انواع مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل‌ حرارتی صفحه‌ ای (PHE)، دستگاه‌های کم‌حجمی هستند که با بهره‌گیری از صفحات فلزی نازک، انتقال حرارت بین دو سیال با دماهای متفاوت را امکان‌پذیر می‌سازند.

این تجهیزات به دلیل بازده بالای انتقال حرارت، در صنایع مختلف کاربرد وسیعی دارند.

در این بخش نحوه عملکرد مبدل‌ های گرمایشی صفحه‌ ای توضیح داده می‌شود.

عملکرد دستگاه‌های مبدل حرارتی صفحه‌ ای بر پایه اصول ترمودینامیکی استوار است.

این دستگاه‌ها با قرارگیری صفحات فلزی در کنار هم، کانال‌های باریک و موازی ایجاد می‌کنند که امکان عبور و انتقال حرارت میان سیالات را فراهم می‌سازند.

در هر کانال، یکی از سیالات سرد یا گرم جریان می‌یابد و با برخورد غیرمستقیم با سیال دیگر، تبادل حرارت صورت می‌گیرد.

این صفحات توسط واشرهایی محصور شده‌اند که ضمن جلوگیری از نشتی، جهت حرکت سیال را نیز تنظیم می‌کنند.

نحوه قرارگیری واشرها به گونه‌ای است که یک نوع سیال (مثلاً آب سرد) از یک سمت و سیال دیگر (مانند آب گرم) از سمت دیگر عبور می‌کند.

در این حالت، سیال‌های سرد و گرم به صورت متناوب و در کانال‌های مختلف حرکت کرده و حرارت میان آن‌ها مبادله می‌شود.

صفحات گسترده و باریک، امکان تماس بیشتر و تبادل حرارت سریع‌تر را نسبت به مبدل‌های لوله‌ای فراهم می‌کنند.

این نوع مبدل به دلیل طراحی فشرده و اتلاف حرارتی اندک، در کنار نصب و نگهداری آسان، بسیار کارآمد است.

مراحل کار یک مبدل حرارتی صفحه‌ ای شامل موارد زیر است:

وجود افت فشار برای عملکرد دستگاه لازم است، اما میزان آن باید نزدیک به مقدار طراحی شده باشد تا از افزایش انرژی مصرفی جلوگیری شود. 

اگر فشار افزایش یافته و دستگاه توانایی انتقال حرارت بهینه را از دست دهد، می‌تواند نشانه‌ای از گرفتگی یا رسوب‌گذاری باشد.

دستگاه باید روی سطحی پایدار و تراز نصب شود.

فضای کافی برای تعمیر و نگهداری، مانند تعویض صفحات، باید در اطراف آن در نظر گرفته شود.

توصیه می‌شود فاصله حداقل 1.5 متر از دیوارها جهت دسترسی بهتر وجود داشته باشد.

پیش از اتصال لوله‌ها، بررسی کنید که ابعاد و فضای آزاد با مشخصات نصب همخوانی دارد.

همچنین، فضای کافی جهت دسترسی به دستگاه برای تعمیرات احتمالی فراهم کنید.

پیش از شروع به کار، از محکم بودن تمامی پیچ‌ها و صحیح بودن مونتاژ بسته‌های صفحه‌ای اطمینان حاصل کنید.

برای جلوگیری از ایجاد شوک‌های فشاری یا ضربه‌های آب، دستگاه را به‌آرامی راه‌اندازی کنید.

در هنگام استفاده از مبدل‌های گرمایشی صفحه‌ ای، رعایت نکات زیر ضروری است:

• از ضربه‌های هیدرولیکی پرهیز کنید.
• اطمینان حاصل کنید که از سیالات با فشار و دمای مناسب استفاده می‌شود.
• دستگاه به‌طور کامل هواگیری شده باشد.

• شیر کنترل مدار گرم را ببندید.
• پمپ مدار گرم را خاموش کنید و اجازه دهید دستگاه خنک شود.
• تمامی شیرهای باقی‌مانده را ببندید.

• هرگز در حین داغ بودن دستگاه، اقدام به باز کردن آن نکنید.
• فشار هر دو سیال را کاهش دهید و سیالات داخل دستگاه را کاملاً خالی کنید.
• پیچ‌ها را تا حدی که بسته صفحات آزاد شود شل کنید، اما از باز کردن کامل پیچ‌های اصلی خودداری نمایید.

مبدل‌ صفحه‌ ای در انواع مختلفی طراحی و تولید می‌شوند که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند.

این بخش بالای دستگاه را بین ستون پشتیبان و صفحه ثابت قرار می‌دهد و صفحات فشاری و مبدل را به یکدیگر متصل می‌کند.

صفحه ثابت، قاب پایداری است که لوله‌های مبدل به آن متصل می‌شوند و نقشی اساسی در ساختار دستگاه ایفا می‌کند.

این قسمت ثابت، دارای میل‌گردهای راهنما و یک محور پشتیبان است که ساختار دستگاه را پایدار می‌سازد.

قاب صفحه فشار، صفحات مبدل را به یکدیگر فشرده می‌کند و به محور پشتیبان متصل است.

این قطعه، صفحات مبدل و صفحه فشار را در موقعیت مناسب هدایت می‌کند تا عملکرد دستگاه بهینه شود.

واشرها جریان سیال را کنترل و از نشت آن جلوگیری می‌کنند. این واشرها، بسته صفحات را فشرده و کاملاً درزگیری می‌کنند.

• واشر بدون چسب: مناسب برای کاربردهایی که نیاز به تعویض مکرر واشر دارند و بوی چسب ندارند.
• واشر EPDM: مناسب برای دماهای بالا و سیالات خورنده.
• واشر PTFE: برای سیالاتی که نیاز به مقاومت شیمیایی بالا دارند و نیازی به فشار زیاد در مونتاژ ندارند.

مبدل های صفحه ای حرارتی انواع مختلفی دارند که هر یک را باهم بررسی میکنیم.

این مبدل با استفاده از واشرهای باکیفیت ساخته شده و امکان تمیزکاری و تعویض آسان صفحات را فراهم می‌کند که به کاهش هزینه‌های نگهداری کمک می‌کند.

دارای طراحی فشرده و مقاوم در برابر خوردگی، مناسب برای فرآیندهای صنعتی است که نیاز به فضای کمتر و هزینه پایین‌تری دارند.

ترکیبی از صفحات جوش خورده و واشردار است که یک سیال را در بخش جوش خورده و دیگری را در بخش واشردار جریان می‌دهد؛ این طراحی امکان تعمیر و نگهداری راحت‌تر را فراهم می‌کند و از نشتی جلوگیری می‌کند.

ین مبدل ساختاری دارد که صفحات آن درون یک قاب پشتیبان قرار می‌گیرند و در برابر رسوب‌گذاری مقاوم است و قابلیت تنظیم جریان برای شرایط مختلف را دارد.

مبدل‌ حرارتی صفحه‌ ای، با طراحی متنوع و الگوهای متفاوت صفحات، عملکردی بهینه برای انتقال حرارت دارند.

هر صفحه در این مبدل‌ها می‌تواند برای بهبود انتقال حرارت، در مسیرهای پیچیده‌ای قرار گیرد که باعث می‌شود مبدل در ابعاد کوچک‌تر و با بازدهی بالاتر از انواع سنتی عمل کند.

در ادامه، انواع الگوها و صفحات مبدل حرارتی صفحه‌ای توضیح داده شده است.

یک مبدل حرارتی صفحه‌ ای می‌تواند از تعداد بسیار زیادی صفحه، تا حدود ۷۰۰ صفحه تشکیل شده باشد.

با فشرده‌سازی این مجموعه، سوراخ‌های گوشه‌ای در هر صفحه یک مسیر پیوسته را ایجاد می‌کنند که به سیال اجازه حرکت و خروج از مبدل را می‌دهد.

فاصله باریک بین صفحات، کانال‌هایی برای جریان متناوب سیالات گرم و سرد ایجاد می‌کند که با کمترین مقاومت در برابر انتقال حرارت، این فرآیند را کارآمدتر می‌کند.

الگوی موج‌دار (Marsh Board Pattern) تعداد نقاط تماس بین صفحات را به حداقل رسانده و موجب تسهیل جریان سیالات حاوی الیاف یا لجن می‌شود.

این طرح، مانع از انسداد شده و نگهداری آن آسان‌تر است.

الگوی “شاه‌ماهی” (Herringbone Pattern) با شیارهای V شکل و نقاط تماس فراوان، برای مقاومت در برابر فشارهای بالا و ایجاد کانال‌های پیچیده جریان طراحی شده است.

این ویژگی باعث انتقال حرارت به‌صورت بسیار مؤثر می‌شود و بازدهی حرارتی آن نسبت به مبدل‌های پوسته و لوله، ۳ تا ۵ برابر بیشتر است.

مبدل گرمایی صفحه ای دارای انواع صفحات میباشد، که در زیر انها را با هم بررسی میکنیم.

• ویژگی‌ها: دارای نرخ انتقال حرارت حدود دو برابر بیشتر از مبدل‌های پوسته و لوله است و افت فشار کمی در بخار ایجاد می‌کند. واشرهای TCG نیز برای افزایش دامنه کاربری استفاده می‌شوند.
• کاربردها: کندانسورهای برج‌های تقطیر، خنک‌کننده‌های گلیکول، بازیابی حرارت از دودکش و پیش‌گرم‌کننده‌ها.

• ویژگی‌ها: با کانال‌های پهن و فاصله‌های بیشتر بین صفحات، برای سیالاتی با ذرات جامد و ویسکوزیته بالا مانند لاتکس، رنگ و مایعات غذایی مناسب است. همچنین پوشش الکترولیتی برای کاربردهای غذایی استفاده می‌شود.
• کاربردها: صنایع شیمیایی، رنگرزی، صنایع غذایی و کاغذسازی.

• ویژگی‌ها: طراحی دوجداره برای جلوگیری از مخلوط شدن ناخواسته سیالات استفاده می‌شود. در صورت نشتی یکی از صفحات، سیال به بیرون نشتی کرده و از مخلوط شدن آن با سیال دیگر جلوگیری می‌کند.
• کاربردها: خنک‌سازی روان‌کننده‌ها و سیالاتی که در صورت اختلاط می‌توانند آسیب برسانند.

این فصل کاربردها، مزایا و نگهداری مبدل های حرارتی صفحه ای را پوشش می دهد.

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ ای در طیف گسترده‌ای از کاربردها، از جمله پیش‌سردکن‌ها، بازیابی حرارت، خنک‌کننده‌های لوله روغن و جداسازی پمپ حرارتی استفاده می‌شوند.

این مبدل‌ها به دلیل طراحی منحصربه‌فرد خود، مزایای زیادی دارند از جمله:

• بازدهی بالا در انتقال حرارت: نرخ بالاتر نسبت به مبدل‌های پوسته و لوله.
• فضای کم مورد نیاز: این مبدل‌ها نیاز به فضای اضافی برای جداسازی و نگهداری ندارند.
• نگهداری آسان: تمیزکاری و تعمیرات سریع‌تر.
• کاهش هزینه نصب: این مبدل‌ها نسبت به انواع دیگر هزینه نصب کمتری دارند.

مراحل کلی نگهداری شامل موارد زیر است:

ابتدا مبدل باید خاموش و تخلیه شده و اتصالات جدا شوند.

صفحات را می‌توان به صورت دستی یا از طریق شستشوی در محل (CIP) تمیز کرد.

شستشو با آب گرم و شوینده ملایم انجام می‌شود و باید از آسیب به صفحات و واشرها جلوگیری شود.

پس از تمیزکاری و بررسی، هر واحد باید به دقت نصب شده و از عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل شود.

مبدل‌ حرارتی صفحه‌ ای نسبت به سایر انواع مبدل‌ها مزایای قابل توجهی دارند.

با وجود انواع مختلف این مبدل‌ها که هرکدام در کاربردهای خاص خود به‌کار می‌روند،

آگاهی از مشخصات و شرایط نگهداری مناسب برای طول عمر بیشتر این تجهیزات ضروری است.