چک لیست انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای ؛ محاسبات و معیارهای فنی

در انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای معمولا اولین چیزی که از سازنده پرسیده می شود ظرفیت دستگاه و قیمت آن است. این دو مورد مهم هستند ولی برای انتخاب درست کافی نیستند. در کار واقعی ممکن است دو مبدل با ظرفیت حرارتی یکسان عملکرد کاملا متفاوتی داشته باشند. علت هم معمولا به دمای کاری و دبی سیال و افت فشار مجاز و نوع صفحات و جنس واشر برمی گردد.

برای همین قبل از اینکه سراغ استعلام قیمت برویم باید اطلاعات فرآیند مشخص باشد. اگر اطلاعات ورودی اشتباه باشد حتی یک محاسبه دقیق هم نتیجه درستی نمی دهد. این موضوع در سیستم های صنعتی اهمیت بیشتری دارد چون انتخاب نامناسب می تواند مصرف برق پمپ را بالا ببرد یا باعث شود دمای خروجی مورد نیاز تامین نشود.

این مقاله برای مهندسان مکانیک و طراحان تاسیسات و مسئولان نگهداری نوشته شده است که می خواهند قبل از انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای اطلاعات مورد نیاز را جمع آوری کنند و محاسبات اولیه را کنترل کنند. 

ابتدا کاربرد مبدل حرارتی را دقیق مشخص کنید

اولین سوال این نیست که مبدل چند صفحه داشته باشد. باید مشخص شود مبدل دقیقا چه کاری انجام می دهد. گرم کردن آب مصرفی با آب داغ موتورخانه با خنک کردن روغن یک دستگاه صنعتی شرایط یکسانی ندارد. در یک کاربرد ممکن است پاسخ سریع به تغییر بار اهمیت داشته باشد و در کاربرد دیگر تحمل فشار یا مقاومت در برابر آلودگی مهم تر باشد.

در فرم اولیه انتخاب باید این موارد نوشته شوند:

• کاربرد مبدل در فرآیند

• نوع سیال گرم و نوع سیال سرد

• دمای ورودی و خروجی مورد نیاز در هر سمت

• دبی هر سیال در شرایط طراحی

• فشار کاری و فشار طراحی

• ساعات کارکرد روزانه و تعداد دفعات راه اندازی

• پیوسته یا متغیر بودن بار حرارتی

• محدودیت فضا و نحوه اتصال به خطوط موجود

برای نمونه در یک موتورخانه ممکن است هدف انتقال حرارت از آب مدار بویلر به مدار گرمایش ساختمان باشد. در این شرایط جدا بودن دو مدار و کنترل دمای خروجی اهمیت دارد. اگر سیال حاوی ذرات باشد یا احتمال رسوب بالا باشد باید از همان ابتدا شرایط تمیزکاری و نگهداری هم بررسی شود.

برای مشاهده جایگاه این تجهیزات در محصولات مجموعه می توان از مبدل حرارتی شروع کرد. انتخاب نهایی باید بر اساس مشخصات پروژه باشد نه صرفا نام تجهیز یا یک ظرفیت اسمی.

ظرفیت حرارتی واقعی چقدر است؟

ظرفیت حرارتی نشان می دهد در هر واحد زمان چه مقدار انرژی باید از یک سیال به سیال دیگر منتقل شود. در محاسبات اولیه برای سیالی که تغییر فاز ندارد از رابطه زیر استفاده می کنیم.

نام فرمول: محاسبه بار حرارتی سیال

Q = m × Cp × ΔT

در این رابطه Q بار حرارتی بر حسب وات است. m دبی جرمی بر حسب کیلوگرم بر ثانیه است. Cp ظرفیت گرمایی ویژه بر حسب ژول بر کیلوگرم کلوین است و ΔT اختلاف دمای ورودی و خروجی همان سیال است.

اگر دبی حجمی در اختیار باشد باید آن را با استفاده از چگالی به دبی جرمی تبدیل کرد. استفاده مستقیم از دبی حجمی به جای دبی جرمی بدون در نظر گرفتن چگالی یکی از خطاهای رایج در محاسبات اولیه است.

فرض کنیم قرار است آب از 80 درجه به 60 درجه سانتی گراد برسد و دبی جرمی آن 3 کیلوگرم بر ثانیه باشد. اگر ظرفیت گرمایی ویژه آب را حدود 4180 ژول بر کیلوگرم کلوین در نظر بگیریم بار حرارتی برابر است با:

Q = 3 × 4180 × 20
Q = 250800 W
Q ≈ 251 kW

این عدد بار حرارتی سمت آب را نشان می دهد. در طراحی کامل باید بررسی شود که سمت سرد نیز توان جذب همین مقدار انرژی را دارد. اگر موازنه انرژی برقرار نباشد باید دبی ها و دماها و فرض های محاسباتی دوباره کنترل شوند.

برای محاسبه دقیق تر می توانید از مقاله محاسبه ظرفیت مبدل حرارتی استفاده کنید. این صفحه باید مرجع محاسبات ظرفیت باشد و مقاله حاضر فقط روش استفاده از نتیجه محاسبه در چک لیست انتخاب را توضیح دهد.

دمای ورودی و خروجی هر دو سیال را ثبت کنید

در فرم انتخاب فقط نوشتن دمای آب گرم کافی نیست. دمای ورودی و خروجی هر دو سمت باید مشخص باشد. این اطلاعات تعیین می کند که چه اختلاف دمایی برای انتقال انرژی در دسترس است و مبدل تا چه حد به سطح انتقال حرارت نیاز خواهد داشت.

جدول زیر نمونه ای از اطلاعاتی است که می توان پیش از ارسال درخواست فنی تکمیل کرد.

این اعداد فقط یک نمونه برای نشان دادن روش ثبت اطلاعات هستند و مشخصات یک پروژه تایید شده محسوب نمی شوند. دمای خروجی مورد انتظار باید با بار حرارتی و دبی و اختلاف دمای قابل دستیابی سازگار باشد.

در شرایط واقعی ممکن است دمای آب ورودی در زمستان و تابستان تغییر کند یا بار مصرف در ساعات مختلف ثابت نباشد. اگر مبدل برای بدترین شرایط طراحی نشود ممکن است در روزهای اوج مصرف پاسخ لازم را ندهد. در مقابل بزرگ گرفتن غیر ضروری مبدل هم هزینه اولیه را بالا می برد و لزوما باعث صرفه جویی بیشتر نمی شود.برای شناخت انواع مبدل و ساختار کلی آن بهتر است ابتدا راهنمای مبدل حرارتی صفحه ای را ببینید. در اینجا تمرکز ما روی تصمیم های فنی و اطلاعاتی است که باید در برگه مشخصات پروژه ثبت شود.

اختلاف دمای میانگین لگاریتمی را کنترل کنید

اختلاف دمای میانگین لگاریتمی یا LMTD یکی از ورودی های مهم محاسبه سطح انتقال حرارت است. برای جریان مخالف در حالت ساده رابطه به صورت زیر نوشته می شود.

نام فرمول: اختلاف دمای میانگین لگاریتمی

LMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)

در این رابطه اختلاف دمای دو انتهای مبدل باید بر اساس آرایش جریان درست تعیین شود. در آرایش جریان مخالف اختلاف دما در یک انتها از دمای ورودی گرم و خروجی سرد و در انتهای دیگر از دمای خروجی گرم و ورودی سرد به دست می آید.

هرچه اختلاف دمای قابل استفاده کمتر باشد معمولا برای انتقال همان بار حرارتی به سطح بیشتری نیاز داریم. البته این موضوع به ضریب انتقال حرارت و آرایش جریان نیز وابسته است. در مبدل های چند پاس یا آرایش های پیچیده ممکن است لازم باشد از ضریب تصحیح اختلاف دما استفاده شود.

اشتباه در تعیین LMTD می تواند اندازه محاسباتی مبدل را تغییر دهد. به همین دلیل بهتر است دماها از روی نقشه فرآیند یا اطلاعات تایید شده بهره بردار وارد شوند و نه از روی حدس یا دمای اسمی تجهیزات دیگر.

افت فشار مجاز را از ابتدا تعیین کنید

در بعضی پروژه ها مبدل از نظر حرارتی به خوبی جواب می دهد ولی افت فشار آن بیشتر از چیزی است که پمپ بتواند بدون افزایش مصرف انرژی تامین کند. به همین دلیل افت فشار فقط یک عدد در خروجی نرم افزار نیست و باید به عنوان یکی از محدودیت های طراحی دیده شود.

افت فشار سمت گرم و سمت سرد باید جداگانه مشخص شود. این دو مقدار الزاما برابر نیستند چون دبی و خواص سیال و هندسه کانال ها ممکن است متفاوت باشد.

پیش از انتخاب باید به این سوال ها پاسخ داده شود:

• آیا پمپ موجود توان تامین افت فشار مبدل را دارد؟

• افت فشار کل مسیر لوله کشی چقدر است؟

• آیا افزایش دبی در آینده محتمل است؟

• آیا سیال ویسکوز است یا ذرات معلق دارد؟

• افزایش سرعت جریان چه اثری بر مصرف انرژی و رسوب خواهد داشت؟

انتخاب صفحه با الگوی جریان شدیدتر ممکن است انتقال حرارت را بهتر کند اما معمولا افت فشار را هم افزایش می دهد. بنابراین انتخاب نهایی باید بین عملکرد حرارتی و محدودیت هیدرولیکی تعادل برقرار کند.

نوع سیال و جنس صفحات را بر اساس شرایط واقعی انتخاب کنید

جنس صفحات را نباید تنها با توجه به رایج بودن استنلس استیل انتخاب کرد. ترکیب شیمیایی سیال و دمای کار و غلظت مواد و وجود یون های خورنده همگی اهمیت دارند. برای بعضی سیالات فولاد زنگ نزن مناسب است و در بعضی شرایط خاص ممکن است آلیاژ دیگری لازم باشد.

برای انتخاب متریال باید دست کم این اطلاعات ثبت شوند:

• ترکیب شیمیایی و غلظت سیال

• محدوده دمای کاری و دمای احتمالی شستشو

• فشار کاری و فشار طراحی

• احتمال خوردگی موضعی یا تنشی

• کیفیت آب و میزان کلرید و سایر مواد موثر

• الزامات بهداشتی یا استانداردهای خاص فرآیند

اگر سیال خورنده باشد یا ترکیب آن در طول بهره برداری تغییر کند انتخاب متریال باید با بررسی تخصصی انجام شود. برای مطالعه بیشتر درباره تاثیر جنس قطعات می توان به مقاله انتخاب متریال مبدل حرارتی مراجعه کرد.

واشرها نیز باید با سیال و دمای کاری سازگار باشند. انتخاب نامناسب واشر ممکن است باعث نشتی یا کاهش عمر تجهیز شود. صرف اینکه یک واشر در دمای مشخص قابل استفاده است به معنی سازگاری آن با تمام مواد شیمیایی موجود در فرآیند نیست.

محدودیت فشار و دمای طراحی را با هم بررسی کنید

فشار و دمای کاری با فشار و دمای طراحی یکسان نیستند. شرایط طراحی باید بر اساس الزامات پروژه و استانداردهای مربوط تعیین شود و فقط شرایط عادی بهره برداری را پوشش ندهد.

در این مرحله باید مواردی مانند فشار احتمالی هنگام توقف و راه اندازی و تغییرات دمایی و فشارهای گذرا بررسی شوند. همچنین فشار مجاز صفحات و اتصالات و واشرها باید با محدوده مجاز کل تجهیز سازگار باشد.

برای انتخاب بین مبدل صفحه ای واشردار و بریز شده نیز نوع ساخت اهمیت دارد. در مدل واشردار امکان باز کردن مجموعه صفحات برای سرویس وجود دارد. در مدل بریز شده صفحات به هم لحیم شده اند و روش تعمیر و تمیزکاری آن متفاوت است.

برای بررسی مشخصات یک مدل قابل سفارش می توانید صفحه مبدل حرارتی صفحه ای واشردار را ببینید. انتخاب محصول باید بعد از مشخص شدن دما و فشار و دبی و نوع سیال انجام شود.

کیفیت سیال و احتمال رسوب را دست کم نگیرید

در محاسبات اولیه ممکن است فرض شود سیال تمیز است اما در بهره برداری واقعی آب سختی داشته باشد یا روغن ذرات ناشی از سایش را وارد مدار کند. رسوب روی سطح انتقال حرارت باعث کاهش عملکرد می شود و در برخی شرایط افت فشار را هم بالا می برد.

برای ارزیابی این ریسک باید کیفیت سیال و سابقه رسوب و خوردگی و روش تصفیه و امکان شستشو مشخص باشد. اگر سیال آلودگی قابل توجهی دارد انتخاب هندسه کانال و فاصله صفحات و روش تمیزکاری اهمیت بیشتری پیدا می کند.

در این شرایط نباید فقط با افزایش سطح انتقال حرارت مشکل را حل شده فرض کرد. اگر علت اصلی گرفتگی یا کیفیت نامناسب سیال باشد مبدل بزرگ تر هم ممکن است پس از مدتی همان مشکل را تجربه کند.

فضای نصب و دسترسی تعمیراتی را در چک لیست بیاورید

ابعاد مبدل فقط طول و عرض بدنه نیست. در مدل واشردار باید فضای لازم برای باز کردن صفحه متحرک و بیرون آوردن صفحات در نظر گرفته شود. محل اتصال لوله ها و فضای عبور ابزار و دسترسی برای بازرسی نیز باید پیش از تایید نقشه بررسی شود.

در بعضی موتورخانه ها فضای کافی برای سرویس در نظر گرفته نمی شود و بعد از نصب مشخص می شود که باز کردن مجموعه صفحات بسیار دشوار است. این موضوع هزینه تعمیرات آینده را بالا می برد و باعث طولانی شدن توقف سیستم می شود.

پیش از تایید نقشه جانمایی موارد زیر را کنترل کنید:

• جهت نصب و موقعیت نازل ها

• فضای باز شدن مجموعه صفحات

• دسترسی به پیچ های فشاری

• مسیر ورود و خروج تجهیزات تعمیراتی

• امکان تخلیه و هواگیری

• دسترسی به نقاط نمونه گیری و ابزار دقیق

چک لیست اطلاعات مورد نیاز برای درخواست فنی

پیش از ارسال درخواست قیمت یا طراحی بهتر است یک برگه اطلاعات فرآیندی آماده شود. حداقل اطلاعات مورد نیاز شامل ظرفیت حرارتی و نوع سیالات و دماهای ورودی و خروجی و دبی هر سمت و فشار کاری و افت فشار مجاز و متریال مورد نیاز و محدودیت نصب است.

اگر یکی از این داده ها در دسترس نیست باید در فرم با عنوان «نامشخص» ثبت شود تا سازنده بداند کدام بخش نیازمند بررسی است. پر کردن جای خالی با اعداد فرضی ممکن است استعلام را سریع تر کند ولی به انتخاب قابل اعتماد منجر نمی شود.

در پایان این مرحله باید بتوانیم سه موضوع را روشن کنیم : مبدل چه وظیفه ای دارد ؛ چه شرایطی را باید تحمل کند ؛ و بر اساس چه اطلاعاتی عملکرد آن تایید خواهد شد. در ادامه به محاسبات سطح انتقال حرارت و افت فشار و انتخاب نوع مبدل و کنترل نتیجه طراحی می پردازیم.

سطح انتقال حرارت را چگونه محاسبه کنیم؟

بعد از مشخص شدن بار حرارتی و اختلاف دمای میانگین لگاریتمی می توان سطح مورد نیاز را به صورت اولیه برآورد کرد. رابطه ساده انتقال حرارت به شکل زیر است.

نام فرمول: برآورد سطح انتقال حرارت

A = Q / (U × F × LMTD)

در این رابطه A سطح انتقال حرارت است. Q بار حرارتی بر حسب وات است. U ضریب کلی انتقال حرارت بر حسب وات بر متر مربع کلوین است. LMTD اختلاف دمای میانگین لگاریتمی است و F ضریب تصحیح اختلاف دما است. در آرایش ساده جریان مخالف ممکن است ضریب تصحیح برابر یک در نظر گرفته شود اما برای همه آرایش ها نمی توان این فرض را به کار برد.

نکته مهم این است که U یک عدد ثابت برای همه مبدل های صفحه ای نیست. نوع سیال و سرعت جریان و هندسه صفحات و جنس مواد و شرایط رسوب روی این مقدار اثر دارند. استفاده از یک عدد عمومی بدون بررسی شرایط فرآیند می تواند سطح محاسباتی را به شکل محسوسی تغییر دهد.

برای مثال اگر بار حرارتی 500 کیلووات باشد و LMTD برابر 25 درجه و U برابر 3800 وات بر متر مربع کلوین فرض شود و F نیز یک باشد نتیجه محاسبه سطح حدود 5.26 متر مربع خواهد بود. این محاسبه تنها یک برآورد اولیه است. تایید سطح نهایی باید با داده های معتبر طراحی و افت فشار مجاز و هندسه واقعی صفحات انجام شود.

برای بررسی روش های محاسبه و طراحی می توان به مقاله محاسبات طراحی مبدل حرارتی مراجعه کرد. بهتر است جزئیات محاسبات پایه در آن صفحه نگهداری شود و در این مقاله از تکرار کامل مطالب آن خودداری کنیم.

تعداد صفحات را فقط با تقسیم سطح بر سطح اسمی تعیین نکنید

یکی از خطاهای رایج این است که سطح محاسباتی بر سطح یک صفحه تقسیم شود و تعداد صفحات نهایی مستقیما به دست آید. این کار برای برآورد اولیه مفید است اما برای سفارش تجهیز کافی نیست.

سطح موثر هر صفحه به مدل و ابعاد و هندسه آن بستگی دارد. همچنین همه صفحات در مجموعه لزوما سطح فعال یکسانی در اختیار دو سیال قرار نمی دهند. صفحات انتهایی و آرایش کانال ها و تعداد پاس ها هم باید در طراحی لحاظ شوند.

برای انتخاب تعداد صفحات باید مشخص باشد:

• مدل و ابعاد صفحه مورد استفاده چیست؟

• سطح انتقال حرارت موثر هر صفحه چقدر است؟

• تعداد کانال های هر سمت چگونه تعیین می شود؟

• جریان یک پاس است یا چند پاس؟

• آیا دبی در کانال ها به صورت متعادل توزیع می شود؟

• آیا افت فشار هر سمت در محدوده مجاز باقی می ماند؟

بنابراین اگر محاسبه اولیه سطح 5.26 متر مربع را نشان دهد نمی توان بدون اطلاع از مدل صفحه و نحوه آرایش آن تعداد صفحات را قطعی اعلام کرد. تعداد نهایی باید در محاسبات سازنده و بر اساس شرایط فرآیند تایید شود.

مبدل صفحه ای واشردار بهتر است یا بریز ؟

این دو نوع مبدل برای شرایط یکسانی طراحی نشده اند و نمی توان گفت یک مدل در همه پروژه ها بهتر است.

مبدل صفحه ای واشردار از صفحات جداگانه و واشرهای آب بندی تشکیل شده است. این ساختار امکان باز کردن دستگاه و دسترسی به صفحات را فراهم می کند. در کاربردهایی که احتمال رسوب وجود دارد یا با تغییر بار به ظرفیت متفاوت نیاز پیدا می کنیم این قابلیت می تواند مفید باشد. البته باز کردن دستگاه و افزایش ظرفیت به سازگاری مدل و محدوده مجاز طراحی وابسته است.

مبدل بریز شده از صفحات متصل به یکدیگر با لحیم فلزی ساخته می شود و مجموعه فشرده تری دارد. در بسیاری از کاربردهای تبرید و پمپ حرارتی استفاده می شود. با این حال روش سرویس و تمیزکاری آن با مبدل واشردار یکسان نیست و نباید انتظار داشت صفحات آن مانند مدل واشردار باز شوند.

برای انتخاب این دو ساختار باید فشار و دما و نوع سیال و احتمال رسوب و امکان تعمیر بررسی شود. مقاله مقایسه مبدل صفحه ای واشردار و بریز به بررسی تفاوت های این دو مدل اختصاص دارد.

در مرحله استعلام نیز بهتر است نوع ساخت به صورت شفاف در برگه مشخصات درج شود. عبارت کلی مبدل صفحه ای به تنهایی برای تعیین ساختار و روش نگهداری کافی نیست.

هندسه صفحات چه اثری روی عملکرد دارد؟

صفحات مبدل ممکن است با الگوهای موج دار و زاویه های متفاوت طراحی شوند. این هندسه روی آشفتگی جریان و ضریب انتقال حرارت و افت فشار اثر می گذارد. به همین دلیل نمی توان تنها با زیاد کردن تعداد صفحات یا انتخاب زاویه موج بیشتر به عملکرد بهتر رسید.

الگوی مناسب به دبی و خواص سیال و ظرفیت مورد نیاز وابسته است. اگر سیال ویسکوز باشد یا دبی پایین باشد شرایط با یک مدار آب تمیز و پر دبی متفاوت خواهد بود. در انتخاب واقعی باید نتیجه حرارتی و هیدرولیکی همزمان بررسی شود.

برای نمونه افزایش آشفتگی می تواند ضریب انتقال حرارت را بهبود دهد اما در بعضی شرایط افت فشار را هم بالا می برد. اگر پمپ موجود ظرفیت کافی نداشته باشد این انتخاب می تواند مصرف انرژی کل سیستم را افزایش دهد.

درخواست فنی باید به جای تعیین خودسرانه زاویه صفحه شامل بار حرارتی و دبی و دماها و افت فشار مجاز باشد. سازنده می تواند بر اساس این داده ها هندسه مناسب را بررسی کند و نتیجه را با محدودیت های پروژه تطبیق دهد.

رسوب و گرفتگی را در انتخاب اولیه لحاظ کنید

در طول بهره برداری ممکن است مواد محلول رسوب تشکیل دهند یا ذرات معلق در کانال ها جمع شوند. این وضعیت سطح موثر انتقال حرارت را کاهش می دهد و ممکن است افت فشار را افزایش دهد. در چنین شرایطی مبدل به تدریج از عملکرد اولیه فاصله می گیرد.

برای کاهش ریسک باید کیفیت سیال و سابقه بهره برداری و نوع رسوب بررسی شود. روش تمیزکاری نیز باید با جنس صفحات و واشر و مواد شیمیایی قابل استفاده سازگار باشد.

اگر آلودگی سیال قابل توجه باشد لازم است درباره فیلتراسیون و کنترل کیفیت آب و برنامه شستشو تصمیم گیری شود. انتخاب مبدل بدون بررسی این موارد ممکن است هزینه نگهداری را بالا ببرد.

در کاربردهای حساس بهتر است امکان پایش اختلاف دما و افت فشار در مدار در نظر گرفته شود. این داده ها کمک می کنند افت عملکرد زودتر تشخیص داده شود و سرویس در زمان مناسب انجام گیرد.

انتخاب متریال واشر و صفحات را به صورت یک مجموعه ببینید

صفحات و واشرها در تماس مستقیم یا غیر مستقیم با شرایط فرآیند قرار دارند و سازگاری هر دو اهمیت دارد. برای نمونه انتخاب جنس صفحه مناسب به تنهایی کافی نیست اگر واشر در دمای کاری یا در تماس با ماده شیمیایی موجود در سیال دوام لازم را نداشته باشد.

در بعضی پروژه ها دمای عادی فرآیند پایین است اما دمای شستشو بالاتر می رود. این شرایط باید در مشخصات انتخاب ذکر شود. همچنین لازم است ترکیب مواد شیمیایی شستشو و غلظت آن ها مشخص باشد.

در فرم درخواست فنی بهتر است جنس پیشنهادی صفحات و نوع واشر و محدوده دمای مجاز و سازگاری شیمیایی مورد تایید سازنده ثبت شود. اگر سیال خورنده یا ترکیب آن نامشخص باشد تصمیم نهایی باید بعد از بررسی تخصصی انجام شود.

نمونه کنترل محاسبات برای یک مبدل 500 کیلوواتی

فرض کنیم در یک پروژه صنعتی انتقال حرارت 500 کیلووات مورد نیاز است. آب گرم از 85 درجه به 65 درجه سانتی گراد می رسد و آب سرد از 40 درجه به 60 درجه سانتی گراد گرم می شود. این یک سناریوی محاسباتی است و به معنی مشخصات یک پروژه اجرا شده نیست.

با فرض ظرفیت گرمایی ویژه آب برابر 4180 ژول بر کیلوگرم کلوین دبی جرمی مورد نیاز هر سمت از رابطه ظرفیت حرارتی به دست می آید.

m = Q / (Cp × ΔT)
m = 500000 / (4180 × 20)
m ≈ 5.98 kg/s

بنابراین دبی جرمی هر سمت در این مثال حدود 5.98 کیلوگرم بر ثانیه است. با فرض جریان مخالف اختلاف دمای دو انتهای مبدل به صورت زیر خواهد بود.

ΔT1 = 85 - 60 = 25°C
ΔT2 = 65 - 40 = 25°C
LMTD = 25°C

چون اختلاف دما در دو انتها برابر است حد رابطه میانگین لگاریتمی برابر همان اختلاف دما خواهد بود. برای محاسبه سطح می توان از رابطه زیر استفاده کرد.

A = Q / (U × F × LMTD)

اگر صرفا برای برآورد اولیه U برابر 3800 وات بر متر مربع کلوین و F برابر یک فرض شود سطح حدود 5.26 متر مربع خواهد بود. اما این مقدار هنوز تایید طراحی نیست. اگر ضریب انتقال حرارت واقعی کمتر باشد یا آرایش جریان به ضریب تصحیح نیاز داشته باشد سطح مورد نیاز تغییر می کند.

در مرحله بعد باید افت فشار سمت گرم و سرد و سرعت کانال ها و تعداد صفحات و فشار مجاز تجهیز بررسی شوند. بدون این کنترل ها نمی توان گفت یک مبدل با سطح 5.26 متر مربع قطعا برای این پروژه مناسب است.

کنترل افت فشار و توان پمپ

افت فشار مبدل باید با فشار قابل تامین توسط پمپ و افت فشار سایر اجزای مدار سازگار باشد. اگر افت فشار از حد طراحی بالاتر برود ممکن است دبی واقعی کاهش پیدا کند یا برای تامین دبی به پمپ با توان بالاتر نیاز باشد.

از طرف دیگر پایین نگه داشتن بیش از حد افت فشار نیز همیشه به معنی بهترین انتخاب نیست. کاهش سرعت جریان می تواند بر ضریب انتقال حرارت اثر بگذارد و سطح مورد نیاز را افزایش دهد. انتخاب مناسب به شرایط حرارتی و هیدرولیکی هر دو سمت بستگی دارد.

در بررسی نهایی باید افت فشار مبدل با افت فشار لوله ها و شیرآلات و فیلترها و سایر تجهیزات جمع شود. سپس منحنی پمپ و نقطه کار سیستم بررسی شود. تنها با این روش می توان اثر انتخاب مبدل را بر مصرف انرژی مدار ارزیابی کرد.

چه زمانی باید به جای مبدل صفحه ای سراغ مدل دیگری رفت؟

مبدل صفحه ای در بسیاری از کاربردها انتخاب مناسبی است اما برای تمام فرآیندها بهترین گزینه نیست. فشار و دمای طراحی و نوع سیال و میزان آلودگی و امکان تعمیر از عوامل تعیین کننده هستند.

اگر سیال ذرات زیادی داشته باشد یا گرفتگی کانال ها محتمل باشد باید قابلیت تمیزکاری و هندسه مسیرها با دقت بیشتری بررسی شود. در بعضی کاربردها مبدل پوسته و لوله به دلیل شرایط فشار و دما یا الزامات تعمیراتی گزینه مناسب تری خواهد بود.

مقایسه باید بر اساس شرایط واقعی انجام شود نه بر اساس یک جدول کلی که برای تمام پروژه ها حکم قطعی صادر کند. مقاله مقایسه راندمان مبدل صفحه ای و پوسته و لوله برای بررسی تفاوت های این دو ساختار مفید است.

در نهایت نوع مبدل باید به کمک داده های فرآیندی و محاسبات و الزامات نگهداری انتخاب شود. اگر اطلاعات کافی در دسترس نیست بهتر است قبل از تعیین مدل نهایی درخواست فنی تکمیل شود.

کنترل نهایی پیش از تایید سفارش

قبل از تایید انتخاب باید مطمئن شویم که اطلاعات ورودی و نتایج محاسبات با هم سازگار هستند. بار حرارتی سمت گرم و سرد باید با در نظر گرفتن خطای اندازه گیری و اتلاف احتمالی موازنه شود. دماهای خروجی نیز باید در شرایط واقعی قابل دستیابی باشند.

در کنترل نهایی این موارد را بررسی کنید:

• ظرفیت حرارتی مورد نیاز و شرایط طراحی مشخص است.

• دبی و دمای هر دو سمت ثبت شده است.

• خواص سیال در محدوده دمای کاری لحاظ شده است.

• فشار و دمای طراحی تایید شده است.

• افت فشار هر دو سمت در محدوده مجاز قرار دارد.

• جنس صفحات و واشرها با سیال سازگار است.

• تعداد صفحات و سطح موثر توسط سازنده تایید شده است.

• محدودیت نصب و دسترسی برای تعمیر بررسی شده است.

• روش تمیزکاری و برنامه نگهداری مشخص است.

• مدارک فنی و شرایط ضمانت و محدوده عملکرد دریافت شده است.

درخواست خرید باید بر اساس همین اطلاعات تنظیم شود. اگر هنوز ظرفیت و دبی و دماها مشخص نیستند بهتر است قبل از انتخاب محصول نهایی آن ها را از طراح فرآیند یا بهره بردار دریافت کنید.

سوالات متداول درباره چک لیست انتخاب مبدل حرارتی صفحه ای