مبدل حرارتی صفحه ای بریز یا BPHE از آن تجهیزاتی است که روی کاغذ انتخابش ساده به نظر می رسد. مثلا می گویند این سیستم 100 کیلووات ظرفیت می خواهد و یک مبدل 100 کیلوواتی بگیریم و تمام.
در عمل این طور نیست.
وقتی قرار است یک مبدل صفحه ای بریز برای پروژه انتخاب شود باید چند چیز با هم دیده شود. دبی سیال گرم و سرد، دمای ورود و خروج، فشار کاری، افت فشار مجاز، نوع سیال، جنس صفحات، نوع اتصال و شرایط نصب همگی روی انتخاب نهایی اثر دارند.
به همین دلیل اگر فقط یک عدد ظرفیت حرارتی داشته باشیم نمی توانیم با اطمینان بگوییم کدام مدل BPHE مناسب است.
اگر هنوز با ساختار این تجهیز آشنایی ندارید اول بهتر است مقاله مبدل های حرارتی صفحه ای را ببینید.
مبدل حرارتی صفحه ای بریز چیست؟
مبدل صفحه ای بریز یا لحیمی از چند صفحه فلزی موج دار تشکیل شده که کنار هم قرار می گیرند و مسیرهای جداگانه برای عبور سیال گرم و سرد ایجاد می کنند.
صفحات با ماده Brazing به هم متصل می شوند. در نتیجه یک مجموعه فشرده و یکپارچه به وجود می آید و برخلاف مدل واشردار گسکت و فریم معمولی برای نگه داشتن صفحات وجود ندارد.
همین ساختار یکی از دلایلی است که BPHE در جاهایی که فضای نصب محدود است مورد توجه قرار می گیرد.
اما یک نکته مهم وجود دارد. فشرده بودن به این معنی نیست که هر مبدل کوچک برای هر کاری مناسب است. هندسه صفحات، تعداد صفحات و شرایط جریان باید با بار حرارتی پروژه جور باشد.
اگر می خواهید ساختار این تجهیز و تفاوت آن با مدل های دیگر را بهتر بشناسید مقاله مبدل حرارتی صفحه ای بریز چیست توضیح کامل تری دارد.
قبل از انتخاب مبدل صفحه ای لحیمی چه اطلاعاتی باید داشته باشیم؟
اولین کاری که برای انتخاب انجام می دهیم جمع کردن اطلاعات واقعی پروژه است.
مشخصات فنی مورد نیاز برای انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای بریز
| تاثیر در انتخاب | اطلاعات مورد نیاز | پارامتر |
|---|---|---|
| تعیین بار حرارتی مبدل | kW | ظرفیت حرارتی |
| تعیین شرایط جریان و انتقال حرارت | m³/h یا kg/s | دبی سیال گرم |
| تعیین شرایط جریان و افت فشار | m³/h یا kg/s | دبی سیال سرد |
| تعیین شرایط کاری | °C | دمای ورودی سمت گرم |
| تعیین بار و اختلاف دما | °C | دمای خروجی سمت گرم |
| تعیین شرایط انتقال حرارت | °C | دمای ورودی سمت سرد |
| تعیین شرایط طراحی | °C | دمای خروجی سمت سرد |
| انتخاب مدل مناسب از نظر فشار | bar | فشار کاری |
| محدود کردن مدل های قابل انتخاب | bar یا kPa | افت فشار مجاز |
| انتخاب متریال و هندسه مناسب | آب، روغن، مبرد و... | نوع سیال |
| بررسی خوردگی و سازگاری سیال | مثلا Stainless Steel | جنس صفحات |
| سازگاری با سیال و شرایط کاری | مس یا نیکل | ماده Brazing |
| هماهنگی با لوله کشی | رزوه ای، فلنجی و... | نوع اتصال |
| هماهنگی با مدار نصب | DN یا inch | سایز اتصال |
اگر این اطلاعات ناقص باشد انتخاب بیشتر شبیه حدس زدن می شود.
در پروژه های واقعی گاهی فقط ظرفیت مثلا 50 کیلووات اعلام می شود. این اطلاعات برای شروع خوب است ولی برای سفارش نهایی کافی نیست. باید بدانیم این 50 کیلووات قرار است با چه دبی و چه اختلاف دمایی منتقل شود.
برای همین قبل از استعلام بهتر است اطلاعات فرآیند را جمع کنیم.
برای یک بررسی سریع تر هم می توانید از چک لیست انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای استفاده کنید.
ظرفیت حرارتی در مبدل لحیمی مهم است ولی همه چیز نیست
ظرفیت حرارتی یکی از اولین پارامترهایی است که هنگام انتخاب BPHE بررسی می شود.
رابطه پایه انتقال حرارت برای یک سیال به صورت زیر نوشته می شود:
Q = m × Cp × ΔT
اما همین فرمول نشان می دهد که فقط Q مهم نیست.
اگر دبی تغییر کند شرایط جریان هم تغییر می کند. اگر دمای ورود و خروج تغییر کند اختلاف دمای موثر تغییر می کند. اگر نوع سیال عوض شود خواص فیزیکی آن هم عوض می شود.
پس دو پروژه می توانند ظرفیت حرارتی یکسان داشته باشند ولی مبدل مورد نیازشان یکی نباشد.
این یکی از اشتباهات رایج در خرید مبدل است. مقایسه دو مدل فقط با عدد ظرفیت حرارتی معمولا مقایسه کاملی نیست.
دبی چه تاثیری روی انتخاب مبدل دارد؟
دبی روی سرعت عبور سیال از کانال های مبدل اثر دارد.
سرعت جریان یکی از عوامل مهم انتقال حرارت است ولی بالا بردن سرعت همیشه کار درستی نیست. چون با افزایش سرعت معمولا افت فشار هم بیشتر می شود.
اینجا همان جایی است که انتخاب مهندسی اهمیت پیدا می کند.
ممکن است یک مبدل از نظر انتقال حرارت بسیار خوب جواب بدهد ولی افت فشار آن برای سیستم شما زیاد باشد. در این حالت تجهیز روی کاغذ خوب است ولی برای مدار شما انتخاب مناسبی نیست.
از طرف دیگر اگر مبدل بیش از اندازه بزرگ انتخاب شود ممکن است از نظر هزینه اولیه و فضای نصب منطقی نباشد.
پس باید بین انتقال حرارت مورد نیاز و افت فشار قابل قبول تعادل ایجاد شود.
دمای ورودی و خروجی را دقیق اعلام کنید
دمای ورود و خروج هر دو سیال یکی از مهم ترین اطلاعات برای انتخاب BPHE است.
مثلا وقتی می گوییم آب از 80 به 60 درجه می رسد باید مشخص باشد سمت دیگر چه شرایطی دارد.
دمای ورودی سیال سرد، دمای خروجی آن، دبی و ظرفیت حرارتی همه با هم دیده می شوند.
این موضوع مخصوصا زمانی مهم می شود که اختلاف دمای دو طرف کم باشد. در چنین شرایطی ممکن است سطح انتقال حرارت بیشتری لازم شود و مدل انتخابی با چیزی که فقط از روی ظرفیت اسمی حدس زده ایم فرق کند.
فشار کاری را کنار نگذارید
فشار کاری هر دو سمت مبدل باید مشخص باشد.
این پارامتر فقط برای انتخاب خود مبدل مهم نیست. شرایط اتصال و طراحی کل مدار هم باید با آن هماهنگ باشد.
اگر پروژه فشار کاری بالایی دارد نباید یک مدل را فقط به دلیل اینکه ظرفیت حرارتی آن مناسب است انتخاب کرد.
فشار و دما باید با مشخصات واقعی مدل مورد نظر کنترل شوند.
در زمان خرید بهتر است فشار کاری و در صورت وجود فشار طراحی هم در درخواست استعلام نوشته شود.
افت فشار یکی از پارامترهای تعیین کننده است
افت فشار در انتخاب مبدل صفحه ای بریز موضوعی است که گاهی دیر به آن توجه می شود.
مبدل باید حرارت مورد نیاز را منتقل کند ولی در عین حال افت فشار آن نباید از چیزی که سیستم اجازه می دهد بیشتر شود.
مثلا اگر پمپ سیستم برای یک افت فشار مشخص طراحی شده باشد و مبدل جدید افت فشار خیلی بیشتری ایجاد کند ممکن است دبی واقعی مدار تغییر کند.
این یعنی فقط ظرفیت حرارتی نیست که باید کنترل شود.
در انتخاب BPHE باید بپرسیم:
مبدل چقدر حرارت منتقل می کند؟
و هم زمان:
برای این انتقال حرارت چه افت فشاری ایجاد می کند؟
این دو سوال باید با هم جواب داده شوند.
جنس صفحات در انتخاب BPHE
جنس صفحات به نوع سیال و شرایط کاری وابسته است.
در بسیاری از کاربردها فولاد زنگ نزن مورد استفاده قرار می گیرد ولی اینکه دقیقا چه متریالی مناسب است به شرایط واقعی سیال و پروژه بستگی دارد.
اگر سیال خورنده باشد موضوع متریال جدی تر می شود. اگر دما و فشار بالا باشد باز هم باید شرایط سازنده و مشخصات مدل بررسی شود.
به همین دلیل انتخاب متریال فقط بر اساس اینکه کدام جنس ارزان تر است تصمیم فنی خوبی نیست.
برای بررسی دقیق تر رابطه جنس صفحات و ماده لحیم با کاربرد مبدل می توانید مقاله متریال مبدل حرارتی BPHE را بخوانید.
در مبدل بریز علاوه بر جنس صفحات ماده Brazing هم مهم است. ترکیب این دو باید با سیال و شرایط کاری سازگاری داشته باشد.
تعداد صفحات و سطح انتقال حرارت در BRAZED
تعداد صفحات فقط یک عدد در کاتالوگ نیست.
با تغییر تعداد صفحات سطح انتقال حرارت و هندسه مسیر جریان تغییر می کند و در نتیجه عملکرد مبدل هم تغییر می کند.
البته نمی شود گفت هرچه صفحه بیشتر باشد مبدل بهتر است.
اگر ظرفیت مورد نیاز پروژه پایین باشد انتخاب یک مبدل خیلی بزرگ ممکن است هزینه و فضای بیشتری تحمیل کند. اگر هم مبدل کوچک باشد ممکن است به بار حرارتی مورد نظر نرسد یا برای رسیدن به آن شرایط جریان مناسبی نداشته باشد.
بنابراین تعداد صفحات باید نتیجه محاسبه و انتخاب باشد نه اینکه از روی حدس انتخاب شود.
نوع اتصال را از همان ابتدا مشخص کنید
سایز و نوع اتصالات باید با لوله کشی سیستم هماهنگ باشد.
این مورد ساده به نظر می رسد ولی در زمان خرید خیلی مهم است. چون اگر اتصال مناسب نباشد در زمان نصب مجبور به استفاده از تبدیل و قطعات اضافی می شویم.
در استعلام بهتر است نوع اتصال و سایز آن مشخص شود.
برای انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای بریز بهتر است از یک عدد شروع نکنیم.
ظرفیت حرارتی مهم است ولی همراه آن باید دبی، دمای ورود و خروج، فشار کاری، افت فشار مجاز، نوع سیال، جنس صفحات و اتصالات را هم ببینیم.
اگر این اطلاعات از ابتدا درست جمع شود احتمال اینکه بعدا در انتخاب مدل یا عملکرد تجهیز مشکل ایجاد شود خیلی کمتر خواهد بود.
در ادامه باید سراغ تفاوت BPHE با مبدل واشردار، اثر رسوب و خوردگی، کاربردهای مختلف و همچنین اطلاعاتی که برای قیمت گرفتن از سازنده یا تامین کننده لازم است برویم.
مبدل حراری صفحه ای بریز یا مبدل واشردار؟
یکی از تصمیم های مهم در انتخاب مبدل صفحه ای این است که اصلا BPHE برای پروژه مناسب هست یا بهتر است مبدل واشردار انتخاب شود.
در مبدل بریز صفحات با Brazing به یک مجموعه یکپارچه تبدیل می شوند. در مدل واشردار صفحات با گسکت آب بندی می شوند و داخل فریم قرار می گیرند.
مزیت مهم BPHE فشردگی و ساختار یکپارچه آن است. در طرف مقابل مبدل واشردار از نظر باز شدن و دسترسی به صفحات وضعیت متفاوتی دارد.
اگر پروژه طوری است که قرار است مبدل به صورت دوره ای باز شود و شست و شوی مکانیکی انجام شود یا در آینده تعداد صفحات تغییر کند این موضوع باید از همان اول در انتخاب دیده شود.
برای مقایسه دقیق تر این دو ساختار می توانید مقایسه مبدل صفحه ای گسکت دار و بریز را بررسی کنید.
اشتباه این است که بگوییم یکی همیشه بهتر از دیگری است. انتخاب باید بر اساس شرایط کار باشد.
مقایسه مبدل حرارتی صفحه ای بریز و مبدل صفحه ای واشردار»
| مبدل صفحه ای واشردار | BPHE | ویژگی |
|---|---|---|
| فریم و صفحات گسکت دار | یکپارچه و بریز شده | ساختار |
| دارد | ندارد | امکان باز کردن |
| دارد | ندارد | امکان تعویض گسکت |
| دارد | ندارد | امکان تغییر تعداد صفحات |
| بیشتر | کم | فضای نصب |
| سیستم های قابل سرویس و توسعه | سیستم های فشرده و مشخص | مناسب برای |
| امکان پذیر | محدود | شست و شوی مکانیکی |
| وابسته به شرایط پروژ | وابسته به شرایط پروژه | انتخاب نهایی |
رسوب در انتخاب BPHE را جدی بگیرید
رسوب یکی از مواردی است که بعد از نصب بیشتر خودش را نشان می دهد.
وقتی سطح انتقال حرارت با رسوب پوشیده می شود عملکرد مبدل تغییر می کند. هم انتقال حرارت افت می کند و هم شرایط جریان می تواند عوض شود.
برای همین اگر سیال شما احتمال رسوب دارد باید این موضوع قبل از انتخاب مطرح شود.
نوع رسوب هم مهم است. رسوب نرم و سخت رفتار یکسانی ندارند و روش برخورد با آنها هم یکی نیست.
اگر سیستم آب با کیفیت نامناسب دارد یا احتمال تشکیل رسوب بالاست بهتر است این موضوع در اطلاعات استعلام نوشته شود و صرفا بعد از نصب به فکرش نباشیم.
مقاله رسوب گذاری سخت و نرم در مبدل صفحه ای برای بررسی این قسمت مناسب است.
خوردگی و انتخاب متریال در مبدل صفحه ای لحیمی
در پروژه هایی که سیال خورنده است انتخاب متریال اهمیت بیشتری پیدا می کند.
مبدل صفحه ای سطح انتقال حرارت زیادی در حجم کوچکی دارد و جنس صفحات و ماده Brazing باید با شرایط سیال سازگار باشد.
اینجا یک نکته مهم وجود دارد. نباید فقط اسم سیال را بگوییم و نتیجه بگیریم که یک جنس مشخص همیشه مناسب است.
غلظت مواد، دما، فشار و شرایط واقعی بهره برداری هم مهم هستند.
اگر پروژه مثلا با آب فرایندی یا سیالی با ترکیبات خاص کار می کند بهتر است اطلاعات واقعی سیال در زمان انتخاب ارائه شود.
برای این قسمت مقاله خوردگی مبدل حرارتی صفحه ای می تواند اطلاعات تکمیلی بدهد.
مبدل حرارتی بریز برای چیلر
یکی از کاربردهایی که BPHE زیاد در آن دیده می شود سیستم های سرمایشی است.
در اینجا انتخاب مبدل فقط بر اساس ظرفیت چیلر انجام نمی شود.
دبی آب، دمای ورود و خروج، شرایط سمت مبرد در صورت استفاده به عنوان اواپراتور یا کندانسور، فشار کاری و افت فشار هم باید بررسی شوند.
در سیستم سرمایشی اگر مبدل درست انتخاب نشود ممکن است ظرفیت واقعی سیستم با چیزی که روی کاغذ انتظار داریم فرق کند.
به همین دلیل بهتر است اطلاعات مبدل از روی شرایط واقعی سیکل انتخاب شود نه فقط از روی ظرفیت اسمی چیلر.
مبدل بریز برای پمپ حرارتی
در پمپ های حرارتی هم BPHE می تواند به دلیل فشردگی مورد توجه باشد.
اما اینجا هم همان قاعده برقرار است. اول باید شرایط سیستم مشخص شود و بعد مدل انتخاب شود.
دمای ورود و خروج، دبی، فشار، نوع سیال و شرایط مدار باید مشخص باشند.
اگر پروژه مربوط به Heat Pump است بهتر است مبدل صفحه ای بریز برای پمپ حرارتی هم بررسی شود چون شرایط این کاربرد با یک مدار ساده آب گرم و آب سرد لزوما یکی نیست.
آیا مبدل بریز قابل باز شدن است؟
خیر. ساختار BPHE با مبدل واشردار فرق دارد.
در مبدل واشردار صفحات توسط گسکت و فریم نگه داشته می شوند و برای سرویس و تمیزکاری امکان باز کردن مجموعه وجود دارد.
اما مبدل بریز برای باز و بسته شدن دوره ای طراحی نشده است.
این موضوع به معنی بدون نیاز بودن به نگهداری نیست. برعکس. قبل از نصب باید شرایط سیال و احتمال رسوب و خوردگی را بررسی کنیم چون دسترسی مکانیکی به داخل تجهیز مثل مدل واشردار نیست.
اگر پروژه ای دارید که باز کردن مبدل در برنامه نگهداری آن مهم است این مسئله باید قبل از خرید مطرح شود.
در چنین شرایطی مقاله چرا مبدل بریز قابل باز شدن نیست توضیح بیشتری می دهد.
برای قیمت مبدل حرارتی صفحه ای بریز چه چیزهایی مهم است؟
قیمت BPHE فقط با ظرفیت حرارتی تعیین نمی شود.
تعداد صفحات، ابعاد صفحات، جنس صفحات، ماده Brazing، فشار طراحی، نوع اتصال و شرایط کاری همگی می توانند روی قیمت اثر داشته باشند.
به همین دلیل اگر دو مبدل هر دو مثلا برای یک ظرفیت حرارتی معرفی شوند ولی مشخصات فنی آنها متفاوت باشد مقایسه مستقیم قیمت آنها کار درستی نیست.
این موضوع برای خرید صنعتی اهمیت زیادی دارد.
گاهی یک مدل ارزان تر در ابتدا جذاب است ولی اگر افت فشار آن بالا باشد یا جنس آن با شرایط سیال مناسب نباشد هزینه واقعی پروژه بعدا بیشتر می شود.
پس قیمت باید کنار مشخصات فنی خوانده شود.
اگر دنبال بررسی جنبه بازار و قیمت هستید می توانید مقاله قیمت مبدل حرارتی صفحه ای را هم ببینید.
برای استعلام قیمت چه اطلاعاتی ارسال کنیم؟
اگر قرار است از سازنده یا تامین کننده قیمت بگیریم بهتر است یک درخواست کامل ارسال کنیم.
اطلاعات زیر معمولا برای شروع مناسب است:
سمت گرم
نوع سیال
دبی
دمای ورودی
دمای خروجی
سمت سرد
نوع سیال
دبی
دمای ورودی
دمای خروجی
مشخصات طراحی
ظرفیت حرارتی
فشار کاری
فشار طراحی در صورت وجود
افت فشار مجاز
جنس مورد نیاز
نوع اتصال
سایز اتصال
تعداد دستگاه
اگر پروژه شرایط خاصی دارد همان ابتدا باید گفته شود.
مثلا اگر سیال رسوب زا است یا محدودیت خاصی برای افت فشار وجود دارد این موضوع نباید بعدا و پس از انتخاب مدل مطرح شود.
اشتباه رایج در خرید مبدل بریز یا لحیمی
اشتباه اول، انتخاب از روی ظرفیت
این یکی از مواردی است که در خرید مبدل زیاد دیده می شود.
مثلا کارفرما می گوید من یک مبدل 100 کیلووات می خواهم و انتظار دارد فروشنده فقط از روی این عدد مدل را اعلام کند.
اما 100 کیلووات بدون دبی و دمای دو طرف اطلاعات کاملی نیست.
ممکن است چند مدل از نظر ظرفیت نزدیک باشند ولی از نظر افت فشار و شرایط جریان تفاوت زیادی داشته باشند.
پس اگر قرار است استعلام دقیقی گرفته شود اطلاعات فرآیند را کامل بدهیم.
اشتباه دوم؛ انتخاب فقط بر اساس قیمت
ارزان ترین مدل لزوما انتخاب اقتصادی نیست.
اگر سطح انتقال حرارت کم باشد ممکن است تجهیز در شرایط واقعی جواب ندهد. اگر افت فشار زیاد باشد پمپ و مدار تحت فشار بیشتری قرار می گیرند. اگر متریال مناسب نباشد بحث خوردگی مطرح می شود.
قیمت باید بعد از مشخص شدن مشخصات فنی مقایسه شود.
اشتباه سوم؛ بی توجهی به آینده سیستم
یک سوال ساده قبل از خرید باید پرسیده شود:
آیا این سیستم در آینده قرار است توسعه پیدا کند؟
در مبدل واشردار امکان تغییر تعداد صفحات وجود دارد ولی در BPHE شرایط متفاوت است.
اگر ظرفیت سیستم قرار است در آینده به مقدار قابل توجهی تغییر کند این مسئله باید در انتخاب اولیه دیده شود.
گاهی بهتر است از ابتدا طراحی را طوری انجام دهیم که تغییرات آینده نیاز به تعویض کامل تجهیز نداشته باشد.
چه زمانی BPHE انتخاب خوبی است؟
اگر فشردگی تجهیز مهم باشد و فضای نصب محدود باشد BPHE می تواند گزینه خوبی باشد.
اگر سیستم به یک مبدل یکپارچه نیاز داشته باشد باز هم می تواند انتخاب مناسبی باشد.
در مدارهای سرمایش و گرمایش و بعضی کاربردهای صنعتی نیز استفاده از آن قابل بررسی است.
اما اگر سیستم به باز کردن مرتب مبدل و شست و شوی مکانیکی نیاز دارد یا احتمال تغییر ظرفیت در آینده بالاست باید مبدل واشردار هم وارد مقایسه شود.
در نهایت انتخاب درست یک جواب ثابت برای همه پروژه ها ندارد.
انتخاب نهایی را چطور انجام دهیم؟
اگر بخواهیم کل مطلب را خلاصه کنیم ترتیب کار تقریبا این است:
اول نوع سیال را مشخص کنیم.
بعد دبی دو طرف را مشخص کنیم.
دمای ورود و خروج را داشته باشیم.
ظرفیت حرارتی را مشخص کنیم.
فشار کاری و افت فشار مجاز را تعیین کنیم.
بعد جنس صفحات و ماده Brazing را بررسی کنیم.
سپس نوع و سایز اتصال و محدودیت فضای نصب را مشخص کنیم.
در مرحله بعد مدل های موجود را با هم مقایسه کنیم.
در این مرحله است که قیمت معنی پیدا می کند.
یعنی اول مشخصات فنی را مشخص می کنیم و بعد قیمت مدل های مناسب را مقایسه می کنیم. نه اینکه اول ارزان ترین مبدل را پیدا کنیم و بعد ببینیم برای سیستم ما مناسب هست یا نه.
اگر بعد از مشخص شدن شرایط پروژه به دنبال بررسی مدل های قابل تامین هستید می توانید مشخصات مبدل حرارتی صفحه ای بریز را ببینید.
انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای بریز یک انتخاب صرفا بر اساس ظرفیت حرارتی یا قیمت نیست.
نوع سیال، دبی، دمای ورود و خروج، فشار، افت فشار، جنس صفحات، ماده Brazing، اتصالات و شرایط نگهداری همگی باید کنار هم بررسی شوند.
اگر پروژه فشرده و کم حجم است BPHE می تواند گزینه بسیار خوبی باشد. ولی اگر سرویس مکانیکی و باز کردن دوره ای اهمیت زیادی دارد باید مدل واشردار هم بررسی شود.
مهم ترین کار این است که قبل از خرید اطلاعات فرآیند را کامل کنیم.
وقتی اطلاعات درست باشد انتخاب مدل هم خیلی منطقی تر می شود و تامین کننده یا سازنده می تواند به جای حدس زدن بر اساس چند عدد ناقص، پیشنهاد فنی واقعی ارائه کند.
