مجله
مبدل حرارتی چیست؟ راهنمای جامع انواع مبدل‌های حرارتی در سیستم‌های سرمایش و گرمایش
مبدل حرارتی (Heat Exchanger) تجهیزی است که وظیفه انتقال حرارت بین دو سیال مختلف را بدون تماس مستقیم بر عهده دارد. یکی از سیالات گرم بوده (مثلاً آب بویلر یا بخار) و دیگری سرد (مانند آب برگشتی از فن‌کویل یا مدار چیلر).
مبدل‌های حرارتی در تمام سیستم‌های HVAC، صنعتی، پتروشیمی، نیروگاه، تهویه مطبوع و تأسیسات ساختمانی نقش کلیدی دارند.
انواع مبدل حرارتی و کاربرد آن‌ها
1. مبدل حرارتی پوسته و لوله‌ای (Shell & Tube Heat Exchanger)
پرکاربردترین نوع در صنایع بزرگ. از مجموعه‌ای از لوله‌های داخلی درون یک پوسته تشکیل شده است.
مزایا: تحمل فشار و دمای بالا، مناسب برای چیلرها و بویلرهای فولادی.
معایب: نیاز به فضای زیاد و احتمال تشکیل رسوب.
کاربردها: چیلر جذبی، بویلر صنعتی، سیستم‌های بخار و روغن داغ.
2. مبدل حرارتی صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger)
از تعدادی صفحه استیل نازک با گسکت‌های سیلیکونی تشکیل شده که جریان دو سیال را به صورت متناوب عبور می‌دهد.
مزایا: راندمان بسیار بالا، ابعاد فشرده، نصب سریع.
کاربردها: پکیج‌های دیواری، سیستم‌های سرمایش منطقه‌ای، هیت‌پامپ‌ها.
زیرشاخه‌ها: مبدل صفحه‌ای جوشی (Brazed Plate)، گسکت‌دار (Gasketed Plate) و صفحه‌ای نیمه‌جوشی (Semi‑Welded).
3. مبدل حرارتی هوایی (Air Cooled Heat Exchanger)
انتقال حرارت از سیال به هوا توسط فین و فن محوری یا سانتریفیوژ انجام می‌شود.
کاربردها: کندانسور هواخنک چیلر، درای‌کولر صنعتی، رادیاتور موتورخانه‌ها.
ویژگی: بدون نیاز به مدار آب، مناسب برای مناطق کم‌آب.
4. مبدل حرارتی دوبل پایپ یا لوله هم‌محور (Double Pipe)
دارای لوله‌ای داخلی و پوسته‌ی خارجی است. سیال گرم در مسیر داخلی و سیال سرد در اطراف آن جریان دارد.
کاربردها: صنایع غذایی، واحدهای کوچک فرآیندی، تست‌ستاپ‌های آزمایشگاهی.
مزیت: ساخت ساده و هزینه پایین.
عیب: سطح تبادل کم نسبت به حجم کلی.
5. مبدل حرارتی مارپیچی (Spiral Heat Exchanger)
شامل دو مسیر مارپیچی مارپیچ است که جریان‌ها را به صورت هم‌زمان هدایت می‌کند.
مزایا: خودتمیزشونده، مقاومت بالا برای سیالات چسبناک یا آلوده.
کاربرد: سیستم‌های تصفیه، صنایع خمیری و فاضلابی.
6. مبدل حرارتی لامل‌دار (Finned Heat Exchanger)
دارای پره‌های آلومینیومی برای افزایش سطح انتقال حرارت.
کاربردها: کویل‌های یونیت‌هیتر، اواپراتور کولر گازی، کندانسور.
مزایا: بازده بالا در هوای کم‌جریان.
7. مبدل حرارتی استخر (Swimming Pool Heat Exchanger)
برای گرم کردن آب استخر با استفاده از پکیج یا بویلر طراحی شده است.
انواع: مبدل مسی، استیل ۳۱۶ ضدخوردگی (برای آب کلردار یا شور).
ویژگی: مقاومت بالا در برابر کلر، راندمان بالا، نصب در مسیر برگشت پمپ استخر.
8. مبدل حرارتی بخار (Steam Heat Exchanger)
بخار را به آب گرم یا هوای گرم تبدیل می‌کند.
کاربرد: صنایع غذایی، گرمایش هوای تازه، سیستم‌های بویلر.
انواع: پوسته‌ولوله‌ای، کویل بخار، لامل‌دار بخار.
9. مبدل حرارتی روغن (Oil Heat Exchanger)
برای خنک‌سازی روغن هیدرولیک، روغن ترانس یا سیستم‌های صنعتی.
ساختمان: آلومینیوم فین‌دار یا پوسته‌ولوله‌ای فولادی.
کاربرد: صنایع تزریق پلاستیک، گیربکس‌های صنعتی، کمپرسورهای بزرگ.
10. مبدل حرارتی گاز به مایع (Gas to Liquid Exchanger)
انتقال حرارت بین گاز داغ خروجی و سیال مایع.
کاربرد: سیستم‌های CHP (تولید هم‌زمان برق و حرارت)، اگزوز دیزل ژنراتور.
نوع: لوله‌ای با فین داخلی برای توربولانس بیشتر.
11. مبدل حرارتی آب به آب (Water to Water Exchanger)
در مدارهای بسته گرمایشی/سرمایشی برای جداسازی دو سیکل کاربرد دارد.
مثال: مدار چیلر به مدار فن‌کویل، یا بویلر به مدار پکیج گرمایشی.
ترکیب ایده‌آل با فیلتر مغناطیسی تیکال برای جلوگیری از رسوب و مگنتایت.
12. مبدل حرارتی صنعتی (Industrial Heat Exchanger)
دسته‌ی گسترده‌ای شامل همه‌ی مدل‌های فوق با طراحی ویژه برای شرایط فشار، دمای بالا و سیالات خورنده.
کاربردها: پالایشگاه، نیروگاه، صنایع شیمیایی و فولاد.
استاندارد طراحی: ASME, TEMA, API.
جدول انواع مبدل های حرارتی
|
کاربرد اصلی |
معایب |
مزایا |
ساختار |
نوع |
|---|---|---|---|---|
|
چیلر، بویلر، برج خنک‌کننده |
حجم زیاد، افت فشار بالا |
تحمل فشار بالا، عمر زیاد |
لوله‌های داخلی درون پوسته استوانه‌ای |
لوله‌های داخلی درون پوسته استوانه‌ای |
|
پکیج دیواری، سیستم سرمایش منطقه‌ای |
حساس به جرم‌گرفتگی، فشار محدود |
راندمان حرارتی بالا، فشرده |
صفحات نازک استیل با گسکت بین آن‌ها |
صفحه‌ای (Plate Heat Exchanger) |
|
سیستم‌های صنعتی کوچک |
حجم بالا نسبت به راندمان |
ساخت ساده، برای ظرفیت پایین |
لوله درون لوله دیگر |
دابل پایپ (Double Pipe) |
|
کندانسور، درای‌کولر |
نیاز به جریان هوا و فضا |
بدون نیاز به مدار آب |
پره‌دار، با جریان هوا روی پره‌ها |
هوایی (Air Cooled) |
|
صنایع مایع/دوغاب‌دار |
محدود در فشار و دما |
خودتمیزشونده، کامپکت |
یک سیال درون مسیر مارپیچی |
مارپیچی (Spiral) |
رسوب و مگنتایت؛ دشمن پنهان مبدل‌های حرارتی
در سیستم‌های هیدرونیک، ذرات آهنی (مگنتایت) و رسوبات کربناتی باعث افت راندمان و افزایش مصرف انرژی می‌شوند
✅ راهکار مهندسی تیکال:
|
راه‌حل |
پیامد |
مشکل |
|---|---|---|
|
فیلتر مغناطیسی FG‑Tikal جهت جذب ذرات آهنی |
افزایش ΔT و افت ظرفیت حرارتی |
رسوب و خوردگی در مسیر مبدل حرارتی |
|
نصب Air Separator Tikal |
گوشتگی مبدل و صدای پمپ |
وجود هوا در مدار |
|
Hydraulic Separator H‑Tikal |
افت عملکرد کلی و کاویتاسیون |
عدم تعادل دبی بین مدار چیلر و فن‌کویل |
|
Anti‑Scale Tikal با فناوری پلی‌فسفات |
گرفتگی و کاهش انتقال حرارت |
تشکیل رسوب آهکی در مبدل استیل یا مسی |
نکات مهندسی برای انتخاب مبدل مناسب
- تعیین ظرفیت تبادل حرارت بر اساس بار حرارتی یا برودتی سیستم.
- توجه به ΔT طراحی و محدودیت افت فشار مجاز.
- بررسی کیفیت آب و انتخاب متریال مناسب.
- پیش‌بینی سرویس و تمیزکاری دوره‌ای (Descaling).
- نصب تجهیزات حفاظتی (فیلتر مغناطیسی، ایرسپراتور، آنتی‌اسکیل).
تمیزکاری مبدل حرارتی (Heat Exchanger Cleaning)
رسوب، مگنتایت، لجن زیستی (biofilm) و املاح معدنی در مبدل حرارتی، باعث می‌شن ضریب انتقال حرارت کلی (U) کاهش پیدا کنه و مصرف انرژی پمپ یا بویلر افزایش یابد.
برای برگرداندن راندمان حرارتی، دو روش اصلی تمیزکاری استفاده می‌شود:
تمیزکاری مکانیکی (Mechanical Cleaning)
در این روش رسوبات و ذرات جامد با استفاده از ابزار فیزیکی از سطح تبادل حرارتی جدا می‌شن.
مراحل:
- خاموش کردن سیستم و تخلیه مدار سیال.
- باز کردن پوشش‌ها یا صفحات دسترسی (manhole, cover plate).
- استفاده از ابزارهای مخصوص:
- برس سیمی، میل انعطاف‌پذیر (Rod Cleaning)
- پرفشار آب (Hydrojet Cleaning)
- برس چرخان برای لوله‌های پوسته و لوله‌ای
4. شست‌وشو و بازرسی سطح داخلی در پایان.
مزایا:
- بدون مصرف مواد شیمیایی
- حذف مکانیکی لایه‌های ضخیم رسوب و مگنتایت
- مناسب برای مبدل‌های پوسته‌ولوله‌ای و صنعتی
معایب:
- نیاز به بازکردن مبدل (زمان‌بر)
- احتمال خراش یا خوردگی سطح داخلی لوله
- مناسب نبودن برای مبدل‌های صفحه‌ای گسکت‌دار
تمیزکاری شیمیایی (Chemical Cleaning):
در این روش، محلول‌های شیمیایی (معمولاً اسیدی یا قلیایی) برای حل کردن رسوبات در مدار به گردش درمی‌آیند تا بدون بازکردن مبدل، آلودگی‌ها حذف شوند.
مراحل:
- ساخت مدار شست‌وشوی موقت با پمپ سیرکولاسیون (Cleaning Pump).
- انتخاب محلول مناسب:
- اسید سیتریک یا فسفریک رقیق برای رسوب آهکی
- سود سوزآور (NaOH) برای چربی‌ها
- استفاده از بازدارنده خوردگی (Inhibitor) جهت جلوگیری از آسیب به مس یا استیل
3. سیرکولاسیون محلول برای 1 تا 3 ساعت (بسته به ضخامت رسوب).
4. شست‌وشوی نهایی با آب خنثی و فیلترشده.
5. در پایان، تزریق ضدخوردگی یا آنتی‌اسکیل تیکال (Anti‑Scale Tikal) برای پیشگیری از تشکیل مجدد رسوب.
مزایا:
- سریع و مؤثر، بدون نیاز به بازکردن مبدل
- مناسب برای مبدل‌های
- صفحه‌ای و مبدل‌های کوچک
حل رسوبات آهکی و زنگ آهن نرم
معایب:
- نیاز به کنترل دقیق pH و دما
- خطر خوردگی در صورت محلول اشتباه
- نیاز به دفع ایمن پساب اسیدی
مبدل حرارتی ستون اصلی راندمان در هر مدار سرمایش و گرمایش است.
انتخاب درست نوع مبدل (صفحه‌ای، پوسته‌ولوله‌ای، هوایی، استخر، بخار، آب به آب، روغن و صنعتی) به همراه نگهداری مناسب، عمر تجهیزات و بهینه‌سازی مصرف انرژی را تضمین می‌کند.
برند TikalFilter با ارائه‌ی تجهیزات حفاظتی نظیر فیلتر مغناطیسی، جداکننده هیدرونیکی و آنتی‌اسکیل، تکمیل‌کننده‌ی مدار حفاظتی برای مبدل‌های حرارتی در سیستم‌های HVAC و صنعتی است.
