داده شده اند.

شکل 1. مبدلهاي صفحه اي لحيم شده(راست) و صفحه و فريم(چپ)
استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي در سيستم حرارت مركزي مزايايي نظير كاهش حجم و وزن، افزايش عمر و افزايش بازده سيستم را به همراه خواهد داشت. بايد توجه داشت كه رسوب گيري كه يكي از عوامل اصلي افت بازده سيستم هاي حرارت مركزي مي باشد، در صورت استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي كاهش مي يابد. علاوه بر اين، شستشوي رسوب در اين مبدل ها آسان تر از منبع كويل دار است. در صورت استفاده از مبدل حرارتي صفحه و فريم مي توان صفحات حرارتي را باز كرده و رسوب را بطور كامل شست.
يكي ديگر از مزاياي استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي در سيستم حرارت مركزي، كاهش زمان راه اندازي سيستم و
افزايش سرعت پاسخگويي آن است. در صورت افزايش ناگهاني مصرف در سيستم هاي حرارت مركزي كه از منبع كويلدار و يا دوجداره استفاده ميكنند، بدليل عدم توانايي گرم كردن سريع آب ورودي به سيستم، دماي آب كاهش مي يابد. در صورت استفاده از مبدلهاي حرارتي صفحه اي اين مشكل برطرف خواهد شد. استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي در سيستم حرارت مركزي مشكلاتي مانند افزايش افت فشار و افزايش قيمت خريد را به همراه دارد.
يكي از نكاتي كه بايد در امكان سنجي فني استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي به آن توجه شود، اجراي كامل مبحث 14قوانين ملي ساختمان مي باشد. بر اساس اين مبحث، هر واحدساختماني بايد حداقل داراي 110 ليتر آب گرم ذخيره باشد.به منظور اجراي اين مهم، يك منبع ذخيره نيز در كنار مبدل حرارتي صفحه اي بكار گرفته ميشود.

[h=2]ب- امكان سنجي اقتصادي استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي[/h]امكان انجام طرح استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي درسيستم حرارت مركزي از لحاظ فني در بخش قبل بررسي شد. در اين بخش، اين طرح از ديدگاه اقتصادي بررسي می گردد. به منظور ارائه نتايج تحليل اقتصادي از معيارهاي ارزش و دوره بازگشت سرمايه استفاده (NPV) فعلي خالص هزينه ها شده است در بررسي اقتصادي طرح جايگزيني ، سيستم هاي حرارت مركزي به دو بخش مجزا تقسيم شده اند. اين دو بخش شامل سيستم هاي حرارت مركزي موجود و سيستم هاي حرارت مركزي در دست احداث مي باشند. علت اصلي تقسيم بندي فوق تفاوت سرمايه گذاري در هر بخش است. سرمايه گذاري مورد نياز جهت استفاده از مبدل حرارتي صفحه اي در سيستم هاي حرارت مركزي در دست احداث برابر اختلاف هزينه خريد و نصب منبع كويل دار و مبدل حرارتي صفحه اي جايگزين است، زيرا هزينه خريد و نصب منبع كويل دار در صورت عدم جايگزيني مبدل صفحه اي در هر صورت بايد تأمين شود. علاوه بر اين بر اساس مبحث 14 مقررات ملي ساختمان هر واحد مسكوني بايد حداقل داراي 110 ليتر آب گرم ذخيره باشد. به همين دليل هزينه تهيه مخزن آب گرم نيزبايد به عنوان هزينه اوليه اجراي طرح جايگزيني درساختمان هاي در دست احداث در نظر گرفته شود. در صورت جايگزيني مبدل حرارتي صفحه اي بجاي يك منبع كويل دار در سيستم هاي حرارت مركزي موجود، قيمت خريد مبدل حرارتي صفحه اي بيانگر ميزان سرمايه گذاري مورد نياز مي باشد. در ضمن در اين حالت از مخزن موجود نيز براي ذخيره آب گرم استفاده ميشود. به همين دليل نيازي به در نظر گرفتن هزينه تهيه مخزن ذخيره آب گرم نيست. در هر بخش از بررسي اقتصادي، جايگزيني مبدل حرارتي صفحه اي از دو ديدگاه مصرف كننده و ملي مورد مطالعه قرار گرفته است .درآمد حاصل از انجام طرح از ديد گاه مصرف كننده برابر كاهش هزينه گاز مصرفي و از ديدگاه ملي برابر درآمد حاصل از فروش ميزان گاز صرفه جويي شده به قيمت منطقه اي به كشورهاي ديگر مي باشد. قيمت منطقه اي مورد استفاده در تحليل اقتصادي برابر 32 سنت در نظر گرفته شده است . به منظور بررسي تأثير تغيير قيمت منطقه اي گاز، آناليز حساسيت نيز بر روي اين پارامتر صورت گرفته است. همچنين در مدل اقتصادي نرخ تنزيل، نيز به منظور محاسبه هزينه ها و درآمدها در سالهاي آتي در نظر گرفته شده است.
در اكثر سيستمهاي حرارت مركزي موجود در كشور از منبع كوي لدار و يا منبع دوجداره استفاده مي شود. همانگونه كه ذكرشد، از هر يك از دو نوع مبدل صفحه و فريم و صفحه اي لحيم شده ميتوان بجاي اين منابع استفاده كرد. با توجه به شكل 2، تفاوت ارزش فعلي خالص هزينه ها در صورت استفاده از مبدل صفحه و فريم با مبدل صفحه اي لحيم شده در طول 30 سال قابل توجه نيست. به همين صورت، تفاوت ارزش فعلي خالص هزينه هاي استفاده از منبع كويل دار و يا منبع دوجداره نيز ناچيز است. اين موضوع نيز در شكل 3نمايش داده شده است. با توجه به شكل هاي 2 و 3 ميتوان نتيجه گرفت كه از لحاظ اقتصادي تفاوت بين هزينه استفاده از مبدل صفحه و فريم با مبدل صفحه اي لحيم شده و همچنين منبع كويل دار با منبع دوجداره قابل صرف نظر است.


شکل 2. مقايسه مبدل حرارتي صفحه و فريم و لحيم شده


شکل 3. مقايسه منبع كويل دار و منبع دوجداره
با توجه به هزينه خريد كمتر مبدل صفحه اي لحيم شده نسبت به مبدل صفحه و فريم و همچنين بازده بيشتر منبع كويل دار نسبت به منبع دوجداره، در تحليل اقتصادي جايگزيني مبدل صفحه اي لحيم شده بجاي منبع كويل دار مطالعه مي شود. به منظور اطمينان از نتايج حاصل از تحليل اقتصادي بيشترين بازده حرارتي براي منبع كويل دار و كمترين بازده حرارتي براي مبدل حرارتي صفحه اي لحيم شده مورد استفاده قرار گرفته است. اين مقادير به ترتيب 80 و 90 درصد مي باشند. جهت بررسي صحت نتايج بدست آمده، ارزش فعلي خالص هزينه گاز يك ساختمان واقعي با بار حرارتي 40000 كيلو كالري بر ساعت بر اساس قبوض گاز آن محاسبه شده و بامقدار تخمين زده شده مقايسه شده است. ارزش فعلي خالص هزينه اين ساختمان در طول 30 سال برابر 110 ميليون ريال است كه در مدل در نظر گرفته شده 130 ميليون ريال تخمين زده ميشود.اين نتايج وجود خطايي حدود 18 درصد را نشان مي دهد.

[h=1]1-7- مقایسه بین مبدل های حرارتی صفحه ای و لوله ای[/h]
مبدل های گرمایی فشرده تمام جوش ، شامل صفحاتی هستند که به یکدیگر جوش داده شده اند ( شکل – 1 ) . امروزه دربین تمام مدل های حاضر در بازار ، همگی دارای یک مشخصه هستند : ان ها فاقد واشرها یا نشت بندهای بین صفحه ای بوده واین خصوصیت است که ان ها را قادر می سازد تا در فرایند های دارای مواد خورنده ومضر یا فرایندهای با دمای بالا که صفحات نشت بند نمی توانند بکار گرفته شوند ، مورد استفاده قرار گیرند .
ازسوی دیگر،تعدادی از مبدل های گرمایی تمام جوش ، اب بندی شده ونمی توانند برای انجام بازرسی وتمیز سازی مکانیکی مبدل های صفحه ای فشرده وبسیار کار امد ،دارای جریان های مخالف هم یا به طور کلی ارایش جریان مخالف از طریق استفاده از قرار گیری های چند گذره درهر دوطرف سرد وگرم هستند . این واحدها می توانند طوری طراحی شوند که درحالت دمای متقاطع یا همرسی دمایی ( تفاوت دمایی بین دمای خروجی یک جریان ودمای خروجی جریان دیگر ) به نزدیکی 3 درجه سلسیوس هم کار کنند .
همانطور که قبلا ذکر شد ، مبدل های گرمایی فشرده تمام جوش، بسیار فشرده تر از مبدل های گرمایی پوسته – لوله ای هستند . این مبدل ها ، دارای این مزیت هستند که بخاطر ضریب انتقال حرارت بالایشان ، سطح انتقال حرارت کوچکتری دارند و از این رو مبدل های گرمایی فشرده فقط کسری از گرمایی را که برای مبدل های گرمایی پوسته – لوله ای مورد نیاز است ، در بر می گیرند . برخی از انواع دیگر می توانند باز شوند ودر ان ها امکان دسترسی به تمام سطح انتقال حرارت ونقاط جوش داده شده ، جهت تمیز سازی ودر صورت لزوم تعمیر ، وجود دارد .

شکل 4 : مبدل گرمایی فشرده تمام جوش
بخاطر اینکه صفحات مبدل های گرمایی تمام جوش که از فولاد کربنی ساخته شده اند ، نمی توانند به هم متصل وفشرده شوند.این دسته از صفحات ، فقط از جنس فولادضد زنگ یا فلزات با عیار بالا ساخته می شوند . به همین دلیل ، هزینه ساخت یک مبدل گرمایی فشرده تمام جوش ، بالاتر از یک مبدل حرارتی واشردار است . با این وجود ، در حالتی که نتوان از صفحات اب بندی استفاده کرد ، باز هم استفاده از مبدل های گرمایی فشرده تمام جوش به عنوان یک جایگزین قوی برای مبدل های پوسته – لوله در نظر گرفته می شود .
صرفه جویی در فضای ساخت به همراه صرفه جویی در ایجاد پایه ها و پی ریزی های لازم ، کارهای فلزی مرتبط و ... می باشد . فضای مورد نیاز برای تعمیرات ونگهداری نیز بسیار کوچکتر از فضایی است که در مبدل های پوسته – لوله می بایست برای در اوردن دسته – لوله واجزای داخلی ، لحاظ نمود .
به دلیل مسیر کوتاه درون مبدل گرمایی ، افت فشار می تواند به میزان نسبتا پایینی نگهداشته شود . البته باید توجه داشت ،این مطلب بستگی به تعداد گذرهای درون مبدل و فاز سیال موجود در مبدل دارد . برای اکثر عملیات تبادل حرارت مایع – مایع ، افت فشار بین( Kpa ) 100-70 کیلو پاسکال ، طبیعی است ، در حالیکه یک جریان دو فازی ، افت فشار می تواند به میزان کمتری حتی تا حد( Kpa ) 5-2 کیلوپاسکال هم باشد .
در مورد باز یافت حرارت ، مهمترین مزیت مبدل گرمایی فشرده ان است که این مبدل به میزان موثری می تواند در حالت دمای متقاطع و یا همرسی دمایی نزدیک کار کند . چنین امری ، امکان انتقال حرارت بیشتری را از یک سیال به سیال دیگر، در اختیار گذاشته واستفاده از یک واسطه گرمایشی با دمای اندکی بالاتر از سیال سرد را ممکن می سازد . دو دلیل اصلی برای اثبات اینکه مبدل های گرمایی فشرده تمام جوش ، از لحاظ دمایی موثرتر از مبدل های پوسته – لوله ای هستند و جود دارد :

• تمام مبدل های گرمایی فشرده تمام جوش ، ضرایب انتقال حرارت بالایی دارند . این بخاطر اغتشاش زیاد ایجاد شده در مجرای صفحات موجدار است . اغتشاش زیاد ، باعث نازک شدن لایه های جریان ارام بر روی سطوح انتقال حرارت مبدل می شود . چنین امری باعث مقاومت کمی در برابر انتقال حرارت در مقایسه با لایه های ضخیم تر که در مبدل های پوسته – لوله ایجاد می گردد .
• تمام مبدل های گرمایی فشرده تمام جوش ، ضرایب انتقال حرارت بالایی دارند . این به خاطر اغتشاش زیاد ایجاد شده در مجراهای صفحات موج دار است . اغتشاش زیاد ، باعث نازک شدن لایه های جریان ارام برروی سطوح انتقال حرارت مبدل می شود. چنین امری باعث مقاومت کمی در برابر انتقال حرارت در مقایسه بالایه های ضخیم تر که در مبدل های پوسته – لوله ایجاد می شود ، می گردد .

شکل 5 : برای یک مبدل حرارتی فشرده با ارایش جریانی مخالف ، معمولا کاهش همرسی دمایی 5-3 درجه سلیسیوس امکان پذیراست .

• جریان های غیر هم جهت ( یا ارایش جریان مخالف ) می تواند در مبدل های گرمایی فشرده تمام جوش ، حاصل شود . این یعنی ، برای شبیه سازی حالت جریان مخالف یک مبدل گرمایی فشرده تنها ، که در حالت دمای متقاطع یا همرسی دمای نزدیک کارمی کند ، باید از جایگزین کردن چندین مبدل گرمایی پوسته – لوله استفاده کرد که به صورت سری در یک گذر قرارگرفته اند .به عنوان نتیجه باید گفت ، مبدل های گرمایی فشرده ، ممکن است از نظر اقتصادی بسیار موثر بوده و جایگزین عملی بسیار مهمی برای مبدل های پوسته – لوله باشند .علاوه بر مزایای اقتصادی ، همچین صرفه جویی در فضا ، عامل مهمی برای ارتقاواحدهای موجود به واحدهای با طراحی جدید است .

شکل 6 : جریان های مخالف هم را می توان در مبدل های حرارتی فشرده تمام جوش برقرار ساخت این بدان معنی است که یک مبدل حرارتی منفرد که می تواند در حالت دمای متقاطع یا همرسی دمایی نزدیک کار کند ، قادر است جایگزین چندین مبدل حرارتی پوسته – لوله که به طور سری ودر یک گذر قرار گرفته اند گردد .
در دو جدول3و 4 مبدل حرارتی پوسته ولوله و مبدل حرارتی صفحه ای معمولی و در جدول بعد نوع واشر دار آن مقایسه شده اند:
جدول 3. مقایسه مبدل های صفحه ای معمولی و مبدل های صفحه ای پوسته ولوله

جدول 4. مقایسه مبدل های صفحه ای معمولی و مبدل های صفحه ای واشر دار

مبدل حرارتی پوسته و لوله	مبدل حرارتی صفحه ای واشر دار	مشخصه
امکان پذیر	غیر ممکن	Temperature cross
حدود 5 درجه سلسیوس	حدود 1 درجه سلسیوس	تفاوت دمای ورودی و خروجی
غیر ممکن	امکان پذیر	انجام چند وظیفه
از چند جهت	از یک جهت	اتصالات لوله کشی
1	حدود 3 تا 5	نسبت انتقال حرارت
حدود 3 تا 10	1	نسبت وزنی کار
زیاد	پایین	حجم سیال داخلی
حدود 2 تا 5	1	نسبت فضایی
تشخیص دشوار	تشخیص آسان	تشخیص نشتی
محدود است	در هر طرف صفحه	امکان دسترسی جهت بازرسی
حدود 60 تا 90 دقیقه	حدود 15 دقیقه	زمان دمونتاژ
نیازمند انسداد لوله است پس ظرفیت کاهش می یابد	تعویض صفحات و واشر ها آسان است	تعمیرات
دشوار است	به راحتی با اضافه یا کم کردن صفحات انجام می شود	اصلاح ظرفیت حرارتی
1	حدود 0.1 تا 0.25	ضریب رسوب

[h=1]1-8- مبدل های حرارتی واشر دار[/h][h=2]1- مجموعه صفحات و فریم اصلی[/h]هنگامیکه تعدادی از صفحات این نوع مبدل‌ها بهم فشرده می‌شوند و تشکیل مبدل صفحه‌ای را می‌دهند سوراخهای واقع در گوشه‌های این صفحات تشکیل تونلها و یا مجاری پیوسته‌ای را می‌دهند که سیال را از مبدا ورودی به صفحات هدایت می‌کند که در آنجا با توجه به شکل شیارهای صفحات بین آنها توزیع می‌شود. مجموعه این دسته از صفحات با وسائل مکانیکی و یا هیدرولیکی بهم فشرده می‌شوند. جویهای جریان سیال که در مابین صفحات و خروجی گوشه‌های آن تشکیل می‌شود به نحوی چیدمان شده است که جریانهای سرد و گرم انتقال حرارت بشکل یک در میان در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند بطوریکه همیشه دارای چیدمان مخالف جهت حرکت جریان می‌باشند. در طی عبور از مبدل حرارتی، سیال گرمتر بخشی از انرژی حرارتی خود را از طریق دیواره صفحه‌ای نازک به سیال سردتر در سمت دیگر منتفل می‌کند و در نهایت سیالها به حفره‌های لوله‌ای شکلی که در انتهای دیگر مجموعه صفحات وجود دارد سرازیر می‌شوند و از مبدل خارج می‌شود. این صفحات می‌توانند تا صد عدد در یک مبدل در کنار هم قرار گیرند و خدمات حرارتی خود را به صنعت ارائه دهند. مجموعه صفحات بین دو صفحه فلزی انتهائی بوسیله پیچ بهم وصل می‌شوند. صفحات و قطعات منفصل فریم از میله حامل بالائی آویزان هستند و در انتهای مبدل بوسیله میله راهنما نگهداری می‌شوند. میله حامل و میله راهنما به قطعه ثابت فریم پیچ و مهره می‌شود و بجز مبدل‌های کوچک بقیه به تکیه گاه انتهائی متصل می‌شوند هر چند این نمی‌تواند همیشه یک قاعده کلی باشد. مجموعه صفحات مانند دسته لوله‌ها در مبدل‌های پوسته‌ای و لوله‌ای است با این تفاوت مهم که دو سمت جریان گرم و سرد در یک مبدل حرارتی صفحه‌ای معمولاً دارای مشخصه‌های هیدرودینامیکی یکسانی می‌باشد. صفحه فلزی مبدل جزء اساسی این سیستم حرارتی محسوب می‌شود که اندازه بزرگترین صفحه از ۳/۴ متر ارتفاع و ۱/۱ متر عرض می باشد.

[h=2]2- خصوصیات مکانیکی صفحه ای واشردار[/h]یک مبدل حرارتی صفحه‌ای از صفحات ثابت، صفحات فشار دهنده و تجهیزات پنوماتیکی و یا مکانیکی متعلقه و connection ports ها تشکیل شده است. سطح انتقال حرارت از یک سری صفحات با مجاری ورودی و خروجی تشکیل می‌شود.

[h=2]3- واشر بندی[/h]با واشر بندی و عایقکاری دور لبه صفحه خارجی می‌توان از نشتی جریان از کانالهای صفحات به محیط بیرون جلوگیری نمود. صفحات می‌توانند از جنس استنلس استیل، تیتانیوم، تیتانیوم-پالادیوم و ... ساخته شوند که با توجه به ضریب هدایت گرمائی متفاوتی که دارا می‌باشند در طراحی مورد توجه واقع می‌شوند.

[h=3]الف- واشرها[/h]

• واشرها: از جنس لاستیک
• صحت عملکرد واحد به عملکرد واشر بستگی دارد.
• ماده واشر،شکل واشر،مرز واشر وتکیه گاه شیار موضوعی است که باید به طور پیوسته چک شود.

[h=3]ب- معیار های عمر واشر ها[/h]

• میزان عمر واشر به دمای عملیاتی، تغییرات دمایی و نفوذ شیمیایی بستگی دارد.
• کار کردن در ماگزیمم دمایی ،حدودا 2 سال عمر دارد.

[h=2]4- آرایش جریان[/h][h=3]الف - جریان نا همسو[/h]

جریان ناهمسو تک مسیر وU شکل
جریان ناهمسو تک مسیر وZ شکل
جریان دو گذر/دو گذر
جریان یک گذر/دو گذر

جریان عرضی

جریان مستقیم

[h=3]ب- جریان همسو[/h]


[h=2]5- برخی از شرایط نا مناسب در این مبدل ها[/h][h=3]الف- خوردگی[/h]
وقتی که از مواد با خورندگی بالا استفاده می کنیم مبدل‌های حرارتی صفحه ای بهترین گزینه است. حتی اگر این مبدل را با صفحات گران قیمت بسازیم در مقایسه با مبدل‌های دیگر به صرفه ترند ضمنا با توجه به نازکی صفحات این نوع مبدل‌ها عملاً نیازی به گرفتن اضافه ضخامت در زمان طراحی نسبت به انواع دیگر بسیار ناچیز می‌باشد البته با توجه به وجود جریان آشفته در صفحات این نوع مبدل‌ها وقتی که مواد شیمیائی با خورندگی بالا در این صفحات جریان دارد باید از مواد با کیفیت تر برای ساخت صفحات استفاده کنیم که البته با لحاظ تمام این شرایط ارجحیت استفاده ازاین نوع مبدل‌ها اثبات شده است .
افزایش غلظت مواد خورنده در یک لایه رسوبی سطحی که با اثر دمائی دیواره فلزی که زیر رسوب قرار دارد خوردگی موضعی را افزایش می دهد که می تواند باعث تخریب قابل ملاحظه گردد که در مبدل‌های صفحه ای این مشکل کمتر دیده می‌شود چون تمایل به رسوب گذاری با توجه به جریان همیشه آشفته گذرهای جریان در این نوع صفحات کمتر از مبدل‌های نوع دیگر می‌باشد .مشکل تشکیل رسوب مبحث مهمی را در طراحی مبدل‌های حرارتی به خود اختصاص می دهد اما بیشتر این اطلاعات بصورت تجربی در اختیار سازندگان قرار دارد اما با توجه به دلایل زیر عدم تمایل به تشکیل رسوب در مبدل‌های حرارتی بسیار کمتر از مبدل‌های نوع لوله ای می‌باشد :

• جریان توربولانس باعث عدم ماند مواد معلق می شود.
• نمودارتغییرات سرعت در مقطع صفحه با توجه به عدم وجود ناحیه سرعت پائین یکنواخت می باشد .
• با توجه به سطح صاف صفحات مبدل امکان صیقلی کردن آنها وجود دارد.
• دپوی مواد خورده شده با توجه به نرخ بسیار پائین رسوب گذاری عملا ناچیز بشمار می آید .
• با توجه به سادگی تمیز کاری مبدل های صفحه ای عملا زمان مورد نیاز برای تشکیل رسوب ارضاء نمیشود.

برخی از عوامل ایجاد خوردگی:

1. فولادهای ضدزنگ در معرض کلراید و کلرین درمعرض خوردگی قرار میگیرند.
2. شرایط سکون.
3. یونهای کلراید جایگزین یونهای اکسیژن و هیدروکسید شوند.
4. در آب هرز و فاسد میشوند.
5. شتاب فاسد شدن.
6. خوردگی ممکن است در زیر واشرها یا نزدیک درپوشهای جوشکاری شده اتفاق بیفتد.

[h=3]ب- رسوب و گرفتگی[/h]

برخی از عوامل رسوب زا:

• تبلور: نمک در آب طبیعی کاهش دما
• رسوب گذاری: خاک ،ماسه ،زنگ کنترل سرعت
• واکنش شیمیایی تولید زغال: هیدروکربن در دمای بالا کاهش دما

[h=2]1-9- طراحی مبدل های حرارتی صفحه ای واشر دار[/h]مبدل حرارتی صفحه‌ای اساسا" با توجه به سادگی نت و با توجه به نیازهای صنایع غذائی در دهه ۱۹۳۰ ابداع شدند و طراحی بهینه آن در دهه ۱۹۶۰ با تکامل موثرتر هندسه صفحات، مونتاژ اجزا و مواد بهینه تر برای ساخت واشرهای مورد استفاده در این نوع مبدل‌ها کارآمدتر از گذشته مورد بازبینی قرار گرفت و موارد استفاده از آنها به تمامی صنایع راه پیدا کرد و توانسته است از رقیب خود (مبدل‌های لوله‌ای) پیشی بگیرد. به دلیل تنوع بسیار زیاد محدوده‌های طراحی این نوع مبدل‌ها که در نوع صفحات و آرایش آنها قابل بررسی است عملاً شرکت‌های سازنده آنها اطلاعات محرمانه طراحی را اعلام نمی کنند.
مبدل‌های صفحه‌ای واشردار از تعدادی صفحات نازک با سطح چین دار و یا موج دار تشکیل شده است که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا می‌کنند. صفحات دارای قطعاتی در گوشه‌ها هستند و به نحوی چیدمان شده‌اند که دو سیال عامل بصورت یک در میان، میان صفحات جریان دارند. طراحی و واشربندی بهینه این امکان را ایجاد می‌کند که مجموعه ای از صفحات در کنار یگدیگر تشکیل یک مبدل صفحه‌ای مناسب را بدهند. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای معمولاً "در جریان سیالتی با فشار پائین تر از 25 bar و دمای کمتر از ۲۵۰ درجه محدود می‌شوند. از آنجا که کانالهای جریان کاملا کوچک هستند جریان قوی گردابه‌ای و آشفته موجب بزرگ شدن ضرایب انتقال حرارت و افت فشارها می‌گردد بعلاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی باعث کاهش تشکیل رسوب می‌شود. واشرها از نشتی سیال به بیرون مبدل جلوگیری می‌کنند و سیال‌ها را در صفحات به شکل مورد نظر هدایت می‌نمایند. شکل جریان عموما" به نحوی انتخاب می‌شوند که جریان سیالها خلاف جهت یکدیگر باشند.در ادامه به طراحی مبدل های صفحه ای واشر دار می پردازیم .

---

[1]. Heaters

[2] .Coolers

[3] .Condensers

[4] .Evaporators

[5] .Vaporizers

[6] .Re boilers

[7] .Furnaces

[8] Cooling Towers

[9] .Plate Heat Exchanger(PHX)

[10] .Revamp

[11] .Fouling

[12] .Dead Zone