مبدل حرارتی پوسته و لوله (شل اند تیوب) چیست؟

مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube)

مشخصات مبدل حرارتی پوسته و لوله

همانطور که می دانید مبدل حرارتی پوسته و لوله (Shell and Tube) به دلیل انطباق پذیری و انعطافی که دارند یکی از محبوب ترین انواع مبدل های حرارتی می باشند. در این نوع مبدل دو سیال با دماهای مختلف وجود دارند که یکی از آن ها وارد پوسته یا شل می شود و دیگری به درون لوله ها هدایت می شود. گرما از یک سیال به سیال دیگر از طریق دیواره لوله ها منتقل شده و حرارت از این طریق دو سیال مبادله می شود.

مبدل های حرارتی شل و تیوب به شکل گسترده ای در تهویه و صنایع جهت گرم و سرد کردن سیال ها کاربرد دارند. این نوع مبدل ها در صنایع مختلفی از جمله : برودتی، شیمیایی، انرژی، نیروگاهی، پتروشیمی، هسته ای و بسیاری از صنایع دیگر به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. اجزای تشکیل دهنده مبدل های حرارتی پوسته و لوله همانطور که از اسم آن ها مشخص است شامل یک پوسته ( لوله با سایز بزرگتر) می باشد که در داخل آن باندل لوله های با سایز کوچکتر قرار می گیرند. لوله های مورد استفاده در مبدل ها می توانند از جنس های کربن استیل، استنلس استیل 304، استنلس استیل 316، مس، نیکل و آلومینیوم باشند.

CFD حرکت سیال گرم و سرد در مبدل حرارتی پوسته و لوله

اجزای مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل های حرارتی پوسته و لوله از لحاظ ساختاری دارای بخش های مختلفی می باشند که بر اساس کاربرد و نوع سیال مورد استفاده در آن ها انتخاب و طراحی می شوند. در ادامه به معرفی اجزای اصلی این نوع مبدل خواهیم پرداخت.

• پوسته / شل (Shell)

پوسته یا شل مبدل تا سایز 24 اینچ از لوله و برای سایز های بالاتر از 24 اینچ از خمکاری و جوشکاری ورق فلزی ساخته می شود. به دلایل اقتصادی لوله فولادی با درصد کربن پایین، مناسب ترین گزینه برای ساخت پوسته می باشد. البته در شرایطی که رنج دمایی بسیار بالا یا پایین باشد و یا به دلایل مقاومت خوردگی از مواد دیگری نیز برای ساخت پوسته استفاده می شود. استفاده از لوله های تا سایز 24 اینچ باعث کاهش هزینه ساخت و سهولت پروسه تولید می گردد. این موضوع به این دلیل است که مقطع لوله ها عموماً در قیاس با ورق های رول و جوشکاری شده، به شکل ایده آلی دایره ای هستند.

• هدر ها (Headers)

هدر های دو سر مبدل باید بر اساس نوع کاربرد مبدل انتخاب شوند. بیشتر هدر ها قابلیت باز شدن دارند تا دسترسی به لوله ها ممکن باشد. هدر ها می توانند با فلنج یا جوش به تیوب شیت متصل شوند.

• لوله ها  (Tubes)

لوله ها می توانند از انواع بدون درز یا درز دار باشند. جنس لوله ها نیز می تواند از انواع کربن استیل، استنلس استیل، تیتانیوم، نیکل کروم، مس، آلومینیوم و … می باشد. همچنین سایز استاندارد لوله ها معمولاً از 2/1 ، 4/3 ، 1 و 2/1 1 اینچ می باشد. ضخامت دیواره لوله ها باید بر اساس فشار و دمای سیال داخل لوله و بیرون لوله، استرس دمایی بین پوسته و لوله و خواص خورندگی سیالات داخل پوسته و لوله تعیین گردد. گاهی اوقات لوله های با سایز بالاتر جهت سهولت در رسوب زدایی و تمیز کردن لوله ها و همچنین دستیابی به افت فشار کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. تعداد حداکثری لوله در پوسته باعث ایجاد تلاطم و اغتشاش شده و در نهایت باعث افزایش ضریب انتقال حرارت در مبدل می گردد.

• تیوب شیت (Tube Sheet)

تیوب شیت از ورق فلزی با سوراخ هایی جهت جایگذاری لوله ها ساخته می شود. لوله ها در سوراخ های تیوب شیت با الگوی ( مثلثی یا مربعی و …) طراحی شده فیکس می شوند. معمولاً جنس تیوب شیت با لوله ها یکسان می باشد. لوله ها باید کاملاً به تیوب شیت متصل شده و آب بندی باشند تا از ترکیب شدن سیال داخل لوله ها با سیال داخل پوسته جلوگیری شود. این اتصال می تواند جوش و یا اکسپند باشد.

• بفل (Baffles)

بفل ها در مبدل حرارتی پوسته و لوله سه نقش اساسی دارند:

• نقش یک ساپورت برای لوله ها هنگام ساخت و بهره برداری دارند.
• فاصله لوله ها را در مقاطع مختلف باندل حفظ کرده و مانع از لرزش لوله ها می شوند.
• باعث هدایت سیال درون پوسته مطابق الگوی طراحی شده می شوند.

بخشی از بفل بریده می شود تا سیال درون پوسته بتواند در راستای لوله ها جریان یابد که به آن برش بفل (Baffle cut) می گویند. همچنین به فاصله بفل ها از یکدیگر نیز Baffle spacing می گویند. این دو پارامتر تعیین کننده سرعت سیال، افت فشار سیال درون پوسته و میزان انتقال حرارت در مبدل می باشند.

اجزای مبدل شل و تیوب

تیپ مبدل های پوسته و لوله یا شل و تیوب (Shell and Tube Heat exchanger Types)

مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای سه بخش اصلی می باشند که بر اساس آن دسته بندی می شوند:

• ورودی (Front Head End)
• پوسته (Shell)
• خروجی (Rear Head End)

در تصویر زیر می توانید مدل های مختلف این سه بخش را مشاهده کنید که از ترکیب این سه بخش تیپ مبدل شل و تیوب بر اساس استاندارد TEMA (Tubular Exchanger Manufacturing Association) تعیین می گردد.

تیپ بندی مبدل حرارتی پوسته و لوله براساس نوع هدر و پوسته (SHELL)

به عنوان مثال تیپ مبدل شل و تیوب با تیوب شیت ثابت و شل دارای یک پاس می شود BEM
•  مبدل حرارتی پوسته و لوله با تیوب شیت ثابت شامل تیپ های BEM , AEL, NEN, BEL
•  U-Type شامل تیپ های BEU , AEU, CEU, BKU
•  Float-Type شامل تیپ های AES , BES, AEP, BEW

کلاس مبدل های حرارتی پوسته و لوله بر اساس استاندارد TEMA
• TEMA Class R (Refinery Class) که جهت نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرد.
• TEMA Class B (Chemical Class) که جهت سیال های شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.
• TEMA Class C (General Class) که جهت سیال های عمومی مثل آب مورد استفاده قرار می گیرد.

طراحی و ساخت مبدل حرارتی پوسته و لوله یا شل و تیوب

این شرکت به پشتوانه تجربه و دانش فنی نیروهای متخصص خود در زمینه طراحی و ساخت با بهره گیری از نرم افزار های روز دنیا و مطابق با استاندارد های TEMA ، HEI ، API و ASME اقدام به طراحی و تولید مبدل های حرارتی پوسته و لوله می نماید. در مرحله اول مشتریان نیاز خود را مطرح می نمایند و تیم فنی اقدام به طراحی مبدل و برآورد فنی و مالی می کند. پس از تهیه نقشه های اجرایی و گراف های محاسباتی و با تأیید کارفرما تیم تولید ساخت مبدل را آغاز می شود.

قیمت مبدل حرارتی شل اند تیوب

قیمت مبدل بستگی به ظرفیت تبادل حرارت مبدل، جنس لوله ها و پوسته مبدل، نوع و کلاس مبدل و غیره دارد. جهت برآورد دقیق قیمت ابتدا باید ظرفیت و جنس آن را مشخص نمود.سپس به کمک نرم افزار های طراحی مانند Aspen Bjac یا HTRI باید مشخصات و سایزینگ مبدل انجام می شود. پس از آن با تعیین شدن تعداد و جنس لوله ها و سایر قطعات می توان آن مبدل را قیمت گذاری کرد. جهت برآورد قیمت می توانید با ما تماس بگیرید تا کارشناسان ما در اسرع وقت طراحی و برآورد قیمت را برای شما انجام دهند.