محاسبات طراحی مبدل حرارتی؛ از بار حرارتی تا سطح انتقال حرارت

طراحی مبدل حرارتی از آن کارهایی است که روی کاغذ ممکن است ساده به نظر برسد اما در زمان ساخت و راه اندازی جزئیات زیادی خودش را نشان می دهد. گاهی سطح انتقال حرارت از نظر محاسبات کافی است ولی دستگاه در شرایط واقعی به دمای خروجی مورد انتظار نمی رسد. گاهی هم مبدل توان حرارتی مناسبی دارد اما افت فشار آن باعث می شود پمپ یا فن با مصرف انرژی بیشتری کار کند.

در طراحی صنعتی باید این موارد کنار هم بررسی شوند. دمای ورودی و خروجی دو سیال، دبی جرمی، خواص فیزیکی سیال، نوع جریان، ضریب انتقال حرارت، رسوب احتمالی و محدودیت افت فشار همگی در نتیجه نهایی اثر دارند.

در این راهنما مراحل اصلی محاسبات طراحی مبدل حرارتی را بررسی می کنیم. تمرکز مقاله بر محاسبات اولیه و انتخاب ابعاد حرارتی است. تعیین ضخامت قطعات تحت فشار، طراحی مکانیکی، جوشکاری و آزمون های ایمنی مرحله های دیگری هستند که باید با استاندارد مناسب و شرایط واقعی پروژه انجام شوند.

محاسبات طراحی مبدل حرارتی چیست و چه نتیجه ای باید بدهد؟

محاسبات طراحی مبدل حرارتی مجموعه ای از محاسبات حرارتی و هیدرولیکی است که مشخص می کند دستگاه برای انتقال مقدار مشخصی از انرژی به چه سطحی نیاز دارد و آیا می تواند با افت فشار قابل قبول کار کند یا خیر.

در پایان محاسبات اولیه معمولا باید به چند نتیجه برسیم:

• بار حرارتی مورد نیاز بر حسب کیلووات یا مگاوات

• دبی جرمی یا حجمی هر سیال

• دمای خروجی سیال ها

• اختلاف دمای میانگین موثر

• ضریب کلی انتقال حرارت مورد استفاده در طراحی

• سطح تقریبی انتقال حرارت

• افت فشار مجاز و افت فشار محاسباتی

• نوع مناسب مبدل و محدودیت های ساخت و نگهداری

انتخاب نوع دستگاه هم باید بر اساس همین اطلاعات انجام شود. برای مثال مبدل صفحه ای در بسیاری از کاربردهای آب به آب فضای کمی اشغال می کند اما وجود ذرات جامد یا شرایط خاص فشار و دما ممکن است انتخاب دیگری را منطقی تر کند. مبدل پوسته و لوله هم برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب است ولی ابعاد آن فقط با دانستن ظرفیت حرارتی مشخص نمی شود.

اگر هدف، انتخاب تجهیز برای یک پروژه واقعی است بهتر است ابتدا شرایط فرایند مشخص شود و بعد سراغ دسته ی مبدل حرارتی اکسرژی برویم تا انتخاب محصول بر پایه نیاز فنی باشد نه فقط نام دستگاه.

اطلاعات اولیه مورد نیاز برای طراحی هیت اکسچنجر

قبل از شروع محاسبات باید اطلاعات فرایند تا حد قابل قبولی روشن باشد. ناقص بودن این داده ها معمولا باعث می شود محاسبه چند بار تکرار شود.

یک نکته مهم این است که شرایط کارکرد عادی و شرایط بدترین حالت طراحی نباید با هم اشتباه گرفته شوند. برای مثال دبی و دمای سیال در زمان راه اندازی ممکن است با حالت پایدار فرق داشته باشد. در پروژه های حساس باید محدوده تغییرات بار، دمای محیط و احتمال تغییر خواص سیال هم بررسی شود.

مرحله اول: محاسبه بار حرارتی مبدل

بار حرارتی مشخص می کند در هر ثانیه چه مقدار انرژی باید از یک سیال گرفته شود یا به آن برسد. اگر سیال در حین تبادل حرارت تغییر فاز ندهد و گرمای ویژه آن در محدوده دمایی مورد نظر تقریبا ثابت باشد، از رابطه زیر استفاده می کنیم:

Q = m × Cp × (Tout - Tin)

در این رابطه 

Q بار حرارتی بر حسب وات است. دبی جرمی با نماد m بر حسب کیلوگرم بر ثانیه و گرمای ویژه Cp بر حسب ژول بر کیلوگرم کلوین وارد رابطه می شود. اختلاف دما نیز بر حسب کلوین یا درجه سلسیوس قابل استفاده است؛ زیرا اندازه اختلاف این دو واحد برابر است.

برای جلوگیری از خطای واحدها اگر Cp را با واحد kJ/(kg.K) وارد کنیم، نتیجه محاسبه بر حسب کیلووات خواهد بود.

در یک مبدل دو سیاله باید بار حرارتی از سمت گرم و سمت سرد محاسبه و با هم مقایسه شود. در حالت پایدار و با صرف نظر از اتلاف حرارت به محیط، مقدار انرژی از دست رفته سیال گرم باید با انرژی دریافت شده سیال سرد برابر باشد.

اگر اختلاف زیادی بین این دو عدد دیده شود، باید دبی ها، دماها، واحدها، گرمای ویژه و احتمال تغییر فاز یا اتلاف حرارت بررسی شوند.

برای مطالعه جزئیات مربوط به تعیین بار مورد نیاز می توانید مقاله محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی را هم ببینید. تفاوت این دو موضوع در این است که محاسبه ظرفیت، نیاز حرارتی را مشخص می کند اما طراحی حرارتی باید نشان دهد چه سطح و چه آرایشی برای تامین آن نیاز لازم است.

مرحله دوم: محاسبه دبی مورد نیاز سیال

گاهی بار حرارتی و دماهای ورودی و خروجی مشخص هستند اما دبی یکی از سیال ها معلوم نیست. در این شرایط رابطه بار حرارتی را نسبت به دبی بازنویسی می کنیم.

m = Q / (Cp × (Tout - Tin))

برای نمونه فرض کنیم یک جریان آب باید در یک مبدل از دمای 25 به 45 درجه سلسیوس برسد و بار حرارتی مورد نیاز 167.2 کیلووات باشد. اگر گرمای ویژه آب را تقریبا 4.18 کیلوژول بر کیلوگرم کلوین در نظر بگیریم، دبی جرمی مورد نیاز چنین خواهد بود:

m= 167.2 / (4.18 × 20)
m = 2 kg/s

این نتیجه فقط برای شرایط فرض شده معتبر است. در محاسبه پروژه واقعی باید خواص سیال در دمای کار بررسی شود. اگر سیال روغن، محلول گلیکول یا یک سیال فرایندی باشد، نمی توان بدون بررسی خواص آن از اعداد مربوط به آب استفاده کرد.

همچنین دبی جرمی با دبی حجمی فرق دارد. برای تبدیل دبی جرمی به دبی حجمی باید چگالی سیال در شرایط کار مشخص باشد. این تفاوت در طراحی پمپ، قطر لوله و بررسی سرعت جریان اهمیت زیادی دارد.

مرحله سوم: اختلاف دمای میانگین لگاریتمی یا LMTD

اختلاف دمای دو سیال در طول مبدل ثابت نیست. به همین علت استفاده از یک اختلاف دمای ساده برای محاسبه سطح انتقال حرارت در بسیاری از طراحی ها کافی نیست.

در روش اختلاف دمای میانگین لگاریتمی یا LMTD، اختلاف دمای دو انتهای مسیر جریان محاسبه می شود. برای جریان مخالف در یک مبدل دو سیاله، روابط دمایی به این صورت هستند:

Delta T1 = Th,in - Tc,out
Delta T2 = Th,out - Tc,in 
LMTD = (Delta T1 - Delta T2) / ln(Delta T1 / Delta T2)

در این روابط Th دمای سیال گرم و Tc دمای سیال سرد است. علامت in به ورودی و out به خروجی اشاره دارد.

اگر دو اختلاف دما با هم برابر باشند، مقدار LMTD برابر همان اختلاف دما خواهد بود. در محاسبه عددی باید دقت کرد که لگاریتم طبیعی استفاده شود و اختلاف دماهای ورودی رابطه مثبت باشند.

در مبدل های چندپاس یا بعضی آرایش های پیچیده، اختلاف دمای میانگین لگاریتمی به تنهایی کافی نیست و ممکن است به ضریب تصحیح دما با نماد F نیاز داشته باشیم. این ضریب به آرایش جریان و نسبت های دمایی وابسته است و نباید بدون بررسی هندسه انتخاب شود.

یک نکته عملی هم وجود دارد: هرچه اختلاف دمای موثر کوچک تر باشد، برای انتقال بار حرارتی یکسان معمولا به سطح بیشتری نیاز داریم. بنابراین نزدیک شدن بیش از حد دمای خروجی سیال سرد به دمای ورودی سیال گرم می تواند ابعاد و هزینه مبدل را افزایش دهد.

مرحله چهارم: ضریب کلی انتقال حرارت و سطح مورد نیاز

پس از تعیین بار حرارتی و اختلاف دمای موثر، باید ضریب کلی انتقال حرارت مشخص شود. این ضریب اثر مقاومت های انتقال حرارت در سمت گرم، دیواره، سمت سرد و در صورت لزوم رسوب را به صورت یک شاخص کلی نشان می دهد.

ضریب کلی انتقال حرارت مقدار ثابتی برای همه مبدل ها نیست. نوع سیال، سرعت جریان، هندسه کانال یا لوله، جنس دیواره، ضخامت آن و میزان رسوب بر مقدار این ضریب اثر دارند. به همین دلیل استفاده از یک عدد عمومی بدون توجه به شرایط پروژه می تواند نتیجه را از واقعیت دور کند.

رابطه پایه محاسبه سطح مورد نیاز چنین است:

Q = U × A × F × LMTD
A = Q / (U × F × LMTD)

در این روابط Q بر حسب وات، U بر حسب W/(m².K)، A بر حسب متر مربع، LMTD بر حسب کلوین و F ضریب تصحیح دمایی است. در جریان مخالف ساده و در شرایطی که تصحیح لازم نباشد، می توان F را برابر یک در نظر گرفت. برای آرایش های دیگر باید مقدار آن از روش معتبر طراحی به دست آید.

سطح محاسبه شده یک نتیجه اولیه حرارتی است. تعداد لوله ها، طول لوله، قطر، تعداد صفحات، فاصله کانال ها و ابعاد نهایی دستگاه پس از بررسی هندسه، انتقال حرارت و افت فشار تعیین می شوند.

برای اینکه انتخاب جنس دیواره هم از محاسبات جدا نماند، شرایط خوردگی، دما، فشار و سازگاری متریال با هر دو سیال باید بررسی شود. در این مرحله مطالعه راهنمای جنس مبدل حرارتی می تواند به تکمیل تصمیم مهندسی کمک کند.

محاسبه افت فشار در طراحی مبدل حرارتی

در طراحی صنعتی، سطح انتقال حرارت کافی به تنهایی به معنی طراحی موفق نیست. سیال باید از مسیر مبدل عبور کند و این عبور همیشه با افت فشار همراه است. اگر افت فشار بیشتر از حد مجاز شود، ممکن است به پمپ قوی تر، مصرف برق بیشتر یا کاهش دبی فرایند نیاز داشته باشیم.

افت فشار در هر دو سمت مبدل باید جداگانه بررسی شود. در سمت لوله ای، قطر داخلی، طول مسیر، تعداد پاس ها، سرعت سیال، زبری سطح و اتصالات اهمیت دارند. در سمت پوسته نیز آرایش بافل ها، فاصله آن ها، سطح عبور جریان و نشتی های احتمالی در مسیرهای داخلی موثر هستند.

در مبدل صفحه ای، شکل موج صفحات و فاصله کانال ها نقش مهمی دارند. بالا بردن سرعت جریان می تواند انتقال حرارت را بهتر کند اما معمولا افت فشار را هم افزایش می دهد. بنابراین طراحی باید بین سطح مورد نیاز، انتقال حرارت و توان مصرفی سیستم تعادل ایجاد کند.

در محاسبات اولیه افت فشار مسیرهای مستقیم می توان از رابطه دارسی وایسباخ استفاده کرد:

Delta P = f × (L / D) × (rho × v^2 / 2)

در این رابطه f ضریب اصطکاک دارسی، L طول مسیر، D قطر هیدرولیکی یا قطر داخلی مناسب برای مسیر، rho چگالی و v سرعت متوسط سیال است. افت فشار موضعی شیرها و اتصالات نیز باید در صورت وجود به محاسبه اضافه شود.

این رابطه یک ابزار عمومی برای تخمین افت فشار در مسیر جریان است و جایگزین روش طراحی تخصصی مبدل پوسته و لوله یا صفحه ای نمی شود. در هندسه های پیچیده باید از روابط تجربی معتبر یا نرم افزار مناسب استفاده کرد.

چرا افزایش سرعت همیشه تصمیم درستی نیست؟

افزایش سرعت می تواند لایه مرزی حرارتی را نازک تر کند و انتقال حرارت را بهبود دهد. از طرف دیگر افت فشار و توان مورد نیاز پمپاژ افزایش می یابد. سرعت زیاد در بعضی شرایط احتمال فرسایش، ارتعاش یا آسیب به نواحی حساس را هم بیشتر می کند.

از سوی دیگر اگر سرعت بیش از حد پایین باشد، احتمال ته نشینی ذرات و تشدید رسوب در برخی سیالات افزایش می یابد. مقدار مناسب سرعت باید بر اساس نوع سیال، جنس سطوح، محدوده کاری و توصیه های طراحی تعیین شود؛ یک عدد واحد برای تمام مبدل ها وجود ندارد.

مقاومت حرارتی دیواره و تاثیر رسوب

ضریب کلی انتقال حرارت از مقاومت های حرارتی سمت گرم، دیواره و سمت سرد تاثیر می گیرد. در بسیاری از کاربردها وجود رسوب روی سطوح باعث افزایش مقاومت انتقال حرارت می شود و در نتیجه برای انتقال بار یکسان به اختلاف دمای بیشتر یا سطح بیشتری نیاز خواهد بود.

رسوب می تواند از مواد معدنی آب، ذرات معلق، محصولات خوردگی یا تغییرات شیمیایی سیال به وجود بیاید. در بعضی فرایندها هم رسوب به صورت لایه ای چسبنده تشکیل می شود که تمیزکاری آن ساده نیست.

در طراحی باید نوع رسوب، احتمال تشکیل آن و روش تمیزکاری مورد نظر مشخص شود. در نظر گرفتن مقاومت رسوب به صورت یک مقدار طراحی باید بر اساس ماهیت سیال و داده های قابل اتکا انجام شود؛ انتخاب یک مقدار بزرگ و عمومی برای همه پروژه ها روش دقیقی نیست.

برای کاربردهایی که گرفتگی و رسوب نقش تعیین کننده دارند، باید بین سه گزینه تعادل ایجاد شود: 

• افزایش سطح انتقال حرارت
•  تغییر هندسه جریان 
•  پیش بینی روش مناسب شستشو

تحلیل پدیده رسوب گذاری (Fouling) در مبدل های حرارتی و تأثیر آن بر عملکرد ترموهیدرولیکی

انتخاب جنس و ضخامت دیواره؛ بخشی از طراحی واقعی

جنس مبدل فقط روی قیمت خرید اثر ندارد. هدایت حرارتی، خوردگی، فرسایش، سازگاری شیمیایی، دمای کار و فشار طراحی هم به آن وابسته هستند. برای مثال فولاد کربنی در بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده می شود اما در سیالات خورنده ممکن است به پوشش یا متریال دیگری نیاز باشد. فولاد زنگ نزن نیز در همه محیط ها مصون از خوردگی نیست و گرید آن باید با ترکیب سیال و شرایط واقعی سازگار باشد.

ضخامت دیواره در بخش طراحی مکانیکی بر اساس فشار و دمای طراحی، تنش مجاز متریال، خوردگی مجاز، بارهای وارد بر تجهیز و استاندارد مربوط تعیین می شود. از روی محاسبه سطح حرارتی نمی توان ضخامت ایمن پوسته یا لوله را به دست آورد.

در مبدل های صفحه ای هم جنس صفحه و نوع واشر باید با دمای کار، فشار، ترکیب شیمیایی سیال و الزامات بهداشتی هماهنگ باشد. در کاربردهای دارویی و غذایی ممکن است الزامات تمیزکاری و جلوگیری از آلودگی متقاطع، انتخاب را محدود کند.

طراحی مبدل پوسته و لوله؛ از سطح حرارتی تا هندسه ساخت

در مبدل حرارتی پوسته و لوله، سطح انتقال حرارت معمولا از تعداد لوله ها، قطر موثر و طول آن ها به دست می آید. اما تعیین تعداد لوله صرفا با تقسیم سطح مورد نیاز بر سطح یک لوله پایان نمی یابد. تعداد پاس ها، آرایش لوله ها، سرعت سیال، فضای لازم برای عبور جریان و افت فشار باید هم زمان کنترل شوند.

برای یک برآورد اولیه از سطح خارجی لوله های مستقیم می توان از رابطه زیر استفاده کرد:

A = N × pi × Do × L

در این رابطه N تعداد لوله ها، Do قطر خارجی هر لوله و L طول موثر انتقال حرارت است. این رابطه سطح خارجی هندسی لوله ها را محاسبه می کند. در طراحی واقعی باید مشخص شود کدام سطح مبنای ضریب کلی انتقال حرارت بوده و آیا سطح مورد استفاده در محاسبه با سطح هندسی انتخاب شده مطابقت دارد یا خیر.

در طراحی پوسته و لوله باید موارد دیگری هم بررسی شود:

• قطر پوسته و آرایش لوله ها

• تعداد پاس های سمت لوله و سمت پوسته

• قطر و فاصله بافل ها

• محدودیت سرعت و افت فشار در هر سمت

• امکان خارج کردن دسته لوله ها و تمیزکاری

• انبساط حرارتی متفاوت پوسته و لوله ها

• الزامات ساخت، جوشکاری، آزمون و بازرسی

برای تجهیزاتی که بر اساس استانداردهای صنعتی ساخته می شوند، مبنای طراحی مکانیکی و جزئیات ساخت باید از ابتدا مشخص باشد. در این مرحله مراجعه به استاندارد TEMA برای مبدل پوسته و لوله می تواند به شناخت الزامات متداول این نوع تجهیزات کمک کند.

محاسبات مبدل صفحه ای چه تفاوتی دارد؟

در مبدل صفحه ای، سیال ها از کانال های باریک میان صفحات عبور می کنند. شکل شیارها، زاویه موج صفحات و آرایش کانال ها بر انتقال حرارت و افت فشار تاثیر می گذارند. به همین دلیل نمی توان ضریب انتقال حرارت یا افت فشار یک مبدل حرارتی صفحه ای را بدون توجه به هندسه آن از یک مبدل دیگر برداشت کرد.

در مدل های واشردار، تعداد صفحات و آرایش پاس ها با توجه به دبی، بار حرارتی، دماهای ورودی و خروجی و افت فشار مجاز انتخاب می شوند. در مدل های لحیم شده نیز محدودیت های ساخت و تعمیر باید در تصمیم نهایی دیده شوند.

برای پروژه های آب به آب با فضای نصب محدود، مبدل صفحه ای می تواند گزینه مناسبی باشد. با این حال کیفیت آب، وجود ذرات، شرایط شستشو، فشار کاری و امکان تامین قطعات مصرفی باید قبل از تصمیم نهایی بررسی شوند.

اگر قصد دارید ساختار این تجهیز را دقیق تر بشناسید، مقاله راهنمای مبدل حرارتی صفحه ای می تواند مکمل مناسبی برای محاسبات حرارتی باشد.

طراحی مبدل هوا خنک و مبدل های فین دار

در مبدل هوا خنک، انتقال حرارت به شرایط هوای محیط، سرعت جریان هوا، مشخصات فن، فاصله پره ها و هندسه لوله ها وابسته است. در سمت هوا، ضریب انتقال حرارت معمولا نسبت به سمت بسیاری از مایعات پایین تر است؛ به همین دلیل استفاده از پره برای افزایش سطح موثر می تواند اهمیت زیادی داشته باشد.

اما سطح بیشتر همیشه به معنی عملکرد بهتر نیست. فاصله کم پره ها ممکن است باعث افزایش مقاومت عبور هوا، گرفتگی با گرد و غبار و دشوار شدن تمیزکاری شود. از طرف دیگر در هوای گرم محیط، اختلاف دمای موثر کمتر می شود و دستگاه برای دفع همان بار حرارتی به سطح یا دبی هوای بیشتری نیاز پیدا می کند.

در این نوع طراحی باید بار حرارتی، دمای هوای ورودی، دمای هدف سیال، دبی هوا، افت فشار سمت هوا و توان فن کنار هم بررسی شوند. همچنین اگر دمای محیط در طول سال تغییر زیادی داشته باشد، شرایط طراحی باید برای محدوده واقعی کارکرد انتخاب شود.

برای بررسی ساختار و کاربرد این فناوری می توانید صفحه مبدل حرارتی هوا خنک عمودی را ببینید. این صفحه نمونه ای از محصولات مرتبط است و انتخاب نهایی باید بر اساس مشخصات فنی پروژه صورت بگیرد.

مبدل مارپیچ و چند لوله ای در چه شرایطی بررسی می شوند؟

مبدل مارپیچ در بعضی کاربردها برای کاهش گرفتگی یا استفاده از فضای محدود گزینه قابل بررسی است. مسیر جریان و هندسه کانال ها بر ضریب انتقال حرارت و افت فشار اثر دارند و عملکرد واقعی آن به نوع سیال و شرایط کار بستگی دارد.

در مبدل چند لوله ای نیز تعداد مسیرها و نحوه توزیع جریان باید متناسب با دبی و بار حرارتی انتخاب شود. افزایش تعداد لوله ها به تنهایی مشکل انتقال حرارت را حل نمی کند؛ زیرا ممکن است سرعت هر مسیر کاهش پیدا کند یا توزیع جریان یکنواخت نباشد.

در انتخاب میان ساختار مارپیچ، چند لوله ای، صفحه ای و پوسته و لوله باید شرایط سرویس، قابلیت ساخت، امکان تمیزکاری و هزینه بهره برداری در نظر گرفته شوند. مقایسه صرف قیمت اولیه بدون توجه به طول عمر و هزینه نگهداری تصویر کاملی از انتخاب نمی دهد.

برای آشنایی با یک نمونه از این ساختارها، صفحه مبدل حرارتی مارپیچ را بررسی کنید.

نقش نرم افزار در طراحی مبدل حرارتی

نرم افزارهای تخصصی می توانند برای محاسبه خواص سیال، شبیه سازی انتقال حرارت، ارزیابی افت فشار و مقایسه چند آرایش به کار روند. در پروژه های پیچیده مبدل پوسته و لوله، ابزارهایی مانند HTRI و ماژول های مرتبط با شبیه سازی فرایند می توانند بخشی از روند طراحی باشند.

با این حال نتیجه نرم افزار به داده های ورودی و فرض های مدل وابسته است. انتخاب نادرست خواص سیال، تعریف ناقص شرایط عملیاتی یا فرض غیرواقعی درباره رسوب می تواند خروجی دقیقی تولید نکند. نرم افزار جایگزین کنترل مهندسی نیست؛ باید نتیجه با موازنه انرژی، محدودیت افت فشار، قابلیت ساخت و تجربه کارکرد تجهیزات مشابه بررسی شود.

در گزارش محاسبات بهتر است نسخه نرم افزار، خواص مورد استفاده، شرایط طراحی، فرض های اصلی و نتایج کلیدی ثبت شوند تا امکان بازبینی و اصلاح طراحی وجود داشته باشد.

خطاهای رایج در محاسبات طراحی مبدل حرارتی

بعضی خطاها در مرحله محاسبات اولیه اتفاق می افتند و اگر پیش از ساخت تشخیص داده نشوند، هزینه اصلاح بالایی خواهند داشت.

استفاده از دبی حجمی به جای دبی جرمی: این دو کمیت یکسان نیستند. تبدیل آن ها باید با استفاده از چگالی سیال در شرایط کار انجام شود.

انتخاب ضریب انتقال حرارت بدون مبنای فنی: مقدار U باید با نوع مبدل، خواص سیال، سرعت و هندسه سازگار باشد. استفاده از یک مقدار ثابت برای تمام تجهیزات معتبر نیست.

نادیده گرفتن افت فشار: ممکن است سطح انتقال حرارت کافی باشد اما دستگاه نتواند با دبی مورد نیاز و توان پمپاژ قابل قبول کار کند.

بی توجهی به رسوب و خوردگی: سطح تمیز اولیه لزوما عملکرد مبدل را در طول دوره بهره برداری نشان نمی دهد.

اشتباه گرفتن طراحی حرارتی با طراحی مکانیکی: سطح حرارتی، ضخامت ایمن پوسته، کیفیت جوش و استحکام اتصالات را تعیین نمی کند.

استفاده از دمای ناممکن برای خروجی: دمای هدف باید با آرایش جریان و اختلاف دمای موثر سازگار باشد. در طراحی های نزدیک به محدودیت ترمودینامیکی، سطح مورد نیاز می تواند بسیار زیاد شود.

بی توجهی به بار جزئی و راه اندازی: تجهیز باید تا حد امکان در محدوده واقعی بهره برداری عملکرد قابل قبولی داشته باشد؛ شرایط پایدار طراحی تنها حالت مهم سیستم نیست.

اطلاعات لازم برای درخواست طراحی یا استعلام قیمت

اگر محاسبات اولیه انجام شده و قصد سفارش مبدل حرارتی دارید، ارائه اطلاعات روشن به سازنده کمک می کند پیشنهاد فنی دقیق تری تهیه کند. درخواست قیمت بدون اطلاعات فرایند معمولا به یک برآورد اولیه محدود می شود و برای تایید نهایی کافی نیست.

اطلاعات پایه ای که بهتر است در درخواست فنی درج شوند عبارت اند از:

• نوع سیال گرم و سرد و ترکیب تقریبی آن ها

• دبی هر سمت و واحد اندازه گیری

• دمای ورودی و خروجی مورد نیاز

• فشار و دمای طراحی

• افت فشار مجاز در هر سمت

• ساعات کارکرد و محدوده تغییرات بار

• احتمال رسوب، خوردگی یا وجود ذرات

• محدودیت های ابعادی و محل نصب

• الزامات استاندارد، بازرسی و تمیزکاری

• جنس پیشنهادی یا محدودیت های متریال

پس از بررسی این اطلاعات می توان نوع مبدل، سطح حرارتی، ساختار داخلی، متریال و الزامات مکانیکی را مشخص کرد. قیمت نهایی هم به ظرفیت، جنس قطعات، فشار و دمای طراحی، ابعاد، روش ساخت، تجهیزات جانبی و آزمون های مورد نیاز بستگی دارد.

برای مشاهده مسیر ارتباط با مجموعه می توانید از صفحه تماس با اکسرلند استفاده کنید. بهتر است اطلاعات فرایند و شرایط کارکرد را هم همراه درخواست ارسال کنید تا بررسی اولیه صرفا بر مبنای یک ظرفیت اسمی انجام نشود.

محاسبات طراحی مبدل حرارتی یک روند مرحله ای است که از تعیین بار حرارتی و شرایط فرایند شروع می شود. سپس دبی سیال، اختلاف دمای میانگین لگاریتمی، ضریب کلی انتقال حرارت و سطح مورد نیاز تعیین می شوند. در مرحله بعد باید افت فشار، نوع جریان، هندسه، جنس قطعات و شرایط سرویس بررسی شوند.

برای رسیدن به یک طراحی قابل ساخت، محاسبات حرارتی باید با طراحی هیدرولیکی و مکانیکی هماهنگ باشند. نتیجه یک محاسبه ساده می تواند مبنای خوبی برای برآورد اولیه باشد اما تایید نهایی تجهیز صنعتی به داده های واقعی، روش طراحی معتبر و بررسی مهندسی نیاز دارد.

سوالات متداول درباره طراحی مبدل حرارتی