اواپراتور، مبدل پوسته و لوله SHELL AND TUBE
مبدل‌های حرارتی ازجمله پوسته ولوله یا همان SHELL AND TUBE کاربردهای گسترده و وسیعی در صنایع دارند. یکی از کاربردهای وسیع این مبدل‌ها در صنعت تهویه مطبوع و استفاده به‌عنوان اواپراتور است . استفاده از اواپراتور شل اند تیوب مزایای زیادی نسبت به استفاده از او اپراتورهای صفحه‌ای دارد.این مبدل‌ها همانطور که از نامشان مشخص است شامل یک لوله بزرگ و مقداری لوله که در داخل آن قرار دارد ساخته می‌شود. اواپراتورهای مورد استفاده در چیلر متشکل از لوله‌های آهن ولوله‌های مسی است که داخل آنها برای ایجاد انتقال حرارت بیشتر بافل هایی برای ایجاد جریان و تماس بیشتر لوله‌ها با سیال اتقال دهنده حرارت طراحی و کار گذاشته می‌شود.در او اپراتورهای آبی از ترفندهای مختلفی برای افزایش راندمان و بالابردن انتقال حرارت استفاده می‌شود یکی از این ترفندها استفاده از آلومینیوم پنج پر در داخل لوله های مسی است که این موضوع عملیاتی مانند عملیاتی که در کندانسور ها توسط لوله داخل شیاردار است ایجاد می‌کند.طراحی او اپراتورهای چیلر باید با توجه به ظرفیت، نوع مبرد (R22،R134و…) و همچنین میزان کنترل ظرفیت چیلر و.. انجام پذیرد.یکی از مهم ترین بخش‌ها در طراحی اواپراتور تعداد پاس‌های ایجادشده در اواپراتور است.اواپراتورهای تولیدی و مورداستفاده در چیلرهای هیگر همگی با توجه به نوع کاربری و شرایط مورد استفاده طراحی می گردد و همه آنها مشخصات زیرا دارا می‌باشد.
مشخصات اواپراتور SHELL and TUBE
اواپراتور های مورد استفاده در محصولات هیگر و تولید شده جهت فروش در بازار دارای مشخصات زیر هستند، در ساخت اواپراتورهای شل اند تیوب کیفیت در و استاندارد ها در سطح بالایی قرار دارند.
- پوشش دولایه زنگ‌مقاوم
تولید تیوب شیت های او اپراتور به‌منظور افزایش دقت تولید از ماشین‌آلات CNCاستفاده می‌گردد
- تست شده قیل نصب به مدت 48 ساعت با فشار 300 PSI
- استفاده ها از بفل های مقاوم از خانواده PP با طول و عمر طولانی
- تعبیه شیار در داخل تیوب پشت جهت اطمینان از عدم نشت محل اکسپندر
- استفاده از اکسپندر دارای کنترل گشتاور جهت اکسپندر لوله‌های مسی به‌به تبوب شیت
- استفاده از لوله‌های مسی با ضخامت مناسب (اکثراً 0.8 میلی متر)
در صورت درخواست سفارشی سازی: - امکان ساخت با المنت جهت گرمایش اواپراتور
- امکان ساخت به صورت کامل استیل
- امکان ساخت با شرایط و نقشه سفارشی
با توجه به محبوبیت وکار آمدی اواپراتورهای شل اند تیوب در چیلرها به بررسی بیشتر این مبدل ها می‌پردازیم.
در ایران شرکت‌های بسیاری اقدام به ساخت اواپراتور های چیلر(shell & tube) کرده‌اند. در این زمینه الگوهای متنوعی در ساخت موجود است و با توجه به تجهیزات و نوع عملکرد سازنده کیفیت های مختلفی در بازار وجود دارد. از شرکت های سازنده مبدل شل‌اند‌تیوب می‌توانیم به شرکت هایی مانند: آسا مبدل کاسپین، تهران مبدل، بوران و چیلر صنعتی سبحان اشاره کنیم که از تولید کنندگان مبدل‌های پوسته و لوله در ایران هستند.
در هیگر با توجه به بالا بردن کیفیت و کاهش میزان نیاز به خدمات در چیلرهای طراحی شده سعی کرده‌ایم تا از میدل های پوسته و لوله استفاده نماییم.
طراحی مبدل شل اند تیوب – اواپراتور
هیگر با توجه پشتوانه دانش و تجربه کارمندان مجرب و با تجربه خود و ایجاد تیم تحقیق و توسعه به صورت کاملا مهندسی و استفاده از نرم افزار های روز دنیا و مطابق با استاندارد هایASHREA , TEMA ، HEI ، API و ASME اقدام به طراحی و تولید مبدل های حرارتی پوسته و لوله و بهینه سازی روز افزون انها داشته است. این مجموعه با توجه مهندسی سازی تولید و در راستای بالا بردن کیفیت اقدام به تشکیل تیم مجزا جهت ساخت اواپراتورهای پوسته و لوله کرده است.
این تیم شامل نقشه کشی مهندسی، محاسبات، طراحی و تولید است.
قطعات اواپراتور پوسته و لوله مورد استفاده در چیلر
اواپراتور های پوسته و لوله مخصوص چیلر انواع مختلفی دارند که با توجه به نوع ساختار و شرایط متفاوت است.
در زیر به بخشی از قطعات تشکیل دهتده اواپراتورهای نرمال اشاره می کنیم.
پوسته یا شل (Shell)
پوسته مبدل در سایز های مختلف با توجه به میزان حجم مورد نیاز و مقدار لوله ای که در آن گذاشته می شود انتخاب می‌گردد. این پوسته‌ها از میان لوله های فولادی بدون درز انتخاب می‌شوند. با توجه به اقتصادی بودن اکثرا از لوله فولادی با میزان کربن پایین، مناسب ترین گزینه برای ساخت پوسته می باشد. البته در شرایطی که رنج دمایی بسیار بالا یا پایین باشد و یا به دلایل مقاومت خوردگی از مواد دیگری مانند استیل نیز برای ساخت پوسته استفاده می شود.
درپوش یا هدرها (Headers)
هدر با توجه به شرایط کاری چیلر باید طراحی گردد. در مبدل های اواپراتورهای هیگر در پوش ها قابلیت باز شدن دارند تا دسترسی به لوله ها امکان پذیر باشد تا در صورت بروز مشکل، تعمیرات به راحتی انجام بپذیرد. در اواپراتور های تولیدی هیگر درپوش ها توسط دستگاه CNC به صورت یکپارچه تراشیده می‌شود.
لوله ها (Tubes)
لوله ها از نوع بدون درز و تولید شده توسط شرکت مس قائم با ضخامت 0.8 میلیمتر مورد استفاده قرار میگیرد. در صورت سفارش نیز امکان ساخت با لوله های استل نیز امکانپذیر است اما با توجه به ضزیب انتقال حرارت کمتر استیل نسبت به مس قطعا میزان لوله بیشتری در اواپراتور باید به کار گرفته شود در ظرفیت مشابه با لوله مسی که باعث افزایش ابعاد اواپراتور نیز می‌شود. همچنین سایز استاندارد لوله ها معمولاً از۵/۱۶، ۳/۸، ۱/۲، ۵/۸ اینچ است.
تیوب شیت (Tube Sheet)
تیوب شیت ها از جنس فلز و با دستگاه CNC سوراخکاری می‌شوند تا لوله هایی که در طول مبدل و داخل پوسته قرار دارند را نگه دارند. لوله ها در سوراخ های تیوب شیت با الگو های متفاوت و متناسب با نیاز طراحی شده و قرار میگریندو سپس توسط دستگاه اکسپند گشاد و پایدار می‌شوند. معمولاً جنس تیوب شیت با لوله ها یکسان می باشد. لوله ها باید کاملاً به تیوب شیت متصل شده و کاملا فیکس باشد.
بافل (Baffles)
بافل ها انواع مختلفی دارند اما بیشترین نوع مصرفی بافل نوع مغشوش گر است. با فل ها برای ایجاد مانع سیال گذرنده از پوسته به کار گرفته می‌شوند، اما از آنها برای پایدار سازی نیز بهره ببرده می‌شود.
نوع قرار گیری بافل ها در میزان افت فشار و تحمل فشار سیال عبوری بسیار تاثیر گذار است.
نحوه عملکرد مبدل اواپراتور شل اند تیوب
شکل کلی عملکرد اواپراتور shell and tube به نحوی است که دو سیال که اختلاف دمایی با یکدیگر را دارند بدون مخلوط کردن و از طریق انتقال حرارت conduction و convection از نظر دمایی به یکدیگر نزدیک یا هم دما کنیم.
در تصویر زیر یک نوع از مبدل های حرارتی و نحوه عملکرد آن به صورت گرافیکی نمایش داده شده است. مشخص است که یکی سیال ورود و با توجه به موانعی که برای ان جهت افزایش انتقال حرارت بیشتر در نظر گرفته شده است در مسیر در نظر گرفته شده عبور می کند و انتقال دما صورت می پذیرد.
یک سیال در داخل پوسته جریان دارد و سیال دیگر داخل لوله های قرار گرفته شده در پوسته جریان دارد. عمدتا لوله های قرار گرفته شده در پوسته از جنس مس است و موانعی که باعث حرکت مارپیچی سیال می گردد بافل نام دارد که باید جنس آن به گونه ای باشد که تغییر شکل و تغییر خاصیت نداشته باشد.
همانطور که در لوله بافل هایی برای ایجاد افزایش تبادل حرارت در نظر گرفته شده است در داخل لوله ها نیز از نوار های ستاره ای شکل جهت ایجاد جریان مغشوش در نظر گرفته می شود تا سیال داخل لوله جریان لایه ای پیدا نکند و اطمبنان داشته باشیم جریان سیال داخل لوله مغشوش است. این موضوع سبب می شود تا تمامی ذرات سیال با محیط لوله اتصال داشته باشند و انتقال حرارت با سرعت و ضریب بهتری انجام پذیرد.
سیال مورد استفاده:
در اواپراتور ها سیال تبخیر شونده از مبردهای رایج در صنعت برودت مانند R22,R407c و … است، که با توجه میزان بار برودتی و فشار کارکرد مبرد اواپراتور طراحی و ساخته می شود.
سیال ثانویه به صورت پیش فرض آب و یا ترکیبی از آب و ضد یخ های مجاز مانند اتیلن گلیکول است که جهت جلوگیری از یخ زدگی اواپراتور مورد استفاده قرار میگیرد. لازم به ذکر است که درصد اضافه کردن ضد یخ با توجه به چگالی ضد یخ و ضریب گرمایی ویژه آن قطعا در نقطه انجماد و دبی پمپ تاثیر گذار خواهد بود.
در زیر جدول دو نمونه ضد یخ و میزان افزایش دبی پمپ گذاشته می شود.
| Ethylene Glycol % | Freeze Point (֯C) | Capacity | Power | Flow |
| 10 | -3.3 | 0.996 | 0.998 | 1.037 |
| 20 | -7.7 | 0.988 | 0.996 | 1.062 |
| 30 | -13.8 | 0.979 | 0.994 | 1.094 |
| 40 | -21.6 | 0.968 | 0.990 | 1.133 |
| 50 | -33.3 | 0.956 | 0.987 | 1.183 |
| Propylene Glycol % | Freeze Point (֯C) | Capacity | Power | Flow |
| 10 | -3.3 | 0.992 | 0.982 | 1.018 |
| 20 | -7.2 | 0.980 | 0.994 | 1.034 |
| 30 | -12.7 | 0.965 | 0.990 | 1.058 |
| 40 | -20.5 | 0.945 | 0.983 | 1.094 |
| 50 | -32.7 | 0.929 | 0.979 | 1.141 |
مزابای استفاده از شل اند تیوب
1-در صورت بروز نشتی پیدا کردن و ترمیم آن بسیار راحت است در صورتی که در مبدل های صفحه ای در صورت بروز نشتی دیگر امکان استفاده از ان امکانپذیر نیست.
2-مقاومت بالا در فشار های بالا و تحمل فشار های بالا
3- ایجاد افت فشار کک در مقایسه با سایر مدل ها
4-دسترسی آسان به قطعات و امکان ساخت مجدد و سریع قطعات
5-قابلیت رسوب زدایی سریع
6-رسوب گیری کم
7- امکان ساخت به مدل های گوناگون مانند فلادد و …
8-قابلیت سفارشی سازی
