مبدل حرارتی یا هیت اکسچنجر یکی از تجهیزات مهم در کنار برج تقطیر در صنایع نفتی است. این وسیله بر اساس انتقال حرارت از منبع گرم به سرد فعالیت می نماید. مبدل حرارتی انواع گوناگون دارند و با توجه به نوع آن ها و طراحی به صورت های مختلف تقسیم بندی می شوند. از این رو در این بخش به بررسی آن ها می پردازیم.

انواع مبدل های حرارتی

به طور كلي مبدل حرارتي موجود را به سه دسته زير تقسيم بندي می کنند كه در ادامه به طور مختصر به توضيحات مربوط به هر كدام می پردازیم:

• مبدل هاي لوله اي
  • مبدل دو لوله
  • مبدل پوسته لوله
• مبدل گرمايي صفحه اي
  • مبدل صفحه اي واشردار
  • مبدل صفحه اي حلزوني
  • لاملا
• مبدل حرارتی با سطوح پره دار
  • مبدل صفحه اي پره دار
  • مبدل لوله اي پره دار

مبدل حرارتی دو لوله اي

مبدل هاي گرمايي دو لوله اي معمولي شامل يك لوله است كه با اتصالات مناسب بصورت هم مركز در داخل لوله اي ديگر با قطر بزرگتر قرار مي گيرد تا جريان را از مقطعي به مقطع ديگر هدايت كند و معمولا آن را به صورت دو شاخه U شكل طراحي و می سازند. اين نوع مبدل حرارتی براي سطوح انتقال حرارت كوچك (تا ۵۰متر مربع) و همچنين براي جريان سيال هاي گرم و سرد در فشارهاي بالا مناسب است. اين مبدل ها به دليل آساني تميز كاري و تعمير و نگهداري مي توانند در شرايط رسوب زياد بكار روند.

مبدل هاي پوسته اي -لوله اي

مبدل هاي گرمايي پوسته-لوله را از دسته لوله هايي كه در داخل يك پوسته قرار مي گيرد، می سازند. به طوريكه محور لوله ها موازي با محور پوسته است. در اين نوع مبدل ها يك سيال داخل لوله ها و سيال ديگر در سمت پوسته بصورت همسو يا ناهمسو با لوله ها در طول آنها جريان مي يابد.

اجزاي اصلي اين مبدل حرارتی دسته لوله ها Bundle Tube ،پوسته Shell ،سر Head، سر انتهاي جلويي Head End-Front، سر انتهاي عقبي، بافل ها و صفحه لوله ها هستند. اهداف اصلي در طراحي اين مبدل ها در نظر گرفتن انبساط گرمايي پوسته و لوله ها و تميز كردن آسانتر مجموعه و هزينه كم در روش ساخت و توليد آنها نسبت به ساير مبدل ها مي باشد. اين نوع مبدل ها را معمولاً به سه شكل زير می سازند:

• مبدل حرارتی پوسته لوله با صفحه لوله هاي ثابت كه در آن پوسته به صفحه لوله ها جوش شده است. ودر این مبدل هيچگونه دسترسي به خارج از دسته لوله ها براي تميز كاري وجود ندارد ولي تميز كردن لوله ها ساده است.
• مبدل هاي پوسته اي لوله اي با دسته لوله هاي Uشكل كه فقط داراي يك صفحه لوله هستند لذا داراي كمترين هزينه ساخت مي باشند. سطح داخلي لوله هاي اين نوع از مبدل ها را به دليل خم Uشكل تند نمي توان تميز كرد.
• مبدل هاي پوسته اي لوله اي كه در آنها به صفحه لوله ها اجازه داده شده شناور باشند تا در اثر انبساط گرمايي قادر به حركت باشند. از اين مبدل ها در واحدهايي كه امكان تشكيل رسوب بالاست استفاده مي شود.

مبدل گرمایی صفحه اي واشردار

مبدل حرارتي قاب و صفحه در سال ۱۹۲۳بوجود آمدند و جزو مبدل هاي حرارتي فشرده اي هستند كه در صنايع فرآيندي در انگليس بكار رفتند. هیت اکسچنجر قاب و صفحه نخستين بار در صنايع غذائي و صنايع لبنيات بكار رفتند كه در آنها قابليت دسترسي به سطح صفحات جهت نظافت ضروري است. اين مبدل ها در حال حاضر از نظر سهم بازار نسبت به مبدل هاي پوسته و لوله در رتبه دوم قرار دارند.

نحوه کارکرد مبدل حرارتی

اين مبدل ها شامل تعدادي صفحات نازك با سطح چين دار يا موج دار مي باشد كه سيال هاي گرم و سرد را از هم جدا مي سازد. اين صفحات داراي قطعاتي در گوشه ها هستند كه چیدمانی دارند كه جريان سيال هاي گرم و سرد براي انتقال گرما به صورت يك درميان در فضاي بين صفحات جريان يابند. در طي عبور سيال از مبدل، سيال گرم تر بخشي از انرژي خود را از طريق ديواره صفحه اي نازك به سيال سرد تر در سمت ديگر مبدل منتقل مي كند و در نهايت سيال ها به سوراخ هاي تونل مانندي كه در انتهاي ديگر مجموعه صفحات وجود دارد هدايت و از مبدل خارج مي گردند.

صفحات مي توانند تا چند صد عدد پشت سر هم قرار بگيرند و به وسيله پيچ هايي كه مجموعه صفحات را تحت فشار قرار مي دهد در كنار يكديگر نگه داشته شوند. دسته صفحات را در يك قاب بهم می بندند. قاب شامل يك صفحه ثابت در يك انتها و يك صفحه متحرك در انتهاي ديگر است. صفحة متحرك امكان دسترسي به سطوح انتقال حرارت را جهت تميز كردن يا تعويض آنها فراهم ميكند. يكي از ويژگيهاي اين نوع مبدل حرارتی امكان اضافه يا كم كردن سطح، در موارد لازم ميباشد. معمولأ جنس صفحات استنلس استيل است. در موارديكه خوردگي مشكل ايجاد كند سازندگان مبدل هاي حرارتي قاب و صفحه را از جنس غير فلزي مثل كامپوزيت، گرافيت، فلوروپلاستيك يا پليمر ميسازند. روي هر يك از صفحات شيارهايي وجود دارد كه واشر ها روي آن قرار مي گيرند. واشر ها از نشت سيال به بيرون جلوگيري مي كنند.