حزمة أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ لمبادل حراري ASME SA213 / SA312 / SA249 / SA269

حزمة الأنابيب هي عنصر حاسم في مبادل حراري من نوع الغلاف والأنبوب، وهو أحد أكثر أنواع المبادلات الحرارية شيوعًا المستخدمة في التطبيقات الصناعية. تتكون حزمة الأنابيب من سلسلة من الأنابيب التي يتدفق من خلالها سائل واحد، بينما يتدفق سائل آخر حول الأنابيب (على جانب الغلاف) لتسهيل نقل الحرارة بين السائلين.

مكونات حزمة الأنابيب:

الأنابيب:

سطح نقل الحرارة الأساسي.

مصنوعة من مواد ذات توصيل حراري عالي، مثل النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم أو الفولاذ الكربوني، اعتمادًا على التطبيق.

يمكن أن تكون الأنابيب مستقيمة أو على شكل حرف U، اعتمادًا على التصميم.

صفائح الأنابيب:

ألواح مسطحة تثبت الأنابيب في مكانها.

يتم لحام الأنابيب أو تمديدها أو دحرجتها في صفائح الأنابيب لإنشاء ختم مانع للتسرب.

تفصل صفائح الأنابيب سوائل جانب الغلاف والأنبوب.

الحواجز:

ألواح أو قضبان توجه تدفق سائل جانب الغلاف عبر حزمة الأنابيب.

تحسين كفاءة نقل الحرارة عن طريق خلق اضطراب ومنع المناطق الراكدة.

تشمل الأنواع الشائعة الحواجز القطاعية واللولبية والقضيبية.

الفواصل أو ألواح الدعم:

تستخدم للحفاظ على محاذاة الأنابيب وتباعدها.

تمنع الاهتزاز وتلف الأنابيب أثناء التشغيل.

قضبان الربط والفواصل:

تمسك الحواجز وحزمة الأنابيب معًا.

تضمن السلامة الهيكلية.

أغطية أو قنوات النهاية:

تقع في نهايات حزمة الأنابيب.

توجه سائل جانب الأنبوب إلى الأنابيب وإلى الخارج منها.

اعتبارات التصميم لحزم الأنابيب:

قطر الأنبوب وسمكه:

تزيد الأقطار الأصغر من كفاءة نقل الحرارة ولكنها قد تؤدي إلى انخفاضات ضغط أعلى.

تُستخدم الأنابيب الأكثر سمكًا في التطبيقات ذات الضغط العالي.

تخطيط الأنبوب:

يمكن ترتيب الأنابيب في أنماط مثلثة أو مربعة أو مربعة دوارة.

توفر التخطيطات المثلثة كفاءة نقل حرارة أعلى، بينما تكون التخطيطات المربعة أسهل في التنظيف.

طول الأنبوب وعددها:

تزيد الأنابيب الأطول من مساحة نقل الحرارة ولكنها قد تتطلب مساحة أكبر.

يعتمد عدد الأنابيب على معدل نقل الحرارة ومعدلات التدفق المطلوبة.

اختيار المواد:

يجب أن تكون المواد متوافقة مع السوائل التي تتم معالجتها لتجنب التآكل أو التلوث.

تشمل المواد الشائعة الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النحاس والتيتانيوم وسبائك النيكل.

تصميم الحاجز:

يؤثر تباعد ونوع الحاجز على كفاءة نقل الحرارة وانخفاض الضغط.

الحواجز القطاعية هي الأكثر شيوعًا، ولكن الحواجز اللولبية يمكن أن تقلل من انخفاض الضغط والاهتزاز.

التمدد الحراري:

يجب أخذ التمدد الحراري التفاضلي بين الأنابيب والغلاف في الاعتبار لتجنب الإجهاد والفشل.

تُستخدم تصميمات الأنابيب على شكل حرف U أو الرأس العائم لاستيعاب التمدد.

أنواع حزم الأنابيب:

حزمة صفائح الأنابيب الثابتة:

يتم تثبيت الأنابيب بصفائح الأنابيب في كلا الطرفين.

بسيطة وفعالة من حيث التكلفة ولكنها لا يمكنها التعامل مع اختلافات درجات الحرارة الكبيرة بين جانبي الغلاف والأنبوب.

حزمة الأنابيب على شكل حرف U:

يتم ثني الأنابيب على شكل حرف U، مما يسمح بالتمدد الحراري.

مناسبة للتطبيقات ذات اختلافات درجات الحرارة العالية.

حزمة الرأس العائم:

أحد طرفي حزمة الأنابيب حر الحركة، مما يستوعب التمدد الحراري.

مثالية لتطبيقات درجات الحرارة والضغط العالي.

حزمة الرأس العائم القابلة للسحب:

على غرار تصميم الرأس العائم ولكنه يسمح بإزالة حزمة الأنابيب بأكملها للصيانة.

تطبيقات حزم الأنابيب:

محطات الطاقة: تكثيف البخار من التوربينات.

النفط والغاز: تسخين أو تبريد الهيدروكربونات في المصافي.

المعالجة الكيميائية: تبادل الحرارة في المفاعلات وأعمدة التقطير.

أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء: المبردات والمكثفات.

الأغذية والمشروبات: عمليات البسترة والتعقيم.

مزايا حزم الأنابيب:

كفاءة عالية في نقل الحرارة.

يمكنها التعامل مع الضغوط ودرجات الحرارة العالية.

متينة وطويلة الأمد مع الصيانة المناسبة.

مناسبة لمجموعة واسعة من السوائل والتطبيقات.

عيوب حزم الأنابيب:

الحجم والوزن المادي الكبير.

ارتفاع التكلفة الأولية مقارنة ببعض أنواع المبادلات الحرارية الأخرى.

تتطلب صيانة منتظمة لمنع التلوث والتآكل.

الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها:

التلوث:

الرواسب على أسطح الأنابيب تقلل من كفاءة نقل الحرارة.

مطلوب تنظيف منتظم (ميكانيكي أو كيميائي).

التآكل:

يمكن أن يساعد اختيار المواد والطلاءات الواقية في منع التآكل.

افحص بانتظام بحثًا عن التنقر أو التشقق.

الاهتزاز:

يمكن أن يتسبب تباعد الحواجز أو معدلات التدفق غير الصحيحة في اهتزاز الأنابيب وتعطلها.

تأكد من التصميم والتشغيل المناسبين.