رسوب گیری مبدل پوسته و لوله

 در مبدل حرارتی پوسته و لوله رسوب یک مسئله رایج در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و سیستم های HVAC است. می تواند کارایی دستگاه های انتقال حرارت را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. برای ارائه یک درک جامع، این توضیح به جنبه‌های مختلف رسوب در مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، از جمله علل، پیامدها، پیشگیری و روش‌های حذف آن می‌پردازدیم.

برای خرید انواع مبدل های حرارتی اینجا کلیک کنید.

1. مقدمه ای بر مبدل های حرارتی پوسته و لوله:

رسوب گیری مبدل پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله یک نوع رایج از دستگاه انتقال حرارت است که برای تبادل موثر گرما بین دو سیال استفاده می شود. اصطلاح “پوسته و لوله” به طراحی اساسی این مبدل حرارتی اشاره دارد. “پوسته” رگ بیرونی است که شامل یک بسته لوله است. یک سیال، که اغلب به عنوان “سیال فرآیند” نامیده می شود، از طریق لوله های داخلی جریان می یابد، در حالی که سیال دیگر، که معمولا به عنوان “سیال خنک کننده” یا “سیال سرویس” شناخته می شود، در خارج از لوله های داخل پوسته جریان دارد. انتقال حرارت از طریق دیواره های لوله انجام می شود و تبادل انرژی حرارتی بین دو سیال را تسهیل می کند.

رسوب گیری مبدل حرارتی پوسته و لوله

2. شناخت رسوب در مبدل های حرارتی پوسته و لوله:

رسوب در مبدل های حرارتی پوسته و لوله تجمع رسوبات، آلاینده ها یا مواد ناخواسته روی سطوح تبادل حرارتی است. این رسوبات می تواند شامل مواد مختلفی مانند فلس های معدنی، محصولات خوردگی، مواد بیولوژیکی، ذرات یا مواد آلی باشد. رسوب گیری با عایق کردن یا انسداد سطوح لوله، کاهش ناحیه موثر انتقال حرارت و افزایش مقاومت حرارتی بین دو سیال، فرآیند انتقال حرارت را مختل می کند.

مطالعه بیشتر

راهنمای جامع مبدل حرارتی فین پلیت

هر چیزی که در مورد مبدل حرارتی پوسته ولوله باید بدانید!

3. علل رسوب در مبدل های حرارتی پوسته و لوله:

رسوب گیری مبدل پوسته و لوله

درک علل رسوب برای رسیدگی و پیشگیری از این موضوع بسیار مهم است. عوامل متعددی می توانند در ایجاد رسوب در مبدل های حرارتی پوسته و لوله نقش داشته باشند:

الف. پوسته پوسته شدن:

پوسته پوسته شدن شکل رایج رسوب است که در اثر رسوب مواد معدنی از سیال فرآیند هنگام گرم شدن یا سرد شدن ایجاد می شود. مواد معدنی مانند کلسیم، منیزیم و آهن تمایل به تشکیل رسوبات جامد در سطوح داخلی لوله دارند. این رسوبات می توانند به تدریج جمع شوند و سطح مقطع موجود برای انتقال حرارت و عایق بندی لوله ها را کاهش دهند. زمانی که سیال فرآیند دارای محتوای مواد معدنی بالایی باشد، پوسته پوسته شدن بیشتر است.

ب. خوردگی:

خوردگی می تواند منجر به خراب شدن مواد لوله و ایجاد سطوح و گودال های ناهموار شود. این سطوح ناهموار مکان های ایده آلی را برای تجمع رسوب فراهم می کنند. محصولات خوردگی نیز می توانند با چسبیدن به دیواره های لوله در ایجاد رسوب نقش داشته باشند. وجود مواد شیمیایی تهاجمی یا عناصر خورنده در سیال فرآیند می تواند احتمال خوردگی را افزایش دهد.

ج. رسوب بیولوژیکی:

رسوب بیولوژیکی زمانی رخ می دهد که میکروارگانیسم ها، جلبک ها و باکتری ها روی سطوح لوله رشد کنند. این معمولا زمانی اتفاق می افتد که سیال فرآیند حاوی مواد آلی باشد یا زمانی که آب در مبدل حرارتی استفاده می شود. این میکروارگانیسم‌ها می‌توانند بیوفیلم‌هایی را تشکیل دهند که لایه‌های لزجی هستند که دیواره‌های لوله را عایق می‌کنند و مانع انتقال حرارت می‌شوند.

د. رسوب ذرات:

رسوب ذرات ناشی از ذرات جامد معلق در سیال فرآیند است. این ذرات ممکن است شامل گرد و غبار، زنگ، رسوب یا سایر آلاینده ها باشد. با گذشت زمان، آنها می توانند روی سطوح لوله بنشینند و در ایجاد رسوب نقش داشته باشند.

ه. رسوب گیری روغن و گریس:

در کاربردهای صنعتی خاص، مانند صنایع پتروشیمی یا صنایع غذایی، مبدل های حرارتی ممکن است با روغن ها یا گریس ها تماس پیدا کنند. تجمع این مواد بر روی سطوح لوله می تواند بازده انتقال حرارت را کاهش دهد.

"</p

4. عواقب رسوب گیری در مبدل های حرارتی پوسته و لوله

رسوب گیری مبدل پوسته و لوله

عواقب رسوب گیری در مبدل های حرارتی پوسته و لوله می تواند تأثیر قابل توجهی بر فرآیند یا سیستم کلی داشته باشد. این پیامدها عبارتند از:

الف. کاهش راندمان انتقال حرارت:

 یکی از فوری ترین اثرات رسوب گیری کاهش راندمان انتقال حرارت است. با تجمع رسوبات رسوب بر روی سطوح لوله، یک لایه عایق ایجاد می کنند که مانع از انتقال انرژی حرارتی بین فرآیند و سیالات خنک کننده می شود. این کاهش راندمان می تواند منجر به افزایش مصرف انرژی و زمان تبادل حرارت طولانی تر شود.

ب. کاهش نرخ جریان:

رسوب گیری همچنین می تواند منجر به کاهش نرخ جریان شود، زیرا رسوبات مسیرهای جریان را در لوله ها باریک می کنند. این نه تنها ظرفیت انتقال حرارت را کاهش می دهد، بلکه می تواند عملکرد کلی سیستم را نیز تحت تاثیر قرار دهد و به طور بالقوه منجر به مشکلات مربوط به جریان شود.

ج. افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری:

 رفع رسوب نیاز به تمیز کردن و نگهداری دوره ای مبدل حرارتی دارد. دفعات تمیز کردن به شدت رسوب و کاربرد خاص بستگی دارد. افزایش نیاز به تعمیر و نگهداری منجر به هزینه های عملیاتی بالاتر می شود.

د. زمان از کار افتادن و تلفات تولید:

در طول مراحل نگهداری یا تمیز کردن، ممکن است نیاز باشد مبدل حرارتی از حالت آفلاین خارج شود که منجر به از کار افتادن فرآیند صنعتی یا سیستم HVAC می شود. این خرابی می تواند منجر به تلفات تولید و کاهش بازده عملیاتی شود.

ه. کاهش طول عمر تجهیزات:

رسوب می تواند طول عمر مبدل حرارتی را به دلیل افزایش خوردگی، پوسته پوسته شدن و سایش مواد لوله کاهش دهد. با گذشت زمان، این امر می تواند نیاز به تعویض یا تعمیر مکرر تجهیزات داشته باشد.

 

رسوب گیری-اکسرژی

5. جلوگیری از رسوب در مبدل های حرارتی پوسته و لوله

جلوگیری از رسوب در مبدل های حرارتی پوسته و لوله یک رویکرد فعال برای حفظ کارایی و طول عمر آنها است. چندین استراتژی و بهترین شیوه را می توان برای کاهش رسوب به کار برد:

الف. انتخاب مواد:

انتخاب مواد مناسب برای اجزای مبدل حرارتی بسیار مهم است. بسته به ترکیب سیال فرآیند، از آلیاژها یا پوشش های مقاوم در برابر خوردگی برای مواد لوله و همچنین مواد مقاوم در برابر پوسته پوسته شدن استفاده کنید.

ب. مایع درمانی: 

اجرای فرآیندهای تصفیه آب مناسب برای جلوگیری از رسوب گذاری و رسوب ذرات. روش هایی مانند نرم کردن، دمینرالیزاسیون یا فیلتراسیون می توانند به حفظ کیفیت سیال فرآیند کمک کنند.

ج. طراحی مبدل حرارتی:

مبدل های حرارتی با طراحی خوب کمتر مستعد رسوب می شوند. ملاحظات طراحی مناسب شامل چیدمان لوله، طراحی بافل و استفاده از توربولاتور برای ارتقای جریان سیال کارآمد و جلوگیری از تجمع رسوبات است.

د. افزودنی های شیمیایی:

استفاده از افزودنی های شیمیایی می تواند در کاهش رسوب موثر باشد. عوامل ضد رسوب می توانند از جرم گیری مواد معدنی جلوگیری کنند، در حالی که ترکیبات ضد خوردگی از مواد لوله محافظت می کنند. برای کنترل رسوب بیولوژیکی می توان از بیوسیدها استفاده کرد.

ه. نظارت منظم:

نظارت مکرر بر عملکرد مبدل حرارتی بسیار مهم است. با تشخیص زودهنگام رسوب، می توان تعمیر و نگهداری را به موقع برنامه ریزی کرد و زمان خرابی و اتلاف انرژی را کاهش داد.

رسوب گیری- اکسرژی

6. روش‌های حذف و تمیز کردن رسوب

هنگامی که رسوب قبلاً رخ داده است، استفاده از روش‌های تمیز کردن مؤثر برای بازیابی عملکرد مبدل حرارتی ضروری است. انتخاب روش تمیز کردن به نوع و شدت رسوب بستگی دارد. روش های معمول تمیز کردن عبارتند از:

الف. تمیز کردن شیمیایی:

تمیز کردن شیمیایی شامل استفاده از مواد یا محلول های تمیز کننده خاص برای حل یا شل کردن رسوبات رسوب است. این روش برای از بین بردن رسوب، خوردگی و برخی رسوبات آلی موثر است. پاک کننده های اسیدی یا قلیایی اغلب استفاده می شوند، اما باید با دقت انتخاب شوند تا به مواد مبدل حرارتی آسیب نرسانند.

ب. تمیز کردن مکانیکی: 

روش های تمیز کردن مکانیکی شامل حذف فیزیکی رسوبات رسوب از سطوح لوله است. این می تواند شامل روش هایی مانند مسواک زدن، خراش دادن یا جت آب باشد. تمیز کردن مکانیکی برای از بین بردن رسوب ذرات و برخی از انواع رسوب مناسب است.

ج. تمیز کردن هیدرودینامیکی:

تمیز کردن هیدرودینامیکی که اغلب به آن “pigging” گفته می شود، از جریان سیال با سرعت بالا یا یک دستگاه تمیز کننده (“خوک”) برای جدا کردن و حذف رسوبات رسوب استفاده می کند. این روش برای از بین بردن رسوب، خوردگی و برخی رسوبات آلی موثر است.

د. تمیز کردن حرارتی:

روش های تمیز کردن حرارتی شامل استفاده از گرما برای سوزاندن یا تجزیه حرارتی رسوبات رسوب است. این روش برای از بین بردن رسوبات آلی مانند روغن و گریس مناسب است.

"</p

7. ملاحظات خاص برای مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله

در مورد مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله، ملاحظات خاصی در رابطه با جلوگیری و حذف رسوب وجود دارد:

الف. تمیز کردن سمت لوله در مقابل پوسته:

مبدل های حرارتی پوسته و لوله دارای گذرگاه های جریان در سمت لوله و سمت پوسته هستند. بسته به نوع رسوب و طراحی مبدل حرارتی، ممکن است نیاز به تمیز کردن هر دو طرف باشد. تمیز کردن سمت لوله اغلب آسان تر و در دسترس تر است، در حالی که تمیز کردن سمت پوسته ممکن است به اقدامات اضافی نیاز داشته باشد.

ب. جدا کرون دسته ی لوله ها

در برخی موارد، به ویژه در مبدل های حرارتی بزرگتر، ممکن است لازم باشد دسته لوله را برای تمیز کردن کامل جدا کنید. این می تواند یک فرآیند وقت گیر و کار زمان گیر باشد، اما اغلب برای موارد گرفتگی شدید ضروری است

ج. جداسازی مبدل حرارتی:

بسته به طراحی و دسترسی مبدل حرارتی، ممکن است برای تمیز کردن کامل نیاز به جداسازی مبدل حرارتی باشد. این امر در شرایطی که رفع رسوب از طریق روش های دیگر دشوار است، رایج است.

"</p

8. نتیجه گیری

رسوب در مبدل های حرارتی پوسته و لوله یک مشکل رایج و بالقوه پرهزینه است که می تواند کارایی و قابلیت اطمینان این دستگاه های انتقال حرارت حیاتی را تحت تاثیر قرار دهد. درک علل و پیامدهای رسوب برای رسیدگی به این موضوع ضروری است. با اجرای اقدامات پیشگیرانه مانند انتخاب مواد، تصفیه سیال و طراحی مناسب مبدل حرارتی می توان رسوب را به حداقل رساند. هنگامی که رسوب رخ می دهد، می توان از روش های تمیز کردن موثر، از جمله روش های شیمیایی، مکانیکی، هیدرودینامیکی و حرارتی برای بازیابی عملکرد مبدل حرارتی استفاده کرد. نظارت و نگهداری منظم اجزای کلیدی استراتژی مدیریت رسوب گیری موفق است که کارایی و طول عمر مبدل های حرارتی پوسته و لوله را در کاربردهای مختلف صنعتی و HVAC تضمین می کند.