مبدل حرارتی صفحه ای واشردار (Gasketed Plate Heat Exchanger) چیست؟

مبدل حرارتی صفحه ای واشردار (Gasketed Plate Heat Exchanger)

مبدل حرارتی صفحه ای واشردار (گسکت دار) مقرون به صرفه ترین راه حل موجود برای کاربردهای گرمایش و سرمایش (HVAC) می باشد. اولین مبدل حرارتی صفحه ای واشردار با کاربرد در صنایع لبنی در سال 1931 و با صفحاتی به ضخامت 5-10 میلی متر با الگوی صفحات milled pattern عرضه شد.

در یک مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، صفحات مجهز به واشر الاستومری هستند که کانال های عبور جریان را آب بندی و سیالات را به کانال های متناوب هدایت می کنند. در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، صفحات بین دو فریم ابتدایی و انتهایی تحت فشار مونتاژ و توسط پیچ و مهره هایی، محکم به یکدیگر فشرده می شوند. مجموعه مبدل حرارتی بین دو میله حمل (بالایی) و راهنما (پایینی) قرار گرفته و معلق است که هر دو میله به ستون پشتیبان متصل می شوند.

مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار شامل تعدادی صفحه نازک با سطح موج دار است که سیال های گرم و سرد را از یکدیگر جدا می کنند. صفحات، دارای سوراخ هایی در گوشه ها هستند و به نحوی آرایش داده شده اند که دو سیالی که باید حرارت بین آن ها مبادله شود، یکی در میان، در فضای بین صفحات جریان می یابند.

 

در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، شکل جریان، عموما به نحوی انتخاب می شود که جریان سیال ها در خلاف جهت یکدیگر باشند. این نوع مبدل های حرارتی به دلیل جزئیات ساخت و واشربندی ، معمولا به جریان سیال با فشار پایین تر از 25 بار و دمای کمتر از حدود 250 درجه سانتی گراد محدود می شوند. لازم بذکر است که امروزه سازندگان مبدل حرارتی از برخی واشر ها که دارای شرایط تحمل دمایی و فشاری بالاتری هستند نیز استفاده می کنند.

اجزای اصلی یک مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، صفحات موج دار، واشرها و صفحات انتهایی هستند. ساختار و طراحی فیزیکی مبدل حرارتی صفحه ای واشردار این اجازه را می دهد تا فریم مبدل حرارتی به راحتی باز و صفحات از یکدیگر جدا شوند. این امر موجب می شود که تمیز کردن مبدل حرارتی به سادگی صورت پذیرد. همچنین تغییر ظرفیت مبدل حرارتی نیز به واسطه اضافه کردن یا حذف صفحات، امکان پذیر است.

 

 

جنس صفحات در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

 

صفحات موج داری که در مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار به کار می روند، می توانند از فلزات و آلیاژهایی که قابلیت شکل دهی و جوش دادن را داشته باشند، ساخته شوند. رایج ترین جنس صفحات در مبدل های حرارتی صفحه ای واشردار، استنلس استیل 316، تیتانیوم، اینکونل 600، اینکولوی 825، هستلوی C-276، مونل 400، نیکل 200، کاپرونیکل 90/10 و کاپرونیکل  70/30 هستند.

Stainless steel

نوعی از فولاد زنگ نزن است که حاوی کروم، مقدار کمی کربن و عناصر دیگری نظیر نیکل و مولیبدن می باشد. استنلس استیل به علت مقاومت در مقابل خوردگی، در صنایع غذایی و شیمیایی استفاده می شود. کاربرد دیگر استنلس استیل در محلول های رقیق کلراید (کمتر از 200 ppm)، محلول های سولفات مس، محصولات غذایی، سیالات دارویی می باشد.

Inconel

نام تجاری گروهی از آلیاژهای نیکل که در مقابل اکسید شدن در دمای زیاد مقاوم هستند. کاربرد در گاز هیدروژن و بخار آب حاوی مس و اسیدها (کمتر از 70 درجه سانتی گراد)

Hastelloy

نام تجاری گروهی از آلیاژهای نیکل که در مقابل خوردگی محلول های شیمیایی مقاوم هستند.

Monel

آلیاژی که حدودا 60-70 درصد نیکل و 25-35 درصد مس و مقادیر جزئی از سایر مواد را دارا است و در صنایع شیمیایی، به عنوان فلز مقاوم در برابر اسید بکار می رود.

Titanium

کاربرد در آب دریا و آب شور، اسیدهای رقیق (کمتر از 70 درجه سانتی گراد) و محلول کلراید (بیشتر از 200 ppm)

Cupronickel

آلیاژی شامل 90 درصد نیکل و 10 درصد مس که در برابر خوردگی مقاوم است.

 

ابعاد صفحات در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

 

به منظور تنظیم میزان آشفتگی جریان که درنهایت منجر به افزایش میزان تبادل حرارتی می گردد، حداقل نسبت طول به عرض صفحات باید 1.8 در نظر گرفته شود. ضخامت صفحات نیز معمولا حدود 1.2 تا 0.5 میلی متر در نظر گرفته می شود و فاصله صفحات نیز عموما بین 2-5 میلی متر خواهد بود تا سیستم در شرایطی مناسب بتواند عمل کند.

 

الگوی روی صفحات در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

وظیفه الگوی روی صفحات، افزایش میزان سطح تبادل حرارت و ایجاد آشفتگی مناسب و کافی در مبدل حرارتی است. انواع متنوعی از الگوی روی صفحات با شکل ها و هندسه های متفاوت وجود دارد. الگوهای رایج تر عبارتند از مدل واشبورد (washboard) و مدل هرینگبون یا چورون (herringbone). اسامی این الگوها از روی شکل ظاهری آن گرفته شده است. مدل اول شبیه تخته شستشوی لباس و مدل دوم شبیه ساختار استخوان ماهی است.

 

جنس واشرها در مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

کارایی یعنی ایمنی و اطمینان پذیری از آب بندی در یک مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، به واشرهای به کار رفته در آن بستگی دارد. واشرها معمولا قطعاتی الاستومری هستند و جنس آن ها با توجه به سازگاری با سیال، دما و فشار عملکرد مبدل حرارتی انتخاب می شود. واشرها در شیارهایی که دور صفحات طراحی شده قرار می گیرد. در گذشته واشر ها به سطح صفحات با چسب هایی چسبانده می شدند، اما با پیشرفت تکنولوژی ساخت مواد الاستومر، امروزه سازندگان این مبدل ها از واشر های فاقد چسب استفاده می کنند.علاوه بر شرایط عملیاتی، قابلیت فشرده شدن واشر برای مقاومت در مقابل فشار وارده از طرف جریان سیال نیز بسیار مهم است. قیمت واشر ها، متناسب با محدوده عملکرد دمایی، فشاری و مقاومت در مقابل خورندگی آن ها می باشد.

 

 

مزایای استفاده از مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

 

• انعطاف پذیری در طراحی و تغییر ظرفیت مبدل حرارتی بواسطه تنوع در اندازه صفحات، آرایش گذرها و تغییر تعداد صفحات وجود دارد.
• به دلیل وجود واشر در ساختار مبدل حرارتی، خطر نشتی داخلی به حداقل می رسد. همچنین هرگونه خرابی واشر منجر به نشتی به محیط می شود که به سادگی در سمت خارجی واحد، قابل ردیابی است.
• به دلیل ایجاد آشفتگی در جریان، میزان تبادل حرارتی افزایش پیدا می کند.
• ابعاد کوچکتر و وزن کمتر نسبت به مبدل حرارتی پوسته و لوله.
• بیش از دو سیال می تواند در یک مبدل واحد جریان یابد.

 

کاربردهای مبدل حرارتی صفحه ای واشردار

 

در گذشته به دلیل سادگی در باز و تمیز کردن مبدل حرارتی صفحه ای به منظور تامین نیازهای بهداشتی، کاربرد آن ها عمدتا به صنایع غذایی و نوشیدنی محدود بوده است. اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی، این نوع مبدل حرارتی در صنایع مختلف زیر کاربرد دارد.

• صنایع گرمایشی و سرمایشی
• صنایع غذایی، دارویی و بهداشتی
• صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
• انواع صنایع شیمیایی
• نیروگاه ها
• تاسیسات دریایی نفت و گاز
• کشتی ها
• صنایع چوب و کاغذ
• سیستم های خنک کننده مرکزی که از آب دریا، آب رودخانه، یا آب چاه به عنوان سیال خنک کاری استفاده می کنند.

 

10 توصیه به منظور نگهداری مبدل حرارتی صفحه ای واشردار در شرایط بهینه:

1. اطمینان حاصل کنید که شرایط کار (دما و سرعت جریان) با مشخصات طراحی مطابقت دارد.

2. هنگام راه اندازی، مبدل حرارتی را تخلیه کنید اما سوپاپ ها را به آرامی باز و بسته کنید تا از ایجاد شوک هیدرولیکی جلوگیری شود.

3. از فیلترها و صافی ها برای جلوگیری از ورود رسوبات و ذرات مختلف به مبدل حرارتی استفاده کنید.

4. به صورت روزانه هرگونه تغییر دما یا فشار را بررسی کرده و هرگونه علائم نشتی خارجی را بررسی کنید.

5. به طور منظم پیچ و مهره ها را تمیز و روانکاری کنید.

6. برای جلوگیری از باز کردن مبدل حرارتی صفحه ای واشردار برای بازرسی، از تکنیک هایcondition monitoring استفاده کنید.

7. برای جلوگیری از نیاز به باز کردن مبدل حرارتی برای تمیز کردن ، از Cleaning-In-Place (CIP) استفاده کنید.

8. همیشه واحدهای آماده به کار را تمیز و خشک نگه دارید. اگر مبدل حرارتی از کار افتاد، با آب شیرین آن را شسته و کاملا تخلیه کنید.

9. از مبدل های حرارتی در برابر پاشیدن آب، باران، قرار گرفتن در معرض پرتو های فرابنفش و ازن که معمولاً از منابع الکتریکی تولید می شود، محافظت کنید.

10. فقط از قطعات یدکی اصلی برای عملکرد مطمئن و افزایش عمر تجهیزات استفاده کنید. ذخیره قطعات یدکی ضروری (مانند صفحات و واشر) داشته باشید.

 

 

منابع : 

 

https://www.alfalaval.com/microsites/gphe/tools/how-gphes-work/#:~:text=In%20a%20gasketed%20plate%20heat,bolts%20fitted%20between%20these%20plates.

 

https://paraxcompany.com/%d9%85%d8%a8%d8%af%d9%84-%d8%ad%d8%b1%d8%a7%d8%b1%d8%aa%db%8c-%d8%b5%d9%81%d8%ad%d9%87-%d8%a7%db%8c-%d9%88%d8%a7%d8%b4%d8%b1%d8%af%d8%a7%d8%b1-%da%86%db%8c%d8%b3%d8%aa%d8%9f/

 

https://www.kelvion.com/products/category/gasketed-plate-heat-exchangers/