مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، کلید راندمان پالایش و پتروشیمی

تصور کنید یک پالایشگاه نفتی بزرگ، که شبکه های پیچیده ای از لوله ها مانند رگ های خونی در یک ارگانیسم زنده در آن متقاطع هستند.مبادلات گرما شیل و لوله به عنوان مراکز گردش خون حیاتی عمل می کننداین دستگاه های همه جا در کاربردهای فشار بالا مانند پردازش پتروشیمی نقش ضروری ای دارند. اما دقیقاً چگونه کار می کنند؟,این اکتشاف جامع ماهیت چند وجهی مبادلات حرارتی پوسته و لوله را نشان می دهد.

همان طور که از نامش معلوم است، این مبادله گرما شامل دو جزء اصلی است: یک پوسته بیرونی که یک بسته لوله داخلی دارد.پوسته استوانه ای به عنوان یک ظرف تحت فشار است که دارای لوله های متعددی است که مایعات از طریق آن جریان می یابندتبادل حرارتی از طریق دیواره های لوله ای که دو جریان مایع با دمای تنظیم شده را از هم جدا می کند، رخ می دهد. پیکربندی لوله ها از طرح های صاف به طرح های طولی طولی متفاوت است.هرکدام نیاز به انتقال گرما متفاوت دارند..

کاربرد صنعتی این دستگاه ها به دلیل ساخت و ساز جمع و جور، تحمل فشار بالا و انعطاف پذیری عملیاتی است. این دستگاه ها به طور موثر مایع مایع، گاز گاز، تبخیر،و فرایندهای تهویه در کاربردهای مختلف.

مکانیسم اصلی کار بر تفاوت دما بین مایعات جدا شده توسط دیواره های لوله های رسانا تکیه دارد.یک رسانه از طریق لوله ها جریان می یابد (سیال لوله) در حالی که دیگری خارج از آنها در داخل پوسته گردش می کند (سیال پوسته)برای افزایش کارایی، جریان سمت پوسته اغلب الگوهای جریان متقاطع عمودی به بسته های لوله را اتخاذ می کند. بافلهای استراتژیک قرار داده شده مایع سمت پوسته را چندین بار از طریق لوله ها هدایت می کنند.افزایش آشفتگی و بهبود ضریب انتقال گرما.

گرما از مایعات گرم تر به مایعات سرد تر منتقل می شودبرنامه های حرارتی ممکن است بخار را به عنوان محیط گرم استفاده کنند در حالی که فرآیندهای خنک کننده می توانند از آب خنک استفاده کنند.عملکرد بر روی متغیرهای متعدد از جمله خواص مایع، سرعت جریان، مواد لوله و مهندسی ساختاری بستگی دارد.

• تخصیص مایعات:مایعات تمیز و غیر خوردنی به طور معمول در اطراف لوله ها برای نگهداری آسان تر قرار دارند، در حالی که مواد آلوده یا خوردنی از طریق پوسته ها جریان دارند.جریان های فشار بالا معمولاً از طریق لوله ها عبور می کنند تا فشار پوسته به حداقل برسد.
• ترتیب لوله:الگوهای مثلثی انتقال گرما بهتری را ارائه می دهند اما تمیز کردن پیچیده در مقایسه با طرح های مربع است.
• مهندسی بافلی:این اجزای هدایت جریان به طور انتقادی بر آشفتگی و کاهش فشار از طریق فاصله، ارتفاع و هندسه آنها تأثیر می گذارند.
• مشخصات لوله:مقدار و ابعاد به طور مستقیم بر منطقه انتقال گرما و از دست دادن فشار تاثیر می گذارند. قطر کوچکتر با تعداد لوله های بالاتر به طور کلی کارایی را بهبود می بخشد.
• پیکربندی پوسته:پوسته های استوانه ای یا مستطیل باید در برابر فشارهای عملیاتی در حالی که حجم جریان را در بر می گیرند، مقاومت کنند.

• ورق لوله ثابت:طرح های ساده و اقتصادی که به دلیل بسته های غیر قابل برداشتن برای مایعات کثیف مناسب نیستند.
• لوله ی U:اجازه گسترش حرارتی میده ولی باعث ایجاد چالش های تمیز کردن و مناطق مرده میشه
• سر شناور:امکان برداشتن بسته برای نگهداری را فراهم می کند و با هزینه های بالاتر تفاوت های درجه حرارت بزرگ را مدیریت می کند.
• بسته بندی شده:ساخت ساده خطر نشت را دارد و استفاده از آن را به کاربردهای کم فشار و غیر خطرناک محدود می کند.

نیروگاه های هسته ای از ژنراتورهای بخار مخصوص لوله های U استفاده می کنند که آب بازیافت شده را به بخار توربین سوزانده می کنند. بیشتر واحدها دارای 1, 2,یا 4 گذر از طرف لوله (پرداخت مایع از طریق پوسته)کاندنسرهای سطحی نیروگاه های برق معمولا از طرح های لوله مستقیم تک گذر استفاده می کنند.

• رسانایی حرارتی:مس و آلومینیوم در انتقال گرما بسیار موثر هستند.
• مقاومت در برابر خوردگی:سازگاری مواد با رسانه های فرآیند از تخریب جلوگیری می کند ۰تایتانیوم در برابر اسیدها مقاومت می کند، نیکل در برابر قلی است.
• تمامیت ساختاری:فولاد کربن و فولاد ضد زنگ برای کاربردهای با فشار بالا قدرت دارند.
• عوامل اقتصادی:بهره وری از هزینه ها، الزامات عملکرد را متعادل می کند.

مواد رایج شامل آلیاژ های مس، فولاد ضد زنگ، تیتانیوم و پلیمرهای تخصصی مانند PFA برای دماهای شدید است.یا از دست دادن فشار بین لایه های پوسته و لوله.

• پتروشیمی:گرمایش / خنک سازی نفت خام، مواد متوسطه و محصولات واکنش.
• تولید برق:بخار تخلیه توربین های تهویه در نیروگاه های فسیلی و هسته ای
• متالورژی:تنظیم درجه حرارت در فرآیند های ذوب و پردازش فلز
• مواد غذایی/دارویی:درمان گرمی بهداشتی مواد مصرفی و داروها
• تهویه مطبوع:سیستم های کنترل آب و هوا در ساختمان های بزرگ
• هیدرولیک:روغن های خنک کننده و مایعات انتقال در ماشین آلات سنگین

اقدامات ایمنی حیاتی شامل دستگاه های کاهش فشار (دیسک های شکستگی یا شیر) محافظت در برابر فشار بیش از حد ناشی از خرابی لوله است.طراحي و توليد از استانداردهاي سختگيري مانند TEMA پيروي مي کنند، ASME کد دیگ و EN 13445-3 ، اطمینان از قابلیت اطمینان در محیط های سخت.

در مقایسه با مبادلات گرما صفحه، طرح های پوسته و لوله قابلیت نگهداری برتر (به ویژه مدل های سر شناور) و تحمل فشار استثنایی را به دلیل ساخت بالینی ارائه می دهند.