هل تساءلت يومًا عن الأبطال المجهولين في العمليات الصناعية؟ في منشور المدونة هذا، سنغوص في عالم المبادلات الحرارية الرائع، وهي الأجهزة الأساسية التي تحافظ على عمل آلاتنا بسلاسة وبهدوء. بصفتي مهندسًا ميكانيكيًا متمرسًا، سأرشدك إلى الأنواع المختلفة من المبادلات الحرارية، وخصائصها الفريدة، وكيفية نقلها للحرارة بكفاءة بين السوائل. استعد لاكتشاف التصميمات المبتكرة التي تجعل عالمنا الحديث ممكناً!
ويشار إلى كل جزء من الغلاف باسم "ممر واحد". يتم توصيل الأنبوب الداخلي (أنبوب نقل الحرارة) للممر بواسطة أنابيب كوع على شكل حرف U، بينما يتم توصيل الأنبوب الخارجي في صفوف بأنابيب قصيرة ومثبتة على الدعامة. يتم نقل الحرارة من مائع إلى آخر من خلال جدار الأنبوب الداخلي. عادة، يتم إدخال السائل الساخن (السائل A) من القسم العلوي، ويتم إدخال السائل البارد (السائل B) من القسم السفلي. يتم توصيل طرفي الأنبوب الخارجي للغلاف بالأنبوب الداخلي من خلال اللحام أو الشفاه. يتم توصيل الأنبوب الداخلي وأنبوب الكوع على شكل حرف U بواسطة الشفاه، مما يسهل تنظيف أنابيب نقل الحرارة وزيادتها أو تقليلها. يبلغ الطول الفعال لكل أنبوب نقل حرارة من 4 إلى 7 أمتار. يمكن أن تصل مساحة نقل الحرارة لهذا المبادل الحراري إلى 18 مترًا مربعًا، مما يجعله مناسبًا للتبادل الحراري على نطاق صغير.
يتميز بهيكل بسيط ويمكنه تحمل الضغط العالي، مما يجعله مناسبًا لمختلف التطبيقات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تعديل مساحة نقل الحرارة بسهولة لتلبية الاحتياجات المختلفة.
هناك العديد من الوصلات بين الأنابيب المعرضة للتسرب. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تشغل مساحة كبيرة وتتطلب كمية كبيرة من المعدن لكل وحدة من سطح نقل الحرارة.
يتألف هيكل المبادل الحراري للرأس العائم من أسطوانة، وشفة جانبية لغطاء الرأس الخارجي، وصفيحة أنبوبية للرأس العائم، وحلقة خطاف، وغطاء رأس عائم، وغطاء رأس عائم، وغطاء رأس خارجي، وفتحات لولبية، وحلقة فولاذية، وغير ذلك. تصميم الرأس العائم ذو الخطاف والحلقة العائمة موضح في الرسم التوضيحي المرفق.
عندما يكون هناك اختلاف في درجة الحرارة بين أنبوب التبادل الحراري والغلاف، فإن الغلاف أو أنبوب التبادل الحراري لن يثبط أحدهما الآخر ولن يخلق إجهادًا في اختلاف درجة الحرارة. يمكن إخراج حزمة الأنابيب من الغلاف لتسهيل التنظيف داخل الأنابيب وبينها.
الهيكل معقد، مما يؤدي إلى ارتفاع كمية المواد والتكلفة. إذا لم يكن الختم بين غطاء الرأس العائم ولوحة الأنبوب العائم محكمًا، فقد يتسبب ذلك في حدوث تسرب داخلي، مما يؤدي إلى اختلاط الوسيطتين.
يقوم هذا النوع من المبادلات الحرارية بتشكيل الأنابيب المعدنية في أشكال مختلفة مناسبة للحاوية، ويغمرها في السائل داخل الحاوية.
تتميز بهيكل بسيط ويمكنها تحمل الضغط العالي، كما يمكن تصنيعها من مواد مقاومة للتآكل.
درجة الاضطراب في السائل في الحاوية منخفضة، ومعامل انتقال الحرارة على السطح الخارجي للأنبوب صغير. ولتحسين معامل نقل الحرارة، يمكن تركيب أداة تقليب في الحاوية.
المبادل الحراري اللوحي هو قطعة مثالية لإجراء التبادل الحراري بين السوائل وبين السائل والبخار. إنه مبادل حراري عالي الكفاءة يتكون من سلسلة من المبادلات الحرارية المموجة صفائح معدنية.
يتكون المبدأ الهيكلي للمبادل الحراري اللوحي من عدة صفائح مموجة مضغوطة معًا على فاصل زمني ثابت، ومغلقة بحشيات، ومثبتة في مكانها بواسطة إطارات ومسامير ضغط. تشكل الزوايا الأربع للألواح والحشيات أنابيب توزيع وتجميع للسائل. يتم فصل السوائل الباردة والساخنة وتتدفق عبر قنوات التدفق على جانبي كل لوحة، حيث يحدث التبادل الحراري من خلال الألواح.
يتكون المبادل الحراري من حاجز وحلقة تعويض وفوهة إطلاق الحرارة. عندما يتبادل المائع الحرارة عند درجة حرارة عالية، تزيل حلقة التعويض الإجهاد الحراري الناجم عن الفرق الكبير في درجة الحرارة بين الغلاف وحزمة الأنبوب، والذي ينتج عن معدلات التمدد الحراري المختلفة.
المبادل الحراري ذو الزعانف اللوحية هو جهاز فعال ومدمج وخفيف الوزن لنقل الحرارة. في الماضي، كانت تكلفة تصنيعه المرتفعة تحد من استخدامه في عدد قليل من الصناعات، مثل الفضاء والإلكترونيات والطاقة الذرية. ومع ذلك، فقد تم اعتماده تدريجيًا في قطاع البتروكيماويات والقطاعات الصناعية الأخرى. هناك أشكال هيكلية مختلفة من المبادلات الحرارية ذات الزعانف اللوحية، لكن العناصر الأساسية تظل كما هي: لوحان معدنيان رفيعان متوازيان رقيقان مع زعانف معدنية مموجة أو على شكل زعانف معدنية مضافة بينهما لإغلاق الجوانب، مما يشكل وحدة أساسية للتبادل الحراري.
يتم تثبيت غلاف على الجدار الخارجي للحاوية، مما يخلق فراغًا بين الغلاف والحاوية يعمل كمسار للتدفئة أو وسيط التبريد. ومع ذلك، فإن سطح نقل الحرارة محدود بجدار الوعاء، مما يؤدي إلى انخفاض معامل نقل الحرارة. ولتحسين المعامل وضمان التسخين المتساوي للسائل في الوعاء، يمكن تركيب أداة تقليب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن وضع حواجز حلزونية أو تدابير أخرى لزيادة الاضطراب في الغلاف عند إدخال ماء التبريد أو عوامل التسخين دون تغيير الطور، مما يعزز معامل انتقال الحرارة على جانب واحد من الغلاف.
هيكل بسيط ومعالجة مريحة.
مساحة نقل الحرارة الصغيرة وكفاءة نقل الحرارة المنخفضة.
يتكون المبادل الحراري الأنبوبي على شكل حرف U من أنابيب تبادل حراري مثنية على شكل حرف U، مع تثبيت كلا الطرفين على نفس اللوحة الأنبوبية. يكون الغلاف وأنابيب التبادل الحراري منفصلين، مما يسمح لحزمة الأنابيب بالتمدد والانكماش بحرية دون توليد إجهاد فرق في درجة الحرارة. ويتميز هذا المبادل الحراري بهيكل بسيط، مع لوحة أنبوبية واحدة فقط وبدون رأس عائم. يمكن استخراج حزمة الأنابيب وتركيبها بسهولة لتنظيفها، مما يجعلها ملائمة للاستخدام.
ومع ذلك، فإن شكل حرف U للأنابيب ذات أنصاف أقطار الانحناء المختلفة يعني أنه يمكن استبدال أنبوب التبادل الحراري الخارجي فقط في حالة تلفه، بينما يجب سدّ الأنابيب الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن الفجوة الموجودة في وسط حزمة الأنبوب الناجمة عن محدودية نصف قطر الانحناء لأنابيب التبادل الحراري يمكن أن يؤدي إلى قصر دائرة السائل، مما يؤثر على أداء نقل الحرارة.
تشمل مزايا المبادل الحراري الأنبوبي على شكل حرف U ما يلي:
الهيكل بسيط، مع وجود لوحة أنبوبية واحدة فقط، وعدد أقل من أسطح الختم، مما يضمن التشغيل الموثوق به والتكلفة المنخفضة. يمكن إزالة حزمة الأنبوب بسهولة للتنظيف المريح بين الأنابيب.
يصعب تنظيف الأنبوب;
نظرًا لمتطلبات نصف قطر انحناء معين، فإن معدل استخدام الصفيحة الأنبوبية منخفض;
التباعد بين الأنابيب الداخلية في حزمة الأنابيب كبير، مما يتسبب في احتمالية حدوث قصر في الدائرة الكهربائية في جانب الغلاف;
إذا انكسر الأنبوب الداخلي، فلا يمكن استبداله ويجب سده، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل الخردة.
المبادل الحراري الأنبوبي هو أكثر أنواع المبادلات الحرارية استخدامًا حاليًا في الصناعة الكيميائية وإنتاج الكحول. وهو يتكون من مكونات مثل الغلاف وصفيحة الأنبوب وأنابيب التبادل الحراري والرأس والحاجز. يمكن أن تكون المواد المستخدمة مصنوعة من الفولاذ الكربوني العادي أو النحاس الأحمر أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
في عملية التبادل الحراري، يدخل مائع واحد من خلال أنبوب توصيل في الرأس، ويتدفق عبر الأنابيب، ويخرج من خلال أنبوب المخرج في الطرف المقابل للرأس، ويشار إليه باسم جانب الأنبوب.
وفي الوقت نفسه، يدخل مائع آخر من خلال أنبوب توصيل في الغلاف ويخرج من خلال أنبوب توصيل آخر، يشار إليه باسم جانب الغلاف في المبادل الحراري الأنبوبي.
المبادل الحراري ذو اللوح الحلزوني هو مبادل حراري جديد وفعال ومستقر يمكن أن يعمل بشكل جيد مع وحدات متعددة. يتميز بكفاءة نقل الحرارة العالية وموثوقية التشغيل القوية، مع مقاومة منخفضة.
ومع ذلك، يتطلب المبادل الحراري ذو اللوح الحلزوني مبادلًا حراريًا عاليًاجودة اللحام وقد يكون من الصعب إصلاحه. ونظراً لثقل وزنها وضعف صلابتها، يجب توخي المزيد من الحذر أثناء النقل والتركيب.
يتضمن هذا النوع من المبادلات الحرارية تثبيت أنابيب التبادل الحراري في صفوف على إطار فولاذي. يتدفق السائل الساخن داخل الأنابيب، بينما يتم توزيع ماء التبريد بالتساوي من جهاز الرش أعلاه. ويعرف أيضاً باسم مبرد الرذاذ.
يكون معامل انتقال الحرارة خارج الأنبوب أكبر بكثير من معامل انتقال الحرارة في المبادل الحراري من النوع الغاطس بسبب وجود طبقة من طبقة سائلة عالية الاضطراب خارج الأنبوب. وبالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما توضع هذه المبادلات الحرارية في مناطق ذات دوران هواء، كما أن تبخر ماء التبريد يزيل أيضًا بعض الحرارة، مما يساعد على خفض درجة حرارة ماء التبريد وتعزيز القوة الدافعة لنقل الحرارة.
ولذلك، فإن المبادل الحراري من نوع الرذاذ له تأثير نقل حرارة محسن كثيرًا مقارنةً بالمبادلات الحرارية من نوع الغمر.
الأنابيب الحرارية هي نوع من مكونات نقل الحرارة ذات الموصلية الحرارية العالية. وهي تنقل الحرارة من خلال تبخر وتكثيف الوسط العامل في غلاف تفريغ مغلق بالكامل.
فهي تتمتع بالعديد من المزايا، مثل التوصيل الحراري العالي، والسلوك المتساوي الحرارة، والقدرة على تغيير منطقة نقل الحرارة على الجانبين الساخن والبارد، ونقل الحرارة لمسافات طويلة، والتحكم في درجة الحرارة، وغير ذلك.
ومع ذلك، فإن العيب هو ضعف مقاومة الأكسدة ومقاومة درجات الحرارة العالية. ويمكن معالجة ذلك بتركيب مبادل حراري من السيراميك في المقدمة، مما يحل مشكلة مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل.
وحاليًا، تُستخدم الأنابيب الحرارية على نطاق واسع في صناعات مثل المعادن والكيماويات وتكرير النفط والغلايات والسيراميك والنقل والمنسوجات الخفيفة والآلات وغيرها. وكوسيلة لاستعادة الحرارة المهدرة والاستفادة من الطاقة الحرارية في العملية، أظهرت الأنابيب الحرارية فوائد اقتصادية ملحوظة.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO