مبدل های حرارتی

خلاصه:
فرايند تبادل گرما بين دو سيال، دماهاي مختلف كه بوسيله ي ديواري جامد از هم جدا شده اند. در بسياري از كاربردهاي مهندسي ديده مي شود. وسيله اي كه اين تبادل حرارتي را در بسياري از فرايندها صورت مي دهد، مبدلهاي حرارتي (Heat Exchangers) مي باشند كه كاربردهاي خاص آنها را مي توان از سيستمهاي گرمايش ساختمانها و تهويه مطبوع گرفته تا نيروگاهها، پالايشگاهها و فرآيندهاي شيميايي به وضوح مشاهده كرد

طراحي با پيش بيني عملكرد اين دستگاهها مبتني بر اصول انتقال گرما مي باشد. در اين پروژه سعي شده تا اختصاصا در مورد مبدل هاي پوسته– لوله اي (Shell-ans-Tube) به علت سادگي، كاربرد وسيع و وجود استانداردها و اطلاعات فراوان تر كتابخانه اي آنها بحث و بررسي شود. در اين بررسي ضمن معرفي كلي اين مبدل ها، كاربرد آنها، نحوه ي طراحي و عملكرد آنها به سه روش كرن (Kerm’s Method) و بل (Bell’sMethod) و روش الگوريتم سريع (Rapid Design) و جهت بررسي عملكرد (Performance) يك مبدل پوسته- لوله اي مطرح شده است. در پايان، سعي بر ارائه يك فلوچارت جامع در مورد مبدلهاي پوسته- لوله اي به كمك سه روش فوق گرديده است. اميد است كه مطالعه ي حاضر در طراحي اين وسايل مفيد قرار گيرد.
در پايان از زحمات و تلاش كليه عزيزان خصوصا استاد راهنماي گرامي، آقاي دكتر محمد رضا جعفري نصر، كه ما را در گردآوري اين پروژه ياري نموده اند كمال تشكر و قدرداني را مي نمايد.
مصطفي واشوبي
بهمن ۸۴

فصل اول “Section 1”
معرفي انواع مبدلهاي حرارتي (Heat Exchanger Definition)
عموما تجهيزات حرارتي در سيستمهاي فرآيندي مثل پالايشگاهها به دو دسته كلي نقسيم مي شوند.
۱- كوره ها (Furnaces)
2- مبدل هاي حرارتي (Heat Exchangers)
فرق كوره ها و مبدل اي حرارتي در منبع گرمايشي است يعني اينكه منبع گرمايشي در كوره ها سوخت هاي مايع و گازي است ر حاليكه در مبدل هاي حرارتي منبع گرمايشي سيال گرم است. در كوره ها با توجه به نوع منبع گرمايشي مكانيزم انتقال حرارت به صورت جا به جايي

(Convection) و تشعشعي (Radiation) تواما ميباشد حال آنكه مكانيزم انتقال حرارت در مبدل هاي حرارتي فقط جا به جايي (Convection) است. هدف در مبدل حرارتي مجاورت يك سيال گرم با يك سيال سرد است به طوريكه انتقال حرارت به طريقه جا به جايي باعث گرم شدم سيال سرد گردد.
تقسيم بندي مبدل هاي حرارتي از نظر فازها عموما به دو صورت زير است:
۱- مبدل هاي حرارتي كه همراه تغيير فاز هستند مثل ريبوپلرها (Reboilers)- كندانسورها (Condensors) تبخير كننده ها (Evapoators)
2- مبدل هائيكه همراه با تغيير فاز نيستند مثل مبدل هاي پوسته- لوله اي
(shell and Tube)

تقسيم بندي مبدل هاي حرارتي از نظر ساختاري:
۱- مبدل پوسته- لوله – shell and Tube Heat Exchanger
2- مبدل دو لوله اي – Double Pipe Heat Exchanger
3- كولرهاي هوايي – Air Cooler Heat Exchanger
4- مبدل هاي حلزوني (استوانه اي) – Sporal Heat Exchanger
5- مبدل هاي قاب صفحه اي – Plate and Frame Heat Exchanger
6- مبدل هاي صفحه اي – Plate Fin Heat Exchanger
7- لوله هاي حرارتي – Heat Pipe Heat Exchanger و مبدل هاي ديگري كه به توجه به نوع كارايي ايشان در صنايع كاربردهاي ويژه اي دارند. معمولا مبدل هاي با كارآيي خاص عبارتند از:
– Fully- Welded- Plat Heat Exchanger
– Low and High Temprature HX for Waste Heat Recovery
a- Gas- Gas Waste Heat Recovery Recuperators

b- Gas- Liquid Waste Heat Recovery Economizers
در اين پروژه سعي بر معرفي- طراحي بهينه سازي مبدل هاي پوسته لوله اي شده است كه عموما در صنايع كاربردهاي بيشتري دارد و به وفور مي توان آنها را مشاهده كرد.
مبدل هاي پوسته- لوله اي (Shell and Tube Heat Exchanger):
مبدل هاي پوسته- لوله اي تنها مبدل هايي هستند كه در دماي بيشتر از C ◦ ۳۶۰كاربرد دارند و فشارهاي بيش از bar30 را تحمل مي كنند. اين مبدل ها بر اساس استاندارد TEMA كه استاندارد آمريكا و شركتهاي سازنده مبدل است طراحي و ساخته مي شوند.
TEMA= Tubabr Exchanger Manufacetur Associate
استاندارد TEMA كه همان انجمن كارخانجات سازنده مبدل هاي پوسته لوله اي است تمام

شرايط استاندارد براي يك مبدل را در نظر گرفته است.
سه بخش اصلي يك مبدل حرارتي عبارتست از: ۱- پوسته (Shell) 2- لوله (Tube) 3- در پوش ها (Headers) استانداردهاي پوسته- درپوش ها در TEMA لحاظ شده
انواع و اجزاء اصلي يك مبدل پوسته لوله اي:
پوسته يك مبدل يك بخش استوانه اي است كه تعداد لوله در درون آن قرار گرفته است. جنس لوله ها معمولا از روي- آلومينيوم- فولاد و يا يكي از آلياژهاي مس و نيكل و يا فولاد صد زنگ است درپوش ها با هدهاي يك مبدل در دو طرف پوسته قرار دارند كه يكي موسوم به Stationary head ديگري موسوم به Rear head است. به طور كلي طبق استاندارد مهمترين پارامتر ساختماني كه به علت تقسيم بندي مبدل هاي پوسته- لوله اي مي گردد تفاوت در rear head اين مبدل ها است بر طبق اين تفاوت انواع مبدل هاي Shell and Tube عبارتند از:
داراي دو صفحه نگهدارنده لوله است. ۱- Fixed Tube Sheet Hx.
داراي خم U مي باشد. ۲- U- Type Hx.
داراي كلاهك شناور مي باشد. ۳- Floating Head HX.
مبدل هاي با كلاهك شناور خود نيز به چهاردسته تقسيم مي گردند:
۱- Pull through floating HX. (Tاز نوع)
۲- Spit backing ring floating head HX. (S از نوع)
۳- External sealed floating head HX. Or Lantern ring floating HX. (Wاز نوع)
۴- Outside packed floating head HX. (P از نوع)
در اشكال زير شكلها و اجزاء مبدلهاي فوق به خوبي آورده شده است.

در مورد اجزاء مبدل پوسته لوله اي ذكر مطالب زير ضروري است.
– Tube Sheet صفحه نگهدارنده لوله ها است كه لوله هاي روي آن جوش و يا پرچ شده اند.
– نازل هاي سمت لوله هميشه روي درپوش ها قرار مي گيرند. يعني مكان اين ها يا روي Stationary head است و يا روي Rear head و سيال درون لوله ها از طريق اين تازل ها هدايت ميشود.
– تازل هاي سمت پوسته هميشه روي پوسته قرار مي گيرند و سيال درون پوسته را هدايت مي كنند.
– براي افزايش تعداد گذرهاي لوله (Tube Pass) از صفحات جدا كننده (Partit

ion Plate) استفاده مي كنند. اين صفحات باعث مي گردند كه سيال مسير لوله ها را طي كند و دو بار از طول پوسته عبور كند كه در اين صورت تعداد گذرهاي لوله دو تا مي باشد. هرچه تعداد صفحات جدا كننده بيشتر باشد تعداد گذرها افزايش مي يابد نحوه اتصال اين صفحات روي Tube Sheet و داخل درپوش ها به صورت جوش و شياري است
– تعداد گذرهاي لوله از يك گذر شروع شده و تا ۱۶ گذر ادامه دارد و ضخامت استاندارد اين صفحات جدا كننده mm 9/15- 35/6 خواهد بود.
– براي افزايش تعداد گذرهاي پوسته از بافل هاي طولي استفاده مي كنيم و بعدا در پارمترهاي طراحي آن را شرح ميدهيم.
پارامترهاي عملياتي تعيين كننده مبدل هاي پوسته لوله اي:
اگر دماي سيال گرم ورودي و خروجي را به تريب T1 و T2 نمايش دهيم و اگر دماي سيال سرد ورودي و خروجي را با t1و t2 نمايش دهيم خواهيم داشت:

∆Tb پارامتر عملياتي در تقسيم بندي مبدلهاي پوسته- لوله اي است يعني

تمييز كردن مبدل هاي پوسته- لوله اي:

به طور كلي دو روش براي تميز كردن مبدل ها وجود دارد:
۱- روش مكانيكي ۲- روش شيميائي
در روش مكانيكي از فنر زدن و خارج كردن دسته لوله استفاده مي شود حال آن كه در روش شيميايي استفاده از حلال هاي مناسب و شستشو با اسيد استفاده مي شود.

خصوصيات مبدل پوسته لوله اي Fixed Tube Sheet:
1- لول ها در اين مبدل به صورت مستقيم هستند و داراي دو صفحه نگهدارنده لوله است اين دو صفحه ثابتند و قابليت حركت ندارند. به همين دليل براي حل مشكل انبساط احتمالي از يك اتصال آكاردئوني به نام لرزه گير (Expansion Joint) استفاده مي شود. در صورتيكه فشار سيال زياد باشد يا سيال خيلي خورنده باشد ديگر نمي توان از اين اتصال استفاده كرد.
۲- تمييز كردن لوله ها به روش مكانيكي امكانپذير است. اگر چنانچه سيال رسوب زا باشد بهتر است سيال رسوب زا داخل لوله ها فرستاده شود زيرا امكان تمييز كردن لوله ها وجود دارد.
۳- در اين گونه مبدل ها عدم وجود اتصالات داخلي خط نشتي سيال حذف مي گردد. به همين دليل لوله ها به پوسته نزديكتر شده در نتيجه تعداد لوله هاي بيشتري را مي توان روي صفحه نگهدارنده لوله جاي داد يعني آخرين محدوده لوله گذاري (OTL= Outer Limit) اين مبدل از بقيه مبدلها بزرگتر است به طوريكه OTL مبدل Fixed Tube sheet از همه مبدلها بزرگتر است.
خصوصيات مبدل پوسته لوله اي U- Type:
1- مهمترين خصوصيات آن خم U در داخل لوله ها است كه همين امر باعث شده است كه فقط داراي يك Tube sheet باشد. به خاطر اين خم U است كه تعداد گذرهاي لوله هميشه زوج است براي مبدل Type- U گذرهاي لوله فرد مفهومي ندارد. حداقل گذرهاي لوله اين مبدل دو مي باشد.
۲- به علت عدم وجود اتصالات داخلي خط نشتي سيال حذف مي گردد.

۳- لوله ها را دليل خم U نمي توان به روش مكانيكي تمييز كرد به همين دليل از روش شيميايي براي تمييز كردن لوله ها استفاده مي شود يعني اگر سيال رسوب زا باشد بهتر است سيال رسوب زا در داخل پوسته فرستاده شود.
۴- عيب ديگران اين مبدل ها اين است كه لوله هاي محيطي نمي توان تعويض كرد. در صورتيكه لوله هاي داخلي سوراخ شوند بايد دو طرف لوله را كور (plug) نمود. معمولا براي حل اين مشكل دسته لوله U شكل را با رديفهاي كمتري در نظر مي گيرند تا پس از خم كردن لوله ها به تمامي آنها دسترس داشته باشيم.
۵- به علت محدوديت در شعاع انحناء از فضاي داخل پوسته به طور كامل نمي توان استفاده كرد بنابراين OTL اين مبدل نسبت به مبدل قبل كاهش مي يابد.

[OTL – (U-Yype) < OTL (fixed Tube sheet)]
6- از كاربردهاي مهم مبدل U- Type مي توان آنرا در يك جوش آور برج تقطير يا يك ريبوبلر به كار برد.
الف- Kettle Reboiler ب- Tank Suction
فصل دوم “Section 2”
پارامترهاي طراحي مكانيكي (Mechanical Design Parameters)
1- قطر و ضخامت لوله ها (Diameter and Thickness of Tube):
معمولا براي سيالات رسوب زا قطر لوله ها بزرگتر در نظر گرفته مي شود و براي سيالات تمييز قطر لوله ها كوچكتر است.
مي توان گفت كه قطر لوله هاي كوچكتر باعث افزايش افت فشار مي شود. معمولا قطرهاي متعارف استاندارد عبارتند از:

 

(mm 1525- mm 205): استاندارد قطر پوسته (OD)s
ضخامت لوله ها و پارامترهاي تعيين كننده آن عبارتند از:
الف- خورندگي سيال و مقاومت لوله در برابر آن
ب- فشار داخل سيال لوله و فشار خارجي و حداكثراختلاف فشار در طول ديواره
ج- قيمت لوله ها يعني هرچه لوله ضخيمتر باشد قيمت آن بيشتر است و برعكس.
د- استاندارد بودن جهت تعيين يدكي
و- ارتعاش (Vibration): ضخامتي مناسب است كه باعث ارتعاش دسته اول نگردد.
۲- طول لوله ها (Length):
طول دسته لوله بيشتر از m5/7 نمي تواند باشد. (گاهي اوقات حداكثر طول لوله m8 و وزن آن ten20 ميباشد، به علت محدوديت مكان لوله مطابق استاندارد زير تعريف مي گردد:
ft 24، ft 20، ft 16، ft 12، ft8: طول استانداردهاي لوله هاي مستقيم

۳- آرايش لوله ها (Tube arrangments):

به طور كلي فاصله مركز تا مركز لوله ها را گام يا (pitch) گويند و زوايه گام رت pitch angle گويند.
معمولا در طراحي اوليه نسبت به در نظر مي گيرند ولي همواره بايد بزرگتر از ۲۵/۱ باشد.
معمولا زاويه هاي گام به صورت º ۳۰، º ۶۰، º ۹۰، º۴۵ در نظر گرفته ميشود كه به صورت مثلثي- مثلثي چرخيده- مربعي و مربعي چرخيده موسوم مي باشند.
Square Pitch = Px Tube piteh = Pt

رژيم جريان پوسته طبيعت سيال سمت پوسته Pitch angl pitch
ضريب انتقال حرارت همه نوع جريان تميز º۳۰ مثلثي

و افت فشار كمتر استفاده مي شود تميز º۶۰ مثلثي چرخيده
ضريب انتقال حرارت جريان آشفته رسوب زا º۹۰ مربعي
و افت فشار جريان آرام رسوب زا º۴۵ مربعي چرخيده
زاويه º۳۰ و º۶۰ داراي ضريب انتقال حرارت و افت فشار بيشتر است و برعكس.
اگر سيال رسوب زا باشد آرايش º۴۵ و º۹۰ بهتر خواهد بود و برعكس.
در P1/ OD مشخص زاويه هاي گام هاي º۳۰ و º۶۰ ميزان %۱۵ بيشتر از زاويه گام هاي º۴۵ و º۹۰ لوله جاي ميگيرد.

تعريف مي كني كه حداقل فاصله بين دو لوله را gap گويند يعني: gap= P1 – OD
4- لوله هاي دو فلزي و پره دار:
گاهي اوقات يك فلز نمي تواند هم در برابر خوردگي سيال لوله و هم در برابر خوردگي سيال پوسته مقدوم باشد در اين گونه موارد از لوله هاي دو فلزي كه هم در برابر سيال پوسته و هم در برابر سيال لوله مقاومند استفاده مي كنند.
لوله هاي پره دار براي افزايش سطح انتقال حرارت و جبران انتقال حرارت به كار مي روند كه شامل موارد زير هستند.
– پره هاي كوتاه (Low fines) – پره هاي بلند عرضي (Transvers bigh fin)

– پره هاي بلند (High fines) – پره هاي بلند طولي (Longitudinal high fin)
در اين پروژه مبناي محاسبات را روي لول هاي معمولي يا ساده (Plain Tube) در نظر مي گيريم.
۵- صفحه جدا كننده (Partition Plate):
صفحات جدا كننده باعث افزايش تعداد گذرهاي لوله ميگردند استاندارد ضخامت آنها mm 9/15- 35/6 مي باشند دو روش نصب اين وسايل عبارتند:
۱- جوش دادن آن به درپوش و صفحه نگهدارنده لوله ها
۲- ايجاد شيار روي Tube Sheet و در پوش قرار دادن ضخامت جدا كننده در داخل شيارها
لازم به توضيح است كه جهت گيري نازل هاي سمت لوله ها روي درپوشها با توجه به گذرهاي لوله صورت مي گيرد.
۶- بافل ها (Baffels):
به طور كلي بافل به سه دسته ۱- بافل هاي عرضي (Cross Type baffle)
2- بافل هاي طولي (Longitudinal baffle)
3- بافل هاي حمايتي (Support Type baffle) تقسيم مي شوند.
علت استفاده از بافل هاي عرضي:
۱- در مبدل بدون بافل اقامت سيال داخل پوسته كمتر از مبدل همراه با بافل است به همين دليل ضريب انتقال حرارت مبدل بدون بافل كمتر است.

۲- در مبدل بدون بافل توزيع نامناسب سيال سمت پوسته (Maldistribution) را خواهيم داشت.
۳- وجودبافلها باعث مي گردد كه سيال در يك حالت عمود بر لوله ها و در حالت ديگر موازي لوله هها حركت كند و باعث جريان Cross Flow كند كه باعث افزايش سطح تماس و ضريب انتقال حرارت ميگردد.
۴- با قرار دادن بافل ها، همان دبي از سطح كوچكتر عبور مي كند كه باعث افزايش سرعت، ميگردد و افزايش عدد رينولدز را در پي خواهد داشت در نتيجه جريان آشفته (Turbulent) ميگردد و به همان تناسب فشار افزايش مي يابد.
توجه: در هر حال وظيفه اصلي بافل هاي عرضي ايجاد جريان متقاطع است كه ضريب انتقال حرارت افزايش پيدا مي كند ولي وظيفه فرعي بافل ها نگهداري لوله ها به منظور جلوگيري از ارتعاش است.
توجه: حداقل تعداد بافل ها در يك مبدل Shell and Tube چهار عدد است. در صورت كمتر بودن تعداد بافل ها ضريب انتقال حرارت كاهش پيدا مي كند.
توجه: فاصله بين دو بافل مجاور هم راBaffle spacing گويند كه با Ls نمايش مي دهند. كه در Ds قطر داخلي پوسته و يا Ls فاصله بافل ها مي باشد.
BSR= Ls/Ds * 100 = Baffle Spacing Ratio
انواع بافل هاي عرضي:
۱- Signal segmental BCR= 15- 40%
2- Double segmental BCR= 20 – ۳۰%
۳- Triple segmental
بافل NTW بافل خاصي است كه همه لوله ها را بوسيله آن مي توان نگهداري كرد. و مهمترين مزيت آن جلوگيري از ارتعاش دسته لوله است.
توجه: Lc ارتفاع پنجره بافل و Ds قطر داخلي پوسته مي باشد.
BCR= Baffle Cut Ratio = Lc/Ds * 100
لبه هاي بافل (baffle edge)
لبه هاي بافل مي تواند افقي و عمودي باشد اگر لبه هايش عمودي باشد داريم:
۱- محل قرار گرفتن نازل هاي پوسته چپ و راست قرار مي گيرد.

۲- اگر سيال رسوب زا باشد بهتر است از لبه بافل عمودي استفاده گردد تا افقي، تا از ايجاد مناطق ساكن سيال خودداري مي گردد.
۳- در ميعان بخار و با كندانس شدن سيال از بافل عمودي استفاده مي كنيم.
از انواع ديگر بافل ها مي توان از Nest, Orifice baffle, Rod baffle, Dis and doughnut به كاربرد كه هر كدام مزاياي خاصي به خود دارا هستند.
۷- ضخامت بافل (Baffle Thickness):
ضخامت استاندارد بافل ها بين mm 2019/3 مي باشد. بايد توجه كرد فاصله بين قطر خارجي لوله و تك تك سوراخهاي بافل كه موسوم به Baffle Clearance مي باشد مناسب در نظر گرفته شود زيرا در صورت فيت كردن اين فاصله دسته لوله امكان خارج شدن را ندارد و اگر اين فاصله بزرگتر در نظر گرفته شود دسته لوله درداخل سوراخها شروع به ارتعاش مي كند و لق لق مي زند ميزان استاندارد Baffle Clearnace، mm (401/0) بزرگتر از قطر خارجي لوله ها است.
حداكثر طول آزاد و بدون تكيه (MUTL):

حداكثر طولي كه لوله ها در آنها بدون تكيه بوده است و اين طول روي پوسته است به طوريكه اگر از ميزان مشخص افزايش پيدا كند دسته لوله شروع به ارتعاش مي كند. مقادير استاندارد آن با توجه به نوع آرايش لوله ها و جنسي پوسته عبارتند از:
for carbon, low- alloy- stainless and mikel alloys.
MUTL Tube OD
mm1321
mm 1524
mm 1880
mm 2235 mm88/15
mm05/19
mm 4/25
mm 75/31
نكته: به علت وجود نازل سمت پوسته و يا وجود بي زياد سبال كه باعث افزايش سرعت و افت فشار مي گردد همراه فاصله Ls هاي ابتدايي و انتهايي بايد بزرگتر از Ls مركزي باشد.
حداقل فاصله بين بافل ها (Minimume Baffle Spacing):
الف- مقايسه نسبت [Ds/10] و ″ ۲ هركدام كه بزرگتر بودند آنها را به عنوان حداقل فاصله بين دو بافل در نظر مي گيريم.
ب- براي قطرهاي بيشتر از ″۶۰ (‌″۶۰ Ds>) داريم: Mbs= Ds/10
8- بافل هاي طولي (Longitudinal Baffle):

كار اصلي بافل طولي افزايش تعداد گذرهاي پوسته است. اين صفحات مستطيل شكل هستند و در طول مبدل و در قطر پوسته قرار مي گيرند. اين صفحات از يك طرف به Tube Shellt و از طرف ديگر به آخرين بافل عرضي اتصال دارند. معمولا در داخل پوسته مبدل بيش از دو بافل طولي نداريم. بنابراين براي افزايش تعداد گذرهاي پوسته، دو پوسته را به هم سري مي كنيم. ضخامت بافل طولي mm 13- 6 در نظر گرفته مي شود.
ضخامت بافل طولي بايد طوري در نظر گرفته شود كه در برابر سيالات خورنده و اختلالات فشار دو گذر پوسته مقاوم باشد.
۹- صفحه برخورد (Impingment plate):
در بعضي مواقع دبي سيال پوسته زياد است و سيال حاوي مواد ضربه زننده و كثيف است كه در اثر برخورد سيال با لوله احتمال آسيب رساندن به لوله مي باشد. به همين دليل از صفحه برخورد استفاده مي كنند تا قبل برخورد سيال با لوله ها، سيال با صفحه برخورد كند. قطر صفحه برخورد بزرگتر از دهانه نازل و ضخامت استاندارد آن mm 6 است كه به صورت قوسي يا تخت جلوي نازل ورودي سيال سمت پوسته قرار مي گيرد. براي اينكه سطح عبور سيال كم نگردد، سطح فرار سيال از كناره ها بايد با سطح داخلي نازل بكي باشد.
Лdnh = л/۴ dn2= سطح جانبي استوانه= سطح فرار سيال از كناره ها
hin = dnin/ 4
يعني هرچه قطر نازل افزايش پيدا كند فاصله بين صفحه برخورد و نازل افزايش پيدا
مي كند در اين صورت تعداد لوله هائيكه مي توان داخل دسته لوله قرار داد كمتراست. يا به عبارت ديگر هرچه مقدار dn/Ds = قطر پوسته/ قطر نازل افزايش پيدا كند OTL كاهش پيدا مي كند.
نكاتي در رابطه با صفحه برخورد:

 

۱- در نازل ورودي اگر صفحه برخورد لازم نبود بايد فاصله اولين رديف لوله تا نازل ورودي ۶/ dnin باشد.
۲- در صورتيكه دسته لوله قابليت دوران ۱۸۰ را داشته باشد بايد فاصله ۴/dn در هر دو طرف ورودي و خروجي در نظر گرفته شود.
۳- همه گازها، بخارات اشباع، مخلوط هاي مايع و بخار حتما نياز به صفحه برخورد دارند.
زمان نياز يا عدم نياز به صفحه برخورد:
پارامتر ۲ρv را چك مي كنيم كه ρ دانستنه سيال پوسته برحسب ۳m/ Kg و v سرعت سيال سمت پوسته بر حسب m/s است. اگر عدد حاصل از رابطه مذكور از اعداد جدول بزرگتر بود به صفحه برخورد نياز است. نحوه اتصال آنها براي جلوگيري از كاهش OTL به صورت خارجي و در امتداد پوسته مبدل است.
۲ρv نوع سيال
۲۲۳۰
۷۴۴
۰ تك فاز (غير خورنده- غير ساينده)
كليه مايعات كه در نقطه جوش وارد مي شوند.
كليه گازها و مخلوط هاي بخار مايع
۱۰- آخرين محدوده لوله گذاري (OTL):
ميدانيم OTL در مبدل Fixed Tube Sheet : از همه بيشتر است ميزان OTL بستگي به ۱- نوع مبدل ۲- نحوه اتصال لوله ها به Tube sheet 3- فشار طراحي كه فقط در مبدل كلگي شناور تأثير دارد. OTL ) (presure design
طريق تعريف فاصله آخرين رديف لوله با قطر پوسته را clerrance Dinmeter گويند كه ميزان استاندارد آن (mm 12- 3) است. (C.D= Ids- OTL)
11- محاسبه تعداد لوله ها:
براي محاسبه تعداد لوله ها از جداول مربوط به (Tube Count) استفاده مي كنند طبق تعريف ميزان دقيق لوله ها روي Tube sheet با استفاده از فرمولهاي زير ممكن است.
No. of Tube= Nt {1- (zi – zo)}

 

Nt = تعداد لوله ها بدون در نظر گرفتن نازل (ستون ۰)
hi = فاصله اولين رديف لوله تا دهنده نازل ورودي
ho = فاصله آخرين رديف تا دهنده نازل خروجي
DI= قطر داخلي پوسته
DI= OTL
فصل سوم “Section 3”
اطلاعات طراحي (Design Data):
منظور از اطلاعات طراحي در حقيقت تعيين پارامترهاي طراحي حرارتي و هيدوليكي، بعد از تعيين پارامترهاي ساختاري است.
اين پارامترها عبارتند از:
۱- دبي سيال (Flow rate)
3- فشار عملياتي (Operating press.)
4- افت فشار مجاز طراحي (Allowable pressure drop)
5- جرم گرفتگي و مقاومت آن (Fouling resistance)

۶- خواص فيزيكي (Physical property)
7- ميزان گرما (Heat duty)
8- نوع مبدل (Type of HX.)
9- نوع لوله و خط لوله و ساير آنها (Line size)
10- قطر و ضخامت لوله ها (Thick $ diam.)
11- حداكثر قطر پوسته (Max. shell diam.)
12- نوع جنس به كار رفته در مبدل (Material)
13- فرضيات دقيق و معين در طراحي هيدروليكي- حرارتي (Assumptions)
قبل از هر چيز بايد نوع مبدل پوسته لوله تعيين گردد كه طبق جول زير مي توان به اين هدف رسيد.
خصوصيات ميان درون پوسته خصوصيت سيال در داخل لوله
دبي سيال كم (small flow rate)
سيال ويسكوز (viscos flow)
سيال با ضريب انتقال حرارت پايين
(Low heat Transfer coefficient) سيال رسوب زا (به غير از U- Type)
سيال خورنده (corrosive)
سيال داراي فشار زياد (High Pressure)
سيال داراي دماي زياد (High Temp. )

پس از آنكه نوع سيال درون لوله و پوسته مشخص گرديد به دنبال محاسبات كلي در يك مبدل پوسته لوله اي خواهيم بود.

انواع محاسبات كاربردي در مبدل هاي حرارتي (Methodology of calculation):
الف- عملكرد (Rating):
به معلوم بودن ازلاعات و خواص شرايط اوليه (ورودي) و همچني

ن مشخص بودن سطح انتقال حرارت خصوصيات خروجي مبدل از قبيل دما، فشار و عملكرد (Duty) مبدل مطرح مي گردد.
T2 = ? , P2 = ? , Q = ? معلوم = A و وروديها (معلوم)
ب- طراحي (Design or Sizing):
در اين نوع محاسبه هدف تعيين سطح انتقال حرارت است يعني شرايط دمايي و فشاري وروديها و خروجي ها معين است و A=? مجهول مي باشد.
خروجيها معلوم A=? و وروديها (معلوم)