در صنعت پالایش نفت و گاز، بهینه‌سازی انتقال حرارت مستقیماً بر مصرف انرژی و بهره‌وری تأثیر دارد. مبدل حرارتی پوسته و لوله یکی از تجهیزات مهم در این زمینه است و بهبود ضریب انتقال حرارت آن می‌تواند ظرفیت فرآیند را بالا برده و اندازه تجهیزات را کاهش دهد. شرکت پتروسازه بین‌الملل آرام (پتروسازه) با بهره‌گیری از طراحی‌های نوین و استانداردهای جهانی، روش‌های مؤثری برای افزایش ضریب انتقال حرارت ارائه می‌دهد تا مشتریان بتوانند کارایی و پایداری فرآیندهای خود را افزایش دهند و هزینه‌ها را کاهش دهند. در ادامه با بررسی این روش‌ها، نکات عملی و پیشرفتهای ارائه می‌شود که عملکرد مبدل‌های پوسته و لوله را بهبود می‌بخشد.
اهمیت افزایش ضریب انتقال حرارت در مبدل حرارتی پوسته و لوله
ضریب انتقال حرارت معیاری برای سرعت جابه‌جایی گرما بین سیالات است و افزایش آن به کاهش مصرف انرژی و بهبود کارایی کلی می‌انجامد. در فرآیندهایی مانند تقطیر نفت خام، ضریب پایین انتقال حرارت می‌تواند نیاز به سوخت بیشتری ایجاد کند و هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد.
شرکت پتروسازه با طراحی‌های مهندسی‌شده، ضریب انتقال حرارت را بهبود می‌دهد تا تجهیزات کارآمدتر و فرآیندهای اقتصادی‌تری در اختیار مشتریان قرار گیرد. این بهبود باعث کاهش آلاینده‌ها نیز می‌شود، زیرا مصرف انرژی کمتر به انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند. در محیط‌های صنعتی سخت، ارتقای ضریب انتقال حرارت موجب افزایش عمر تجهیزات و کاهش تعمیرات مداوم می‌گردد. به‌طور نمونه، بهبود ۲۰ درصدی ضریب انتقال حرارت می‌تواند هزاران ساعت عملکرد پایدار بدون توقف ایجاد کند.
استفاده از بافل‌های پیشرفته برای بهبود جریان
یکی از روش‌های مؤثر، جایگزینی بافل‌های سنتی با بافل‌های مارپیچی یا هلیکال است. این بافل‌ها جریان سیال را به صورت چرخشی هدایت کرده و آشفتگی ایجاد می‌کنند تا لایه‌های ساکن از بین بروند و انتقال حرارت افزایش یابد. بافل‌های هلیکال با جریان یکنواخت ایجاد می‌کنند، افت فشار کمتر دارند و رسوب‌گذاری را کاهش می‌دهند، ضریب انتقال حرارت تا ۳۰ درصد افزایش می‌یابد.
- بافل‌های سوراخ‌دار: آشفتگی بیشتری ایجاد کرده و توزیع جریان را بهتر می‌کنند.
- بافل‌های میله‌ای: لرزش لوله‌ها را کنترل می‌کنند و ایمنی سیستم را بالا می‌برند.
انتخاب بافل مناسب نیاز به بررسی جریان دارد تا تعادل بین ضریب و فشار برقرار شود.
به‌کارگیری لوله‌های با سطح بهبودیافته و پره‌دار
لوله‌های موج‌دار یا فرورفته به‌صورت غیرفعال ضریب انتقال حرارت را افزایش می‌دهند. این لوله‌ها آشفتگی در جریان داخلی ایجاد کرده و سطح تماس بیشتری فراهم می‌کنند.
- لوله‌های پره‌دار: سطح تماس را بالا می‌برند و در جریان‌های گازی و پوسته‌ای مؤثرند.
- لوله‌های با پوشش نانویی: رسانندگی حرارتی را افزایش می‌دهند و مقاومت در برابر خوردگی بالا می‌رود.
ترکیب لوله‌های پیشرفته با بافل‌های مناسب اثر هم‌افزایی ایجاد کرده و ضریب انتقال حرارت را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد، بدون آنکه فشار کاری غیرضروری بالا برود.
قرار دادن درج‌ها و آشفته‌سازها داخل لوله‌ها
درج‌ها مانند نوارهای پیچ‌خورده داخل لوله‌ها جریان را آشفتگی داده و انتقال حرارت را بهبود می‌بخشند. این روش اقتصادی و مؤثر است و در جریان‌های آرام ضریب انتقال حرارت را تا ۴۰ درصد افزایش می‌دهد.
آشفته‌سازها لایه‌های ساکن را می‌شکنند و در سیالات چسبناک رسوب‌گذاری را کاهش می‌دهند. علاوه بر این، استفاده از درج‌ها در سمت پوسته نیز می‌تواند انرژی پمپاژ را کاهش دهد. شرکت پتروسازه با شبیه‌سازی، بهترین نوع درج را بر اساس چسبندگی سیال پیشنهاد می‌دهد تا ضریب به حداکثر برسد بدون افزایش فشار بیش از حد.
روش‌های فعال مانند تزریق حباب یا ارتعاش
تزریق حباب: تزریق حباب به سمت پوسته آشفتگی را افزایش می‌دهد و ضریب را تا ۲۰ درصد بالا می‌برد. این روش لایه‌های ساکن را می‌شکند و گرما را بهتر منتقل می‌کند.
ارتعاش مکانیکی لوله‌ها: ارتعاش مکانیکی لوله‌ها رسوب‌گذاری را کاهش می‌دهد و ضریب را پایدار نگه می‌دارد، اما انرژی اضافی نیاز دارد. ارتعاش با فرکانس پایین بهترین نتایج را می‌دهد.
ترکیب این روش‌ها با تکنیک‌های غیرفعال مانند بافل‌های مارپیچی، اثر هم‌افزایی ایجاد کرده و عملکرد مبدل حرارتی را بهبود می‌دهد. این روش‌ها هزینه اولیه بیشتری دارند اما در بلندمدت سودآورند.
کاهش رسوب‌گذاری و تمیزکاری دوره‌ای
رسوب‌گذاری می‌تواند ضریب انتقال حرارت را کاهش دهد. پوشش‌های ضد رسوب، تمیزکاری شیمیایی دوره‌ای و استفاده از افزودنی‌های ضد رسوب در سیال، از جمله روش‌های مؤثر برای حفظ ضریب هستند.
- پوشش‌های ضد رسوب: ذرات را دفع کرده و انتقال حرارت را بهتر می‌کنند.
- تمیزکاری دوره‌ای: ضریب انتقال حرارت را نزدیک به مقدار اولیه نگه می‌دارد و از توقف تولید جلوگیری می‌کند.
- نظارت با حسگرها: رسوب را سریع شناسایی و امکان انجام اقدامات پیشگیرانه فراهم می‌شود.
بهینه‌سازی طراحی و انتخاب مواد
- مواد با رسانندگی بالا: آلیاژهای پیشرفته ضریب انتقال حرارت را افزایش می‌دهند.
- کاهش ضخامت دیواره لوله‌ها: انتقال حرارت را بهتر می‌کند اما باید استحکام حفظ شود.
- افزایش تعداد عبورها: جریان را بهینه می‌کند و ضریب را بالاتر می‌برد.
شبیه‌سازی‌های مهندسی به انتخاب بهترین ترکیب کمک می‌کنند تا ضریب انتقال حرارت به حداکثر برسد و فشار اضافی ایجاد نشود.
همچنین بخوانید: راهنمای طراحی و انتخاب مبدل‌های پوسته و لوله برای پالایشگاه‌ها
پیشرفتهای آینده در افزایش ضریب انتقال حرارت
- مواد هوشمند: تغییرات دما را تشخیص داده و انتقال حرارت را بهینه می‌کنند.
- هوش مصنوعی: برای تنظیم خودکار مبدل‌ها و بهبود ضریب انتقال حرارت کاربرد دارد.
- سیالات نانو: رسانندگی حرارتی را افزایش داده و کارایی مبدل را بهتر می‌کنند.
این نوآوری‌ها مسیر آینده صنعت پالایش و بهره‌وری انرژی را متحول خواهند کرد.
همچنین بخوانید: معرفی استانداردهای طراحی مبدل‌های پوسته و لوله (TEMA و ASME)
نتیجه‌گیری
روش‌های افزایش ضریب انتقال حرارت در مبدل حرارتی پوسته و لوله می‌توانند به بهبود عملکرد، کاهش مصرف انرژی و افزایش عمر تجهیزات منجر شوند. شرکت پتروسازه با ارائه تجهیزات پیشرفته و راهکارهای سفارشی، به مشتریان کمک می‌کند بهره‌وری را بالا برده و هزینه‌ها را کاهش دهند. برای دریافت مشاوره یا اطلاعات بیشتر، می‌توانید با کارشناسان ما تماس حاصل نمایید.
منابع
- heat-exchanger-world.com/get-more-out-of-your-heat-exchangers-with-heat-transfer-enhancement-part-2-enhancement
- stalwartint.com/unveiling-the-strategies-for-peak-heat-exchanger-performance
- intechopen.com/chapters/82664
- alfalaval.com/globalassets/documents/microsites/heating-and-cooling-hub/alfa_laval_heating_and_cooling_hub_the_theory_behind_heat_transfer.pdf
- innovationinfo.org/articles/SJASR/SJASR-6-168.pdf
- epj-conferences.org/articles/epjconf/pdf/2015/11/epjconf_efm2014_02119.pdf
- hcpetroleum.hk/news-detail/182
- sciencedirect.com/science/article/pii/S001793102400320X
