مبدل حرارتی پوسته و لوله و کارکرد آن

مبدل حرارتی تجهیزی است که در آن تبادل حرارت بین دو سیال یا منبع سرد و گرم صورت می گیرد. هدف از بکار گیری آن، خنک کردن یا گرم کردن یک سیال به کمک سیال دیگر، دفع حرارت به محیط و یا خنک کردن و گرم کردن یک فضاست. این عملیات می تواند بین مایع- مایع ، گاز- گاز و یا گاز- مایع انجام شود. مبدل های حرارتی تقریباً پرکاربرد ترین عضو در فرآیند های شیمیایی اند و می توان آن ها را در بیشتر واحدهای صنعتی ملاحظه کرد. یک از انواع مبدل های  حرارتی ، مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد که در ادامه به آن خواهیم پرداخت . 

مبدل های حرارتی در محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می شوند. این کاربردها شامل نیروگاه ها، پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی، صنایع ساخت و تولید، صنایع فرآیندی، صنایع غذایی و دارویی، صنایع ذوب فلز، گرمایش، تهویه مطبوع، سیستم های تبرید و کاربردهای فضایی می باشند. مبدل های حرارتی در دستگاه های مختلف نظیر دیگ بخار، مولد بخار، کندانسور، اواپراتور، تبخیر کننده ها، برج خنک کن، پیش گرم کن فن کویل، خنک کن و گرم کن روغن، رادیاتور ها، کوره ها و … کاربرد فراوان دارند.

حالت و نوع سیال در کاربردهای متفاوت مختلف است که تبادل حرارتی زیادی به علت وجود تعداد زیادی لوله صورت می گیرد و آن را به پر کاربردترین مبدل در صنعت تبدیل کرده است. جنس لوله ها معمولا از مس و در برخی موارد با توجه به نوع کاربری می تواند از برنج ، آلومینیوم ، استیل ، نیکل و غیره باشد.

انواع مبدل های حرارتی 

مبدل های حرارتی از نوع تماس غیر مستقیم یا همان انتقال حرارت از طریق دیواره را براساس ساختمان و مشخصات ساختاری آن ها به سه دسته زیر تقسیم بندی می کنند:

1. مبدل های لوله ای  tubular heat exchanger)
2. مبدل های صفحه ای (plate heat exchanger)
3. مبدل های پره دار (finned heat exchanger)

در مبدل حرارتی پوسته و لوله ، تعداد یک یا دسته ای از لوله های فلزی (تیوب) در داخل یک لوله ی بزرگتر (شل یا پوسته)قرار می گیرند، تیوب ها یا از یک طرف پوسته و یا از دو سر آن توسط صفحه ای گرد و حفره دار جمع آوری می شوند که این صفحه در حقیقت عمل هدر یا جمع آوری سیال داخل تیوب ها را انجام میدهد که به آن تیوپ شیت نیز گفته میشود.

اگر شکل تیوب بصورت U باشد هر دو سر تیوب ها در یک طرف پوسته قرار گرفته و از یک صفحه ی جمع کننده استفاده میشود و اگر مستقیم باشد از یک طرف پوسته ورودی و از انتهای آن خروجی در نظر گرفته می شود.

پوسته مبدل حرارتی در واقع لوله ای است با طول مشخص که تیوب ها در آنجا داده می شود و خود نیز داری ورودی و خروجی بوده که معمولاً به صورت عرضی روی آن قرار دارد. بدین ترتیب دو سیال قرار گرفته در داخل مجموعه اختلاطی با هم ندارند و صرفا از طریق دیواره تیوب های فلزی (مس، آلومینیوم، استیل، تیتانیوم و …) تبادل حرارت میکنند.

مبدل حرارتی پوسته و لوله به شکل های گوناگون در صنعت تولید می شود که کلی ترین آنها در 3 شکل U تیوب، تیوب مستقیم و اسپیرال قرار می گیرد.

مبدل حرارتی مدل اسپیرال این تفاوت را دارد که تیوب های آن در داخل پوسته به شکل مارپیچی دور هم پیچیده شده و بدین ترتیب سطح تماس بیشتر و راندمان بالاتری نسبت به حالت معمول دارند.