حزمة الأنابيب هي مكون حاسم في مبادل حراري ذي غلاف وأنابيب، وهو أحد أكثر أنواع المبادلات الحرارية شيوعًا المستخدمة في التطبيقات الصناعية. تتكون حزمة الأنابيب من سلسلة من الأنابيب يتدفق عبرها سائل واحد، بينما يتدفق سائل آخر حول الأنابيب (على جانب الغلاف) لتسهيل انتقال الحرارة بين السائلين.
سطح انتقال الحرارة الأساسي. مصنوع من مواد ذات موصلية حرارية عالية، مثل النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم أو الفولاذ الكربوني، اعتمادًا على التطبيق.
ألواح مسطحة تثبت الأنابيب في مكانها. يتم لحام الأنابيب أو توسيعها أو لفها في صفائح الأنابيب لإنشاء ختم مانع للتسرب. تفصل صفائح الأنابيب بين سوائل جانب الغلاف وجانب الأنابيب.
ألواح أو قضبان توجه تدفق سائل جانب الغلاف عبر حزمة الأنابيب. تحسين كفاءة انتقال الحرارة عن طريق خلق اضطراب ومنع المناطق الراكدة. تشمل الأنواع الشائعة الحواجز القطاعية واللولبية وقضبان الحواجز.
تستخدم للحفاظ على محاذاة الأنابيب وتباعدها. تمنع الاهتزاز وتلف الأنابيب أثناء التشغيل.
تثبت الحواجز وحزمة الأنابيب معًا. تضمن السلامة الهيكلية.
تقع في نهايات حزمة الأنابيب. توجه سائل جانب الأنابيب إلى الأنابيب وخارجها.
تزيد الأقطار الأصغر من كفاءة انتقال الحرارة ولكنها قد تؤدي إلى انخفاض ضغط أعلى. تستخدم الأنابيب السميكة لتطبيقات الضغط العالي.
يمكن ترتيب الأنابيب في أنماط مثلثة أو مربعة أو مربعة دوارة. توفر التخطيطات المثلثة كفاءة انتقال حرارة أعلى، بينما يسهل تنظيف التخطيطات المربعة.
تزيد الأنابيب الأطول من مساحة انتقال الحرارة ولكنها قد تتطلب مساحة أكبر. يعتمد عدد الأنابيب على معدل انتقال الحرارة المطلوب ومعدلات التدفق.
يجب أن تكون المواد متوافقة مع السوائل التي تتم معالجتها لتجنب التآكل أو الترسبات. تشمل المواد الشائعة الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النحاس والتيتانيوم وسبائك النيكل.
يؤثر تباعد الحواجز ونوعها على كفاءة انتقال الحرارة وانخفاض الضغط. الحواجز القطاعية هي الأكثر شيوعًا، ولكن الحواجز اللولبية يمكن أن تقلل من انخفاض الضغط والاهتزاز.
يجب مراعاة التمدد الحراري التفاضلي بين الأنابيب والغلاف لتجنب الإجهاد والفشل. تستخدم تصميمات الأنابيب على شكل حرف U أو الرأس العائم لاستيعاب التمدد.
تثبت الأنابيب في صفائح الأنابيب عند كلا الطرفين. بسيطة وفعالة من حيث التكلفة ولكنها لا تستطيع التعامل مع فروق درجات الحرارة الكبيرة بين جانبي الغلاف والأنابيب.
تنحني الأنابيب على شكل حرف U، مما يسمح بالتمدد الحراري. مناسبة للتطبيقات ذات فروق درجات الحرارة العالية.
أحد طرفي حزمة الأنابيب حر في الحركة، مما يستوعب التمدد الحراري. مثالي لتطبيقات درجات الحرارة العالية والضغط العالي.
مشابه لتصميم الرأس العائم ولكنه يسمح بإزالة حزمة الأنابيب بأكملها للصيانة.
تكثيف البخار من التوربينات.
تسخين أو تبريد الهيدروكربونات في المصافي.
تبادل الحرارة في المفاعلات وأعمدة التقطير.
المبردات والمكثفات.
عمليات البسترة والتعقيم.
الرواسب على أسطح الأنابيب تقلل من كفاءة انتقال الحرارة. التنظيف المنتظم (الميكانيكي أو الكيميائي) مطلوب.
يمكن أن يساعد اختيار المواد والطلاءات الواقية في منع التآكل. افحص الثقوب أو الشقوق بانتظام.
يمكن أن يتسبب تباعد الحواجز غير الصحيح أو معدلات التدفق في اهتزاز الأنابيب وفشلها. تأكد من التصميم والتشغيل المناسبين.
