استفاده از استنلس استیل در تولید مبدل حرارتی

مقدمهمبدل حرارتی سیستمی است که برای انتقال حرارت بین دو یا چند سیال استفاده می شود. مبدل های حرارتی در هر دو فرآیند سرمایش و گرمایش ;کاربرد دارند. ممکن است سیالات به منظور جلوگیری از اختلاط توسط یک دیواره که معمولا از جنس ورق استیل نسوز (مانند ورق استیل 309 و ورق استیل 310) ساخته می شوند از هم جدا شوند یا ممکن است در تماس مستقیم با یکدیگر باشند. آنها به طور گسترده ای در گرمایش و سرمایش محیط، یخچال ها، تهویه مطبوع، نیروگاه ها، کارخانه های شیمیایی، کارخانه های پتروشیمی، پالایشگاه های نفت، فرایندهای تولید گاز طبیعی و تصفیه فاضلاب استفاده می شوند. نمونه کلاسیک مبدل حرارتی در یک موتور احتراق داخلی یافت می شود که در آن یک سیال در گردش به عنوان خنک کننده موتور از سیم پیچ های رادیاتور جریان می یابد و با عبور هوا از کنار سیم پیچ ها خنک می شود. مثال دیگر هیت سینک است که یک مبدل حرارتی غیرفعال است که گرمای تولید شده توسط یک وسیله الکترونیکی یا مکانیکی را به یک محیط سیال، اغلب هوا یا خنک کننده مایع، منتقل می کند.مبدل های حرارتی بر اساس نوع جریان سیالات به سه دسته کلی مبدل های جریان موازی، جریان مخالف و جریان متقاطع تقسیم می شوند. در مبدل های حرارتی جریان موازی، دو سیال در یک انتها وارد مبدل می شوند و به موازات یکدیگر به سمت دیگر حرکت می کنند. در مبدل های حرارتی با جریان مخالف، دو سیال گرم و سرد از دو طرف مخالف وارد مبدل می شوند و در جهت عکس یکدیگر داخل مبدل حرکت می کنند. مبدل های جریان متقابل کارآمدترین نوع مبدل ها هستند، زیرا میانگین اختلاف دما در هر واحد طول در آن ها بیشتر است و از این رو می توانند بیشترین گرما را بین دو سیال انتقال دهند. در یک مبدل حرارتی با جریان متقاطع، سیالات درون مبدل تقریباً عمود بر یکدیگر حرکت می کنند.از آنجا که سیالات عبوری از داخل مبدل دمای بالایی دارند و گاها خورنده نیز می باشند، لازم است دیواره ها از ماده ای مانند ورق استیل نسوز که حد تحمل حرارتی بالایی دارند و از مقاومت به خوردگی بالایی نیز برخوردارند ساخته شوند. از این رو ورق استیل 309 و ورق استیل 310 در ساخت مبدل های حرارتی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.در مبدل‌های حرارتی رایج در صنایع معمولاً دو سیال بدون تماس مستقیم با یکدیگر تبادل حرارت می‌کنند. سیال سردتر در تماس با سیال گرمتر حرارت را دریافت کرده و دمای آن بالا می‌رود و سیال گرم تر گرما از دست می دهد و خنک می شود. این تبادل حرارتی بر اساس اصول انتقال حرارت که در این سیستم از طریق دو حالت رسانش گرمایی و جریان همرفتی صورت می گیرد، انجام می شود. در حالت ایده‌آل، در مبدل‌ها مقدار گرمای از دست رفته از سیال گرم با مقدار گرمای دریافت شده توسط سیال سرد برابر می باشد. برای مثال از رایج ترین مبدل های حرارتی، می توان به رادیاتور شوفاژ اشاره کرد که سیال گرم تر (آب) گرمای خود را به سیال سردتر (هوای محیط) می دهد و از این طریق دمای محیط گرم می شود. برای افزایش بازده، مبدل های حرارتی به گونه ای طراحی شده اند که سطح بین دو سیال را به حداکثر برسانند، در حالی که مقاومت در برابر جریان سیال درون مبدل را به حداقل برسانند. عملکرد مبدل همچنین می‌تواند تحت تأثیر افزودن پره‌ها یا موج‌ها در یک یا هر دو جهت قرار گیرد که هر یک از این اقدامات سطح مشترک بین دو سیال را افزایش داده و ممکن است جریان سیال را کانالیزه کند یا باعث ایجاد تلاطم در سیال شود.در میان انواع طراحی های مبدل حرارتی، مبدل های حرارتی دو لوله ای ساده ترین مبدل مورد استفاده در صنایع است.چراکه این مبدل های حرارتی هم از لحاظ طراحی و هم تعمیر و نگهداری کم هزینه هستند و از این رو انتخاب بسیار خوبی برای صنایع کوچک به شمار می آیند. اما از طرف دیگر، راندمان پایین آنها همراه با فضای زیادی که در مقیاس های بزرگ اشغال می کنند، صنایع مدرن را به استفاده از مبدل های حرارتی کارآمدتری مانند مبدل های پوسته و لوله یا صفحه سوق داده است. با این حال، از آنجایی که مبدل های حرارتی دو لوله ساده تر هستند، معمولا برای آموزش اصول طراحی مبدل حرارتی از آن ها استفاده می شود زیرا قوانین اساسی برای همه مبدل های حرارتی یکسان است.برای طراحی یک مبدل حرارتی ساختار و نوع جریان سیالات در مبدل بر اساس پارامترهای زیر انتخاب می شود:• مشخصات سیالات سیستم • دماها و فشارهاي عملیاتی• ابعاد و اندازه ی مبدل• مکانیزم انتقال حرارت بین دو سیال• جرم گرفتگی، خورندگی و سازگاري سیال با مصالح به کار برده شده• میزان نشتی مجاز سیستم• هزینه و تکنولوژي هاي موجود براي ساخت مبدل حرارتی• شرایط آب و هوایی و رطوبت محیط عملیاتی• جانمایی مبدل از لحاظ مجاورت با سایر دستگاه ها