فرض کنید مبدل حرارتی موتورخانه روشن است و پمپ هم کار می کند، اما آب خروجی به دمایی که برای سیستم در نظر گرفته شده نمی رسد. در این شرایط معمولا اولین پیشنهاد این است که مبدل کوچک است یا باید آن را تعویض کرد. ولی در کار واقعی همیشه موضوع این نیست. بارها پیش می آید که خود مبدل ظرفیت کافی دارد اما دبی آب مناسب نیست یا شیر کنترل درست عمل نمی کند یا روی سطح انتقال حرارت رسوب نشسته است.
برای پیدا کردن علت باید چند داده را کنار هم دید. فقط اندازه گیری یک دما نمی تواند وضعیت مبدل را مشخص کند. دمای ورودی و خروجی هر دو مدار، دبی سیال، فشار و اختلاف فشار، وضعیت پمپ و میزان بار حرارتی ساختمان یا فرایند هم اهمیت دارند.
در این مقاله روش بررسی افت دمای خروجی را مرحله به مرحله توضیح می دهیم. هدف این است که قبل از تعویض دستگاه یا دستکاری تنظیمات، معلوم شود ایراد از کدام قسمت است.اگر لازم است نوع دستگاه و گزینه های موجود را بررسی کنید، از صفحه دسته بندی مبدل حرارتی شروع کنید؛ انتخاب نهایی باید بر اساس شرایط واقعی پروژه انجام شود.
اول مشخص کنید دقیقا کدام دما پایین آمده است
در موتورخانه ممکن است منظور از افت دما چند حالت متفاوت باشد. گاهی دمای آب گرم مصرفی پایین است. گاهی آب مدار گرمایش به اندازه کافی گرم نمی شود. در یک سیستم صنعتی هم ممکن است سیال خروجی از سمت گرم مبدل به دمای مورد نیاز فرایند نرسد. این سه حالت علت های یکسانی ندارند.
ابتدا مشخص کنید دمای مورد انتظار در طراحی چند درجه بوده و دمای واقعی در چه شرایطی اندازه گیری شده است. اگر دمای طراحی خروجی ۶۰ درجه بوده ولی اکنون ۴۸ درجه ثبت می شود باید بررسی شود که دمای ورودی، دبی و بار مصرف در زمان اندازه گیری چه وضعیتی داشته اند. این اعداد فقط یک مثال هستند و برای تشخیص دستگاه واقعی باید مقادیر همان پروژه ثبت شوند.
نکته مهم دیگر این است که دما را در شرایط پایدار اندازه بگیرید. اگر سیستم تازه روشن شده یا مصرف آب گرم به شکل ناگهانی تغییر کرده باشد، یک اندازه گیری لحظه ای ممکن است نتیجه اشتباه بدهد. بهتر است زمان اندازه گیری، دمای هر چهار نقطه ورودی و خروجی و وضعیت پمپ و شیر کنترل ثبت شود.
برای اینکه تشخیص با حدس جلو نرود، مشخصات طراحی و ظرفیت حرارتی را با داده های واقعی مقایسه کنید. اگر محاسبات اولیه در دسترس نیست، راهنمای محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی می تواند برای شناخت پارامترهای اصلی انتقال حرارت مفید باشد.
علت اول: دبی آب از مقدار مورد نیاز کمتر است
یکی از مواردی که باید زود بررسی شود دبی سیال است. مبدل حرارتی برای انتقال یک بار مشخص به جریان مناسبی از سیال در هر دو سمت نیاز دارد. اگر پمپ نتواند دبی مورد انتظار را تامین کند، توزیع دما در مبدل حرارتی تغییر می کند و ممکن است خروجی به نقطه تنظیم نرسد.
کمبود دبی می تواند از گرفتگی صافی، بسته بودن بخشی از شیرها، هواگرفتگی مدار، گرفتگی مسیر لوله کشی، عملکرد نامناسب پمپ یا انتخاب نادرست نقطه کاری پمپ ناشی شود. در بعضی موتورخانه ها پمپ روشن است اما این به تنهایی ثابت نمی کند که دبی کافی وجود دارد.
برای بررسی، ابتدا وضعیت شیرهای قطع و وصل و صافی را کنترل کنید. بعد فشار مکش و دهش پمپ و در صورت وجود دبی سنج، مقدار جریان را ثبت کنید. اگر پمپ صدای غیرعادی دارد یا فشار آن با شرایط قبلی فرق کرده است، موضوع باید جداگانه بررسی شود. هواگیری نیز باید طبق روش ایمن همان مدار انجام شود؛ به خصوص اگر سیال داغ یا مدار تحت فشار باشد.
افزایش دور پمپ بدون بررسی وضعیت سیستم راه حل همیشگی نیست. دبی بیش از حد می تواند مصرف برق و افت فشار را افزایش دهد و در بعضی سیستم ها کنترل دما را هم دشوار کند. مقدار مناسب باید از طراحی و شرایط واقعی کار به دست بیاید.برای کاربردهایی که به چند مسیر لوله ای یا آرایش ویژه نیاز دارند، بررسی مبدل حرارتی چند لوله ای نیز می تواند بخشی از فرایند انتخاب باشد.
علت دوم: رسوب و آلودگی روی سطح انتقال حرارت
وقتی سطح انتقال حرارت با رسوب معدنی، محصولات خوردگی، لجن یا مواد موجود در سیال پوشیده می شود، انتقال گرما ضعیف تر می شود. در این حالت ممکن است تجهیزات روشن باشند و دبی هم ظاهرا مناسب باشد، اما دمای خروجی به مقدار طراحی نرسد.
رسوب همیشه با چشم قابل مشاهده نیست. افزایش تدریجی اختلاف فشار، طولانی تر شدن زمان گرم شدن، تغییر الگوی دما و بیشتر شدن مصرف انرژی می توانند نشانه هایی باشند که بررسی بیشتر را لازم می کنند. البته هر کدام از این نشانه ها علت های دیگری هم دارند و به تنهایی اثبات کننده رسوب نیستند.
برای تشخیص بهتر، اختلاف فشار دو سمت مبدل را با اطلاعات زمان راه اندازی یا سوابق سرویس مقایسه کنید. اگر اختلاف فشار افزایش پیدا کرده و همزمان عملکرد حرارتی افت کرده است، احتمال گرفتگی یا رسوب بیشتر می شود. در مبدل صفحه ای واشردار باید وضعیت کانال های باریک و کیفیت آب بررسی شود. در مبدل پوسته و لوله نیز نوع سیال، سرعت جریان، وضعیت لوله ها و امکان رسوب داخل یا بیرون لوله اهمیت دارد.
در چنین شرایطی مطالعه راهنمای رسوب و گرفتگی مبدل حرارتی به تشخیص نشانه ها کمک می کند. روش شستشو باید با جنس صفحات یا لوله ها، نوع رسوب و محدودیت های سازنده سازگار باشد. استفاده از ماده شیمیایی نامناسب می تواند به واشر، فلز پایه یا پوشش های محافظ آسیب بزند.
علت سوم: ظرفیت مبدل با بار واقعی هماهنگ نیست
اگر دبی درست باشد و نشانه مشخصی از گرفتگی دیده نشود، باید بررسی کرد که مبدل برای بار واقعی پروژه مناسب انتخاب شده است یا نه. ممکن است مصرف آب گرم بیشتر از مقدار اولیه شده باشد. شاید دمای ورودی منبع گرما پایین آمده یا شرایط کار نسبت به زمان طراحی تغییر کرده باشد.
برای مثال، افزایش تعداد مصرف کننده ها در یک ساختمان می تواند بار آب گرم مصرفی را تغییر دهد. در کاربرد صنعتی نیز تغییر دبی تولید یا افزایش ظرفیت خط ممکن است باعث شود مبدل دیگر به دمای خروجی مورد انتظار نرسد. این شرایط لزوما به معنی خرابی مبدل نیست؛ شاید بار فعلی با شرایطی که دستگاه بر اساس آن انتخاب شده فرق دارد.
برای بررسی باید بار حرارتی، دمای ورودی و خروجی دو سیال، دبی جرمی و خواص سیال در دسترس باشد. سپس می توان ظرفیت واقعی را با بار مورد نیاز مقایسه کرد. اگر محاسبات نشان دهد که سطح انتقال حرارت یا شرایط طراحی کافی نیست، باید درباره اصلاح شرایط کار یا تغییر طراحی تصمیم گرفت.
قبل از سفارش دستگاه جدید، مشخصات فعلی و شرایط واقعی را جمع آوری کنید. راهنمای انتخاب مبدل حرارتی بر اساس ظرفیت و شرایط کاری کمک می کند تفاوت میان انتخاب اولیه و نیاز واقعی سیستم روشن شود.اگر ظرفیت فعلی مشخص نیست، مقاله محاسبه و سایزینگ مبدل حرارتی موتورخانه را هم ببینید؛ محاسبه ظرفیت باید بر اساس بار و دماهای واقعی انجام شود.
علت چهارم: شیر کنترل یا منبع گرما درست کار نمی کند
گاهی مبدل سالم است اما گرمای کافی به آن نمی رسد. اگر منبع گرما دیگ آب گرم، بخار یا مدار دیگری باشد، افت دمای ورودی سمت گرم مستقیما روی خروجی اثر می گذارد. بنابراین در زمان عیب یابی فقط سمت مصرف کننده را بررسی نکنید.
شیر کنترل ممکن است به اندازه لازم باز نشود یا فرمان آن با وضعیت واقعی شیر هماهنگ نباشد. خرابی حسگر دما، تنظیم نادرست کنترلر، گیر کردن عملگر یا خطا در محل نصب حسگر هم می تواند باعث شود سیستم زودتر از موعد جریان گرما را محدود کند.
در سیستم بخار، فشار و کیفیت بخار، وضعیت تله بخار و تخلیه مناسب کندانس نیز اهمیت دارند. در مدار آب گرم باید دمای رفت منبع گرما و وضعیت گردش آب بررسی شود. این موارد به نوع سیستم بستگی دارند و نباید بدون شناخت مدار یک قطعه را مقصر دانست.
یک روش ساده این است که همزمان با دمای خروجی مبدل، دمای ورودی سمت گرم و فرمان شیر کنترل را ثبت کنید. اگر دمای ورودی سمت گرم هم افت کرده باشد، تمرکز صرف روی مبدل اشتباه است. اگر دمای ورودی ثابت است اما خروجی افت کرده، باید دبی، انتقال حرارت و کنترل را دقیق تر بررسی کرد.
بررسی اولیه را به ترتیب انجام دهید
پیش از باز کردن مبدل، این موارد را ثبت کنید:
دمای ورودی و خروجی هر دو سمت مبدل
فشار ورودی و خروجی و اختلاف فشار در صورت وجود نقاط اندازه گیری
وضعیت پمپ، شیرهای قطع و وصل و صافی
وضعیت فرمان شیر کنترل و دمای منبع گرما
میزان مصرف یا بار فرایند در زمان بروز مشکل
سابقه شستشو، تعمیر و تغییرات اخیر در سیستم
با این اطلاعات می توان علت های محتمل را محدود کرد. باز کردن مبدل باید زمانی انجام شود که شواهد به گرفتگی داخلی یا نیاز به بازرسی اشاره کنند و شرایط ایمن برای تخلیه فشار و دما فراهم باشد.
اگر پس از بررسی مشخص شد که مبدل موجود برای بار فعلی مناسب نیست، می توانید مشخصات طراحی را با گزینه های ساختاری مختلف مقایسه کنید؛ برای نمونه، مبدل حرارتی صفحه ای در برخی مدارهای آب گرم انتخاب مناسبی است، اما محدودیت فشار، دما، کیفیت سیال و امکان سرویس باید بررسی شود.
اختلاف دمای ورودی و خروجی در موتورخانه چه چیزی را نشان می دهد؟
در بررسی مبدل، اختلاف دمای ورودی و خروجی یک داده مهم است اما نباید آن را به تنهایی معیار راندمان در نظر گرفت. ممکن است اختلاف دما زیاد باشد چون دبی کم شده است. همچنین ممکن است اختلاف دمای خروجی کاهش پیدا کند چون بار حرارتی تغییر کرده یا دمای منبع گرما پایین آمده است.
برای تحلیل درست، دمای ورودی و خروجی هر دو سیال را کنار هم ثبت کنید. در مبدل آب به آب، اگر سمت گرم و سمت سرد هر دو تغییر کرده اند باید علت را در شرایط کلی مدار هم جستجو کرد. اگر ورودی سمت گرم ثابت مانده اما خروجی سمت سرد به مقدار طراحی نمی رسد، دبی سمت سرد، سطح انتقال حرارت و نحوه کنترل اهمیت بیشتری پیدا می کنند.
در مبدل های صنعتی، محاسبه اختلاف دمای میانگین لگاریتمی یا LMTD هم می تواند برای بررسی ظرفیت انتقال حرارت کاربرد داشته باشد. با این حال، این محاسبه باید با آرایش جریان، دماهای واقعی و شرایط طراحی سازگار باشد. توضیح روش محاسبه در مقاله محاسبه LMTD مبدل حرارتی آمده است.
جدول عیب یابی افت دمای خروجی مبدل حرارتی
جدول زیر برای شروع بررسی در محل مناسب است. هر نشانه می تواند چند علت داشته باشد و نتیجه نهایی باید با اندازه گیری تایید شود.
| بررسی پیشنهادی | علت های احتمالی | نشانه مشاهده شده |
|---|---|---|
| دمای منبع و وضعیت کنترل آن را ثبت کنید | افت توان منبع گرما یا تغییر شرایط تغذیه | دمای ورودی سمت گرم پایین است |
| دبی و افت فشار مسیر را بررسی کنید | گرفتگی صافی، مشکل پمپ یا محدودیت شیر | دمای خروجی پایین است و دبی کمتر از مقدار طراحی است |
| سوابق سرویس و اختلاف فشار را مقایسه کنید | رسوب یا آلودگی سطح انتقال حرارت | عملکرد به مرور زمان ضعیف شده است |
| روند دما و فرمان شیر کنترل را همزمان ثبت کنید | تغییر بار، کنترل ناپایدار یا حسگر معیوب | دما نوسان دارد |
| بار مصرف و ظرفیت طراحی را مقایسه کنید | بار لحظه ای بیشتر از ظرفیت قابل تامین است | خروجی در زمان مصرف زیاد افت می کند |
| صافی، کانال ها و مسیرهای جریان را بررسی کنید | احتمال گرفتگی در مسیر سیال | اختلاف فشار افزایش یافته است |
| دبی، منبع گرما، کنترل و روش شستشو را دوباره بررسی کنید | علت اصلی جای دیگری است یا شستشو کافی نبوده | پس از شستشو مشکل باقی مانده است |
در شرایطی که فشار و دمای کاری، نوع سیال یا الزامات مکانیکی با طراحی صفحه ای سازگار نیست، ممکن است مبدل پوسته و لوله گزینه مناسب تری باشد. انتخاب آن نیز باید بر اساس محاسبات حرارتی و مکانیکی انجام شود؛ صرفا بزرگ تر بودن دستگاه به معنی عملکرد بهتر نیست. مشخصات این گروه را در صفحه مبدل حرارتی پوسته و لوله ببینید.
چه زمانی باید مبدل را بازدید یا شستشو کرد؟
باز کردن مبدل نباید اولین اقدام باشد. در بعضی سیستم ها دسترسی به دستگاه زمان بر است و باز کردن بی مورد می تواند باعث نشتی، آسیب به واشرها یا ایجاد مشکل در مونتاژ شود. ابتدا باید مشخص شود که شواهد به گرفتگی داخلی اشاره می کنند یا مشکل از پمپ و کنترل است.
اگر اختلاف فشار نسبت به مقدار مرجع افزایش یافته و همزمان ظرفیت انتقال حرارت افت کرده باشد، بازرسی و شستشو می تواند منطقی باشد. اما روش تمیزکاری به نوع مبدل وابسته است. مبدل صفحه ای واشردار را می توان طبق دستور سازنده باز کرد و صفحات را بررسی کرد؛ در مقابل، مبدل صفحه ای بریز شده معمولا برای باز شدن طراحی نشده است و باید از روش شستشوی سازگار با ساختار آن استفاده شود.
در مبدل پوسته و لوله نیز باید مشخص شود که رسوب در داخل لوله هاست یا روی سمت پوسته. انتخاب روش مکانیکی یا شیمیایی به نوع رسوب، جنس فلز، فشار کاری و امکان دسترسی بستگی دارد. استفاده از اسید یا مواد شوینده بدون بررسی سازگاری شیمیایی توصیه نمی شود.
اگر دستگاه از نوع صفحه ای است و افت عملکرد آن با نشانه هایی مانند افزایش افت فشار یا انتقال حرارت ضعیف همراه شده، مقاله نشانه های افت عملکرد مبدل صفحه ای می تواند برای بررسی تخصصی تر مفید باشد.
آیا نوع مبدل در افت دمای خروجی نقش دارد؟
بله؛ ولی نمی توان گفت یک نوع مبدل در همه شرایط بهتر از انواع دیگر است. نوع مبدل باید با دما، فشار، دبی، خواص سیال، احتمال رسوب، محدودیت فضا و روش نگهداری هماهنگ باشد.
در مبدل صفحه ای، سطح انتقال حرارت فشرده است و در بسیاری از کاربردهای آب به آب می توان به انتقال حرارت مناسب در فضای کم رسید. با این حال، کیفیت آب، اندازه کانال ها، نوع واشر و محدودیت های طراحی باید در نظر گرفته شوند. برای آشنایی با گزینه های موجود، صفحه مبدل حرارتی صفحه ای را بررسی کنید.اگر بعد از محاسبات مشخص شد مبدل صفحه ای واشردار با شرایط پروژه سازگار است، مشخصات مبدل حرارتی صفحه ای واشردار را نیز با فشار کاری، دما و نوع سیال مورد نیاز مقایسه کنید.
چه زمانی تعمیر کافی است و چه زمانی باید به فکر تعویض بود؟
اگر مشکل از صافی، شیر، پمپ، حسگر یا تنظیم کنترل باشد، معمولا باید همان بخش بررسی و اصلاح شود. در این شرایط تعویض مبدل نه تنها مشکل را حل نمی کند بلکه هزینه اضافی به پروژه تحمیل می کند.
اگر سطح انتقال حرارت رسوب گرفته باشد، ابتدا باید امکان تمیزکاری اصولی و بازگشت عملکرد بررسی شود. اگر پس از سرویس مناسب هنوز عملکرد دستگاه پایین است، لازم است وضعیت صفحات یا لوله ها، خوردگی، تغییر شکل، نشتی داخلی و سابقه کارکرد بررسی شود. وجود نشتی به تنهایی نیز به معنی تعویض کامل نیست؛ نوع مبدل و امکان تعمیر ایمن تعیین کننده است.
تعویض زمانی جدی تر مطرح می شود که دستگاه آسیب مکانیکی قابل توجه داشته باشد، قطعات اصلی آن قابل تعمیر نباشند یا شرایط فرایند به شکل پایداری از محدوده طراحی خارج شده باشد. اگر بار پروژه تغییر کرده است، قبل از خرید دستگاه جدید باید ظرفیت مورد نیاز و دماهای هدف دوباره محاسبه شوند.
برای پروژه جدید یا جایگزینی دستگاه، راهنمای انتخاب مبدل حرارتی موتورخانه را با شرایط واقعی پروژه تطبیق دهید. انتخاب بر اساس ابعاد دستگاه قبلی به تنهایی کافی نیست؛ ممکن است دستگاه قبلی از ابتدا درست انتخاب نشده باشد.
چطور از تکرار افت دمای خروجی جلوگیری کنیم؟
بهترین روش پیشگیری، ثبت وضعیت عادی سیستم و مقایسه دوره ای با آن است. اگر فقط وقتی دستگاه از کار می افتد سراغ اندازه گیری برویم، تشخیص روند خرابی دشوارتر می شود.
برای هر مبدل بهتر است یک برگه ثبت اطلاعات داشته باشید که شامل دمای ورودی و خروجی دو سمت، فشارها، دبی در صورت امکان، وضعیت پمپ، تنظیم شیر کنترل و تاریخ سرویس باشد. اندازه گیری ها باید در شرایط قابل مقایسه انجام شوند؛ مثلا ثبت یک اندازه گیری در زمان بار کامل و مقایسه آن با زمان بار کم نتیجه دقیقی نمی دهد.
کیفیت آب نیز در عمر مبدل نقش دارد. سختی، مواد معلق، محصولات خوردگی و ترکیب شیمیایی سیال می توانند روی رسوب گذاری و خوردگی اثر بگذارند. روش تصفیه یا پیش تصفیه باید بر اساس آنالیز آب و نیاز مدار انتخاب شود؛ استفاده از مواد شیمیایی بدون برنامه کنترل کیفیت آب راه حل مطمئنی نیست.
همچنین پس از هر تعمیر باید علت اولیه ثبت شود. اگر مبدل مرتب شستشو می شود اما افت عملکرد دوباره برمی گردد، باید بررسی کرد که چرا رسوب ایجاد می شود، آیا دبی درست است و آیا شرایط بهره برداری با طراحی هماهنگ است. تکرار شستشو بدون رفع علت، فقط فاصله زمانی بین دو توقف را کوتاه می کند.در بعضی فرایندهای خاص، مبدل حرارتی مارپیچ هم قابل بررسی است؛ البته انتخاب هر یک از این ساختارها به داده های فرایندی وابسته است و نباید صرفا بر اساس نام یا شکل ظاهری انجام شود.
چه اطلاعاتی برای بررسی تخصصی مبدل لازم است؟
اگر با بررسی های اولیه علت مشخص نشد، اطلاعات زیر به مهندس طراح یا سازنده کمک می کند:
نوع مبدل و مشخصات پلاک دستگاه
سیال هر سمت و دمای طراحی ورودی و خروجی
دبی طراحی و دبی واقعی در زمان بروز مشکل
فشار کاری و اختلاف فشار دو سمت
زمان شروع افت دما و اینکه مشکل ناگهانی بوده یا تدریجی
سابقه شستشو، تعمیر، تغییر پمپ یا تنظیم شیر کنترل
بار واقعی مصرف کننده در زمان اندازه گیری
تصاویر محل نصب و مسیر لوله کشی در صورت امکان
با این داده ها می توان تشخیص داد که آیا مشکل از بهره برداری است یا به بررسی حرارتی و مکانیکی نیاز دارد. اگر هدف خرید یا ساخت مبدل جایگزین باشد، اطلاعات باید پیش از ارائه پیشنهاد فنی جمع آوری شوند تا قیمت بر اساس ظرفیت و ساختار واقعی پروژه محاسبه شود.
پایین بودن دمای خروجی مبدل حرارتی موتورخانه به تنهایی دلیل خرابی یا کم بودن ظرفیت آن نیست. دبی ناکافی، رسوب، افت دمای منبع گرما، عملکرد شیر کنترل و تغییر بار می توانند نتیجه مشابهی ایجاد کنند. روش درست این است که ابتدا دماها و شرایط کار ثبت شوند، سپس دبی و کنترل بررسی شود و در مرحله بعد سراغ رسوب، ظرفیت و سلامت مکانیکی برویم.
اگر مشکل با اصلاح شرایط بهره برداری یا سرویس برطرف نشد، باید عملکرد دستگاه با محاسبات طراحی مقایسه شود. در صورت نیاز به بررسی ساخت یا جایگزینی، دسته بندی مبدل حرارتی اکسرلند نقطه شروع مناسبی برای شناخت گزینه هاست. پیشنهاد نهایی باید بر اساس داده های واقعی پروژه ارائه شود نه فقط بر اساس دمای خروجی یا ابعاد دستگاه قبلی.
