مهتاب گستر

مبدل حرارتی (Heat Exchanger)

مبدل حرارتی دستگاهی است که حرارت را در اثر اختلاف دمای ایجاد شده بین دو سیال، از یک سیال (گاز یا مایع) به سیال دیگر منتقل می کند. برای مثال یک مبدل حرارتی روغن، حرارت روغن داغ را به آب یا هوا منتقل می کند.

از جمله مهم ترین و پر کاربرد ترین مبدل های حرارتی، می توان به نوع پوسته و لوله اشاره کرد که امروزه کاربرد فراوان در صنایع مختلف دارد.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله نوعی مبدل حرارتی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحد های تقطیر نفت خام دارد. این مبدل از یک مخزن استوانه‌ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لوله ‌ها حرکت می ‌کند و بخار داغ بر روی لوله‌ ها و درون پوسته جریان دارد. به علت تعداد زیاد این لوله‌ ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌ کند، حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش می ‌آورد. این نوع مبدل های حرارتی به دلیل تحمل فشار و دمای بالا نسبت به مبدل های دیگر کاربرد بیشتر و وسیع تری در صنعت دارند.

نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله

یک سیال از درون دسته ای از لوله ها که همگی به یک ورودی و خروجی متصل هستند، عبور می کند و سیال دیگر با دمای متفاوت درون پوسته ای که لوله ها را احاطه کرده، جاری می شود. به این صورت گرما در اثر اختلاف دمای بین دو سیال و از طریق دیواره لوله ها، از سیال گرم به سیال سرد منتقل می شود. به ان ترتیب بدون تماس مستقیم، بین دو سیال عمل انتقال گرما صورت می گیرد.

• لوله

لوله ها قسمت اصلی تبادل حرارت در مبدل است. سطح بیرونی آن در معرض سیال داخل پوسته قرار دارد و از داخل آن نیز سیال دیگری عبور می‌ کند.

• پوسته

پوسته که عمدتاً به شکل یک لوله بزرگ است، فضایی است که لوله‌ های مبدل در آن قرار می ‌گیرند و عمل انتقال حرارت در داخل آن صورت می‌ گیرد.

مبدل های حرارتی لوله و پوسته

متداول ترین و پر کاربرد ترین نوع مبدل های حرارتی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد مبدل های حرارتی لوله و پوسته می باشدکه بر اساس استاندارد های معتبر بین ‌المللی مانند ASME و TEMA طراحی و ساخته و برای کاربرد های مختلف و در اندازه های گوناگون طراحی و ساخته می شود. از این نوع مبدل ها به منظور تبخیر یک مایع یا کندانس کردن یک بخار و یا انتقال حرارت دو مایع استفاده می شود.

مهم ترین اجزای تشکیل دهنده آن عبارت است از:

• تیوپ مسی (لوله های مسی)

برای دستیابی به راندمان حداکثری سطح انتقال حرارت بین دو سیال از تیوپ ها که عموما از جنس مس و یا استنلس استیل می باشد استفاده می شود.

• تیوپ شیت

انتهای همه تیوپ (لوله) به تیوپ شیت متصل است که در واقع وظیفه آن مهار و آبندی تیوپ ها نسبت به یک دیگر است.

• بافل ها

مهم ترین وظیفه بافل ها ثابت نگه داشتن لوله های داخل مبدل می باشد که از ارتعاشات ناشي از گردابه هاي به وجود آمده توسط جريان را در لوله ها جلوگيري نماید.

مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای، نوعی از مبدل حرارتی است که عموما از تعداد زیادی صفحات چیندار از جنس فولاد ضد زنگ تشکیل شده است. این صفحات توسط واشر های پلیمری از هم جدا گشته اند و درون یک قاب فولادی قرار گرفته اند.

اجزای اصلی تشکیل دهنده مبدل حرارتی صفحه ای شامل قاب، صفحات و واشر ها می باشد. صفحات که سطح تبادل حرارت را تشکیل می دهند، توسط پیچ و مهره بین دو صفحه فولادی محکم شده اند. ساختار این مبدل های حرارتی به گونه ای است که امکان باز کردن صفحات برای بازرسی و تمیز کردن آن ها را فراهم آورد. هر صفحه دارای یک واشر است که وظیفه آن آب بندی صفحه و تأمین شبکه انتقال سیال در مجموعه صفحات است. علاوه بر این نوع مبدل حرارتی صفحه ای که به آن صفحه ای قابدار می گویند، دو نوع دیگر نیز وجود دارند که شامل مبدل های صفحه ای لحیم کاری شده و مبدل های صفحه ای جوشکاری شده می باشد. در مبدل صفحه ای لحیم کاری شده که از لحیم کاری برای اتصال صفحات به هم به جای واشر استفاده شود، مبدل می تواند در فشار های ۳۰ بار نیز کار کند، در حالی که مبدل های حرارتی واشردار نهایتا فشار ۲۵ بار را می توانند تحمل کنند. در صورت استفاده از جوشکاری برای اتصال صفحات در مبدل حرارتی جوشکاری شده، این فشار تا حدود ۶۰ بار ارتقاء می یابد. در حالت واشردار، محدوده دمایی کارکرد بین ۳۵ تا ۲۲۰ درجه سانتی گراد قرار دارد و برای حالت لحیم شده محدوده آن بین ۱۹۵ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد است. در حالت جوشکاری شده، محدوده دما توسط ماده به کار رفته تعیین می شود.

انواع مبدل حرارتی صفحه ای

• مبدل حرارتی صفحه ای واشر دار

مبدل صفحه ای واشردار شامل تعدادی از صفحات نازک با سطح چین دار یا موج دار است که سیال های گرم و سرد را از یکدیگر جدا می کند. صفحات دارای قطعاتی در گوشه ها هستند که به نحوی آرایش داده شده اند که دو ماده ای که باید گرما بین آن ها مبادله شود، یکی در میان فضای صفحات، جریان یابند.

طراحی و واشر بندی مناسب، امکان آن را ایجاد می کند که مجموعه ای از صفحات، توسط پیچ ها که تمامی صفحات را شامل می شوند، در کنار یک دیگر نگه داشته شوند. واشر ها از نشتی به بیرون جلوگیری می کنند و سیال ها را در صفحات، به شکل مورد نظر، هدایت می نمایند. شکل جریان، عموماً به نحوی انتخاب می شود که جریان سیال ها در خلاف جهت یک دیگر باشند. مبدل های صفحه ای معمولا به جریان سیال با فشار پایین تر از ۲۵bar و دمای کم تر از ۲۵۰ درجه سانتی گراد محدود می شوند.

جریان قوی گردابه ای موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال گرما و افت فشارها می شود، به علاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی، سبب کاهش تشکیل رسوب می شود. مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، سطح انتقال حرارتی نسبتاً فشرده و با وزن کم ایجاد می کنند. دما و فشار آن ها به دلیل جزئیات ساخت و واشر بندی، محدود هستند. این مبدل ها به آسانی تمیز و استریلزه می شوند زیرا می توانند کاملا از یک دیگر باز و جدا گردند و بنابراین استفاده گسترده ای در صنایع غذایی دارند.

• مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی

با جوش دادن صفحات به صورت دو به دو، صفحات دوقلو مبدل های نیم جوشی به وجود می آیند که در ساخت مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی کاربرد دارند. این صفحات نیم جوش در قاب مبدل های حرارتی صفحه ای واشر دار قرار می گیرند. طراحی و ساخت این نوع مبدل ها برای کاربرد در سیالات با خوردگی بسیار بالا می باشد. این سیالات از میان صفحات جوش شده عبور می کنند، تنها واشری که در مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی استفاده می شود، گسکت هایی با دو حلقه (حلقه نازل) بسته هستند که بین هر جفت صفحه دوقلو قرار می گیرد، این گسکت ها از الاستومتر های مقاوم و یا غیر الاستومتر ها می باشد. ورودی هایی که شامل سیالات غیر خورنده و غیر تهاجمی می شوند به وسیل واشر های معمولی آب بندی می شوند.

مزیت جوش دادن دو صفحه این است که لزوم استفاده از مواد دیگر از بین رفته و خوردگی اندکی کاهش می یابد.

ساختار صفحات یک مبدل صفحه ای نیمه جوشی:

1. سیال سرویس
2. سیال فرآیندی
3. گسکت حلقوی
4. گسکت
5. محل جوش صفحات
6. کانال سیال

مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی قابلیت مقاومت تا فشار ۳۰bar در سمت صفحات را دارند و این مسئله باید مد نظر قرار گیرد که برای نگهداری مجموعه صفحات به قاب های ثابت و متحرک نیاز می باشد. تحمل فشار بالا کاربرد این گونه از مبدل ها را در سیستم های تبخیر و تهویه مطبوع افزایش می دهد.

• مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده

مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده از مجموعه صفحات به هم فشرده شده که به هم دیگر لحیم شده اند، تشکیل شده است. لذا دیگر نیازی به واشر نیست و فریم ها هم می توانند حذف شوند. صفحات موجدار موجب چنان جریان متلاطمی می شود که این جریان سبب کاهش رسوب گیری در این نوع مبدل می شود.

مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده از تعداد زیادی صفحات فولادی به هم فشرده که توسط مس به یک دیگر جوش داده شده اند، استفاده می شود. همچنین با توجه به نوع فرآیند ممکن است از نیکل یا فلز های دیگر برای جوشکاری استفاده شود. علاوه بر جوش کردن نقاط پیرامون هر صفحه، نقاط اتصال جناقی درونی هم جوش داده می شوند. مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده تا دمای ۲۲۵ درجه سانتی گراد و فشار ۳۰bar را تحمل می کند. البته نوع لحیم کاری شده با نیکل تا دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۱۶bar را تحمل می کند.

مبدل صفحه ای لحیم شده به منظور سرد سازی در تبخیر کننده ها و کندانسور ها استفاده می شود. همچنین برای گرم کردن آب فرآیند ها، سیستم بازیابی حرارت و سیستم گرم کردن موضعی مناسب است. این مبدل ها برای Desuperheat و Subcooled کردن مواد هم مورد استفاده قرار می گیرند. از نوع لحیم نیکل برای خنک کردن آب بدون املاح و میعان حلال استفاده می شود.

مبدل صفحه ای لحیم شده در مقایسه با مبدل پوسته و لوله، در عملکرد یکسان دارای وزن حدود ۲۰ درصد تا ۳۰ دصدر مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد.

• مبدل حرارتی صفحه ای جوشی بَوِکس

این نوع مبدل حرارتی هنگامی استفاده می شود که با توجه به شرایط فرآیندی امکان به کار گیری مبدل نوع قاب و صفحه ممکن نبوده و با فشار بالا و محدوده گسترده دمایی مواجه هستیم. ویژگی منحصر به فرد این نوع مبدل حرارتی، طراحی هندسه داخلی آن است. این مبدل از دو بخش لوله و صفحه تشکیل می شود که بخش لوله دارای چندین گذر و بخش صفحه تنها دارای یک گذر می باشد.

با توجه به نوع فلز به کار رفته در آن، این مبدل حرارتی صفحه ای تا دمای ۹۰۰ درجه سانتی گراد را تحمل می کند و در حالات برودتی تا دمای منفی ۲۰۰ درجه سانتی گراد قابل سرد شدن است. فشار سمت صفحات نیز تا ۶۰۰bar قابل افزایش خواهد بود که البته به ضخامت و سطح صفحات بستگی دارد. گستره استفاده از این نوع مبدل شامل بازیابی حرارت گازهای سوخته، کاربرد های برودتی، انتقال حرارت بین گاز های خورنده و کاربرد های با آب دریا می باشد.

این نوع مبدل حرارتی صفحه ای حدود ۴۰ درصد حجم مبدل پوسته و لوله را در شرایط عملیاتی مشابه دارد. همچنین ضریب انتقال حرارت در کاربرد های مایع-مایع حدود ۵۰۰۰ وات بر متر مربع بر کلوین می باشد.

• مبدل حرارتی صفحه ای جوشی

مبدل حرارتی صفحه ای جوشی Compabloc بر پایه کاربرد های مبدل های پوسته و لوله، مارپیچی و صفحه ای طراحی شده و همچنین مشکلات کاربرد واشر (gasket) را ندارد. نبودن گسکت، این امکان را به ما می دهد تا از سیالات با دما های بالا و مواد شیمیایی آسیب زا در آن استفاده کنیم. همچنین طراحی پیچ و مهره ای این نوع مبدل ها، امکان جدا کردن سریع قاب و دسترسی به محفظه صفحات را برای تمیز کردن و تعمیرات می دهد.

در طراحی تک گذر این مبدل ها، مجموعه صفحات فشرده به هم، به گونه ای به هم جوش خورده اند تا جریان متقاطع باشد. در طراحی های با چند گذر، در حالت کلی جریان نا همسو است. معمولا فاصله میان صفحات ۵mm می باشد. این نوع مبدل صفحه ای برای تحمل شرایط عملیات تا دمای ۳۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۳۲bar طراحی شده است. میزان سطح انتقال حرارت در این مبدل از ۱٫۵ تا ۳۰۰ متر مربع متغیر می باشد

کاربرد اصلی مبدل حرارتی صفحه ای جوشی در سیستم های مایع و دو فازی مانند سیستم های مایع-مایع، کندانسور ها، تبخیر کننده ها و جوش آور ها می باشد. این نوع مبدل قابل استفاده در سرویس های خلاء کامل می باشد و همچنین امکان استفاده از مایعات تبرید را داراست.

• مبدل حرارتی صفحه ای حلزونی

مبدل حرارتی صفحه ای حلزونی با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی با استفاده از یک میله اصلی و جوش دادن لبه های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می شوند. فاصله بین صفحات فلزی در هر دو کانال حلزونی، با استفاده از پین های فاصله انداز که به ورق فلزی جوش می شوند، حفظ می شود. طول پین های فاصله انداز می تواند بین ۵ تا ۲۰mm تغییر کند. به همین دلیل است که با توجه به نرخ جریان، می توان فواصل مختلفی برای کانال انتخاب کرد. این بدان معناست که شرایط جریان ایده آل و بنابراین کوچک ترین سطوح گرمایش ممکن، به دست می آیند.

در هر یک از دو مسیر حلزونی، یک جریان ثانویه ایجاد می شود که انتقال گرما را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش می دهد. این مبدل ها کاملا فشرده هستند ولی به دلیل ساخت خاص خود، نسبتاً گران قیمت می باشند.

سطح انتقال گرما برای مبدل صفحه ای حلزونی، در محدوده ۰٫۵ تا ۵۰۰ متر مربع می باشد. حداکثر فشار کارکرد تا ۱۵bar و دمای کارکرد تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد می باشد.

مبدل حرارتی صفحه ای حلزونی برای سیالاتی که تمایل به رسوب دهی دارند و یا آلوده به ذرات هستند، مناسب است که دلیل این امر بزرگی نسبی عرض کانال است. از این رو، این مبدل برای صنایع غذایی مناسب است. از مبدل صفحه ای حلزونی در صنایع شیمیایی می توان در انتقال حرارت به دوغاب PVC و بازیابی حرارتی در بسیاری از فرآیند ها استفاده کرد. این مبدل ها همچنین می توانند کنترل دمایی رسوبات فاضلابی را انجام دهند.

مبدل حرارتی صفحه ای حلزونی نسبت به مبدل پوسته و لوله دارای مزیت های زیر می باشد:

• زمان اقامت و حجم کم
• شرایط جریان بهینه در دو سوی مبدل
• توزیع متقارن دما بدون نقاط سرد و گرم
• کارایی حرارتی بیشتر با بازده حرارتی بالا
• توزیع متقارن سرعت بدون نقاط مرده در سیال

مبدل حرارتی (Heat Exchanger)

مبدل حرارتی دستگاهی است که حرارت را در اثر اختلاف دمای ایجاد شده بین دو سیال، از یک سیال (گاز یا مایع) به سیال دیگر منتقل می کند. برای مثال یک مبدل حرارتی روغن، حرارت روغن داغ را به آب یا هوا منتقل می کند.

از جمله مهم ترین و پر کاربرد ترین مبدل های حرارتی، می توان به نوع پوسته و لوله اشاره کرد که امروزه کاربرد فراوان در صنایع مختلف دارد.

مبدل حرارتی پوسته و لوله

مبدل حرارتی پوسته و لوله نوعی مبدل حرارتی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحد های تقطیر نفت خام دارد. این مبدل از یک مخزن استوانه‌ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لوله ‌ها حرکت می ‌کند و بخار داغ بر روی لوله‌ ها و درون پوسته جریان دارد. به علت تعداد زیاد این لوله‌ ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌ کند، حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش می ‌آورد. این نوع مبدل های حرارتی به دلیل تحمل فشار و دمای بالا نسبت به مبدل های دیگر کاربرد بیشتر و وسیع تری در صنعت دارند.

نحوه عملکرد مبدل حرارتی پوسته و لوله

یک سیال از درون دسته ای از لوله ها که همگی به یک ورودی و خروجی متصل هستند، عبور می کند و سیال دیگر با دمای متفاوت درون پوسته ای که لوله ها را احاطه کرده، جاری می شود. به این صورت گرما در اثر اختلاف دمای بین دو سیال و از طریق دیواره لوله ها، از سیال گرم به سیال سرد منتقل می شود. به ان ترتیب بدون تماس مستقیم، بین دو سیال عمل انتقال گرما صورت می گیرد.

• لوله

لوله ها قسمت اصلی تبادل حرارت در مبدل است. سطح بیرونی آن در معرض سیال داخل پوسته قرار دارد و از داخل آن نیز سیال دیگری عبور می‌ کند.

• پوسته

پوسته که عمدتاً به شکل یک لوله بزرگ است، فضایی است که لوله‌ های مبدل در آن قرار می ‌گیرند و عمل انتقال حرارت در داخل آن صورت می‌ گیرد.

مبدل های حرارتی لوله و پوسته

متداول ترین و پر کاربرد ترین نوع مبدل های حرارتی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد مبدل های حرارتی لوله و پوسته می باشدکه بر اساس استاندارد های معتبر بین ‌المللی مانند ASME و TEMA طراحی و ساخته و برای کاربرد های مختلف و در اندازه های گوناگون طراحی و ساخته می شود. از این نوع مبدل ها به منظور تبخیر یک مایع یا کندانس کردن یک بخار و یا انتقال حرارت دو مایع استفاده می شود.

مهم ترین اجزای تشکیل دهنده آن عبارت است از:

• تیوپ مسی (لوله های مسی)

برای دستیابی به راندمان حداکثری سطح انتقال حرارت بین دو سیال از تیوپ ها که عموما از جنس مس و یا استنلس استیل می باشد استفاده می شود.

• تیوپ شیت

انتهای همه تیوپ (لوله) به تیوپ شیت متصل است که در واقع وظیفه آن مهار و آبندی تیوپ ها نسبت به یک دیگر است.

• بافل ها

مهم ترین وظیفه بافل ها ثابت نگه داشتن لوله های داخل مبدل می باشد که از ارتعاشات ناشي از گردابه هاي به وجود آمده توسط جريان را در لوله ها جلوگيري نماید.

مبدل حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه ای، نوعی از مبدل حرارتی است که عموما از تعداد زیادی صفحات چیندار از جنس فولاد ضد زنگ تشکیل شده است. این صفحات توسط واشر های پلیمری از هم جدا گشته اند و درون یک قاب فولادی قرار گرفته اند.

اجزای اصلی تشکیل دهنده مبدل حرارتی صفحه ای شامل قاب، صفحات و واشر ها می باشد. صفحات که سطح تبادل حرارت را تشکیل می دهند، توسط پیچ و مهره بین دو صفحه فولادی محکم شده اند. ساختار این مبدل های حرارتی به گونه ای است که امکان باز کردن صفحات برای بازرسی و تمیز کردن آن ها را فراهم آورد. هر صفحه دارای یک واشر است که وظیفه آن آب بندی صفحه و تأمین شبکه انتقال سیال در مجموعه صفحات است. علاوه بر این نوع مبدل حرارتی صفحه ای که به آن صفحه ای قابدار می گویند، دو نوع دیگر نیز وجود دارند که شامل مبدل های صفحه ای لحیم کاری شده و مبدل های صفحه ای جوشکاری شده می باشد. در مبدل صفحه ای لحیم کاری شده که از لحیم کاری برای اتصال صفحات به هم به جای واشر استفاده شود، مبدل می تواند در فشار های ۳۰ بار نیز کار کند، در حالی که مبدل های حرارتی واشردار نهایتا فشار ۲۵ بار را می توانند تحمل کنند. در صورت استفاده از جوشکاری برای اتصال صفحات در مبدل حرارتی جوشکاری شده، این فشار تا حدود ۶۰ بار ارتقاء می یابد. در حالت واشردار، محدوده دمایی کارکرد بین ۳۵ تا ۲۲۰ درجه سانتی گراد قرار دارد و برای حالت لحیم شده محدوده آن بین ۱۹۵ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد است. در حالت جوشکاری شده، محدوده دما توسط ماده به کار رفته تعیین می شود.

انواع مبدل حرارتی صفحه ای

• مبدل حرارتی صفحه ای واشر دار

مبدل صفحه ای واشردار شامل تعدادی از صفحات نازک با سطح چین دار یا موج دار است که سیال های گرم و سرد را از یکدیگر جدا می کند. صفحات دارای قطعاتی در گوشه ها هستند که به نحوی آرایش داده شده اند که دو ماده ای که باید گرما بین آن ها مبادله شود، یکی در میان فضای صفحات، جریان یابند.

طراحی و واشر بندی مناسب، امکان آن را ایجاد می کند که مجموعه ای از صفحات، توسط پیچ ها که تمامی صفحات را شامل می شوند، در کنار یک دیگر نگه داشته شوند. واشر ها از نشتی به بیرون جلوگیری می کنند و سیال ها را در صفحات، به شکل مورد نظر، هدایت می نمایند. شکل جریان، عموماً به نحوی انتخاب می شود که جریان سیال ها در خلاف جهت یک دیگر باشند. مبدل های صفحه ای معمولا به جریان سیال با فشار پایین تر از ۲۵bar و دمای کم تر از ۲۵۰ درجه سانتی گراد محدود می شوند.

جریان قوی گردابه ای موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال گرما و افت فشارها می شود، به علاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی، سبب کاهش تشکیل رسوب می شود. مبدل حرارتی صفحه ای واشردار، سطح انتقال حرارتی نسبتاً فشرده و با وزن کم ایجاد می کنند. دما و فشار آن ها به دلیل جزئیات ساخت و واشر بندی، محدود هستند. این مبدل ها به آسانی تمیز و استریلزه می شوند زیرا می توانند کاملا از یک دیگر باز و جدا گردند و بنابراین استفاده گسترده ای در صنایع غذایی دارند.

• مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی

با جوش دادن صفحات به صورت دو به دو، صفحات دوقلو مبدل های نیم جوشی به وجود می آیند که در ساخت مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی کاربرد دارند. این صفحات نیم جوش در قاب مبدل های حرارتی صفحه ای واشر دار قرار می گیرند. طراحی و ساخت این نوع مبدل ها برای کاربرد در سیالات با خوردگی بسیار بالا می باشد. این سیالات از میان صفحات جوش شده عبور می کنند، تنها واشری که در مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی استفاده می شود، گسکت هایی با دو حلقه (حلقه نازل) بسته هستند که بین هر جفت صفحه دوقلو قرار می گیرد، این گسکت ها از الاستومتر های مقاوم و یا غیر الاستومتر ها می باشد. ورودی هایی که شامل سیالات غیر خورنده و غیر تهاجمی می شوند به وسیل واشر های معمولی آب بندی می شوند.

مزیت جوش دادن دو صفحه این است که لزوم استفاده از مواد دیگر از بین رفته و خوردگی اندکی کاهش می یابد.

ساختار صفحات یک مبدل صفحه ای نیمه جوشی:

1. سیال سرویس
2. سیال فرآیندی
3. گسکت حلقوی
4. گسکت
5. محل جوش صفحات
6. کانال سیال

مبدل حرارتی صفحه ای نیمه جوشی قابلیت مقاومت تا فشار ۳۰bar در سمت صفحات را دارند و این مسئله باید مد نظر قرار گیرد که برای نگهداری مجموعه صفحات به قاب های ثابت و متحرک نیاز می باشد. تحمل فشار بالا کاربرد این گونه از مبدل ها را در سیستم های تبخیر و تهویه مطبوع افزایش می دهد.

• مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده

مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده از مجموعه صفحات به هم فشرده شده که به هم دیگر لحیم شده اند، تشکیل شده است. لذا دیگر نیازی به واشر نیست و فریم ها هم می توانند حذف شوند. صفحات موجدار موجب چنان جریان متلاطمی می شود که این جریان سبب کاهش رسوب گیری در این نوع مبدل می شود.

مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده از تعداد زیادی صفحات فولادی به هم فشرده که توسط مس به یک دیگر جوش داده شده اند، استفاده می شود. همچنین با توجه به نوع فرآیند ممکن است از نیکل یا فلز های دیگر برای جوشکاری استفاده شود. علاوه بر جوش کردن نقاط پیرامون هر صفحه، نقاط اتصال جناقی درونی هم جوش داده می شوند. مبدل حرارتی صفحه ای لحیم شده تا دمای ۲۲۵ درجه سانتی گراد و فشار ۳۰bar را تحمل می کند. البته نوع لحیم کاری شده با نیکل تا دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۱۶bar را تحمل می کند.

مبدل صفحه ای لحیم شده به منظور سرد سازی در تبخیر کننده ها و کندانسور ها استفاده می شود. همچنین برای گرم کردن آب فرآیند ها، سیستم بازیابی حرارت و سیستم گرم کردن موضعی مناسب است. این مبدل ها برای Desuperheat و Subcooled کردن مواد هم مورد استفاده قرار می گیرند. از نوع لحیم نیکل برای خنک کردن آب بدون املاح و میعان حلال استفاده می شود.

مبدل صفحه ای لحیم شده در مقایسه با مبدل پوسته و لوله، در عملکرد یکسان دارای وزن حدود ۲۰ درصد تا ۳۰ دصدر مبدل حرارتی پوسته و لوله می باشد.

• مبدل حرارتی صفحه ای جوشی بَوِکس

این نوع مبدل حرارتی هنگامی استفاده می شود که با توجه به شرایط فرآیندی امکان به کار گیری مبدل نوع قاب و صفحه ممکن نبوده و با فشار بالا و محدوده گسترده دمایی مواجه هستیم. ویژگی منحصر به فرد این نوع مبدل حرارتی، طراحی هندسه داخلی آن است. این مبدل از دو بخش لوله و صفحه تشکیل می شود که بخش لوله دارای چندین گذر و بخش صفحه تنها دارای یک گذر می باشد.

با توجه به نوع فلز به کار رفته در آن، این مبدل حرارتی صفحه ای تا دمای ۹۰۰ درجه سانتی گراد را تحمل می کند و در حالات برودتی تا دمای منفی ۲۰۰ درجه سانتی گراد قابل سرد شدن است. فشار سمت صفحات نیز تا ۶۰۰bar قابل افزایش خواهد بود که البته به ضخامت و سطح صفحات بستگی دارد. گستره استفاده از این نوع مبدل شامل بازیابی حرارت گازهای سوخته، کاربرد های برودتی، انتقال حرارت بین گاز های خورنده و کاربرد های با آب دریا می باشد.

این نوع مبدل حرارتی صفحه ای حدود ۴۰ درصد حجم مبدل پوسته و لوله را در شرایط عملیاتی مشابه دارد. همچنین ضریب انتقال حرارت در کاربرد های مایع-مایع حدود ۵۰۰۰ وات بر متر مربع بر کلوین می باشد.

• مبدل حرارتی صفحه ای جوشی

مبدل حرارتی صفحه ای جوشی Compabloc بر پایه کاربرد های مبدل های پوسته و لوله، مارپیچی و صفحه ای طراحی شده و همچنین مشکلات کاربرد واشر (gasket) را ندارد. نبودن گسکت، این امکان را به ما می دهد تا از سیالات با دما های بالا و مواد شیمیایی آسیب زا در آن استفاده کنیم. همچنین طراحی پیچ و مهره ای این نوع مبدل ها، امکان جدا کردن سریع قاب و دسترسی به محفظه صفحات را برای تمیز کردن و تعمیرات می دهد.

در طراحی تک گذر این مبدل ها، مجموعه صفحات فشرده به هم، به گونه ای به هم جوش خورده اند تا جریان متقاطع باشد. در طراحی های با چند گذر، در حالت کلی جریان نا همسو است. معمولا فاصله میان صفحات ۵mm می باشد. این نوع مبدل صفحه ای برای تحمل شرایط عملیات تا دمای ۳۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۳۲bar طراحی شده است. میزان سطح انتقال حرارت در این مبدل از ۱٫۵ تا ۳۰۰ متر مربع متغیر می باشد

کاربرد اصلی مبدل حرارتی صفحه ای جوشی در سیستم های مایع و دو فازی مانند سیستم های مایع-مایع، کندانسور ها، تبخیر کننده ها و جوش آور ها می باشد. این نوع مبدل قابل استفاده در سرویس های خلاء کامل می باشد و همچنین امکان استفاده از مایعات تبرید را داراست.

• مبدل حرارتی صفحه ای حلزونی

مبدل حرارتی صفحه ای حلزونی با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی با استفاده از یک میله اصلی و جوش دادن لبه های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می شوند. فاصله بین صفحات فلزی در هر دو کانال حلزونی، با استفاده از پین های فاصله انداز که به ورق فلزی جوش می شوند، حفظ می شود. طول پین های فاصله انداز می تواند بین ۵ تا ۲۰mm تغییر کند. به همین دلیل است که با توجه به نرخ جریان، می توان فواصل مختلفی برای کانال انتخاب کرد. این بدان معناست که شرایط جریان ایده آل و بنابراین کوچک ترین سطوح گرمایش ممکن، به دست می آیند.

در هر یک از دو مسیر حلزونی، یک جریان ثانویه ایجاد می شود که انتقال گرما را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش می دهد. این مبدل ها کاملا فشرده هستند ولی به دلیل ساخت خاص خود، نسبتاً گران قیمت می باشند.

سطح انتقال گرما برای مبدل صفحه ای حلزونی، در محدوده ۰٫۵ تا ۵۰۰ متر مربع می باشد. حداکثر فشار کارکرد تا ۱۵bar و دمای کارکرد تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد می باشد.

مبدل حرارتی صفحه ای حلزونی برای سیالاتی که تمایل به رسوب دهی دارند و یا آلوده به ذرات هستند، مناسب است که دلیل این امر بزرگی نسبی عرض کانال است. از این رو، این مبدل برای صنایع غذایی مناسب است. از مبدل صفحه ای حلزونی در صنایع شیمیایی می توان در انتقال حرارت به دوغاب PVC و بازیابی حرارتی در بسیاری از فرآیند ها استفاده کرد. این مبدل ها همچنین می توانند کنترل دمایی رسوبات فاضلابی را انجام دهند.

مبدل حرارتی صفحه ای حلزونی نسبت به مبدل پوسته و لوله دارای مزیت های زیر می باشد:

• زمان اقامت و حجم کم
• شرایط جریان بهینه در دو سوی مبدل
• توزیع متقارن دما بدون نقاط سرد و گرم
• کارایی حرارتی بیشتر با بازده حرارتی بالا
• توزیع متقارن سرعت بدون نقاط مرده در سیال