آشنايی با انواع مبدل‌های حرارتی

تامین بسیاری از خدمات صنعتی نیازمند به كارگیری تعداد زیادی مبدل حرارتی پوسته – لوله ای دو تایی از نوع دو شاخه است. این مبدل ها سطح قابل توجهی را اشغال كرده و در نقاط بسیاری امكان نشت سیال وجود دارد هنگامی كه سطح تبادل حرارت زیادی مورد نیاز باشد، با استفاده از مبدل های پوسته-لوله ای می توان سطح لازم را به دست آورد.

پوسته ها

پوسته ها را از لوله ی فولادی (pipe) با قطر نامی ips تا 12.in می سازند قطرهای بیش از 12 از جمله 24in دارای قطر خارجی واقعی و نامی مشابه هستند.

ضخامت استاندارد برای پوسته از 12تا 24 in معادل 3/8 in است كه برای فشار عملیاتی تا كه برای فشار عملیاتی تا 00psi مناسب می باشد و ضخامت های بیشتر از این حد برای فشارهای بالاتر بكار برده می شود. پوسته های با قطر 24in را با استفاده از صفحات فولادی نورد شده می سازند.

مبدل های پوسته –لوله ای

در مبدل های پوسته لوله ای، لوله ها درون صفحه نگهدارنده ی لوله قرار گرفته و به دلیل پهن شدگی لوله در سوراخ های صفحه نگهدارنده نوعی آب بندی ایجاد می گردد كه تحت شرایط عملیاتی مناسب نشت صورت نمی گیرد. مثالی ساده و رایج از یك لوله كه انتهای آن پهن شده در شكل (1-2) نشان داده شده است.

طراحی مبدل حرارتی پوسته – لوله ای

سوراخ محل قرار گرفتن لوله در صفحه نگهدارنده با قطر كمی بزرگتر از قطر خارجی لوله تعبیه می شود و دو یا چند شیار نیز در جداره ی سوراخ ایجاد می گردد. لوله درون این سوراخ قرار می گیرد و سپس با استفاده از نوعی نورد لوله به واسطه چرخش وسیله  مذكور صورت می گیرد.

این نورد قادر به گذشتن از حد الاستیك لوله فلزی بوده و آن را به شرایط نیمه پلاستیك می رساند. به نحوی كه درون شیارها وارد شده و آب بندی موردنیاز تامین می گردد.

برای نورد لوله باید از مهارت كافی برخوردار بود زیرا احتمال تخریب لوله با كم شدن بیش از حد ضخامت لوله وجود دارد و در صورتی كه ضخامت لوله بیش از حد كاهش یابد، مقاومت ساختمانی آن كم خواهد شد.

در برخی از كاربردهای صنعتی، نصب لوله ها در صفحه نگهدارنده به نحوی كه بتوان آنها را به سهولت خارج كرد، مطلوب می باشد (شكل2-2). در این صورت لوله ها در حقیقت درون صفحه ی نگهدارنده با كمك بست یا حلقه های فلزی نرم تثبیت می گردند.

 

لوله های مبدل حرارتی پوسته – لوله ای

منظور از لوله های مبدل حرارتی پوسته – لوله ای ، لوله هایی نظیر لوله های چگالنده می باشد و نباید آنها را با لوله های فولادی یا سایر لوله هایی كه با روش های تزریقی ساخته می شوند (pipe) اشتباه كرد. قطر خارجی لوله های مبدل حرارتی پوسته – لوله ای و یا چگالنده ها قطر خارجی واقعی برحسب اینچ است كه لقی مجاز، آن بسیار كم می باشد.

لوله های مبدل ها از انواع مختلف فلزات ساخته می شوند كه شامل فولاد، مس آلیاژهای مس و روی و قلع، آلیاژهای مس و روی، آلیاژ مس-نیكل 30-70، آلومینیوم برنز، آلومینیوم و فولاد ضدزنگ می گردند.

این لوله ها دارای ضخامت های متفاوتی هستند كه با درجه بندی بیرمنگام با علامت BWG یا درجه لوله مشخص می شوند. اندازه لوله هایی كه عموما در دسترس می باشند در جدول 10 ضمیمه آمده است.

استفاده از لوله هایی با قطر خارجی _3/4 و 1 in در طراحی مبدل های حرارتی رایج می باشد. داده های جدول 10 به نحوی مرتب شده اند كه برای كاربرد در محاسبات انتقال حرارت سودمندتر باشند.

گام لوله

سوراخ محل نصب لوله ها را نمی توان خیلی نزدیك به هم تعبیه كرد زیرا فاصله فلزی بین دو تا لوله مجاور هم بسیار ناچیز بوده و مقاومت ساختمانی صفحه نگهدارنده لوله را ضعیف می كند.

كوتاهترین فاصله میان دو سوراخ مجاور هم را فاصله آزاد یا لقی آزاد می نامند كه در حال حاضر استاندارد شده اند. لوله ها با الگوی مربعی یا مثلثی استقرار می یابند كه در شكل های (3-2 الف) و (3-2 ب) مشاهده می شوند.

مزیت گام مربعی این است كه سطح خارجی لوله ها برای تمیز كردن در دسترس می باشد و در جهات نشان داده شده در شكل (3-2 الف) افت فشار كمتری ایجاد می گردد. گام لوله p_t كوتاهترین فاصله مركز به مركز بین لوله های مجاور هم می باشد.

گام رایج برای استقرار لوله های ¾ in.OD با گام مربعی معادل 1-in و برای لوله ی1 in-OD برابر1 ¼ است.

برای استقرار لوله ها به روش مثلثی این گام ها عبارتند از : لوله ی ¾ in.OD با گام مثلثی 15/16 –in ، لوله ی ¾ in.OD با گام مثلثی 1-in و لوله ی1 in-OD با گام مثلثی ¼1 -inدر شكل(3-2 پ) آرایش لوله ها با گام مربعی را 45⁰ چرخانده ایم ولی هنوز مشابه شكل (3-2 الف) است.

در شكل (3-2ت) آرایه ی اصلاح شده گام مثلثی كه قابل تمیز كردن با روش های مكانیكی است مشاهده می گردد. اگر لوله ها به حد كافی با یكدیگر فاصله داشته باشند امكان ایجاد فواصل لازم برای تمیز كردن به صورت نشان داده شده در شكل نیز فراهم می گردد.

تامین بسیاری از خدمات صنعتی نیازمند به كارگیری تعداد زیادی مبدل حرارتی پوسته – لوله ای دو تایی از نوع دو شاخه است.این مبدل ها سطح قابل توجهی را اشغال كرده و در نقاط بسیاری امكان نشت سیال وجود دارد هنگامی كه سطح تبادل حرارت زیادی مورد نیاز باشد، با استفاده از مبدل های پوسته-لوله ای می توان سطح لازم را به دست آورد.

 

دسته بندی مبدل های حرارتی

مبدل های حرارتی اصولا بر اساس موارد ذیل دسته بندی می شوند:

1- بر مبنای پیوستگی یا تناوب جریان

در این نوع از مبدل های حرارتی، جریان سیال داخل مجاری مبدل های حرارتی پیوسته یا متناوب می باشد و در این مبدل ها با جریان پیوسته مجاری سیال گرم و سرد از هم تفکیک شده اند، به طوری که سیال گرم در مجاری مخصوص خود و سیال سرد نیز در مجاری مربوط به خود جریان دارند. همچنین در آنها دو مجرای جریان توسط یک جداره لوله یا یک ورق از هم جدا شده اند.

 

2-بر مبنای پدیده انتقال

تبادل انرژی بین دو سیال به صورت تماس مستقیم یا غیرمستقیم صورت می گیرد. در نوع مستقیم، حرارت بین دو سیال که با هم تماس مستقیم دارند مبادله می شود.

معمولا یکی از این دو سیال گاز و دیگری مایع است که با فشار بخار خیلی پایین و پس از تبادل حرارت به سادگی قابل تفکیک هستند.

در نوع غیر مستقیم، حرارت ابتدا به یک سطح جامد نفوذ ناپذیر منتقل می شود و سپس از آن به سیال سرد انتقال می یابد.

 

3- بر مبنای ساختمان مبدل

در بسیاری مواقع مبدل های حرارتی بر مبنای ساختمان تقسیم بندی می شوند. مبدل های حرارتی از نظر ساختمان به چهار دسته تقسیم بندی می شوند که عبارت اند از :

1) مبدل های حرارتی لوله ای (Pipe Heat Exchanger)

2) مبدل های حرارتی صفحه ای (Plate Heat Exchanger)

3) مبدل های حرارتی پره ای (Fin Heat Exchanger)

4) بازیاب حرارتی (Heat Recovers)

 

4- بر مبنای نوع جریان

که شامل موارد زیر می شود :

1) جریان همسو (Co-Current)

2) جریان ناهمسو (Counter Current)

3) جریان متقاطع (Cross Current)

 

– مبدل های حرارتی لوله ای

در این مبدل ها اساس انتقال حرارت از نوع غیر مستقیم می باشد و مکانیزم انتقال حرارت جابه جایی می باشد. این مبدل ها به دو دسته عمده تقسیم بندی می شوند:

1) دو لوله ای (Two Pipes)

2) پوسته و لوله (Shell & Tube)

 

– مبدل های حرارتی دو لوله ای

ساده ترین نوع مبدل های حرارتی دو لوله ای هستند که یک سیال از درون لوله داخلی می گذرد و سیال دیگر در فضای بین دو لوله جریان دارد. مبدل های حرارتی دو لوله ای زمانی کاربرد دارند که سطح تبادل کمی مورد لزوم باشد و در سرمایش و گرمایش هوا یا گازها کاربرد دارند.

انواع مبدل حرارتی بسیار متنوع هستند. نوعی از مبدل های حرارتی که در صنایع فرآیندهای شیمیایی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد از نوع پوسته-لوله می باشد.

 

– مبدل حرارتی پوسته و لوله

یک سیال در لوله ها جریان می یابد در حالی که سیال دیگر درون پوسته و از روی لوله ها عبور می کند. جهت اطمینان از این که سیال درون پوسته از روی لوله ها می گذرد و در نتیجه انتقال حرارت بیشتری صورت می گیرد، موانعی در داخل پوسته قرار داده می شود.

 

مبدل های حرارتی صفحه ای

این مبدل ها از صفحات نازک که کانال های جریان را تشکیل می دهد ساخته شده اند. جریان های سیال توسط صفحات مسطح که یا به صورت صاف یا موج دارند از هم جدا می شود. این مبدل ها برای انتقال گرما بین گاز، مایع یا جریان های دو فاز استفاده می شوند. انواع مبدل حرارتی صفحه ای در سه دسته زیر تقسیم می شوند:

1) صفحه های واشردار (Gasket Plate)

2) صفحه های حلزونی (Spiral Plate)

3) لاملا (Lamella)

 

– مبدل های صفحه ای واشردار

این مبدل ها شامل تعدادی از صفحات نازک با سطح چین دار یا موج دار می باشد که سیال های گرم و سرد را از هم جدا می سازد. صفحات دارای قطعاتی در گوشه ها هستند که به نحوی آرایش داده شده اند که دو ماده ای که بایستی گرما بین آنها مبادله شود، یکی در میان در فضای بین صفحات جریان می یابند.

 

– مبدل های صفحه ای حلزونی

مبدل های صفحه ای حلزونی با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی با استفاده از یک میله اصلی و جوش دادن به لبه های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می شوند.

 

– مبدل های لاملا

مبدل های گرمایی لاملا شامل مجموعه کانال های ساخته شده از صفحات فلزی نازک است که به طور موازی جوشکاری شده اند و یا به شکل لاملا (لوله های تخت یا کانال های مستطیلی) می باشند که به صورت طولی در یک پوسته قرار گرفته اند.

مبدل های حرارتی پره ای

نوع مبدل های پره دار عمدتا برای کاربردهای گاز- گاز استفاده می شود. در اکثر کاربرد ها کاهش جرم و حجم مبدل از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

به دلیل دست یافتن به این کاهش حجم و وزن، مبدل های فشرده گرما همچنین به صورت وسیع در تبرید با دمای خیلی کم، بازیابی انرژی، صنایع فرآیندی، تبرید و سیستم های تهویه مطبوع استفاده می گردند.

مبدل های صفحه ای پره دار برای استفاده در توربین گازی، نیروگاه های هسته ای و مهندسی پیشرانه و تبرید و گرمایش و تهویه سیستم های بازیابی گرمای اضافه و صنایع شیمیایی و سرمایش کاربرد دارند. این مبدل ها به چهار دسته زیر تقسیم می شوند :

1) پره ساده (Plain Fin)

2) پره ساده سوراخ دار (Plain Perforated Fin)

3) پره دندانه ای یا کنگره ای (Serrated Fin)

4) پره های جناغی یا موجی شکل (Herring Bake Fin)

 

مبدل های حرارتی بر اساس جریان

– جریان همسو (هم جهت):

در این نوع مبدل ها سیال سرد و گرم هر دو در یک جهت حرکت می کنند و در حین عبور از مبدل تبادل حرارتی انجام می دهند.

– جریان ناهمسو (مخالف جهت):

در این نوع مبدل سیال سرد در یک جهت و سیال گرم در جهت عکس آن وارد مبدل می شود و بدین ترتیب تبادل حرارتی صورت می پذیرد. در شرایط یکسان برای یک مبدل با جریان ناهمسو میزان انتقال حرارت بیشتر خواهد بود.

– جریان متقاطع:

چنانچه یک سیال در لوله و سیال دیگر به صورت عمود بر لوله ها جریان داشته باشد، نوع جریان متقاطع خواهد بود. مبدل های حرارتی با جریان متقاطع در گرمایش و سرمایش هوا یا گازها کاربرد وسیعی دارند.

 

یكی دیگر از انواع مبدل های دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده لوله در شكل (9-2) مشاهده می گردد كه در آن صفحات نگهدارنده ی درون پوسته قرار گرفته و مجرایی ایجاد می كنند كه بخش های یكپارچه ای از پوسته هستند.

برای بهره گیری از مبدل های دارای صفحه‌ی ثابت نگهدارنده غالبا لازم است انبساط های حرارتی جزئی بین لوله ها و پوسته در هنگام عملیات و یا تنش های حرارتی كه در صفحه ی نگهدارنده ایجاد می گردد را پیش بینی كرد.

این كار را می توان با در نظر گرفتن اتصالات انبساطی روی پوسته انجام داد.انواع مختلفی از اتصالات قابل ارتجاع موجود و در دسترس است.

 

مبدل با صفحه ثابت نگهدارنده لوله

ساده ترین نوع مبدل پوسته – لوله ای، مبدل با صفحه ی ثابت یا ساكن نگهدارنده ی لوله ها می باشد

مبدل هایی از انواع نشان داده شده در شكل های (4-2) و (9-2) را می توان با جریان های مختلف الجهت در نظر گرفت بدون آنكه به حركت جریان سیال داخل پوسته در طول لوله ها توجه كنیم. از نقطه نظر عملی در هنگامی كه یك سیال در تمام لوله ها در یك مسیر عبور می كند دستیابی به جریان با سرعت زیاد بسیار مشكل است.

این مشكل را می توان با اصلاح طرح به گونه ای كه سیال درون لوله های متوالی فقط در بخشی از لوله ها جریان یابد برطرف كرد. مثالی از مبدل حرارتی یا صفحه نگهدارنده و دو مسیر گذر در شكل (10-2) مشاهده می گردد كه در آن تمام سیال لوله ها متوالیا از درون لوله ها عبور می كند.

قسمت های اصلی مبدل پوسته – لوله ای عبارتند از : پوسته(1) مجهز به نازل ها و صفحات نگهدارنده ی لوله ها (2) در هر دو انتها كه بعنوان فلانچ برای اتصال دو مجرا (3) نیز بكار می رود و پوشش های مجاری (4) مربوط به هریك از آنها لوله ها درون صفحه نگهدارنده قرار گرفته و از موانع مغشوش كننده متقارب (5) روی پوسته استفاده شده است.

محاسبه سطح تبادل حرارت موثر غالبا بر مبنای فاصله ی میان وجوهی از صفحات نگهدارنده لوله كه مقابل هم هستند صورت می گیرد و طول كلی لوله مد نظر قرار نمی گیرد.

 

موانع مغشوش كننده جریان

واضح است كه ضرایب انتقال حرارت بالاتر هنگامی حاصل می گردند كه مایع در حالت متلاطم و در هم نگه داشته می شود برای ایجاد تلاطم و درهم شدن جریان در خارج از لوله ها استفاده از موانع و مغشوش كننده كه باعث می شوند سیال درون پوسته در جهات عمود بر محور لوله ها جریان یابد، مرسوم است. به این ترتیب تلاطم كافی و قابل توجه حتی در صورت كم بودن دبی مایع در پوسته فراهم می گردد.

فاصله مركز تا مركز بین موانع مغشوش كننده یا فاصله گذاری میان موانع مغشوش كننده می نامند. چون موانع مغشوش كننده ممكن است بسیار نزدیك به هم یا بسیار دور از هم قرار گیرند، سرعت جرمی بستگی به قطر پوسته ندارد.

فاصله گذاری موانع مغشوش كننده معمولا بیش از فاصله ای معادل با قطر پوسته یا كمتر از فاصله معادل یك پنجم قطر پوسته نمی باشد

موانع مغشوش كننده با كمك با میله های نگهدارنده (6) به صورتی كه به شكل (4-2) دیده می شود در جای خود استقرار می یابند.

این میله بر صفحه نگهدارنده لوله ها پیچیده شده اند و قطعاتی از لوله با قطری بیش از میله و طول های كوتاه بر روی آنها قرار گرفته كه فاصله بین دو مانع مغشوش كننده مجاور هم را حفظ می كند. جزئیات لازم در شكل (5-2) مشاهده می گردد.

انواع متعددی از موانع مغشوش كننده در مبدل ها كاربرد دارند اما رایج ترین آنها موانع مغشوش كننده قطاعی است كه در شكل (6-2) نشان داده شده است.

موانع مغشوش كنننده قطاعی از صفحات سوراخ داری ساخته می شود كه ارتفاع آن معمولا 75 درصد قطر داخلی پوسته است.

این نوع را موانع مغشوش كننده با برش 25 درصد می نامند و در تمامی مباحث كتاب از آنها استفاده می شود. با این همه از موانع مغشوش كننده قطاعی با برش های دیگر نیز در صنعت استفاده می كنند.

دان هو تاثیر برش موانع مغشوش كننده بر ضریب انتقال حرارت را بررسی و ارائه كرده است. موانع مغشوش كننده را می توان به نحوی قرار داد كه جریان از بالا به پایین و از پایین به بالا هدایت شود و یا اینكه آنها را 90⁰ چرخانده و جریان را از یك سمت به سمت دیگر منحرف كرد.

نوع اخیر در مواردی كه مخلوطی از مایع یا گاز در پوسته جریان دارد مطلوب تر است. همانگونه كه بعدا گفته خواهد شد گام موانع مغشوش كننده ی سرعت موثر سیال در پوسته را نیز تعیین می كند و این سرعت ارتباطی با برش 25 درصد ندارد.

انواع دیگر مغشوش كننده نوع مدور و حلقوی (شكل 7-2) و مانع مغشوش كننده اریفیسی (شكل 8-2) می باشد. اگر چه انواع دیگری از موانع مغشوش كننده نیز كاربرد دارند ولی اهمیت چندانی ندارند.

 

مبدل های دارای صفحه ثابت نگهدارنده با مجاری یكپارچه

مبدل هایی كه سیال جاری در پوسته یك مسیر را طی می كند و سیال درون لوله ها در دو یا چند مسیر جریان می یابد را مبدل 2-1 می نامند. یك مجرای نفوذ دارای تیغه ی جدا كننده ای است كه برای ورود و خروجی سیال درون لوله ها از یك مسیر به مسیر دیگر تعبیه می شود.

همانند مبدل های دارای كلاهك برای عبور سیال لوله ها، سطح خارجی لوله ها جهت بازدید و تمیز كردن با روش های مكانیكی در دسترس می باشند.

سطح خارجی لوله ها را نیز می توان فقط با برداشتن پوشش مجرا و استفاده از یك تمیزكننده دورانی و یا برس سیمی تمیز كرد. مسائل انبساط در مبدل های 2-1 دارای صفحه ی ثابت نگهدارنده لوله ها نسبتا بحرانی تر هستند زیرا هر دو گذر لوله پوسته در جهات مخالف هم تمایل به انبساط از خود نشان داده و بر صفحه ثابت نگهدارنده ی لوله ها تنش وارد می گردد.

 

مبدل های دارای دسته لوله های قابل برداشت

در شكل (11-2) یك مبدل 2-1 با جریان های مختلف الجهت نشان داده شده است كه دسته لوله ها را می توان از درون پوسته خارج كرد. این مبدل شامل یك صفحه نگهدارنده ثابت لوله است كه بین دو فلانچ مجرا و پوسته بسته شده است.

در انتهای دیگر دسته لوله ها در یك صفحه ی نگهدارنده شناور یا در پوش شناور قرار دارد. در پوش شناور به صفحه ی نگهدارنده لوله ها پیچ شده است و كل مجموعه را می توان از انتهای مجرا بیرون كشید.

پوسته به كمك كلاهك پوسته بسته شده است. درپوش شناور نشان داده شده سبب حل مسائل انبساط در اغلب موارد شده و مرسوم به در پوش شناور با قابلیت تحرك می باشد.

نقص استفاده از درپوش با قابلیت تحرك شكل ساده هندسی آن است. برای استحكام درپوش شناور لازم است آن را به صفحه نگهدارنده ی لوله پیچ كنیم ولی بكار بردن این پیچ ها نیازمند به كارگیری فضایی است كه امكان قراردادن تعداد زیادی پیچ در آن وجود داشته باشد.

پیچ كردن نه تنها تعداد لوله های قابل تعبیه در مجموعه را كاهش می دهد بلكه مجاری عبور جریان نامطلوبی بین دسته لوله ها و پوسته ایجاد می كند.

این نقیص را می توان با كمك مبدل های 2-1 دارای درپوش شناور و حلقه شكاف دار نشان داده شده در شكل (12-2) برطرف كرد. اگر چه ساخت این نوع مبدل گرانتر است ولی دارای مزایای مكانیكی متعددی است.

این نوع مبدل ها با نوع دارای قابلیت تحرك تفاوت دارند كه دلیل این تفاوت وجود مجموعه حلقه شكاف دار در صفحه نگهدارنده شناور است كه می تواند بزرگتر از پوسته بوده و آن را در خود جای دهد. جزئیات یك حلقه ی شكاف دار در شكل(13-2) مشاهده می گردد.

صفحه ی شناور نگهدارنده ی لوله ها تعبیه شده است.این حلقه به دو نیم تقسیم شده و امكان باز كردن آن وجود دارد. هر یك از سازندگان مبدل های در طرح مورد بحث اصلاحاتی انجام داده اند اما هدف همه آنها تامین سطح بیشتر نسبت به درپوش های شناور با قابلیت تحرك برای پوسته های دارای قطر مشابه است .مجاری ورودی چدنی با پوشش غیر متحرك نیز در شكل(12-2) نشان داده شده اند.

 

نمونه ای از نحوه استقرار لوله ها در مبدل حرارتی با درپوش شناور دارای حلقه ی شكاف دار را در شكل (14-2) مشاهده می كنید. استقرار واقعی برای پوسته ای با قطر13 ¼ in.ID و لوله هایی با قطر 1 in.ID و گام مثلثی 1 ¼ in مسیر گذر در لوله ها می باشد.

تیغه جداكننده نیز برای مجرای ورودی و درپوش شناور همراه با جهت گیری مسیرهای جریان نشان داده شده است. معمولا لوله ها را بصورت متقارن در صفحه ی نگهدارنده ی تعبیه نمی كنند و همواره فضای خالی اضافی برای پوسته با حذف لوله هایی كه مستقیما در مقابل نازل ها قرار می گیرند. در نظر گرفته می شود تا اثرات انقباض ناگهانی سیال در ورود به پوسته از میان برود.

 

نحوه استقرار لوله ها در مبدل حرارتی و شمار لوله ها

هنگامی كه لوله ها با حداقل فاصله ی بین تیغه ها و لوله ها و در قطری عاری از هر نوع انسداد موسوم به حد لوله خارجی چیده شوند. تعداد لوله ها در آرایش استقرار لوله ها را شمار لوله می نامند.

همواره این امكان وجود ندارد كه تعداد لوله های مساوی در هر مسیر گذر در نظر گرفت، اگر چه در مبدل های بزرگ این عدم توازن نباید بیش از 5 درصد باشد.در جدول 9 ضمیمه شمارلوله ها برای لوله های ¾ و1 in OD در پوسته ای با یك مسیر گذر و یك، دو، چهار، شش، هشت مسیر گذر در لوله ها داده شده است.

شمار لوله، شامل یك مسیر ورود آزاد در زیر نازل ورودی است كه مساوی با سطح مقطع نازل ها می باشد و در جدول (1-2) داده شده است.

هنگامی كه نازل ورودی بزرگتری بكار برده می شود، فضای خالی اضافی را می توان با بزرگتر كردن پایه نازل ورودی یا حذف لوله هایی كه بطور معمول در نزدیكی نازل ورودی قرار می گیرند، تامین كرد.

درپوش شناور آب بندی شده

یكی دیگر از اصطلاحاتی كه در مبدل 2-1 با درپوش شناور صورت می گیرد. استفاده از مبدل با درپوش آب بندی شده است كه در شكل (15-2) مشاهده می گردد. این مبدل دارای الحاقاتی بر صفحه نگهدارنده شناور است كه با استفاده از كاسه نمد تامین می گردد.

اگر چه این اقدام برای پوسته هایی تا قطر 36in.ID كاملا رضایت بخش است كاسه نمدهای بزرگتر برای فشارهای بالاتر یا كاربردهای همراه با ارتعاش توصیه نمی گردد.

 

مبدل های با خم U شكل

مبدل 2-1 نشان داده در شكل (16-2) شامل لوله هایی است كه دارای خمی به شكل u است و این لوله ها درون صفحه نگهدارنده نورد می شوند.

لوله ها می توانند آزادانه منبسط شوند و به این ترتیب به صفحه نگهدارنده شناور، درپوش شناور، فلانچ پوسته و پوسته قابل برداشتن نیازی نخواهد بود. موانع مغشوش كننده را می توان به همان شیوه های معمول با گام مربعی یا مثلثی نصب كرد.

حداقل قطر خم های u شكل را كه می توان بدون تغییر شكل قطر خارجی لوله در محل خمیدگی مورد استفاده قرار داد قطری معادل سه تا چهار برابر قطر خارجی لوله است این بدان معنی است كه معمولا حذف لوله ها در مركز دسته ی لوله ها با توجه به نحوه ی چیدن آنها ضرورت دارد.

یكی از انواع جالب مبدل های دارای خمU شكل در تصویر (17-2) نشان داده شده است. در این مبدل از یك صفحه نگهدارنده ثابت دوگانه استفاده شده است كه در مواردی كه نشت و نفوذ یك سیال به درون سیال دیگر باعث خوردگی شدید و مخرب می گردد كاربرد دارد.

با استفاده از دو صفحه نگهدارنده لوله با فاصله موجود بین آنها، هر یك از سیالاتی كه از درون صفحه ی متصل به آن نشت كنند به بیرون هدایت می شوند. به این ترتیب در اثر نشت جریان هیچ كدام از سیالات آلوده به سیال دیگر نخواهند شد مگر آنكه خود لوله دچار خوردگی گردد.

در عین حال می توان از شكستگی لوله ها با استفاده از آزمون دوره ای شوك فشار لوله ها ممانعت و جلوگیری كرد.

منبع : كتاب طراحی مبدل های حرارتی – انتقال حرارت فرآیندها