Air Cooled Heat Exchangers

کولرهای هواخنک هوایی قابل مقایسه با هیچ یک از انواع مبدل ها نمی باشد. چرا که در این مبدل از هوا جهت خنک کردن سیال کاری استفاده می شود. بنابراین جهت جایگزینی آن با انواع دیگر مبدل ها، لازم است ابتدا به این سوال پاسخ داده شود که آیا می توان از سیال دیگری بجز هوا به عنوان مثال آب یا سیال خنک کن دیگری، جهت خنک کردن سیال مورد نظر استفاده کرد یا خیر؟

در مقایسه با آب، هوا سیال بسیار نامناسبی جهت انتقال حرارت می باشد. در دمای °C40 ضریب هدایت گرمایی آب در حدود ۲۳ برابر هوا، چگالی آب در حدود ۸۸۰ برابر هوا و نیز گرمای ویژه آن در حدود ۴ برابر هوا می باشد، با این همه، در دسترس بودن هوا به عنوان سیال خنک کن و نیز حجم نا محدود قابل استفاده از آن، از امتیازات منحصر به فرد هوا به عنوان یک سیال خنک کن می باشد.

Cool air exchangers Viraphe

ایده استفاده از کولرهای هواخنک در مقیاس بزرگ صنعتی به اواخر دهه­ ی ۱۹۲۰ در صنایع نفت و گاز آمریکا بر می گردد که درآن جا به دلیل کمبود آب، یک مجموعه لوله را به صورت عمودی در برابر وزش جریان باد قرار دادند. در اواسط دهه­ ی ۱۹۳۰ طرح این مبدل تغییر کرد. به این ترتیب که مجموعه لوله ها را به صورت افقی قرار دادند و هوای لازم توسط یک فن تأمین می گردید. بنابراین فرآیند خنک کاری از وزش طبیعی باد مستقل شد. درهمین ایام، در صنایع شیمیایی آلمان نیز اساس مبدل هوا خنک رو به تکامل بود. استفاده موفقیت آمیز این مبدل، باعث رواج روز افزون آن در دیگر صنایع شد.

Complete cooling performance ALFA LAVAL

از جمله استاندارد های معتبر در زمینه مبدل هوا خنک می توان به استاندارد (ISO 13706-1)API 661اشاره نمود. این استاندارد، بخشی از پیش نیازها و پیشنهادات لازم جهت طراحی، انتخاب جنس، ساخت، نظارت، تست و نیز شرایط آماده سازی جهت انتقال مبدل، در صنایع پتروشیمی را پوشش می دهد. همچنین این استاندارد، داده برگ مشخصی را جهت طراحی حرارتی مبدل هوا خنک ارایه کرده است.

ایده استفاده از مبدل هوا خنک در مقیاس بزرگ صنعتی به اواخر دهه­ ی ۱۹۲۰ در صنایع نفت و گاز آمریکا بر می گردد که درآن جا به دلیل کمبود آب، یک مجموعه لوله را به صورت عمودی در برابر وزش جریان باد قرار دادند. در اواسط دهه­ ی ۱۹۳۰ طرح این مبدل تغییر کرد. به این ترتیب که مجموعه لوله ها را به صورت افقی قرار دادند و هوای لازم توسط یک فن تأمین می گردید. بنابراین فرآیند خنک کاری از وزش طبیعی باد مستقل شد. درهمین ایام، در صنایع شیمیایی آلمان نیز اساس مبدل هوا خنک رو به تکامل بود. استفاده موفقیت آمیز این مبدل، باعث رواج روز افزون آن در دیگر صنایع شد.

استاندارد ها :

از جمله استاندارد های معتبر در زمینه مبدل هوا خنک می توان به استاندارد (ISO 13706-1 API 661) اشاره نمود. این استاندارد، بخشی از پیش نیازها و پیشنهادات لازم جهت طراحی، انتخاب جنس، ساخت، نظارت، تست و نیز شرایط آماده سازی جهت انتقال مبدل، در صنایع پتروشیمی را پوشش می دهد. همچنین این استاندارد، داده برگ مشخصی را جهت طراحی حرارتی مبدل هوا خنک ارایه کرده است.

تركيب بندى مبدل گرمايى هوا خنك شونده:

مبدل هاى گرمايى هوا خنك شونده داراى تركيب بندى هاى زيرمى باشند:

• تيوب باندل: دسته اى از تيوب ها كه دركنار هم قرار گرفته و در ابتداو انتها به هدرها و از اطراف به قاب هاى كنارى محدود هستند.
• Bay: مجموعه اى از يك يا بيشتر تيوب باندل كه تحت پوشش دو یا تعداد بیشتری فن قرار دارند. یک Bay شامل شازه و سایر تجهیزات متعلقه نیز می­باشد.
• Unit:تعداد یک یا بیشتری تیوب باندل جهت یک سرویس جداگانه

اجزاء مبدل گرمايى خنك شونده:

• يك مبدل گرمايى هوا خنك شونده از قسمت هاى زير تشكيل شده است:
• تيوب باندل (شامل هدر، تيوب، قاب كنارى و نگهدارنده تيوب)
• وسيله حركت دهنده هوا (مانند فن يا دمنده)
• سيستم گرداننده (معمولاً موتور الكتريكى يا توربين بخار) وانتقال قدرت (معمولاً تسمه يا چرخ دنده)
• پلنیوم و حلقه دور فن (Plenum & Fan Ring)
• سازه نگهدارنده
• كويل بخار (اختيارى)
• سكو جهت تعمير و نگهدارى فن و هدرها (اختيارى)
• مجرای کرکره ای عبور هوا (Louver) (اختیاری)
• سيستم تنظيم تيغه فن (اختيارى)
• سيستم كنترل موتور دورمتغير (اختيارى)
• محفظه مخصوص چرخش مجدد هواى گرم (اختيارى)
• سوئيچ ارتعاش

تيوب باندل:

باندل را مى توان قلب يك مبدل گرمايى هوا خنك شو بحساب آورد، به نحوي كه وظيفه اصلى تبادل حرارت در اين قسمت انجام مى گيرد. که از قسمت هاى زير تشكيل شده است:

• تيوب (پره دار ويا لخت)
• هدر
• سازه باندل (شامل قاب كنارى، نگهدارنده تيوب و گوشواره هاى( بلند كردن تيوب باندل)

تيوب:

مجرايى است كه سيال گرم جهت خنك شدن از آن عبور داده مى شود. حداقل قطر خارجى تيوب در اين نوع مبدل بايستى۲۵میلیمترباشد. به منظور جبران پايين بودن ميزان تبادل گرمايى هوا، معمولاً سطح خارجى تيوب ها را با قرار دادن پره ها بر روی آن افزایش می دهند.

درعين حال، زمانيكه ضريب انتقال گرما سيال داخل لوله پايين بوده و داراى مقدارى مشابه با ضريب انتقال گرماى سمت هواى تيوب بدون پره باشد، تأثير پره دار كردن تيوب به ميزان چشمگيرى كاهش مى يابد. در اين حالت شايسته است استفاده از تيوب بدون پره مورد بررسى قرار گيرد.

پره ها:

به منظور افزايش سطح انتقال حرارت و در نتيجه ميزان آن، مورد استفاده قرار مى گيرند. معمولاً به شكل مارپيچ و يا صفحه اى هستند. معمولاً آلومينيوم (و بعضى اوقات مس) بدليل هدايت گرمايى بالا، وزن كم و قابليت شكل دهى مناسب،بعنوان جنس پره ها مورد انتخاب قرار مى گيرد. در عين حال از فولاد بعنوان جنس پره ها جهت كاركردهاى با درجه حرارت بسيار بالا نيز استفاده مى شود.

انواع پره ها و انتخاب آن ها:

L-Footed (Wrap-on): این نوع از پره ها به شکل Lبر روی سطح تیوب پوشانیده می شوند.

Knurled L-Footed: این نوع از پره ها مشابه نوع Lهستند ولی پایه پره بصورت برآمده بر روی سطح تیوب قرار دارد که باعث افزایش سطح تماس می شود.

Double L-Footed: این نوع از پره ها نیز مانند نوع Lبوده ولی دارای همپوشانی بر روی یکدیگر در محل پایه پره می باشد. این همپوشانی باعث محافظت بیشتر سطح تیوب می شود.

Extruded: این نوع پره ها با روش Extrusionاز تیوب آلومینیوم درست شده که باعث تولید پره هایی بهم پیوسته در تمام طول تیوب اصلی می گردد.

G “Embedded”: این نوع پره ها درون شیارهای مارپیچی که بر روی سطح تیوب ایجاد شده اند، کار گذاشته می شود.

فن:

فن وسيله ايجاد جريان هوا در يك مبدل گرمايى هوا خنک شونده بوده كه معمولاً از نوع جريان محور(Axial Flow)  مى باشد. به منظور توزيع يكنواخت و مناسب هوا بر روى تيوب باندل، فن ها بايستى سطح تيوب باندل را بطور كافى پوشش دهند. هرBay داراى حداقل ۲ عدد فن مى باشد تا در صورت از كار افتادن يكى از فن ها، ساير فن( ها) بتوانند ظرفيت خنك كنندگى را تأمين نمايند.

قطر فن ها معمولاً بين ۱ تا ۵ متر (بعضى مواقع بيشتر از اين) و داراى۴الى ۱۰ تيغه هستند. جنس تيغه ها نيز اغلب ازآلومينيوم يا فايبرگلاس تقويت شده(FRP, Fiberglass Reinforced Plastic)  و بعضى اوقات ازفولادمیباشد.

فن ها همچنين داراى تيغه هاى ثابت يا قابل تنظيم هستند، كه تنظيم زاويه تيغه ها مى تواند بصورت دستى و يا اتوماتيك انجام شود.

ذكر اين نكته ضرورى است كه ساده ترين روش براى كاهش صدا،كم كردن سرعت نوك فن بوده كه استانداردهاى معتبر براى اينمنظور محدوديت هايى تعيين كرده اند.

پلنیوم (Plenum):

پلنيوم محفظه اى است كه توزيع يكنواخت جريان هوا بين فن و باندل را تأمين مى كند. پلنيوم به شكل جعبه اى يا ديواره هاىشيبدار مى باشد كه نوع ديواره هاى شيبدار آن بهترين توزيع هوارا بر روى باندل ايجاد مى كند.

حلقه دور فن (Fan Ring):

حلقه دورفن يك قطعه استوانه اى شكل است كه فن را در برمى گيرد. لازم به ذكر است كه فاصله بين حلقه دورفن و نوك تيغه فن اثر قابل ملاحظه اى بر روى بازده فن دارد كه استانداردجهت اين مورد هم محدوديت هایی عنوان کرده است.

سیستم گرداننده:

فن بوسیله­ ی یکی از ادوات زیر گردانده می شود:

• موتور الکتریکی
• توربین بخار
• موتور گازی یا بنزینی
• موتور هیدرولیکی

ولی انتخاب غالب در اکثر مواقع، موتور الکتریکی است.

سیستم انتقال قدرت:

انتقال قدرت از سيستم گرداننده به فن به دو روش مستقيم و غيرمستقيم متداول است.

• روش مستقيم: دراين روش، شافت فن مستقيماً به موتورمتصل مى گردد كه براى فن هاى با قطر كوچك مورد استفاده قرار مى گيرد.
• روش غيرمستقيم: دراين روش، شافت فن بطور غير مستقيم وبوسيله فلكه-تسمه يا چرخ دنده به موتور متصل مى شود.

سوئیچ ارتعاش:

این سوئیچ معمولاً بر روی هر کدام از فن ها قرار داده می شود تا در صورت ارتعاش شدید فن، فرمان خاموش شدن موتور را صادر کند.

سازه:

سازه كولر هوايى شامل تير، ستون، بادبند و غيره بوده و باعث نگهداشتن باندل، موتور، فن و ساير تجهيزات مكانيكى مى شود.اين سازه بايستى بارهاى استاتيكى و ديناميكى را تحمل كرده و براى بارهاى باد و زلزله طراحى شود. سكوهاى دسترسى به هدرها و موتورها نيز جزئى از اين سازه مى باشند.

سازه كولرها بر روى زمين و يا Pipe Rack قرارداده مى شوندكه درحالت اخير به دليل قرارگرفتن تجهيزات و ادوات مختلف ديگرى در زيركولر هوايى، موجب صرفه جويى در سطح اشغال شده مى گردد.