انتخاب مبدل حرارتی

تعداد بازدید: 6003
سه شنبه 05 اسفند 1393

اطلاعات کلی

مبدل حرارتی مدل "WU" برای گرم کردن مایعات طراحی شده است. پرکاربردترین حالت برای این مبدل ها استفاده از آنها بعنوان مبدل آب به آب است.

این روش نرخهای رایجی را برای تغییرات دما بر اساس دماهای سیال گرم کننده ارائه می کند. تمامی این نرخ ها براین اساس هستند که سیال گرم کننده در پوسته و سیال گرم شونده در لوله جریان دارد.

مبدل حرارتی مدل "WU" می تواند برای کاربرد های گوناگون گرمایشی و سرمایشی استفاده شود.

مبدل حرارتی "WU" با ساختار 2 پاس لوله می تواند تا طول 10 فوت و قطر پوسته ی 30 اینچ از این روش انتخاب شود.

جدول 1: مشخصه های ساخت و مواد

فشار طراحی در 375 درجه فارنهایت      مشخصات مواد- دستگاه هایی با آهن ریخته گری شده و برنجی

بولت و نات ها ها

بافل ها

لوله ها

 

پوسته

دستگاه برنجی

دستگاه استاندارد

 

سمت لوله

روق لوله

سر

ورق لوله

سر

فشار تست

سمت لوله(PSI)

6 پاس

4 پاس

2 پاس

قطر پوسته

(اینچ)

فولادی

فولادی

مس قطر خارجی 3/4 اینچ

فولادی

برنج ناوال رول شده

بونت برنجی ریخته گری شده

فولادی

بونت آهن ریخته گری شده

300

تحت نظارت کارخانه

150

150

4

300

150

150

6

300

150

150

8

250(2P)

(4P)300

150

125

10

250(2&4P)

300(6P)

125

125

12

250

125

125

14

250

125

125

16

250

125

125

18

250

125

125

20

موجود نیست

بونت آهن ریخته گری شده

300

150

150

22

300

150

150

24

300

150

150

26

300

150

150

28

300

150

150

30

 

تمام دستگاه ها با قطر 4 الی 30 اینچ فشار طراحی سمت پوسته ای برابر 150 PSI وفشار تست 300 PSI می باشند.

نکات انتخاب مبدل

  1. سرعت آب درون لوله برحسب ft/s  که به علت جریان آب در لوله بدیت می آید باید از پایین ستون جدول مربوط به هرUW heat exchanger بر حسب  GPM خوانده شود. تغییر در طول کلی یک مبدل "WU" سرعت آب درون لوله را تغییر نمی دهد.
  2. ضرایب جرم گرفتگی که در جدول پایین برای چهار حالت مختلف داده شده اند ممکن است با اعمال ضریب متناظر با سرعت زیاد شوند. (نمودار 1)

درصد مجاز رسوب گذاری

نمودار 1:درصد رسوبگذاری مجاز

  1. برای سرعتهای بالای 7.5 ft/s نرخ ها حذف شده اند. این حذف به دلایل زیر صورت گرفته است:
  • جریان آب در سرعتهای 7.5 ft/s و بیشتر از آن می تواند باعث فرسایش لوله شود.
  •  در سرعت های بالا هرگونه تجمع ذرات در داخل مبدل باعث افت ناگهانی ظرفیت حرارتی خواهد شد.
  •  افت فشار زیادی که در نتیجه ی سرعتهای بالا روی می دهد پروسه ی انتخاب پمپ برای مبدل را سخت و پر هزینه می کند.

درصد مجاز رسوب

  1. محتویات معدنی آّب مناطق مختلف باهم فرق دارند. در پروسه ی گرمایش، این مواد معدنی بصورت آهک و ذرات ریز ته نشین می شوند. سپس این مواد بر روی دیواره ی لوله تجمع پیداکرده و قابلیت انتقال حرارت مبدل را کاهش می دهند.
  2. برای جبران افت ظرفیت مبدل که ناشی از رسوب است، سایز مبدل حرارتی باید به اندازه ای بزرگ انتخاب شود که بعد از رسوب گیری بتواند در ظرفیت اصلی خود کار کند. این کار بوسیله ی تاثیر دادن ضریب رسوب در فاکتور لوله ی تمیز  انجام می گیرد. ضریب  فاکتور تمیزی لوله (لوله تمیز)در جداول6-16آورده شده است.

 

 

 

 

240 الی 400 درجه فانهایت

تا 240 درجه فارنهایت

میانگین دمای گرمایش
بیشتر از 125 درجه فارنهایت 125 درجه فانهایت و یا کمتر دمای آب

 ضریب رسوب گذاری بر حسب(fraction numerator f t squared. h r. degree F over denominator B t u end fraction)

سرعت آب بر حسب فوت بر ثانیه

 نوع آب

بیشتر از از 3

کمتر از 3

بیشتر از 3

کمتر از 3

0.001 0.001 0.0005 0.0005

دریا

0.0005 0.0005 0.0005 0.0005

مقطر

0.001 0.001 0.0005 0.001

تغذیه بویلر سختی گیری شده

0.001 0.001 0.001 0.001

موتور

0.002 0.002 0.001 0.001

یا چشمه (دریاچه های بزرگ)

 

جدول 2:ضریب رسوبگذاری

ضریب رسوب در محاسبات مبدل حرارتی

اعمال ضریب رسوب در پروسه ی انتخاب مبدل مدل "WU" از نمودار 1 استفاده می شود. با این نمودار درصد حد مجاز رسوب در لوله تمیز ضرب شده و آن را تصحیح می کند. نمودار 1 برای زمانیکه رسوب در سمت لوله یا پوسته و یا هردوی آن ها وجود داشته باشد کاربرد دارد.

افت فشار

 جداول ظرفیت ------ افت فشار سمت لوله و پوسته را برای دمای متوسط 100  مشخص کرده است. برای تصحیح این مقادیر در دماهای متوسط دیگر باید آنها را در ضریب تصحیح مناسب ضریب کرد. این ضرایب تصحیح در جدول زیر آمده است.

تصحیح افت فشار

دمای متوسط

برحب فارنهایت

-

0

1.2

40

1.12

60

1.06

80

1

100

0.95

120

0.91

140

0.87

160

0.83

180

0.80

200

0.77

220

0.75

240

0.73

260

0.71

280

0.70

300

0.69

350

0.68

400
 

جدول 3 :ضریب تصحیح افت فشار سمت لوله و پوسته

دما

دما در جدول A اعداد بی بعد بوده و بیانگر نسبت انتقال حرارت به سطح حرارتی که مبدل "WU" می تواند در نرخ جریانی مشخص فراهم کند می باشند. برای مشاهده فاکتور دما برای مدل های مختلف مبدل "WU" جداول 16-30 رجوع شود. فاکتورهای دما براساس انتقال حرارت لوله مسی تمیز مشخص شده اند بنابراین برای تاثیر دادن حد مجاز رسوب باید به نمودار 1 مراجعه نمود.

نمودار1:درصد رسوبگذاری

انتخاب "A" و "B"

انتخاب "A" و "B" برای انتخاب مبدل "WU" کاربر را قادر می سازد تا برای هر جریان مشخص، فاصله ی بافل ها را تغییر داده و بهینه ترین مدل را انتخاب کند. فاکتورهای دمایی که به کلاس "A" مربوط است دارای ضریب انتقال حرارت بزرگتر و سرعت پوسته ی بیشتر نسبت به کلاس "B" می باشند. بنابراین مبدل کلاس "A" کوچکتر خواهد بود با این تفاوت که افت فشار سمت پوسته ی آن بیشتر است.

کلاس "A" بهینه ترین مبدل را نتیجه می دهد. (همیشه کلاس "A" را بعنوان انتخاب اول برگزینید)

کلاس "B" مبدل بزرگتری را با افت فشار کمتر پوسته نتیجه می دهد.

انتخاب مبدل

"WU" برای انتقال حرارت موثر بین دو سیال در حال گردش طراحی شده است. انتقال حرارت آب به آب بعنوان کاربردی رایج در این روش انتخاب پوشش داده شده است. نرخ ها بر اساس آب درون لوله ی مسی تمیز داده شده اند. قبل از هرگونه انتخاب برای هر کاربردی باید تمام شرایط کاری عملکردی مشخص شود.

آب :

ورودی سیال لوله به فارنهایت........................................... . دمای خروجی سیال لوله به فارنهایت..................................................

ورودی سیال پوسته(گرم کننده)فارنهایت..................... . دما خروجی سیال پوسته به فارنهایت................................................. .

سیال:

جریان سیال درون پوسته(GPM)................................ . دبی جریان سیال درون لوله(GPM) ................................................... .

 

 در صورتی که یکی یا بیشتر از یکی از شرایط کاری مشخص نباشد با استفاده از معادله ی زیر میتوان آن ها را بدست آورد:

Q=دبی آب (GPM) * تغییرات دمایی*فاکتور جدول 3

 

 

دمای میانگین آب 

تقریبی(فارنهایت

فاکتور

100 500
150 491
200 482
250 472
300 460
350 446
400 431

جدول 4: فاکتور بار حرارتی

 

مثال:

مقدار 250 gpm آب باید از دمای 120ºF به دمای 140ºF برسد. برای این کار آب گرم با دمای 180ºF وارد مبدل شده و دمای آن 20ºF افت می کند. با فرض ضریب جرم گرفتگی 0.0005 مبدل مناسب را انتخاب نمایید.

  1. ابتدا باید تمامی دماها و دبی ها و همچنین گرمای مبادله شده بین سیال سرد و گرم را با استفاده از معادله ی زیر بدست آورد.

دبی آب (GPM) * تغییرات دمایی*فاکتور جدول 3=Q

 

در این رابطه میزان فاکتور را میتوان از جدول 3 زیر بدست آورد .

 

سمت سرد:

 

دمای میانگین آب = 130ºF ;فاکتور = 495

 

Q (BTU/hr) = 250 gpm x 20ºFx 495 = 2'475'000 Btu/hr

سمت گرم:

 

میانگین دمای آب = 170ºF ;فاکتور  = 487

 

2'475'000 Btu/hr = GPM x 20ºF x 487;فاکتور = 254

 

  1. از جدول “WU محدوده جریان 5 با توجه به دبی های سیال گرم و سرد، یک مبدل با قطر پوسته ی مشخص انتخاب می شود. در این مثال کوچکترین مبدلی که میتوان با دبی های سرد و گرم انتخاب کرد مبدل 10'' است.

 حداکثر جریان پوسته

در دستگاه موجود

جریان پوسته

جریان لوله

قطر پوسته(اینچ)

51

6-51

2-30

4

60

15-80

5-100

6

110

20-160

15-180

8

156

26-276

25-325

10

45

45-365

25-450

12

موجود نیست

42-415

50-600

14

موجود نیست

65-525

50-800

16

موجود نیست

75-750

100-1000

18

موجود نیست

85-900

100-1400

20

موجود نیست

115-1070

150-1700

22

موجود نیست

130-1315

150-2000

24

موجود نیست

170-1500

200-2300

26

موجود نیست

183-1790

250-2800

28

موجود نیست

200-1930

250-3200

30

 

جدول 5: محدوده دبی جریان مبدل(WU (GPM

  1. از جداول لوله تمیزو با استفاده از دماهای سرد و گرم یک عدد بعنوان فاکتور تمیزی لوله انتخاب می شود. در این مثال با استفاده از جدول زیر، عدد 19 بدست می آید.

ضریب لوله تمیز

 

فاکتور لوله تمیز = 19.0

  1. برای مبدل باقطر پوسته ی معلوم از جداول شماره ، میزان فاصله ی بافل ها، کلاس مبدل و همچنین مدل دقیق مبدل بدست می آید. جداول مبدل 10'' در زیر آورده شده است.

 

توجه به دبی سمت پوسته که برابر 254 gpm است، مبدل کلاس A با فاصله ی بافل 8'' انتخاب می شود.

 

WU مبدل حرارتی

جدول 6: مبدل حرارتی WU به قطر 10 اینچ

جدول بالا با توجه به کلاس انتخاب شده و دبی سیال سرد، اولین مدلی که فاکتور لوله تمیز  آن بزرگتر یا مساوی میزان محاسبه شده باشد انتخاب میگردد. در این مثال مبدل WU107-2( ) با ضریب 20.7 انتخاب می شود.

  1. در این مرحله باید فاکتور لوله تمیز را با استفاده از ضریب جرم گرفتگی تصحیح نمود. برای این کار ابتدا برای مبدل انتخاب شده، سرعت سمت لوله را از جدول بالا می خوانیم. این عدد در پایین ترین قسمت ستون مربوطه نوشته شده است. در این مثال این عدد برابر 5.9 ft/s است. سپس به نمودار 1 رجوع کرده و(برای فاکتور رسوب 0.0005 افزاینه 1.29 است یعنی 29% افزایش)  ضریب تصحیح فاکتور لوله  را بدست می آوریم. این نمودار در زیر آورده شده است:

 

 

توجه به اینکه میزان جرم گرفتگی برابر 0.0005 و سرعت سمت لوله برابر 5.9 ft/s است ضریب تصحیح حدودا 1.31 می شود. با ضرب این عدد در فاکتور لوله تمیز اولیه داریم:

19 x 1.31 = 24.9

 

این عدد از ضریب مبدل انتخاب شده بیشتر است (24.9≥20.7) باید از جدول، مبدل بزرگتری را انتخاب نمود که ضریب آن بزرگتر مساوی 20.49  باشد. بنابراین مبدل مدل WU109-2( ) با ضریب 26.9 انتخاب می شود. در این جدول عدد قرمزی که زیر ضریب مربوطه نوشته شده است میزان افت فشار سمت لوله است. برای مبدل انتخاب شده این عدد برابر 4.3 ft می باشد.

پایین این جداول دو نمودار وجود دارد که در آنها با استفاده از دو پارامتر دبی سمت پوسته و فاصله ی بافل ها، میتوان میزان سرعت سمت پوسته را بدست آورد و سپس با استفاده از این سرعت و باتوجه به مدل انتخاب شده میتوان افت فشار سمت پوسته را تعیین کرد. برای مبدل انتخاب شده این نمودارها در پایین آمده اند.

نمودار 2:

نمودار3:

به فاصله بافل 8'' و دبی سمت پوسته که برابر 254 gpm است میزان سرعت سمت پوسته برابر 3.9 ft/s بدست می آید.

مدل انتخاب شده ی WU109-2( ) با سرعت 3.9 ft/s میزان افت فشار 20 ft با ضریب تصحیح 1 بدست می آید.

افت فشار سمت پوسته از  20.0 x 1.0 = 20.0 ft.

  1. اگر افت فشار بدست آمده برای سمت پوسته زیاد باشد باید روند محاسبات را از گام 4 با انتخاب مبدل کلاس B از سر گرفت. اما در این مثال مبدل 10'' کلاس B میزان دبی 254 را ساپورت نمی کند بنابراین باید مبدل را یک سایز بزرگتر برداشت و با مبدل 12'' محاسبات را انجام داد. بنابراین برای مبدل 12'' از جدول زیر داریم:

12'' کلاس A با فاصله ی بافل 8'' انتخاب می شود.

پایین جدول میزان سرعت سمت لوله 4.2 ft/s بدس می آید. با توجه به اینکه میزان جرم گرفتگی برابر 0.0005 از جدول زیر ضریب تصحیح حدودا 1.28 می شود. با ضرب این عدد در Clean tube factor اولیه داریم:

19 x 1.28 = 24.3

 

جداول بالا اولین مدلی که ضریب آن بزرگتر از 24.3 است WU127-2( ) با ضریب 26.5 می باشد. میزان افت فشار سمت لوله (عدد قرمز) برابر 1.6 ft است.

توجه به دبی سمت پوسته ی 254 gpm و فاصله ی بافل 8'' میزان سرعت سمت پوسته برابر 3.2 ft/s بدست می آید.

به سرعت پوسته ی 3.2 ft/s و مدل انتخاب شده ی WU127-2( ) میزان افت فشار پوسته برابر 13 ft باضریب تصحیح 0.91 بدست می آید بنابراین:

فشار سمت پوسته(تصحیح شده) = 13ft x 0.91 = 11.8

میزان افت فشار نیز زیاد بوده و باید برای مبدل 12'' کلاس B محاسبات افت فشار را انجام داد. اما برای این مبدل نیز افت فشار سمت پوسته برابر 11.2 ft بدست می آید که زیاد است. بنابراین باز باید سراغ مبدل با قطر بزرگتر رفت. همانطورکه ملاحظه می شود با زیاد شدن قطر مبدل میزان افت فشار سمت پوسته رو به کاهش است. با ادامه ی روند محاسبات مبدلی که افت فشار سمت پوسته و لوله ی آن در حد معقولی قرار گیرد بشرح زیر است:

فشار سمت پوسته = 5 ft

حرارتی = 242 ft2

جداول مربوط به انتخاب مبدل:

جدول 6:جدول A (فاکتور لوله تمیز)

جدول 7:

 

جدول8:جدول A (فاکتور لوله تمیز)

جدول 9:برای دمای پایین

جدول 10:جدول A (فاکتور لوله تمیز)

جدول 11:برای دمای پایین

جدول 12:جدول A (فاکتور لوله تمیز)

جدول13:دماهای پایین

 

جدول 14:جدول A فاکتور لوله تمیز


جدول 15:دماهای پایین

جدول 16:

جدول 17 و 18:

نمودارهای 4 6 اینچ:

جدول 19:مبدل 8 اینچ

 

نمودار4:

جدول 20:

نمودار 5:

جدول 21:مبدل10 اینچ

نمودار6:

جدول 22:

نمودار7:

جدول 23:مبدل12 اینچ

 

نمودار8:

جدول 24:

 

نمودار 9:

جدول 25:مبدل 14 اینچ

نمودار 10:

جدول26:

نمودار11:

جدول27:مبدل 16 اینچ

نمودار12:

جدول 27:

نمودار13:

جدول28:مبدل18 اینچ

نمودار14:

جدول29:

نمودار15:

جدول30:مبدل 20 اینچ

نمودار16:

منابع و پیونده

گرداوری شده توسط دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن

مجله علمی ویکی پی جی

صفحه مهندسی مکانیک

انتخاب مبدل حرارتی آب به آب
heat exchanger selecting
انتخاب مبدل
انتخاب مبدل آب به آب
WU Heat Exchanger Selection
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1396
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
نوروز 96 مبارک
      امید به سان بهار راهش را به درون چشم ها و ...بیشتر
افتتاح بیمارستان بیرجند با دستگاه های پاکمن
صبح روز دوشنبه ۱۶اسفند، بیمارستان ۲۸۶ تختخوابی رازی بیرجند، با دستگاه های شرکت پ ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران 96 بیست و دومین دوره
. نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران 96 ب ...بیشتر
افتتاح فاز اول بیمارستان ۵۴۰ تختخوابی کوثر سنندج، با بویلر های شرکت پاکمن
 فاز اول بیمارستان ۵۴۰ تختخوابی کوثر سنندج با بویلر های شرکت پاکمن افتتاح ش ...بیشتر
دومین کنفرانس ملی توسعه پایدار در سیستم های مهندسی انرژی، آب و محیط زیست
دومین کنفرانس ملی توسعه پایدار در سیستم های مهندسی انرژی، آب و محیط زیست با محور ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز نونزدهمین دوره- تیر96
عنوان : نونزدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز شهر : شیراز ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی حرارتی، برودتی و سیستمهای تهویه تبریز بیستمین دوره- اردیبهشت 96
عنوان : بیستمین نمایشگاه بین المللی حرارتی و برودتی و سیستم های تهویه ایران ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان و صنایع وابسته مصلی تهران سومین دوره-اردیبهشت 96
نمایشگاه ساختمان و صنایع وابسته تهران در اردیبهشت ماه 96 برگزار گردید. ...بیشتر
تقدیر ویژه از جناب آقای مهندس میرزازاده، در دومین جشنواره ملی ابتکارها و اختراع های سوخت و احتراق
در تاریخ 27 بهمن ماه 1395  دومین جشنواره ملی ابتکارها و اختراع های سوخت و ا ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان هفدهمین دوره- مرداد 96
         عنوان نمایشگاه: هفدهمین نمایشگا ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر