مبدل حرارتی لوله در لوله (Tube to Tube Heat Exchangers) یکی از پرکاربردترین ابزارها در صنایع نفت و گاز به شمار می‌آید. این مبدل حرارتی وظیفه انتقال حرارت بین دو سیال را بر عهده دارد که در اکثر موارد، یکی از سیالات گاز یا مایع فرآیندی و دیگری یک سیال واسطه مانند آب یا روغن است. طراحی مبدل‌های لوله-لوله به گونه‌ای است که جریان‌های سیال در دو مسیر جداگانه درون لوله‌های مختلف جریان دارند و با یکدیگر تماس مستقیم ندارند. در این مبدل، انتقال حرارت از طریق دیواره‌های لوله‌ها انجام می‌شود که به کاهش اتلاف انرژی و افزایش کارایی سیستم کمک می‌کند.
مبدل‌های حرارتی لوله-لوله (Tube-to-Tube Heat Exchangers) در انواع مختلفی طراحی و تولید می‌شوند تا با شرایط عملیاتی و نیازهای خاص صنایع نفت و گاز هماهنگ شوند. هر نوع مبدل دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که آن را برای کاربردهای خاص مناسب می‌سازد. در ادامه به معرفی انواع مبدل‌های لوله-لوله پرداخته و شرایط استفاده و ویژگی‌های هر کدام را بررسی خواهیم کرد.
این نوع مبدل یکی از ساده‌ترین انواع مبدل‌های لوله-لوله است و معمولاً از دو لوله هم‌مرکز تشکیل شده که سیال داغ در یکی و سیال سرد در دیگری جریان دارد. مبدل‌های دوجداره به دلیل سادگی در ساختار و امکان تمیزکاری آسان، برای کاربردهایی با دبی جریان کم و تفاوت دمایی زیاد بین سیالات استفاده می‌شوند. این مبدل‌ها معمولاً در فرآیندهای گرمایش و سرمایش در صنایع نفت و گاز به کار می‌روند.
ویژگی‌ها:
مبدل‌های لوله مارپیچ از یک یا چند لوله مارپیچ تشکیل شده‌اند که درون یک پوسته قرار دارند. این نوع مبدل به دلیل طراحی مارپیچ لوله‌ها دارای سطح انتقال حرارت بیشتری است و برای کاربردهایی که نیاز به انتقال حرارت بالا دارند، مناسب است. عمدتاً در سیستم‌های بازیابی انرژی و واحدهای فرآوری گاز طبیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ویژگی‌ها:
مبدل‌های پوسته‌ای یکی از پرکاربردترین انواع مبدل‌های لوله-لوله هستند که از چندین لوله درون یک پوسته بزرگ تشکیل شده‌اند. سیال اول درون لوله‌ها و سیال دوم درون پوسته جریان دارد. این مبدل‌ها معمولاً در فرآیندهای پالایشگاهی و پتروشیمی استفاده می‌شوند که در آنها نیاز به انتقال حرارت در دماها و فشارهای بالا وجود دارد.
ویژگی‌ها:
این نوع مبدل دارای پره‌هایی (فین) در اطراف لوله‌های داخلی است که سطح تماس بین سیالات و لوله‌ها را افزایش می‌دهد. مبدل‌های فین‌دار به دلیل این طراحی خاص، برای کاربردهایی که نیاز به افزایش انتقال حرارت و کاهش اندازه و وزن مبدل دارند، بسیار مناسب هستند. از این نوع مبدل بیشتر در واحدهای سرمایشی و گرمایشی گاز و هوا استفاده می‌شود.
ویژگی‌ها:
مبدل‌های لوله-لوله موج‌دار از لوله‌هایی با دیواره‌های موج‌دار یا راه‌راه تشکیل شده‌اند. این طراحی خاص باعث ایجاد جریان توربولنت در داخل لوله‌ها می‌شود که در نتیجه آن انتقال حرارت افزایش می‌یابد. این مبدل‌ها برای فرآیندهایی که نیاز به سرعت بالای انتقال حرارت دارند، مانند واحدهای خنک‌کننده و گرم‌کننده در صنعت نفت و گاز، استفاده می‌شوند.
ویژگی‌ها:
این مبدل‌ها از ترکیب لوله‌ها و صفحات فلزی تشکیل شده‌اند که سیالات از میان آنها عبور می‌کنند. طراحی صفحه‌ای باعث افزایش سطح تماس سیالات و در نتیجه بهبود کارایی انتقال حرارت می‌شود. مبدل‌های صفحه‌ای برای کاربردهایی که نیاز به حجم کمتر و کارایی بیشتر دارند، بسیار مناسب هستند و معمولاً در فرآیندهای نفت و گاز که نیاز به کاهش مصرف انرژی دارند، استفاده می‌شوند.
ویژگی‌ها:
متریال ساخت مبدل‌های لوله-لوله عمدتاً بستگی به نوع سیالی که در داخل و خارج لوله‌ها جریان دارد و همچنین دما و فشار عملیاتی سیستم دارد. از رایج‌ترین مواد مورد استفاده در این مبدل‌ها می‌توان به فولاد ضد زنگ، مس، آلیاژهای نیکل و تیتانیوم اشاره کرد. هر کدام از این مواد دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند. به‌عنوان مثال، فولاد ضدزنگ به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت در محیط‌های خورنده نفت و گاز بسیار پرکاربرد است. همچنین در مواردی که فشار عملیاتی بالا باشد، از آلیاژهای مقاوم‌تری مانند آلیاژهای نیکل استفاده می‌شود.
مبدل‌های حرارتی لوله-لوله در فرآیندهای مختلف صنعت نفت و گاز استفاده می‌شوند. برخی از کاربردهای کلیدی آنها عبارتند از:
خنک‌سازی سیالات فرآیندی: در بسیاری از فرآیندهای پالایشگاهی و پتروشیمی، سیالات پس از انجام واکنش‌های شیمیایی نیاز به خنک‌شدن دارند. مبدل‌های لوله-لوله به‌عنوان ابزاری کارآمد برای این کار شناخته می‌شوند.
گرمایش سیالات ورودی: در واحدهای فرآوری گاز طبیعی، از این مبدل‌ها برای گرم‌کردن گاز ورودی به منظور جلوگیری از تشکیل یخ استفاده می‌شود.
بازیابی انرژی: این مبدل‌ها می‌توانند انرژی حرارتی موجود در سیالات خروجی را به سیالات ورودی منتقل کنند، که این امر موجب صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود.
نگهداری صحیح مبدل‌های لوله-لوله بسیار مهم است تا کارایی و طول عمر آنها حفظ شود. این مبدل‌ها در معرض شرایط عملیاتی سختی قرار دارند که می‌تواند باعث کاهش عمر مفید آنها شود. برخی از اقداماتی که برای نگهداری این مبدل‌ها پیشنهاد می‌شود عبارتند از:
تمیزکاری منظم: به دلیل رسوب‌گذاری سیالات، لوله‌های مبدل می‌توانند مسدود شوند، بنابراین تمیزکاری دوره‌ای لوله‌ها ضروری است.
بررسی خوردگی: در صورتی که مبدل‌ها در معرض سیالات خورنده قرار داشته باشند، لازم است به‌صورت دوره‌ای بررسی شوند تا علائم خوردگی مشاهده شود و از آسیب‌های جدی به لوله‌ها جلوگیری شود.
تعویض قطعات فرسوده: لوله‌ها و دیگر اجزای مبدل ممکن است پس از مدتی فرسوده شوند، لذا تعویض قطعات آسیب‌دیده از دیگر اقدامات ضروری در نگهداری این مبدل‌ها است.
مبدل‌های حرارتی لوله-لوله به‌طور گسترده‌ای در صنعت نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله مهم‌ترین بخش‌هایی که از این مبدل‌ها استفاده می‌شود می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
پالایشگاه‌ها: در پالایشگاه‌های نفت خام، مبدل‌های لوله-لوله برای انتقال حرارت بین سیالات مختلف به کار می‌روند. در این محیط‌ها، سیالات داغ و خورنده معمولاً به وسیله لوله‌های فولادی ضد زنگ مدیریت می‌شوند.
واحدهای فرآوری گاز طبیعی: این مبدل‌ها در واحدهای فرآوری گاز طبیعی به منظور خنک‌سازی یا گرم‌کردن سیالات گازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پتروشیمی: در واحدهای پتروشیمی که واکنش‌های شیمیایی در دماها و فشارهای بالا رخ می‌دهد، مبدل‌های لوله-لوله نقش مهمی در بهینه‌سازی فرآیندها و کاهش هزینه‌های انرژی ایفا می‌کنند.
نتیجه‌گیری
مبدل لوله در لوله یکی از حیاتی‌ترین اجزای سیستم‌های فرآوری نفت و گاز به شمار می‌آیند. انتخاب متریال مناسب، استفاده از آنها در فرآیندهای خاص و نگهداری صحیح از این مبدل‌ها، همگی به افزایش کارایی و طول عمر آنها کمک می‌کند. به دلیل تنوع در متریال‌ها و طراحی‌های این مبدل‌ها، مهندسان می‌توانند به راحتی آنها را در سیستم‌های مختلف به‌کار بگیرند.
شرکت پتروسازه بین الملل آرام سازنده انواع مبدل‌های حرارتی از قبیل مبدل لوله در لوله، مبدل پوسته و لوله، مبدل صفحه ای و مبدل هوایی 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:
