مبدل‌های حرارتی از اجزای اساسی در فرآیندهای صنعتی هستند که برای انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای مختلف استفاده می‌شوند. مبدل حرارتی دستگاهی است برای انتقال حرارت مؤثر بین دو سیال (گاز یا مایع) که منبع گرمایشی سیال گرم است و مکانیسم انتقال حرارت در مبدل حرارتی فقط جابه‌جایی صورت می‌گیرد و سیال سرد و گرم توسط یک سطح جامد ثابت (تیوپ یا لوله) از یکدیگر جدا شده‌اند و انتقال از طریق سطح مذکور صورت می‌گیرد.
این تجهیزات در صنعت نفت و گاز اهمیت ویژه‌ای دارند، زیرا کارایی آنها می‌تواند به طور قابل توجهی بر بهره‌وری و هزینه‌های عملیاتی تأثیر بگذارد. در ادامه، به بررسی جامع مبدل‌های حرارتی از جنبه‌های مختلف می‌پردازیم.
مبدل‌های حرارتی در صنعت نفت و گاز انواع مختلفی دارند که هر یک برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. در ادامه به انواع مختلف مبدل‌های حرارتی که به طور گسترده در این صنعت استفاده می‌شوند، می‌پردازیم:
این نوع از مبدل‌ها شامل یک پوسته خارجی و تعداد زیادی لوله داخلی است که یکی از سیالات در داخل لوله‌ها و دیگری در خارج از لوله‌ها و درون پوسته جریان دارد، به دلیل طراحی ساده و قابلیت تحمل فشار و دمای بالا، به طور گسترده در فرآیندهای مختلف نفت و گاز از جمله پیش‌گرمایش، خنک‌سازی و تبادل حرارت بین سیالات مختلف استفاده می‌شوند. از مزیت‌های مبدل حرارتی پوسته و لوله می‌توان به مقاومت بالا در برابر فشار و دما، قابلیت تعمیر و نگهداری آسان آنها اشاره کرد.
مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای از مجموعه‌ای از صفحات نازک فلزی تشکیل شده که به صورت موازی و با فاصله کم قرار گرفته‌اند. سیالات از میان این صفحات عبور می‌کنند و حرارت بین آنها منتقل می‌شود. این نوع از مبدل‌ها معمولاً برای فرآیندهایی که نیاز به انتقال حرارت با کارایی بالا و در فضاهای محدود دارند، مانند گرمایش و خنک‌سازی سیالات با ویسکوزیته پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند. از نقاط قوت مبدل حرارتی صفحه ای می‌توان به سطح انتقال حرارت بالا، بازدهی حرارتی عالی و طراحی فشرده اشاره کرد.
مبدل‌های حرارتی هوایی از تعدادی لوله که سیال داغ از درون آنها عبور می‌کند و یک فن که هوای خنک را از بیرون به روی لوله‌ها می‌دمد، تشکیل شده است. این نوع مبدل به ویژه در مواقعی که دسترسی به آب خنک‌کننده محدود است یا هزینه‌های خنک‌کننده مایع بالا است، مانند تاسیسات دور افتاده یا مناطق خشک، بسیار کمک کننده است. از نقاط قوت و حائز اهمیت مبدل حرارتی هوایی می‌توان به عدم نیاز به آب خنک‌کننده و مناسب برای شرایط محیطی خشک و گرم اشاره کرد.
مبدل‌های حرارتی دو لوله‌ای شامل دو لوله متحدالمرکز است که یکی در داخل دیگری قرار دارد. یکی از سیالات از داخل لوله داخلی و سیال دیگر از فضای بین دو لوله جریان دارد. موارد استفاده این نوع مبدل در فرآیندهایی با جریان‌های کم و فشارهای بالا، مانند سیستم‌های تبرید و برخی فرآیندهای شیمیایی خاص است. از مزیت‌های این نوع مبدل، می‌توان به سادگی در طراحی و کاربرد مناسب برای فشارهای بالا اشاره کرد.
مبدل‌های حرارتی جوشی برای انتقال حرارت به سیال تا نقطه جوش و تبدیل آن به بخار طراحی شده‌اند. این نوع مبدل‌ها در فرآیندهای تولید بخار، سیستم‌های تبرید و تبدیل حرارت در واحدهای پتروشیمی و پالایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مزیت‌های این نوع مبدل حرارتی می‌توان به بازدهی بالا در تولید بخار و کاربردهای مناسب در صنعت اشاره کرد.
مبدل‌های حرارتی چگالشی برای خنک‌سازی بخار و تبدیل آن به مایع طراحی شده‌اند. این نوع مبدل‌ها در فرآیندهای تبرید، بازیابی حرارت از بخار و تقطیر مورد استفاده قرار می‌گیرند.از مزیت‌های آن می‌توان به بازدهی بالا در چگالش و بازیابی انرژی از بخار اشاره کرد.
مبدل‌های حرارتی بازسازی کننده شامل یک بستر ثابت یا چرخان از مواد ذخیره کننده حرارت است که به صورت دوره‌ای با جریان گرم و سرد در تماس است. کاربرد این نوع از مبدل‌ها در فرآیندهایی است که نیاز به بازیابی حرارت از گازهای خروجی دارند، مانند واحدهای تولید برق و تاسیسات صنعتی. از نقاط قوت این نوع از مبدل‌ها می‌توان به بازدهی بالا در بازیابی حرارت و کاهش مصرف انرژی اشاره کرد.
این تجهیز به دلیل ضریب انتقال حرارت بالا، ساختار جمع و جور، قابلیت تمیز کاری و تعمیر آسان در صنایع مختلفی چون پالایشگاه‌های نفت و گاز، صنایع شیمیایی، نیروگاه‌های برقی، صنعت ذوب، داروسازی، صنایع شیمیایی، تولیدی و… کاربرد زیادی دارد.
انعطاف پذیری ضعیف و نشت آسان و نیاز به تعویض دوره ای واشر از ضعف این تجهیز می‌باشد. همچنین به دلیل رسوب گذاری ذرات محلول و مواد جامد، رسوب گذاری در اثر واکنش شیمیایی، خوردگی، انجماد و … باید دوره ای برای تمیز کاری تجهیز در نظر گرفته شود. هرچه سیال رسوب گذارتر باشد، تناوب دوره‌های تمیز کاری نیز افزایش می‌یابد.
ساخت مبدل‌های حرارتی شامل مراحل مختلفی است که هر کدام نیاز به دقت و تخصص بالایی دارند:
فرآیند ساخت با طراحی اولیه آغاز می‌شود که شامل محاسبات حرارتی و مکانیکی برای تعیین اندازه، نوع، و پیکربندی مبدل است.
نرم‌افزارهای طراحی پیشرفته مانند HTRI و Aspen HYSYS برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی عملکرد مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شوند.
مواد و متریال مورد استفاده باید دارای ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، هدایت حرارتی بالا و مقاومت مکانیکی مناسب باشند.
مواد رایج شامل فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، مس، و تیتانیوم هستند.
لوله‌ها و صفحات معمولاً از طریق فرآیندهای خمکاری، پرس، و جوشکاری شکل داده می‌شوند. مونتاژ نهایی شامل اتصال اجزا به یکدیگر و تضمین عدم نشتی و استحکام مکانیکی است.
مبدل‌های حرارتی پس از ساخت تحت آزمایش‌های فشار، دما، و عملکرد قرار می‌گیرند تا از کیفیت و ایمنی آنها اطمینان حاصل شود. بازرسی‌های غیرمخرب مانند تست اولتراسونیک و تست جریان ادی برای شناسایی عیوب پنهان استفاده می‌شوند.
انتخاب مواد مناسب برای ساخت مبدل‌های حرارتی بسیار مهم است و به عوامل زیر بستگی دارد:
نگهداری مناسب برای حفظ کارایی و طول عمر مبدل‌های حرارتی حیاتی است و شامل فعالیت‌های زیر می‌شود:
مبدل‌های حرارتی به تنهایی کار نمی‌کنند و نیاز به اجزای مکملی دارند که شامل تجهیزات زیر است:
شرکت پتروسازه بین الملل آرام سازنده مبدل‌های حرارتی می‌باشد. این مجموعه با بهره‌گیری از نیروهای متخصص و تجهیزات مورد نیاز، امکان ساخت مبدل‌های حرارتی را دارا می‌باشد. جهت دریافت مشاوره تخصصی با کارشناسان ما تماس بگیرید.
منابع
