تمثل المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب حوالي 90% من إجمالي كمية المبادلات الحرارية المستخدمة في الصناعة، مما يجعلها أكثر أنواع المبادلات الحرارية استخدامًا.

تشتمل الأشكال الهيكلية النموذجية للمبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب على مبادلات حرارية ذات صفائح أنبوبية ثابتة، ومبادلات حرارية أنبوبية على شكل حرف U، ومبادلات حرارية ذات رأس عائم، ومبادلات حرارية لصندوق الحشو، ومراجل إعادة الغلاية، ومبادلات حرارية ذات صفائح أنبوبية مزدوجة، ومبادلات حرارية من صفائح أنبوبية داعمة، وصفائح أنبوبية مرنة. المبادلات الحرارية، والمبادلات الحرارية الحلزونية.

1. مبادل حراري لصفائح الأنبوب الثابت

المبادل الحراري لصفيحة الأنبوب الثابتة (الشكل 1) هو عبارة عن وصلة ثابتة (متكاملة أو مثبتة) بين صفحتي الأنبوب النهائي والقشرة.

هذا هو النوع الأكثر استخدامًا من المبادلات الحرارية. يتم تثبيت طرفي أنبوب التبادل الحراري على لوح الأنبوب، والذي يتم لحامه بالقشرة.

المبادلات الحرارية لألواح الأنابيب الثابتة مناسبة لمختلف المناسبات:

1) في الحالات التي يكون فيها فرق درجة الحرارة بين المعدن الموجود على جانب الأنبوب والقشرة ليس كبيرًا جدًا ويكون الضغط مرتفعًا. عندما يكون الفرق في درجة الحرارة بين المعدن الموجود على جانب الأنبوب والقشرة كبيرًا، لا يمكن أن يكون الضغط مرتفعًا جدًا لأن الفرق الكبير في درجة الحرارة سيؤدي حتماً إلى زيادة وصلة التمدد، التي تتمتع بمقاومة ضعيفة للضغط.

2) نظرًا لعدم القدرة على تنظيف جانب الصدفة ميكانيكيًا، فمن الضروري أن يكون وسط جانب الصدفة نظيفًا؛ أو في الحالات التي قد تحدث فيها قشور ولكن يمكن إزالتها من خلال التنظيف الكيميائي.

مزايا:

1) لديها هيكل بسيط، واستخدام أقل للمطروقات، وانخفاض تكلفة التصنيع.

2) يمكن تقسيم جانب الأنبوب إلى أشكال مختلفة من الممرات المتعددة، ويمكن أيضًا تقسيم جانب الصدفة إلى ممرين.

3) مساحة نقل الحرارة أكبر بنسبة 20% إلى 30% من مساحة المبادل الحراري ذو الرأس العائم.

4) التسرب الالتفافي صغير نسبيا.

سلبيات:

1) غير مناسب للحالات التي يوجد فيها اختلاف كبير في تشوه التمدد الحراري بين أنابيب التبادل الحراري والأسطوانات الجانبية للقشرة، حيث يمكن أن يحدث إجهاد فرق درجة الحرارة بسهولة بين صفيحة الأنبوب ونهاية الأنبوب، مما يؤدي إلى تلفه.

2) بعد تآكل الأنبوب، فإنه يؤدي إلى تخريد الغلاف، ويتم تحديد عمر مكونات الغلاف من خلال عمر الأنبوب، وبالتالي فإن عمر المعدات منخفض نسبيًا.

3) لا يمكن تنظيف الغلاف وفحصه صعب.

2. مبادل حراري أنبوبي على شكل حرف U

المبادل الحراري الأنبوبي على شكل حرف U (الشكل 2) عبارة عن أنبوب تبادل حراري ذو طرفين مثبتين على نفس لوحة الأنبوب، وهو متصل بشكل ثابت بالقشرة (متكاملة أو مثبتة).

يمكن استخدام المبادلات الحرارية الأنبوبية على شكل حرف U في المواقف التالية

1) التدفق في خط الأنابيب هو سائل نظيف.

2) الضغط في خط الأنابيب مرتفع بشكل خاص.

3) في الحالات التي يوجد فيها اختلاف كبير في درجة الحرارة بين المعدن الموجود على جوانب الأنبوب والقشرة، والمبادلات الحرارية ذات لوحة الأنبوب الثابتة لا يمكنها حتى تلبية متطلبات وصلات التمدد.

مزايا:

1) يعمل الطفو الحر في نهاية أنبوب التبادل الحراري على شكل حرف U على حل ضغط فرق درجة الحرارة ويمكن استخدامه لوسائط ذات اختلافات كبيرة في درجات الحرارة. الفرق في درجة الحرارة بين المعدن الموجود على الأنبوب وجانب الصدفة ليس محدودًا.

2) يمكن سحب حزمة الأنبوب للخارج لتسهيل التنظيف المتكرر للجدار الخارجي لأنبوب التبادل الحراري.

3) مع لوحة أنبوبية واحدة فقط وعدد صغير من الفلنجات، يكون الهيكل بسيطًا ويوجد عدد قليل من نقاط التسرب، مما يؤدي إلى انخفاض التكلفة.

4) يمكن أن تعمل تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع، وهي مناسبة بشكل عام لـ t ≥ 500 ℃ و p ≥ 10MPa.

5) يمكن استخدامه في الحالات التي يكون فيها التحجيم على جانب الصدفة شديدًا نسبيًا.

سلبيات:

1) عندما يكون معدل التدفق في الأنبوب مرتفعًا جدًا، فإنه سوف يسبب تآكلًا خطيرًا في قسم الانحناء على شكل U، مما يؤثر على عمر الخدمة. خاصة بالنسبة للأنابيب ذات R المنخفض، يجب التحكم في معدل التدفق داخل الأنبوب.

2) خط الأنابيب غير مناسب للحالات ذات القياس الكبير.

3) نظرًا لمحدودية Rmim للأنبوب U ومسافة الفصل الواسعة، فإن عدد الأنابيب في المبادل الحراري لصفيحة الأنبوب الثابتة أقل قليلاً.

4) عندما يتسرب أنبوب التبادل الحراري، باستثناء الأنبوب الخارجي على شكل حرف U، لا يمكن استبداله ويمكن فقط سده.

5) يحتوي الجزء المركزي من حزمة الأنبوب على مسام كبيرة، ويكون السائل عرضة لدوائر قصيرة، مما يؤثر على تأثير نقل الحرارة. لذلك، يجب إضافة أقسام لتقليل دوائر القصر.

6) بسبب المنطقة الميتة الكبيرة، فهو مناسب فقط لأنبوب التوجيه الداخلي.

7) عدد أنابيب التبادل الحراري المرتبة على لوحة الأنبوب صغير نسبياً.

8) قسم الانحناء على شكل حرف U للأنبوب الخارجي، بسبب امتداده الكبير غير المدعوم، يجب أن يسبب مشاكل اهتزاز ناتجة عن السوائل.

9) عندما تكون هناك متطلبات للتآكل الإجهادي، ينبغي النظر بعناية.

3. مبادل حراري ذو رأس عائم

المبادل الحراري ذو الرأس العائم (الشكل 3) هو نوع مثبت حيث يتم توصيل أحد طرفي صفيحة الأنبوب بشكل ثابت بالقشرة، في حين يتم توصيل الطرف الآخر من صفيحة أنبوب الرأس العائم (بما في ذلك غطاء الرأس العائم، وجهاز الدعم، وما إلى ذلك) بشكل ثابت. يطفو بحرية داخل صندوق الأنبوب. ولذلك، ليست هناك حاجة للنظر في إجهاد فرق درجة الحرارة، حيث يوجد فرق كبير في درجة الحرارة بين الجدران المعدنية للأنبوب وجوانب القشرة.

مزايا:

1) يمكن سحب حزمة الأنبوب للخارج لسهولة تنظيف الأنبوب وجانب القشرة.

2) لا يقتصر جدار الصدفة وجدار الأنبوب على اختلاف درجات الحرارة.

3) يمكن أن تعمل تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع، بشكل عام t ≥ 450 ℃ و p ≥ 6.4MPa.

4) يمكن استخدامه في الحالات التي يكون فيها التحجيم شديدًا.

5) يمكن استخدامها في سيناريوهات تآكل خطوط الأنابيب.

سلبيات:

1) من الصعب اتخاذ التدابير عند حدوث تسرب أثناء تشغيل سطح ختم الرأس العائم داخل الوسط الجانبي للصدفة.

2) الهيكل المعقد والاستهلاك العالي للمواد المعدنية والتكلفة العالية.

3) هيكل الرأس العائم معقد ويؤثر على عدد الأنابيب المرتبة.

4) إن أداة اختبار الضغط المستخدمة أثناء اختبار الضغط معقدة.

5) تستهلك المواد المعدنية كمية كبيرة وتكلفتها أعلى بنسبة 20%.

مبادل حراري لصندوق الحشو

يتم توصيل أحد طرفي لوح الأنبوب بشكل ثابت بالقشرة (نوع المشبك)، بينما يطفو الطرف الآخر من لوح الأنبوب بحرية داخل صندوق التعبئة.

يمكن تمديد حزمة الأنابيب ويمكن استخدامها لوسيلتين مع اختلاف كبير في درجة الحرارة. الهيكل أيضًا أبسط من هيكل الرأس العائم، مما يجعل تصنيعه أسهل وأكثر فعالية من حيث التكلفة من المبادل الحراري ذو الرأس العائم. نظرًا لأنه يمكن سحب حزمة الأنبوب للخارج، فمن السهل صيانتها وتنظيفها. مناسبة للاستخدام في الوسائط ذات التآكل الشديد.

4.1 المبادل الحراري المعبأ بالخارج (الشكل 4)

مناسبة للمعدات التي يقل قطرها عن DN700mm، ويجب ألا يكون ضغط التشغيل ودرجة الحرارة مرتفعين جدًا. يتم استخدامه بشكل عام في الحالات التي تكون فيها p ≥ 2.0MPa.

4.2 انزلاق ورقة أنبوب التعبئة مربع مبادل حراري

عند نقطة الختم على الجانب الداخلي من العبوة، ستظل هناك ظاهرة تدفق بين الوسط الموجود على جانب الأنبوب والقشرة، وهو غير مناسب للحالات التي لا يُسمح فيها باختلاط الوسط الموجود على الأنبوب وجانب الغلاف.

4.2.1 مبادل حراري لصندوق الحشو المفرد (الشكل 5)

عند نقطة الختم على الجانب الداخلي من العبوة، ستظل هناك ظاهرة تدفق بين الوسط الموجود على الأنبوب وجانب الغلاف، وهو غير مناسب للحالات التي لا يُسمح فيها باختلاط الوسيط الموجود على الأنبوب وجانب الغلاف.

4.2.2 المبادل الحراري لصندوق الحشو المزدوج (الشكل 6)

يتم إغلاق الهيكل بشكل أساسي بالحلقة الداخلية لمنع التسرب الداخلي والخارجي، بينما يتم استخدام الحلقة الخارجية كختم مساعد لمنع التسرب الخارجي. يتم وضع أنبوب مخرج التسرب بين حلقات الختم الداخلية والخارجية للتواصل مع فتحة التهوية الرئيسية ذات الضغط المنخفض. يمكن استخدام هذا الهيكل للوسائط متوسطة الضرر والمتفجرة وغيرها من الوسائط.

5. كإعادة الغليان 

غلاية إعادة الغليان (الشكل 7) عبارة عن وصلة ثابتة (نوع المشبك) بين أحد طرفي صفيحة الأنبوب والقشرة، والطرف الآخر عبارة عن حزمة أنبوب رأسية على شكل حرف U أو عائمة. جانب القشرة عبارة عن قشرة مخروطية مائلة مفردة (أو مزدوجة) مع مساحة تبخر، وبالتالي فإن درجة الحرارة والضغط على جانب الأنبوب أعلى من تلك الموجودة على جانب القشرة. بشكل عام، يتم تسخين الوسط الجانبي للصدفة بواسطة الوسط الجانبي للأنبوب. ف ≥ 6.4 ميجا باسكال.

مزايا:

1) مناسبة لإعادة غلايات القاع وغلايات سيفون الخط الجانبي.

2) وفر أكثر من 25% من وزن المعدات.

3) مقاومة جيدة للتآكل.

4) له تأثير التنظيف الذاتي. في الحالات التي يوجد فيها اختلاف كبير في درجة الحرارة بين جانب الأنبوب والقشرة.

5) زاد معامل انتقال الحرارة الإجمالي بأكثر من 40%.

6) في الحالات التي تكون فيها معدلات التبخر عالية (30-80%).

7) في الحالات التي يتم فيها استخدام الطور السائل لوسط العملية المعاد غليه كمنتج أو يتطلب متطلبات فصل عالية.

8) مقاومة جيدة للتآكل.

سلبيات:

1) بالنسبة لمعدات النفط الثقيل، مثل النفط المتبقي ومعدات النفط الخام، لا يوجد تاريخ للتطبيق.

2) غير مناسب للبيئات التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين الرطب.

6. مبادل حراري لصفائح الأنبوب المزدوج

يحتوي المبادل الحراري لصفيحة الأنبوب المزدوج (الشكل 8) على ورقتي أنبوب على كل جانب، ويتم توصيل أحد طرفي أنبوب التبادل الحراري بكلتا صفحتي الأنبوب في وقت واحد. يستخدم بشكل رئيسي لخلط الوسط بين جانب الأنبوب وجانب الصدفة، مما سيؤدي إلى عواقب وخيمة. لكن التصنيع صعب. متطلبات التصميم العالية.

1) منع التآكل: يمكن أن يؤدي خلط الوسائط من جانب الأنبوب وجانب الصدفة إلى حدوث تآكل شديد.

2) حماية العمال: أحد الطرق عبارة عن وسيلة شديدة السمية، ويمكن أن يؤدي التسلل إلى الطريق الآخر إلى تلوث النظام على نطاق واسع.

3) فيما يتعلق بالسلامة، فإن خلط الوسط على جانب الأنبوب وجانب الغلاف يمكن أن يسبب احتراقًا أو انفجارًا.

4) تلوث المعدات: يمكن أن يؤدي خلط جانب الأنبوب والوسائط الجانبية للقشرة إلى البلمرة أو تكوين مواد شبيهة بالراتنج.

5) التسمم بالمحفز: إضافة وسط آخر يمكن أن يسبب تغيرات في أداء المحفز أو التفاعلات الكيميائية.

6) تفاعل الاختزال: عندما يتم خلط الوسط الموجود على جانب الأنبوب وجانب القشرة، فإنه يؤدي إلى إنهاء التفاعل الكيميائي أو الحد منه.

7) شوائب المنتج: عندما يتم خلط الوسط الموجود في الأنبوب والقشرة، فقد يتسبب ذلك في تلوث المنتج أو انخفاض جودة المنتج.

6.1 مبادل حراري لصفائح الأنبوب المزدوج (الشكل 9)

6.2 مبادل حراري ذو أنبوب مزدوج على شكل حرف U (الشكل 10)

6.3 غلاية إعادة الغليان ذات الأنبوب المزدوج على شكل حرف U (الشكل 11)

7. سحب مبادل حراري لصفائح الأنبوب

يتميز المبادل الحراري لصفائح الأنبوب القابل للسحب (الشكل 12) بسمك لوحة أنبوب أرق، يتراوح عادة بين 12 و18 مم.

7.1 تشمل الأنواع الهيكلية ما يلي:

(1) وجهًا لوجه (ألمانيا): يتم لحام لوح الأنبوب على سطح الختم الخاص بشفة المعدات (الشكل 12أ).

(2) النوع المرصع (الاتحاد السوفييتي السابق) ГОСТ Standard): يتم لحام لوح الأنبوب على السطح المسطح لسطح ختم شفة المعدات (الشكل 12 ب).

(3) لحام الزاوية (الذي تم تطويره سابقًا بواسطة معهد شنغهاي للتصميم الصيدلاني): يتم لحام صفيحة الأنبوب بالقشرة (الشكل 12ج).

7.2 نطاق التطبيق:

1) ضغط التصميم: يجب ألا يتجاوز جانب الأنبوب وجانب الصدفة 1.0 ميجا باسكال على التوالي؛

2) نطاق درجة الحرارة: نطاق درجة الحرارة التصميمي لجانب الأنبوب وجانب الصدفة يتراوح من 0 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية؛ يجب ألا يتجاوز متوسط الفرق في درجة حرارة الجدار بين أنبوب التبادل الحراري والقشرة 30 درجة مئوية؛

3) نطاق القطر: يجب ألا يتجاوز القطر الداخلي للقذيفة 1200 مم؛

4) طول أنبوب التبادل الحراري: لا يتجاوز 6000 مم.

5) يجب أن تكون أنابيب التبادل الحراري مصنوعة من أنابيب ضوئية ولها معامل تمدد خطي قريب من معامل تمدد مادة الغلاف (يجب ألا يتجاوز الفرق بين القيمتين 10%).

7.3. لا ينبغي تثبيت وصلات التمدد.

8. مبادل حراري لصفائح الأنبوب المرن

مناسبة للغلايات الحرارية المتبقية (النفايات) ذات الغلاف الأفقي والأنبوب مع الغاز كوسيط على جانب الأنبوب وبخار الماء المشبع المتولد على جانب الغلاف.

الاتصال بين صفائح الأنبوب من النوع الأول والقشرة (القناة) (انظر الشكل 13 أ) والاتصال بين صفائح الأنبوب من النوع الثاني والقشرة (القناة) (انظر الشكل 13 ب).

نطاق التطبيق:

1) يجب ألا يتجاوز الضغط التصميمي لجانب الأنبوب 1.0 ميجا باسكال، ويجب ألا يتجاوز الضغط التصميمي لجانب الغلاف 5.0 ميجا باسكال، ويجب أن يكون ضغط جانب الغلاف أكبر من ضغط جانب الأنبوب؛

(1) النوع الأول يستخدم لضغط تصميم الأنابيب أقل من أو يساوي 0.6MPa؛

(2) يستخدم النوع الثاني لضغوط تصميم الأنابيب التي تقل عن أو تساوي 1.0 ميجا باسكال.

2) قطر الغلاف وطول أنبوب التبادل الحراري هما 2500mm و7000mm على التوالي.

9. مبادل حراري أنبوبي مجروح حلزوني فعال

من أجل توفير الاستثمار في المعدات، تم ترتيب الحد الأقصى لمنطقة نقل الحرارة لأنابيب التبادل الحراري ضمن حجم الغلاف المحدود للمبادل الحراري، وتم تحسين كفاءة نقل الحرارة. لذلك، ظهر المبادل الحراري لأنبوب الجرح وأنبوب الصدفة (الشكل 16). هذا النوع من المبادلات الحرارية عبارة عن أنبوب تبادل حراري متعدد الطبقات متعدد الرؤوس من الفولاذ المقاوم للصدأ ذو قطر صغير وملحوم على القضيب الأساسي، كما هو موضح في الشكل 16.

10. مبادل حراري مموج من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي

1) النطاق المطبق:

(1) يجب ألا يتجاوز ضغط التصميم 4.0 ميجا باسكال؛

(2) يجب ألا تتجاوز درجة حرارة التصميم 300 درجة مئوية؛

(3) يجب ألا يتجاوز القطر الاسمي 2000 مم؛

(4) يجب ألا يتجاوز القطر الاسمي 4000 مرة ناتج الضغط التصميمي.

2) المناسبات غير المناسبة

(1) الوسائط ذات السمية الشديدة أو شديدة الخطورة؛

(2) الوسائط المتفجرة؛

(3) في الحالات التي يوجد فيها ميل نحو التآكل الإجهادي.

قدمت Wuxi Changrun جودة عالية صفائح الأنبوب, الفوهات, الشفاه، والمطروقات المخصصة للمبادلات الحرارية والغلايات وأوعية الضغط وما إلى ذلك للعديد من شركات البتروكيماويات المعروفة في الداخل والخارج. يشمل عملاؤنا بتروتشاينا، وسينوبك، وشيفرون، وباير، وشيل، وباسف، وما إلى ذلك. أرسل رسوماتك إلى sales@wuxichangrun.com سوف نقدم لك أفضل الأسعار والمنتجات ذات الجودة العالية.